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TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA(Oposiciones de Enseñanza Secundaria)

-------------------------------------------------------------------------------TEMA 59

QUÍMICA DEL CARBONO. ESTRUCTURA Y ENLACES DEL CARBONO.NOMENCLATURA. ISOMERÍA. COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL DE LAACTIVIDAD ÓPTICA.

Esquema

1. Introducción histórica a la Química Orgánica.1.1. Idea de la fuerza vital.1.2. Síntesis de Wöhler.

2. El átomo de carbono.2.1. Covalencia del carbono. Estructura.2.2. Hibridación de orbitales del carbono.2.3. Enlaces del carbono.2.4. Estructura de las moléculas orgánicas.2.5. Efectos electrónicos en los enlaces del carbono.

2.5.1. Efecto inductivo2.5.2. Efecto mesómero.

3. Nomenclatura de las moléculas orgánicas.3.1. Fórmulas de los compuestos orgánicos.

3.1.1. Fórmula empírica.3.1.2. Fórmula molecular.3.1.3. Fórmula estructural.

3.1.3.1. Condensada o semidesarrollada.3.1.3.2. Plana o desarrollada.

3.2. Cadena hidrocarbonada.3.3. Cadena hidrocarbonada con ramificaciones.3.4. Ciclos hidrocarbonados.3.5. Cadenas hidrocarbonadas con dobles o triples enlaces.3.6. Hidrocarburos aromáticos.3.7. Funciones orgánicas básicas.

4. Isomería.4.1. Isomería estructural.

4.1.1. Isomería de cadena.4.1.2. Isomería de posición.4.1.3. Isomería de función.

4.2. Isomería del espacio o estereoisomería.4.2.1. Isomería geométrica o cis-trans.4.2.2. Isomería óptica.

5. Comprobación de la actividad óptica.5.1. Características de la actividad óptica.5.2. Determinación por polarimetría.

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TEMA 59

QUÍMICA DEL CARBONO. ESTRUCTURA Y ENLACES DEL CARBONO.NOMENCLATURA. ISOMERÍA. COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL DE LAACTIVIDAD ÓPTICA.

1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA A LA QUÍMICA ORGÁNICA

La designación de orgánico -que significa pertenencia a organismos vivos, vege-tales o animales- se introdujo en la primitiva terminología de la Química para clasificaraquellas sustancias que tenían en común el hecho de encontrarse en materiales organi-zados, seres vivos vegetales o animales, o procedentes de estos seres vivos. Muchas deestas sustancias, extraídas de plantas y animales, han sido conocidas desde la antigüe-dad, como el azúcar (principio dulce de la uva), el alcohol (consecuencia de la fermen-tación de la uva), el vinagre (o ácido acético, del proceso de fermentación del vino). Seconocían de antiguo sustancias como la esencia de trementina, (obtenida de la resina delpino), grasas animales, aceites vegetales, colorantes como el índigo, la alizarina y lapúrpura.

La Edad Media aportó escasas adiciones a la lista de compuestos orgánicos yposteriormente, durante los siglos XVI y XVII se consiguieron algunos avances comoresultado de la aplicación de nuevos métodos de laboratorio: pirolíticos (tratamiento conel calor), destilación seca y destructora, extracciones con disolventes, etc. y como con-secuencia de ellos se descubrieron sustancias nuevas como: metanol, acetona, ácidoscomo el succínico, benzoico, tartárico, cítrico, málico, gálico, láctico, úrico, oxálico,sustancias diversas como la glicerina, urea, colesterina, morfina y otros alcaloides, etc.

Nada se conocía sobre la naturaleza química de las sustancias derivadas de orga-nismos vivos, pero los estudios de Lavoisier sobre la combustión y los productos que seproducen en ella, aplicados a las estas sustancias llevan a la irrebatible conclusión deque la gran mayoría de estos compuestos naturales estaban constituidos por un pequeñogrupo de elementos formado por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Los resulta-dos de las investigaciones paralelas sobre sustancias minerales, de origen inorgánico,ofrecían un contraste evidente con la situación de las sustancias orgánicas.

El hecho de que las sustancias asociadas a los organismos vivos derivasen de unospocos elementos seleccionados entre el gran número de los conocidos, era uno de losatributos, de misteriosa apariencia, que poseían dichas sustancias. El estudio de este tipode materias fue bautizado por primera vez como Química Orgánica en 1807 por el quí-mico sueco Jons Jacob Freiherr von Berzelius. Los compuestos orgánicos son, en gene-ral, fácilmente combustibles, se destruyen o alteran por aplicaciones moderadas de ca-lor, su naturaleza es sensible y delicada y guardan semejanza con los tejidos vegetales oanimales.

1.1. Idea de la fuerza vital.

Considerando que las primeras sustancias orgánicas fueron aisladas como pro-ductos de los procesos vitales, nada de extraño tiene que, durante algún tiempo, se con-siderase comúnmente la necesidad de una fuerza vital, propia de las células vivas, para

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dar origen a la existencia de los compuestos orgánicos. Por ello, si bien los compuestosinorgánicos se podían preparar artificialmente en el laboratorio, era creencia generalconsiderar la producción de sustancias orgánicas como función específica de los orga-nismos vivos. Berzelius mismo mantenía el punto de vista de que la síntesis química desemejantes sustancias estaba fuera del alcance del hombre en el laboratorio. De ahí que,aparentemente no se intentasen experimentos tendentes a conseguir la síntesis de estassustancias.

1.2. Síntesis de Wöhler.

La hipótesis de la fuerza vital imprescindible, permaneció inobjetada hasta 1828,en el que una observación casual de Wöhler, llevó al descubrimiento de que los com-puestos orgánicos pueden crearse sin la intervención de organismos vivos. Experimen-tando con el cianato amónico, sustancia de carácter puramente mineral o inorgánico,Wöhler descubrió sorprendentemente que la evaporación de una disolución acuosa de lasal, daba lugar a la producción de urea, compuesto representativo del tipo orgánico,excretado en la orina humana.

NH4NCO CH2N NH2

OCianatoAmónico Urea

El resultado era tan revolucionario que el propio Wöhler tuvo que repetirlo variasveces antes de darlo a la publicidad. Esta evidencia experimental constituía una refuta-ción definitiva del postulado de la fuerza vital. Berzelius y otros químicos contemporá-neos no admitieron inmediatamente la evidencia, pero el descubrimiento de nuevosejemplos de producción artificial de compuestos orgánicos, en años subsiguientes hizoabandonar definitivamente la idea de la fuerza vital.

La denominación de orgánico perdió mucho de su sentido original, pero el térmi-no ha subsistido por su valor descriptivo para clasificar un grupo de sustancias quími-cas. Todos los compuestos orgánicos poseen carbono, la inmensa mayoría poseen hi-drógeno, un gran número de ellos poseen oxígeno y muchos poseen también nitrógeno.Algunas sustancias poseen halógenos, azufre, fósforo y otros elementos químicos.

En 1953, Miller, en Chicago, consiguió la síntesis de los aminoácidos glicina, ala-nina y ácido aspártico en pequeñas cantidades a partir de metano, amoníaco, vapor deagua e hidrógeno mediante descargas eléctricas oscuras en las mezclas gaseosas. Como,según Oparin y Urey, la atmósfera de la tierra en su fase inicial estaba formada por losgases mencionados, se deduce de estos experimentos la posibilidad de formación deesos aminoácidos indispensables para la vida.

