tema 1. quimica organica 2013-14

Post on 21-Oct-2015

84 Views

Category:

Documents

11 Downloads

Preview:

Click to see full reader

TRANSCRIPT

Tema 1. Química Orgánica

Facultade de CienciasUniversidade da Coruña

1º Grado en BiologíaQuímica

Contenidos

Introducción a la Química Orgánica Alcanos Alquenos y alquinos Hidrocarburos aromáticos Haluros o halogenuros de alquilo Alcoholes, fenoles y éteres Aldehídos y cetonas Ácidos carboxílicos y sus derivados Aminas y amidas Isomería

El carbono posee un carácter químico especialCarbono (Z = 6) 1s2 2s2 2p2

Tetraédrica

Hibridación sp3 del átomo de carbono

Estado electrónicofundamental del carbono

2s

2p

Hibridación

Todos los compuestos orgánicos derivan de loshidrocarburos

Los hidrocarburos están constituidos sólo por C e H

Los compuestos orgánicos pueden tener además otroselementos como O, N, S, P o halógenos, denominadosheteroátomos

Los compuestos orgánicos se clasifican atendiendo a losgrupos funcionales que contienen

Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos queconfiere propiedades físicas y químicas específicas alcompuesto en el que está

Los compuestos orgánicos

Compuestos (C, H)Hidrocarburos

AlcanosAlcanos

AlquenosAlquenos

AlquinosAlquinos

Hidrocarburos aromáticosHidrocarburos aromáticos

Compuestos (C, H, O, N, Cl, Br…)

Haluros o halogenuros de alquilo

Haluros o halogenuros de alquilo

Alcoholes, fenoles y éteresAlcoholes, fenoles y éteres

Aldehídos y cetonasAldehídos y cetonas

Ácidos carboxílicos y sus derivados

Ácidos carboxílicos y sus derivados

Aminas y amidasAminas y amidas

Clasificación de los compuestos orgánicos

¿Cómo se dibujan las moléculas orgánicas?

TIPOS DE

FÓRMULAS

Fórmula molecular

Formula estructural

C2H4O (C4H8O2)Fórmula empírica

semidesarrollada

desarrollada

espacial

C4H8O2

Fórmulas de los compuestos orgánicos

¿Cómo se dibujan las moléculas orgánicas?

Los enlaces se representan por líneas (una línea = dos electronescompartidos).

1. No se representan los átomos de carbonos ni los hidrógenos, excepto enlos extremos (razones de claridad). Los hidrógenos se representancuando es necesario especificar una estereoquímica.

2. Se asume que los átomos de C se sitúan en los vértices de las líneas. Seasumen suficientes enlaces C ̶̶ H para que cada C tenga cuatro enlaces(un octeto).

3. Se representan los heteroátomos unidos (N, O, S, P, F, Cl, Br, I, etc.)

Fórmulas de los compuestos orgánicos

Hidrocarburos: moléculas que contienen sólo carbono e hidrógeno

Ramificado CicloalcanoLineal

Hidrocarburos alifáticos: alcanos, alquenos, alquinos

Hidrocarburos saturados

Fórmula general CnH2n+2

Hidrocarburos

n Nombre Fórmula

1 metano CH4

2 etano CH3CH3

3 propano CH3CH2CH3

4 butano CH3(CH2)2CH3

5 pentano CH3(CH2)3CH3

6 hexano CH3(CH2)4CH3

7 heptano CH3(CH2)5CH3

8 octano CH3(CH2)6CH3

9 nonano CH3(CH2)7CH3

10 decano CH3(CH2)8CH3

n Nombre Fórmula

11 undecano CH3(CH2)9CH3

12 dodecano CH3(CH2)10CH3

13 tridecano CH3(CH2)11CH3

14 tetradecano CH3(CH2)12CH3

15 pentadecano CH3(CH2)13CH3

16 hexadecano CH3(CH2)14CH3

17 heptadecano CH3(CH2)15CH3

20 eicosano CH3(CH2)18CH3

30 triacontano CH3(CH2)28CH3

40 tetracontano CH3(CH2)38CH3

Alcanos (CnH2n+2)

Densidad

Punto de ebullición

Tem

per

atu

ra (

ºC)

Número de carbonos

Punto defusión

Propano licuado(combustible para sopletes, fogón de camping)

C29H60 y C31H64(recubrimientocéreo de hojas)

Alcanos entre20 y 30 átomos(recubrimientocéreo de la cáscarade manzana)

Den

sidad

en estad

o só

lido

a 90

K (g

/cm

3)

Alcanos (CnH2n+2)

Las propiedades físicas vienen determinadas por las

fuerzas de atracción de London entre las moléculas

Los alcanos son moléculas apolares

Las fuerzas de London son debidas a lainteracción electrónica intermolecular

Las fuerzas de London son débiles,varían con la 6ª potencia de la distanciaentre moléculas

Molécula más grande = mayor área superficial = mayor atracción van

der Waals = mayor punto de ebullición y fusión

Alcanos (CnH2n+2)

En los alcanos ramificados la cadena más larga es la cadenaprincipal, a los grupos que están unidos a la cadena principal se lesdenomina sustituyentes y se nombran como radicales alquilo. Songrupos que tienen un hidrógeno menos que el alcano del queprovienen.

CH3CH3

CH3CH2

Etano

Etilo

Alcano

Alquilo

Alcanos (CnH2n+2)

Encontrar la cadena lineal de mayor número de átomos de carbonoy usar el nombre de esta cadena como nombre de la estructurabásica del compuesto.

¿Cuál es la cadena más larga en este compuesto?

10 carbonos = decano

Alcanos (CnH2n+2)

En este caso, tenemos dos cadenas de 10 átomos de carbono¿cuál debemos elegir?

La cadena con mayor número de sustituyentes

¿Cómo numerar la cadena?

Regla IUPAC: Numerar los carbonos de la cadena más largacomenzando por el extremo más próximo a un sustituyente.

Alcanos (CnH2n+2)