2. EL ÁTOMO DE CARBONO

El carbono tiene una especial capacidad para combinarse consigo mismo y formarasí cadenas, desde muy cortas hasta de dimensiones prácticamente ilimitadas. Esto esdebido a su configuración electrónica y a la gran energía del enlace C-C, calculada en83 Kcal/mol.

Teóricamente, los otros elementos del grupo del carbono, podrían formar tambiéncadenas consigo mismos. Sin embargo, el único que realmente las forma es el silicio,

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aunque muy cortas debido a que la energía del enlace Si-Si es mucho menor que la delC-C. Además, también es menor que la de los enlaces del silicio con otros átomos, porejemplo el oxígeno, por lo que estas cadenas se oxida fácilmente a SiO 2.

En las moléculas orgánicas, los átomos que las integran pueden estar ordenadosde formas muy distintas, dando lugar a compuestos que, teniendo igual fórmula mole-cular, sean diferentes (isómeros), hecho, éste que aumenta considerablemente las posi-bilidades de los compuestos orgánicos.

Todos estos hechos observados son consecuencia de la especial estructura delátomo de carbono y las posibilidades que dicha estructura ofrece en los enlaces consigomismo y con otros elementos.

2.1. Covalencia del carbono. Estructura.

El átomo de carbono contiene, pues, seis electrones extranucleares, distribuidos enórbitas situadas a distancias crecientes del núcleo. Estas órbitas representan niveles deenergía, la cual incrementa gradualmente; el nivel de menor contenido energético, el 1s,contiene dos electrones, el siguiente, 2s, también contiene otros dos electrones; los doselectrones restantes del átomo de carbono están alojados en el nivel 2p, completándoseasí la estructura electrónica real del átomo de dicho elemento. Así. la configuraciónelectrónica real del átomo de carbono es:

[C] = 1s2.2s2. 2p2

El principio de indeterminación de Heisenberg y la teoría mecano-cuántica delelectrón, obligan a suprimir la idea de órbitas reales y reemplazarla por la de orbitalestridimensionales que representan la zona del espacio que rodea al núcleo, en la queexiste la máxima probabilidad de encontrar a un electrón determinado. Estos orbitalesno pueden contener más de dos electrones, que además han de ser de spin opuesto (apa-reados).

El orbital 1s tiene simetría esférica alrededor del núcleo; elorbital 2s tiene igualmente simetría esférica, pero está situado amayor distancia del núcleo. Con respecto al nivel. 2p existen tresorbitales todos de la misma forma y del mismo contenido energéti-co y orientados a lo largo de tres ejes de coordenadas, que formanentre sí ángulos de 90°C, designados como ejes x, y, z, por lo cual a

FIG. 1

estos orbitales se les denomina 2px, 2py y 2pz, respectivamente. Estos orbitales tienenuna forma semejante a las pesas de gimnasia y son dilobulados:

FIG. 2

La distribución en sus orbitales de los seis electrones del átomo de carbono quedafinalmente así: 1122 2.2.2.1 yx ppss

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Los orbitales del mismo contenido energético, por ejemplo los 2px, 2py, 2pz, alber-gan un solo electrón y no admiten el segundo mientras uno de ellos, el 2pz, permanezcano ocupado. El orbital 2s ha de estar ocupado por completo por sus dos electrones antesde que los electrones inicien la ocupación de los orbitales 2p, por tener menor contenidoenergético. No obstante, la distribución electrónica que acabamos de mencionar es lacorrespondiente al estado normal del átomo de carbono, en la cual solamente son aptospara formar enlaces con otros átomos, los dos electrones desapareados, situados en losorbitales 2px, y 2py:

El átomo de carbono en casi todas sus combinaciones exhibe una covalencia cua-tro. Esta tetravalencia se comprende según la configuración electrónica de un estadoexcitado del átomo de carbono, en el que el par de electrones del orbital 2s quedan de-sapareados y uno de ellos promociona al orbital vacante 2pz:

11112* 2.2.2.2.1 zyx pppssC = ≡

aptos para participar en la formación de enlaces con otros átomos, o sea, que el átomode carbono entonces actúa con su tetravalencia normal o característica. La energía nece-saria para promocionar dicho electrón, es devuelta, con creces, por la energía de forma-ción de los dos enlaces nuevos.

El carbono tiene dos estructurasdistintas, llamadas formas polimórficas,que son el diamante y el grafito. En am-bas, el carbono forma redes covalentesdonde cada átomo de carbono se enlazacon los cuatro más próximos debido a sutetravalencia. En el diamante cada carbo-no está ligado por fuertes enlaces cova-lentes a los cuatro carbonos vecinos dis- FIG. 3

puestos en los vértices de un tetraedro. De esta forma se explica la gran dureza del dia-mante. Por otro lado, la estructura del grafito consta de hojas de anillos hexagonales deseis átomos de carbono en los cuales cada átomo de carbono está ligado por fuertes en-laces covalentes a sus tres vecinos más próximos en el plano de la hoja, y a un cuartoátomo de carbono de la hoja adyacente y paralela a la anterior, mediante fuerzas másdébiles de Van der Waals.

2.2. Hibridación de orbitales del carbono.

La interpretación, anteriormente indicada, sobre la formación del átomo de carbo-no tetravalente para formar tres enlaces de una clase (con los tres orbitales 2p) y otroenlace de distinta naturaleza (con el orbital 2s) no es del todo satisfactoria. Teórica-mente se deduce que la "fusión" de estos cuatro orbitales conduce a una distribuciónmás estable, en la que aparecen cuatro nuevos orbitales, que son indistinguibles entre sí(idénticos) y que están colocados unos respecto a los otros, formando ángulos de109º28' y son capaces de participar en la formación de unos enlaces mucho más esta-bles. A estos cuatro orbitales nuevos, que están dirigidos hacia los vértices de un tetrae-

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dro, se les designa por híbridos sp3 y al proceso que conduce a la formación de losmismos se le denomina hibridación.

FIG. 4

2.3. Enlaces del carbono.

La formación de un enlace entre dos átomos, supone una interpenetración o su-perposición de los orbitales atómicos de los dos átomos participantes. Cuanto mayor es la superposición, más fuerte resulta el enlace formado.

En el metano, en el que un átomo de carbono está unido a cuatro átomos de hidró-geno, los cuatro orbitales atómicos híbridos sp3 del carbono, se superponen a los cuatro orbitales atómicos 1s de los átomos de hidrógeno (uno de cada átomo) para formar cua-tro enlaces σ idénticos, muy estables y que forman entre sí ángulos de 109°28' (hibrida-ción tetraédrica). Una cosa análoga, o sea, que conduce a una estructura tetraédrica re-gular, tendrá lugar, por ejemplo, en el CCl4 pero en cambio, en el CH2Cl2, aunque la distribución continúa siendo tetraédrica, está desprovista de simetría exacta, porque los átomos de cloro, por ser de mayor tamaño, ocupan un espacio mayor que los átomos de hidrógeno, y como consecuencia las uniones H-C-H y Cl-C-Cl forman ángulos distintos y su medida difiere ligeramente del valor 109°28' indicado antes.

El enlace entre dos carbonos, por ejemplo en el etano, se debe a la superposición de dos orbitales atómicos híbridos sp3, uno de cada átomo de carbono para formar entre ellos un enlace muy estable.

Además de los enlaces sencillos o simples, el carbono también puede formar enla-ces dobles y triples. Hückel interpretó la formación de un enlace doble entre dos átomos de carbono, suponiendo que en este caso tenia lugar entre los orbitales atómico 2s y 2p una hibridación de un tipo distinto a la que ocurre en la formación del sp3 en los com-puestos anteriores saturados. En este caso tendría lugar la hibridación del orbital 2s con solamente dos de los orbitales 2p que conduciría a la formación de tres orbitales atómi-cos híbridos sp2, situados en el mismo plano y con ángulos entre sí de 120º (hibridación triangular equilátera plana). En la formación de la molécula del eteno o etileno, dos de los orbitales sp2 de cada átomo de carbono se superponen con los dos orbitales 1s de dos átomos de hidrógeno para formar dos enlaces σ, H-C estables, mientras que el tercer orbital sp2 de cada átomo de carbono interviene en la formación de un enlace estable σ',C-C entre ambos carbonos.

Esto conduce a la formación sobre cada átomo de carbono, de un orbital atómico no híbrido 2p, perpendicular al plano que contiene los átomos de carbono e hidrógeno. Estos dos orbitales atómicos 2p son paralelos entre sí, y pueden superponerse mutua-mente para formar un enlace π sobre los dos átomos de carbono y situado por encima y por debajo del plano que contiene dichos átomos de carbono y los cuatro de hidrógeno. Ver fig.5, donde los enlaces C-H vaciados (triángulos de líneas de puntos) indican enla-

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ces con átomos situados detrás del plano del papel y los enlaces C-H llenos (triángulorellenos) indica los enlaces con átomos situados delante de dicho plano.

FIG. 5

C C

H

H

H

H

Este nuevo tipo de enlace, el π, actúa sobre los dos átomos de carbono enlazadosacortando la distancia entre ellos, (la distancia C=C, en el etileno es de 1'34 Å, en cam-bio, la distancia C−C en el etano es de 1'54 Å), pero es un enlace más débil que el enla-ce σ. Por otra parte, la energía de enlace, de un enlace doble C=C es mucho mayor quela de un enlace simple, pero menor que el doble de su valor (la energía de enlace C−Cen el etano es de 83 kcal/mol, mientras que la del enlace doble C=C en el etileno es sólode 143 kcal/mol).

Mientras que está permitido el libre giro o rotación, normalmente, alrededor delenlace simple C−C como eje, sin embargo está imposibilitado alrededor del doble ytriple, debido a la formación de los enlaces π .

En la formación de un enlace triple C≡C, se supone que tiene lugar la hibridaciónentre los orbitales 2s con uno solo de los orbitales 2p de cada átomo de carbono paraformar dos orbitales atómicos híbridos sp, los cuales son colineales. En la formación dela molécula de etino ó acetileno, estos orbitales híbridos participan en la formación deun enlace σ estable entre cada átomo de carbono y uno de hidrógeno y otro enlace σ queune entre sí a los dos átomos de carbono. Como resultado se forma una molécula linealque tiene dos orbitales 2p perpendiculares entre sí en cada uno de los átomos de carbo-no. Los orbitales atómicos situados sobre un átomo de carbono son paralelos a los situa-dos sobre el otro átomo, y por tanto pueden superponerse entre sí para dar lugar a laformación de dos enlaces π situados en planos perpendiculares:

FIG.6

HCCH −≡−

La energía de enlace C≡C es mayor que la del C=C y de longitud de enlace me-nor. El enlace triple es más fuerte que el enlace doble.

2.4. Estructura de las moléculas orgánicas.

La estructura de muchas moléculas orgánicas se deduce a partir de la teoría de re-pulsión de los pares de electrones de la capa de valencia. En muchos compuestos orgá-nicos los electrones existen en forma de pares y un par de electrones repele a otro. Estoes cierto ya sea que los electrones se encuentren enlazados o aislados (no enlazantes).Pues bien, la teoría propuesta anteriormente dice que la estructura de la molécula seráaquella en la que los pares de electrones de la capa de valencia están tan alejados comosea posible con el fin de minimizar las repulsiones entre esos pares de electrones.

Su aplicación se puede observar en los tres tipos de hibridaciones del carbono

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comentados anteriormente. En la hibridación sp3 la estructura tetraédrica es la que per-mite la mayor distancia posible entre los cuatro pares de electrones enlazantes. En lahibridación sp2 es la estructura triangular plana la que permite la máxima separación(120º) de los pares de electrones enlazantes y en la hibridación lineal sp la estructura enlínea recta, con ángulos de enlace de 180°.

2.5. Efectos electrónicos en los enlaces del carbono.

2.5.1. Efecto inductivo.

Muchas moléculas orgánicas muestran una orientación definida en el seno de uncampo eléctrico a causa de la diferente posición del centro de la carga positiva y de lacarga negativa de la molécula orgánica. En este caso, la molécula es polar y posee unmomento dipolar neto. Por ejemplo, en el cloruro de metilo el polo negativo se encuen-tra hacia el cloro: δ+ δ−

H3C−Cllo que significa que precisamente el átomo de cloro atrae a los electrones con más fuer-za que el de carbono, por su mayor electronegatividad. Este desplazamiento electrónicoque surge en los enlaces entre átomos de distinta electronegatividad y que provocan unapolaridad en el enlace constituye el efecto inductivo.

2.5.2. Efecto mesómero.

En un sistema insaturado, como el de una cetona α,β ,- insaturada, la relativa elec-tronegatividad del átomo de oxígeno induce un desplazamiento completo de un par deelectrones de la posición 3,4 hacia la posición 2,3 produciendo una separación de lascargas para dar la forma excitada:

C C C O C C C O

La molécula de la cetona α,β ,- insaturada no estaría exactamente representada nipor la fórmula covalente completa ni por la estructura totalmente iónica, sino más bienpor un estado mesomérico en el cual el oxígeno es portador de una carga negativa frac-cionaria (δ−) mientras que el átomo de carbono terminal lleva una carga positiva frac-cionaria (δ+). Este es el efecto mesórnero o de resonancia, que permite una mayor esta-bilización de la molécula orgánica.

Otro ejemplo sería el cloruro de vinilo:

H2C CH Cl CH ClH2C

Pues bien, el cloruro de vinilo se describe como un híbrido de resonancia que par-ticipa simultáneamente de ambas formas. Su estructura sería:

H2Cδ δ

C ClH

Los enlaces C−C y C−Cl son intermedios entre enlaces simples y dobles.

Finalmente, se comprueba que un híbrido de resonancia será más estable cuantomayor sea el número de estructuras resonantes o canónicas posibles que lo originan.

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También se comprueba que las estructuras resonantes iónicas son más inestables que lasneutras, y contribuyen, por lo tanto, menos a la formación del híbrido de resonancia.

3. NOMENCLATURA DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS

3.1. Fórmulas de los compuestos orgánicos.

La fórmula es una expresión simbólica que representa la composición, en átomos,de la parte más elemental de una sustancia que es la molécula. Hay varios tipos de fór-mulas, que pueden indicar proporción de átomos, grupos funcionales, distribución es-tructural, tipos de enlaces, etc.

3.1.1. Fórmula empírica.

La fórmula empírica es la forma más simple y sencilla de expresar la composiciónde un compuesto químico ya que indica únicamente la proporción en que se encuentranlos distintos átomos del compuesto. Por ejemplo, la fórmula empírica del etanol esC2H5O. No contiene información del grupo funcional del compuesto ni de su estructuraespacial y puede representar variados isómeros.

3.1.2. Fórmula molecular.

Esta forma de escribir la composición de la molécula expresa, no sólo la propor-ción de los átomos contenidos, sino también el número real de átomos contenidos enuna molécula. Así por ejemplo, la fórmula molecular del etano es C2H6 (su fórmula em-pírica sería CH3), la del ácido oxálico es C2O4H2 (su fórmula empírica sería CO2H).

3.1.3. Fórmula estructural.

Este tipo de fórmula no sólo nos indica el número real de átomos, sino tambiéncómo se disponen en el espacio molecular, es decir, su colocación. La fórmula estructu-ral puede ser:

3.1.3.1. Condensada o semidesarrollada.

En este tipo de fórmula estructural sólo aparecen los enlaces existentes entre car-bonos, reuniendo en forma condensada los demás átomos, como hidrógenos, oxígenos,etc. Por ejemplo, la fórmula estructural condensada del etanol sería CH3−CH2OH.

3.1.3.2. Plana o desarrollada.

En este tipo de fórmula aparecen todos los enlaces entre todos los átomos de lamolécula orgánica en una disposición bidimensional, sin tener en cuenta la distribuciónespacial. Por ejemplo, la fórmula estructural plana del butanol y la propanona, porejemplo, serían:

H C C C C

H H H H

HHHH

H

Butano-1

H C C C H

H H

HOH

Propanona

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3.1.3.3. Tridimensional.

La fórmula tridimensional es la que nos da una idea másexacta de los distintos elementos que forman la molécula, delnúmero de cada uno de ellos, de cómo van ligados unos a otrosy de sus tipos de enlaces y también de la disposición tridimen-sional que ocupan en el espacio. Así, por ejemplo, la fórmulaestructural tridimensional del metano se puede dibujar comoindica la fig. 7.

FIG. 7

3.2. Cadena hidrocarbonada.

La nomenclatura orgánica se hace sistemáticamente según las normas aceptadaspor convenio, de la I.U.P.A.C. (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada).

El carbono tiene una extraordinaria capacidad para combinarse consigo mismo yformar largas cadenas carbonadas, capacidad que presenta también el silicio, aunque enuna menor proporción. Pues bien, a los compuestos de carbono e hidrógeno (hidrocar-buros) que sólo contienen enlaces simples carbono-carbono y carbono-hidrógeno se lesllama hidrocarburos saturados o alcanos.

Los alcanos que presentan menor complicación son los de cadena lineal (alcanosacíclicos). Se nombran con un prefijo griego que indica el número de carbonos, exceptolos cuatro primeros de la serie, y la terminación -ano. Así los elementos de la serie delos alcanos servirán de base para nombrar otras series, como alcoholes, aldehídos, áci-dos, aminas, etc.

CH4 Metano CH4

CH3-CH3 Etano C2H6

CH3-CH2-CH3 Propano C3H8

CH3-(CH2)2-CH3 Butano C4H10

CH3-(CH2)3-CH3 Pentano C5H12

CH3-(CH2)4-CH3 Hexano C6H14

CH3-(CH2)5-CH3 Heptano C7H16

CH3-(CH2)6-CH3 Octano C8H18

CH3-(CH2)7-CH3 Nonano C9H20

CH3-(CH2)8-CH3 Decano C10H22

CH3-(CH2)9-CH3 Undecano C11H24

Como se deduce de la fórmula molecular, los alcanos acíclicos obedecen a la fó r-mula general CnH2n+2.

3.3. Cadena hidrocarbonada con ramificaciones.

Para nombrar los alcanos ramificados es preciso definir antes lo que se entiendepor radicales o grupos. Estos son los agregados de átomos que proceden de la pérdidade un hidrógeno por un hidrocarburo. Los radicales derivados de los alcanos (radicalesalquilo) se nombran sustituyendo la terminación -ano por -ilo. Por ejemplo:

−CH3 Metilo−CH2-CH3 Etilo−CH2-CH2-CH3 Propilo etc…

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Así, el hidrocarburo ramificado:

H3C CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH3

CH3

es un metilheptano, pero ¿cómo lo diferenciamos de los siguientes compuestos?:

H3C CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

H3C CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH3

CH3

Para determinar la posición del metilo se enumera la cadena más larga y se escribey menciona dicho número, llamado localizador, delante del nombre del radical. Así, lostres compuestos anteriores se nombran 3-metilheptano, 2-metilheptano y 4-metilheptanorespectivamente.

Para conocer el sentido de la enumeración de la cadena más larga se hace de fo r-ma que se asignen los números más bajos a los carbonos con cadenas laterales, inde-pendientemente de la naturaleza de los sustituyentes:

H3C CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH3SIhexano-Metil-3

NOhexano-Metil-4

→→

Existen unos radicales especiales, con nombre propio:

H3CCH CH2 CH2

CH3 CH2 C

H3C

CH3

H3C CH2 CH

CH3

H3CCH

H3CIsopropilo

Isopentilo

H3CCH CH2

H3CIsobutilo

CH3

Terc-pentilo

Sec-butilo

CH3 C CH2

CH3

CH3

Neo-pentiloCH3 C

CH3

CH3

Terc-butilo

Finalmente, ¿cómo saber escoger la cadena principal de entre varias posibilidadesde máxima e igual longitud? Se toma como principal:

a) La cadena que tenga el mayor número de cadenas laterales.b) La cadena cuyas cadenas laterales tengan los localizadores numéricos más bajos.c) La cadena que tenga el máximo número de átomos de carbono en las cadenas late-

rales más pequeñas.

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d) La cadena que tenga cadenas laterales lo menos ramificadas posible.

Así, el compuesto cuya fórmula desarrollada es:

H3C CH2 CH CH CH2 CH2 CH3

7 6 5 4

CH

CH

CH3

CH3

CH3

CH3CH33

2

1

se nombra: 4-isobutil-2,3,5-trimetilheptano.

Los radicales sencillos se nombran en un orden que no tiene en cuenta los prefijosdi-, tri-, tetra-, etc. Sin embargo los radicales complejos se ordenan según la primeraletra del radical.

3.4. Ciclos hidrocarbonados.

Los alcanos cíclicos o cicloalcanos se nombran añadiendo el prefijo ciclo- alnombre del alcano equivalente de cadena abierta:

H2C CH2

H2C H2C

H2C CH2

CH2

Ciclopropano Ciclobutano

Se puede observar que sus fórmulas estructurales obedecen la fórmula empíricageneral CnH2n.

En los cicloalcanos aparece el con-cepto de isomería cis-trans, como se de-muestra en las estructuras de la fig.8.¿Qué diferencias pueden observarse entreambas estructuras? .La estructura (a) tie-ne los dos radicales metilos por encimadel plano del ciclopentano y en la estruc-

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

H

H

(a) (b)FIG. 8

tura (b), un radical metilo está por encima y el otro está por debajo del plano del ciclo-pentano. Al primer isómero (a) se le añade el prefijo cis, y al segundo, (b) el prefijotrans. De este modo se nombrarán:

(a) cis-1,2-dimetilciclopentano(b) trans-1,2-dimetilciclopentano

Esta isomería cis-trans, también se da en los alquenos.

3.5. Cadenas hidrocarbonadas con dobles o triples enlaces.

Hasta ahora hemos visto aquellos hidrocarburos en los que sólo existen enlacessencillos C−C. Vamos a tratar también aquellos hidrocarburos que poseen enlaces do-bles, C=C, (alquenos) y enlaces triples C≡C, (alquinos).

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Alquenos. Se nombran igual que la serie de los alcanos pero con la terminación−eno y asignando la posición del doble enlace con un número localizador tan bajo comosea posible. Obedecen la fórmula empírica general: CnH2n.

CH2=CH2 eteno o etilenoCH3-CH=CH2 propenoCH3-CH2-CH=CH2 1-butenoCH3-CH=CH-CH3 2-butenoCH3-CH2-CH2-CH=CH2 1-pentenoCH3-CH2-CH=CH-CH3 2-penteno

Si existen ramificaciones, se toma como cadena principal la más larga de las quecontienen el doble enlace, teniendo éste primacía sobre las cadenas laterales en el mo-mento de enumerar:

H3C CH C CH2 CH2 CH2 CH3

CH2

CH3

CH3

1 2 3 4 5 6 7

este compuesto se nombrará como 3-etil-6-metil-2-hepteno.

En la serie anterior de los alquenos, en los casos del 2-buteno y del 2-penteno, yen los siguientes, se ha omitido indicar que existen dos compuestos distintos, llamadosisómeros, que se diferencian en su estructura geométrica espacial. Corresponden a laisomería cis-trans.

H3CC C

CH3

HHCis-2-buteno

H3CC C

H

CH3H

Trans-2-buteno

Análogamente se formularán los isómeros cis-trans correspondientes al 2-penteno,2-hexeno, 3-hexeno, y demás elementos de la serie.

Cuando el doble enlace está integrado en un anillo, seañade el prefijo ciclo- al nombre del alqueno, así por ejem-plo, el compuesto representado se nombrará como ciclooc-teno.

Cuando un hidrocarburo contiene en su cadena más de

H2C

H2CH2C CH2

CH2

CH2

HC

HC

un enlace doble, se utiliza para nombrarlo la terminación -dieno (dos dobles enlaces), -trieno (tres dobles enlaces), etc. y precediendo al nombre se situarán los números locali-zadores de los dobles enlaces. Según que los dobles enlaces estén uno al lado del otro,separados por un enlace simple o separados por más de un enlace simple, tendremosdistintos tipos de polienos. Así:• Con dobles enlaces acumulados:

H2C=C=CH2 Aleno o propadieno H2C=C=CH-CH2-CH3 1,2-pentadieno• Con dobles enlaces conjugados:

H2C=CH-CH=CH-CH3 1,3-pentadieno• Con dobles enlaces aislados:

H2C=CH-CH2-CH=CH2

1,4-pentadienoHC CH

CH2

CHHC

H 2C

1,4-ciclohexadieno

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Alquinos. Se nombran como los alcanos pero con la terminación -ino y asignandola posición del triple enlace con un número localizador lo más bajo posible en la nume-ración de la cadena. Tienen la fórmula empírica general: CnH2n-2.

CH≡CH etino o acetilenoCH3-C≡CH propinoCH3-CH2-C≡CH 1-butinoCH3-C≡C-CH3 2-butinoCH3-CH2-CH2-C≡CH 1-pentinoCH3-CH2-C≡C-CH3 2-pentinoCH≡C-C≡C-CH3 1,3.pentadiino

En el caso de que la cadena de hidrocarburo posea enlaces dobles y triples, se eli-ge como cadena principal aquella que tiene mayor número de enlaces "no simples" . Sihay varias cadenas con igual número de enlaces no sencillos, se elige la que tenga ma-yor número de átomos de carbono y a igualdad de átomos de carbono, se toma comocadena principal la que tenga mayor número de dobles enlaces. Se da preferencia a losdobles enlaces sobre los triples enlaces.

3.6. Hidrocarburos aromáticos.

Se llaman hidrocarburos aromáticos a los derivados del benceno, llamado así el1,3,5-ciclo-hexano-trieno, de fórmula empírica C6H6. Pueden ser monocíclicos, (de unsólo anillo bencénico) o policíclicos (de dos o más anillos condensados), por ejemplo:

Naftaleno

HC

HCCH

C

C

HC

CH

C

C

HC

CH

CH

CH

HC

Antraceno

HC

HCCH

C

C

HC

CH

CH

CH

HC

HC

HCCH

CH

CH

HC

Benceno

HC

HCCH

C

C

HC

CH

CH

CC

Fenantreno

HC

HC

CH

CH

Los sustituyentes (radicales alquilo) que pueda haber sobre un anillo bencénico, senombran con el nombre del radical, antepuesto al nombre del anillo (benceno o cua l-quier otro). Por ejemplo:

HC

HCCH

CH

CHC

CH3

metilbenceno (tolueno)

HC

HCCH

CH

CHC

CH CH2

vinilbenceno

HC

HCCH

CH

CHC

C CH3

terc-butilbenceno

H3C

CH3

HC

HCCH

CH

CHC

NH2

aminobenceno

Cuando hay dos sustituyentes, en los anillos aromáticos, su posición relativa seindica mediante números localizadores. En el anillo bencénico, las posiciones relativasde dos sustituyentes se indican con los números: 1,2-, 1,3- o 1,4- o mediante los prefijosrespectivos: o- (orto), m- (meta) y p- (para). Ejemplos:

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HC

HCCH

CH

CC

CH3

CH3

1,2-dimetilbencenoo-dimetilbenceno

o-xileno

HC

HCCH

C

CHC

CH3

CH3

1,3-dimetilbencenom-dimetilbenceno

m-xileno

HC

HCC

CH

CHC

CH3

CH3

1,4-dimetilbenceno p-dimetilbenceno

p-xileno

3.7. Funciones orgánicas básicas.

Cuando haya un único grupo funcional en la molécula, la cadena principal debecontener el átomo de carbono implicado en el grupo funcional, aunque la cadena princi-pal resulte más corta que otras alternativas que no lo contengan, y con el número locali-zador más bajo posible.

Si hay más de un grupo funcional, se elige a uno de ellos como función o grupoprincipal, de acuerdo con el orden de preferencia que se indica en la Tabla 1 (normasIUPAC), mientras que los otros grupos funcionales se considerarán como simples sus-tituyentes.

Tabla 1Orden de preferencia para elegir Grupo Funcional Principal.1. Cationes2. Ácidos en el siguiente orden

Carboxílicos, Tioácidos, sulfónicos, etc.3. Derivados de ácido: Anhídridos, Ésteres, Haluros de ácido,

Amidas, Hidrazinas, Imidas, etc…4. Nitrilos.5. Aldehídos y Tioaldehídos.6. Cetonas y Tioacetonas.7.Alcoholes, Fenoles, Tioalcoholes y Tiofenoles.8. Hidroperóxidos.9. Aminas, Iminas e Hidrazinas.

10. Éteres y Tioéteres.11. Peróxidos

Alcoholes. Los Alcoholes resultan de sustituir un H de un hidrocarburo por ungrupo hidroxilo u oxidrilo OH. Se les nombra con el nombre del hidrocarburo termina-do en -ol. Se pueden clasificar en alcoholes primarios, secundarios y terciarios, segúnque el grupo oxidrilo esté sustituido en un carbono primario (-CH3), secundario (-CH2-)o terciario (-CH<). Son ejemplos de estos tipos de alcoholes los siguientes:

Primario: CH3-CH2-CH2OH 1-Propanol ó Alcohol propílico.

Secundario: H3C CH CH3

OH

2-Propanol ó Alcohol isopropílico.

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Terciario:

H3C C CH3

OH

CH3 2-Metil-2-propanol ó Alcohol terc-butírico.

Cuando el grupo alcohol (grupo oxidrilo) se encuentra como sustituyente en unacadena con un grupo funcional más importante que él, se nombra añadiendo el prefijo−hidroxi. Ejemplo:

H2C CH CHO

OH

H3C 2-hidroxi-butanal

Cuando existen en la molécula dos o más grupos -OH tenemos los polialcoholes yse nombran con los nombres de los correspondientes hidrocarburos con las terminacio-nes -diol, -triol, -tetrol, etc. Por ejemplo:

CH2OH-CH2OH Etanodiol ó Etilenglicol.CH2OH-CHOH-CH2OH Propanotriol ó Glicerina.CH2OH-CHOH-CHOH-CH2OH Butanotetrol ó Eritrita.

Aldehídos Son sustancias derivadas de los hidrocarburos en los que dos hidróge-nos de un carbono terminal (-CH3), se sustituyen por un oxígeno resultando el grupocarbonilo con lo que la función aldehído será:

CO

Hy es a una función alcohol que ha perdido dos hidrógenos, de ahí proviene su nombre:alcohol deshidrogenado:

CO

HC

OH

HH

-H2

Alcohol Aldehido

Tienen fórmula general R-CHO, y se les nombra con el nombre del hidrocarburodel que deriva con la terminación -al, aunque algunos de ellos conservan su nombretrivial. Son algunos ejemplos:

Fórmula Nombre sistemático Nombre trivialH−CHO Metanal Formaldehído.CH3−CHO Etanal Acetaldehído.CH3−CH2−CHO Propanal Propionaldehído.CH2=CH−CHO Propenal Acrilaldehído (Acroleína).CH2OH−CHOH−CHO 2,3,Dihidroxipropanal Gliceraldehído.CH3−CH=CH−CHO 2-Butenal Crotonaldehído.

Cuando el grupo -CHO se considera como un sustituyente, por encontrarse en unacadena con un grupo funcional de mayor preferencia en la nomenclatura, se utilizará elprefijo -formil, así por ejemplo:

H2C CH

CHO

HOOC CH2 COOHÁcido 3-formilpentanodioico

ó ácido 3-formil-glutárico

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Cetonas. Son sustancias derivadas de los hidrocarburos en los que dos hidrógenosde un carbono secundario (-CH2-), se sustituyen por un oxígeno resultando el grupocarbonilo en el interior de la cadena, lo que constituye la función cetona:

C O

tienen fórmula empírica general R-CO-R' y se les nombra con el nombre del hidrocar-buro del que derivan con la terminación -ona, o con su nombre trivial.

Fórmula Nombre sistemático Nombre trivialCH3−CO−CH3 Propanona Acetona.CH3−CO−CH2−CH3 ButanonaCH3−CO−CH=CH2 3-Buten-2-ona Metil-vinilcetona.CH3−CO−CH2−CO−CH3 2,4-Pentadiona Acetilacetona.

Cuando hay otra función prioritaria, el grupo -CO- se nombra con el prefijo oxo-,ejemplo:

CH3−CO−CH2−CH2−COOH Acido 4-oxo-pentanoico

Acidos. Los ácidos contienen en un carbono terminal el grupo -COOH, o grupocarboxilo, que resulta de sustituir dos hidrógenos por un Oxígeno y el tercer hidrógenopor un grupo Hidroxilo, es decir:

C

O

OH

Los ácidos orgánicos, llamados también ácidos carboxílicos, tienen la fórmula ge-neral R-COOH y se nombra con el nombre del hidrocarburo del que proceden con laterminación -oico, o bien con la terminación -carboxílico. Ejemplos:

Fórmula Nombre sistemático Nombre trivialH−COOH Ac. Metanoico Ac. FórmicoCH3−COOH Ac. Etanoico Ac. AcéticoCH3−CH2−COOH Ac. Propanoico Ac. PropiónicoCH3−CH2−CH2−COOH Ac. n-Butanoico Ac. ButíricoCH3−(CH2)3−COOH Ac. n-Pentanoico Ac. ValeriánicoCH3−(CH2)4−COOH Ac. n-Hexanoico Ac. CaprónicoCH3−(CH2)5−COOH Ac. n-Heptanoico Ac. HeptílicoCH3−(CH2)6−COOH Ac. n-Octanoico Ac. CaprílicoC6H5−COOH Ac. Bencenocarboxílico Ac. BenzoicoHOOC−COOH Ac. Etanodioico Ac. OxálicoHOOC−CH2−COOH Ac. Propanodioico Ac. MalónicoHOOC−(CH2)2−COOH Ac. Butanodioico Ac. SuccínicoHOOC−(CH2)3−COOH Ac. Pentanodioico Ac. GlutáricoHOOC−(CH2)4−COOH Ac. Hexanodioico Ac. AdípicoHOOC−(CH2)5−COOH Ac. Heptanodioico Ac. PimélicoHOOC−(CH2)6−COOH Ac. Octanodioico Ac. Subérico

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Si poseen otros grupos funcionales generalmente el ácido es el que marca la cade-na principal y las demás funciones se nombran como sustituyentes, aunque general-mente conservan su nombre trivial. Ejemplos

Fórmula Nombre sistemático Nombre trivialCH2OH−COOH Ac. Hidroxo-etanoico Ac. GlicólicoCH2−CHOH−COOH Ac. 2-Hidroxo-propanoico Ac. LácticoCH2=CH−COOH Ac. Propenoico Ac. AcrílicoCH3−O−CH2−COOH Ac. Metoxi-etanoico Ac. MetoxiacéticoHOC−COOH Ac. Formil-metanoico Ac. Glioxílico

Ésteres. Los ésteres son compuestos que resultan de sustituir el hidrógeno de unácido carboxílico por un radical alquílico. De fórmula empírica general dada porR−COO−R’, se nombran reemplazando la terminación -ico del ácido carboxílico, por laterminación -ato y a continuación el nombre del radical. Ejemplos:

H−COO−CH3 Metanoato de metilo Formiato de metiloCH3−COO−CH2−CH3 Etanoato de etilo Acetato de etiloC6H5−COO−CH2−CH2−CH3 Benzoato de propilo

Aminas. Las aminas resultan de sustituir los hidrógenos del amoníaco por radica-les alquílicos o arílicos. Se dividen en tres grupos que son:

Aminas primarias, donde un sólo hidrógeno del NH3 se sustituye por radicales.Tienen fórmula empírica general R-NH2 y se nombran mediante el nombre del radicalseguido de la terminación amina:

CH3−CH2−NH2 etil-aminaC6H5−NH2 fenil-amina (anilina)

Aminas secundarias: donde dos hidrógenos del NH3 están sustituidos por radica-les. Tienen por fórmula general R-NH-R' y se nombran mediante los nombres de losradicales seguidos de la terminación amina:

CH3−NH−CH3 dimetil-aminaCH3−CH2−NH−CH3 etil-metil-aminaC6H5−NH−C6H5 difenil-amina

Aminas terciarias: donde tres hidrógenos del NH3 están sustituidos por radicales.Tienen por fórmula general

R N R'

R"

se nombran mediante los nombres de los radicales seguidos de la terminación amina:

H3C CH2 CH2 CH2 N CH2 CH3

CH3Butil-etil-metil-amina

Las sales de amonio cuaternario se formulan de manera semejante, como se indicaen el ejemplo siguiente:

CH3NH3+Cl− Cloruro de metil-amonio

(CH3)4 N+Cl− Cloruro de tetrametil-amonio

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4. ISOMERÍA

Una diferencia fundamental entre la Química Inorgánica y la Química Orgánicaestriba en que en los compuestos inorgánicos, una fórmula empírica es atribuible, engeneral, a un único compuesto, mientras que en química orgánica, una fórmula empíricapuede corresponder a una gran variedad de compuestos diferentes, que se distinguen porvarios criterios diferenciadores, como es diferente geometría molecular o diferente es-tructura espacial, diferente función orgánica, etc.

Esto significa que en la química orgánica existen muchos compuesto que tienen lamisma fórmula empírica, o sea la misma composición centesimal de sus elementos, pe-ro tienen distintas propiedades físicas y químicas, por su diferente estructura molecular.Estos compuestos son los llamados isómeros.

Los casos de isomería se clasifican en dos grandes grupos:Isomería estructuralIsomería del espacio o estereoisomería

4.1. Isomería estructural.

Este tipo de isomería la presentan aquellos compuestos que teniendo la mismafórmula empírica, presentan diferentes estructuras en sus moléculas, según diferentescriterios. La isomería estructural puede ser: isomería de cadena, de posición y de fun-ción.

4.1.1. Isomería de cadena.

La presentan aquellos compuestos que perteneciendo al mismo grupo de funciónorgánica, tienen los átomos distribuidos en distinta estructura de cadena. Por ejemplo:

H3C CH2 CH2 CH2 CH2 HexanoCH3

H3C CH2 CH CH2 CH3

CH3

3-Metil-pentano

CH3 C CH2 CH3

CH3

CH3

2,2-Dimetil-butano

4.1.2. Isomería de posición.

Este tipo de isomería la presentan los compuestos orgánicos que teniendo el mis-mo grupo funcional, éste se encuentra ubicado en átomos de carbono que ocupan dis-tinta posición en la cadena carbonada de la molécula. Son ejemplos de estos compuestosisómeros los siguientes:

CH3 CH CH2 CH2OH

CH3

3-Metil-butanol-1(Alcohol primario)

3-Metil-butanol-2(Alcohol secundario)

CH3 CH

CH3

CHOH CH3

CH3 COH

CH3

CH2 CH3 3-Metil-butanol-3(Alcohol terciario)

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H3C CH2 CH2 C CH3

O

H3C CH2 C CH2 CH3

O

2-Pentanona

3-Pentanona

4.1.3. Isomería de función.

Esta isomería la presentan aquellos compuestos que teniendo la misma fórmulamolecular, tienen distinta función orgánica. Así por ejemplo esta isomería se presentacon frecuencia en alcoholes y éteres:

CH3−CH2−CH2−CH2OH butanol (alcohol butírico)CH3−CH2−O−CH2−CH3 dietiléter (éter etílico)

y entre los aldehídos y cetonas:CH3−CH2−CHO propanalCH3−CO−CH3 propanona

4.2. Isomería del espacio o estereoisomería.

La presentan aquellos isómeros que tienen distintas configuraciones de la molé-cula en el espacio. Este tipo de isomería se clasifica en isomería geométrica (cis/trans) eisomería óptica.

4.2.1. Isomería geométrica o cis-trans.

La isomería geométrica la presentan los compuestos que se diferencian única-mente en la disposición de sus átomos en el espacio y es exclusiva de los compuestosque en su molécula presentan dobles enlaces o anillos, los cuales ofrecen rigidez a lamolécula impidiendo la libre rotación de los enlaces carbono-carbono.

Son ejemplos de este tipo de isomería los siguientes compuestos:

C CH H

ClClC C

H

HCl

Cl

cis-1,2-dicloroeteno

trans-1,2-dicloroeteno

H2C

H2C C

CMe

Me

HH

H2C

H2C C

CMe

H

HMe

cis-1,2-dimetilciclobutano

trans-1,2-dimetilciclobutano

Los isómeros cis- son los que tienen los átomos iguales al mismo lado del plano ylos trans- los que los tienen en lados opuestos.

4.2.2. Isomería óptica.

La isomería óptica se presenta en aquellos compuestos que presentan actividadóptica, es decir que pueden desviar hacia la derecha o hacia la izquierda el plano de vi-bración de la luz polarizada. Esta actividad óptica fue descubierta en el ácido láctico, yaque Scheele en 1780 descubrió una variedad por la fermentación bacteriana de la leche

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y Berzelius en 1807 descubrió otra variedad como constituyente de los tejidos muscula-res. Ambos ácidos lácticos eran idénticos salvo en el comportamiento con la luz polari-zada, desviando uno el plano de polarización a la derecha y el otro a la izquierda.

Van't Hoff explicó la actividad óptica estableciendo que las cuatro valencias delcarbono están dirigidas hacia los vértices de un tetraedro, en cuyo centro está situado elátomo de carbono.

FIG. 9

CH3−CHOH−COOH Acido láctico

Si en los cuatro vértices se encuentran otros tantos átomos o grupos diferentes, lamolécula resulta asimétrica y puede existir en dos formas diferentes. Los modelos tri-dimensionales no pueden ser superpuestos y uno resulta imagen especular del otro, porlo que resultan modelos diferentes, aunque corresponden a la misma ordenación estruc-tural de los átomos.

Un átomo de carbono tetraédrico que lleva unidos cuatro grupos diferentes es, portanto, un centro de asimetría, se llama carbono asimétrico o quiral (se representa con unasterisco, C*) y permite dos disposiciones en el espacio. Esta asimetría explica la exis-tencia de dos isómeros en todo idénticos, salvo en sus propiedades ópticas, que se lla-man enantiómeros. Estos enantiómeros presentan como única diferencia en sus propie-dades físicas el efecto que tienen sobre la luz polarizada. Uno de ellos gira el plano devibración de la luz polarizada a la derecha y se denomina dextrógiro (D o signo +) y elotro gira el plano de la luz polarizada a la izquierda y se denomina levógiro (L o signo−). El mismo ángulo desvía el dextrógiro el plano de vibración de la luz polarizada ha-cia la derecha que el levógiro a la izquierda, por lo que una mezcla equimolecular de losdos isómeros ópticos o enantiómeros constituye un compuesto ópticamente inactivo quese llama racémico.

5. COMPROBACIÓN DE LA ACTIVIDAD ÓPTICA

Una vez que hemos establecido que los isómeros ópticos presentan actividad ópti-ca, hemos de determinar cuantitativamente esta propiedad física, mediante un adecuadoprocedimiento experimental. La intensidad de la desviación del plano de vibración de laluz polarizada viene expresada en términos de rotación específica, [α] que se definecomo la rotación, en grados, que produce una solución que contiene 1 g de sustanciapor 1 ml de disolución, contenida en un tubo de 1 dm de longitud. Como el grado derotación depende de la longitud de onda de la luz polarizada y de la temperatura, gene-ralmente se utiliza la radiación D del sodio a 589 nm (5890 Å) y a temperatura de 20°C.

La rotación específica [α], se determina para un líquido, mediante la siguiente ex-presión:

[ ]dL.

αα =

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donde: α = ángulo de rotación observado mediante el polarímetro (+/−)L = longitud del tubo del polarímetro (dm).d = densidad del líquido a 20°C (gr/cm3).

En el caso de una disolución, la rotación específica se determina por la misma ex-presión anterior, donde d significará en este caso la concentración de la disolución me-dida en gramos de soluto por mililitro de disolución.

La sacarosa, por ejemplo, es dextrógira en solución acuosa, y la rotación específi-ca de esta sustancia, medida con la raya D del espectro del sodio a 20°C se expresa así:

[ ] CoD

o

5'6620 +=α

5.3. Determinación por polarimetría.

La intensidad de la desviación del plano de vibración de la luz polarizada produ-cida por un líquido o una disolución de una determinada sustancia tiene un valor muysignificativo y se puede determinar con toda precisión mediante el uso del polarímetro,fig.9. Este aparato consta de dos prismas de Nicol que son atravesados por un rayo deluz monocromática. Uno de los cristales, el polarizador, se encuentra montado en posi-ción fija y transmite la luz polarizada a un tubo de longitud conocida y provisto de ven-tanas de vidrio en sus dos extremos. Este tubo se llena con el líquido o solución proble-ma. El segundo cristal de Nicol, el analizador, está montado sobre un eje móvil quepermite un giro completo. El ángulo de desviación se mide en una escala circular. Elpunto cero de la escala es aquel en el que la transmisión de luz es máxima estando eltubo del polarímetro vacío o lleno de una sustancia desprovista de actividad óptica. Lamáxima luminosidad indica que el analizador se ha orientado en el mismo plano ópticoque el polarizador. Si se hace girar el analizador 90°, con relación a la posición 0, latransmisión de luz es mínima y se dice que los nicoles están cruzados.

Colocando en el tubo del po-larímetro una solución de una sus-tancia ópticamente activa, la luztransmitida por el polarizador sedesvía hacia un lado o hacia el otro,y la luz que llega al ojo del obser-vador está disminuida en intensidad.Haciendo girar el analizador se al-canza un punto en que queda resta-blecida la intensidad original. Indu- FIG. 10

dablemente, en esta posición el analizador se encuentra alineado con la luz que sale deltubo y de la solución, y el ángulo de desviación, en uno u otro sentido se podrá leer enla escala.

El sistema de la fig.10 está simplificado al máximo, pues los instrumentos ordina-rios suelen contener dos pequeños nico1es adicionales gracias a los cuales el caminoóptico se divide en dos segmentos iguales que permiten una comparación exacta de in-tensidades luminosas con lo que se evita la apreciación de luminosidades relativas.

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BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

J.MORCILLO. Temas Básicos de Química. Editorial Alhambra. 1983. MADRID.

K.Peter C.VOLLHARDT. Química Orgánica. Editorial Omega. 1990. BARCE-LONA.

Louis F.FIESER y Mary FIESER. Química Orgánica. Editorial Grijalbo. 1960.MÉJICO.

Joseph A.BABOR y José IBARZ AZNAREZ. Química General Moderna. Edito-rial Marín. 1968. BARCELONA.

Kenneth W.WHITTEN y Kenneth D.GAILEY. Química General. Nueva EditorialInteramericana, S.A. 1986. MEJICO.

Soledad ESTEBAN SANTOS y Raquel NAVARRO DELGADO. Química Gene-ral. Tomo 2. UNED. 1983. MADRID.

Robert T.MORRISON y Robert N.BOYD. Química Orgánica. Fondo EducativoInteramericano. 1983. MÉJICO.

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Tratamiento Didáctico----------------------------------------------------------------------------------------------------------OBJETIVOS

Iniciación a la Química Orgánica. Estudio básico del átomo de carbono, su estructu-ra, hibridaciones, enlaces y demás conceptos fundamentales para el estudio de las sus-tancias orgánicas.

Iniciación del alumno a la sistemática nomenclatura de Química orgánica, la impor-tancia de un adecuado lenguaje universal, para la descripción de las estructuras de lasmoléculas orgánicas y su división por funciones y grupos.

Conseguir una visión y representación espacial de las estructuras orgánicas introdu-ciendo el concepto de isomería y sus distintas variedades.UBICACIÓN

El presente tema se introducirá, en sus conceptos básicos, en el lº del Bachillerato,dentro del núcleo temático de "la Química del Carbono" y se profundizará en Químicade 2° de Bachillerato en el núcleo temático de "Aplicaciones de la Química Orgánica".TEMPORALIZACION

Se dedicará a la exposición del tema completo, un total de 6 horas de clase, que po-drá completarse con 2 horas para actividades de laboratorio y ejercicios prácticos denomenclatura.METODOLOGIA

Explicación clara y comprensiva, ayudada por modelos, de la estructura del carbonocomo base fundamental de todo el tema. Descripción de sus hibridaciones y sus enlaces.Es importantísimo el aspecto gráfico de la exposición para que el alumno, tenga unavisión clara del modelo del átomo de carbono y pueda comprender las estructuras de lassustancias orgánicas. Estos aspectos gráficos, que podrán proyectarse mediante traspa-rencias o explicarse mediante modelos de plástico que comprenderán: estructura tetraé-drica del carbono, hibridaciones, enlaces σ y π , cadenas carbonadas, isomerías diversas,polarímetros, etc.

La nomenclatura orgánica debe introducirse sistemáticamente según las normas de laIUPAC, por bloques de compuestos según grupos funcionales, si excluir a los com-puestos que pertenezcan a varios bloques por tener diversos grupos funcionales.CONTENIDOS MINIMOS

Idea de la fuerza vital y su desaparición.Covalencia de C. Estructura electrónica.Hibridaciones. Estructura tetraédrica del C.Enlaces que forma el Carbono.Cadenas carbonadas.Estructura espacial de las moléculas orgánicas.Efectos electrónicos en los enlaces de las moléculas orgánicas.Nomenclatura básica. Cadenas hidrocarbonadas. Ciclos hidrocarbonados.Funciones orgánicas más importantes: Alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas,

ésteres, aminoácidos.Concepto de isomería.Isomería de cadena. Ejemplos.Isomería de posición. Ejemplos.Isomería de función. Ejemplos.Isomería geométrica cis-trans.Isomería óptica. Carbono asimétrico.Método para su determinación.

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MATERIALES Y RECURSOS DIDÁCTICOS

Material general de laboratorio para prácticas: material vidrio, balanzas, productosquímicos, buretas, indicadores.

Transparencias de los aspectos gráficos del tema: estructura del carbono, enlaces, hi-bridaciones, isomerías, etc.

Modelos moleculares y modelos de orbitales atómicos del carbono.EVALUACION

Se evaluará el tema mediante ejercicios escritos que comprendan preguntas sobrecuestiones básicas del tema.

Pruebas escritas de opción múltiple, relativas a las cuestiones anteriores tendentes aevaluar la capacidad de razonamiento teórico y conceptual.

Ejercicio de nomenclatura y formulación de Química Orgánica de todas las funcionesexplicadas, con cadenas ramificadas y exigiendo la nomenclatura sistemática de la IU-PAC.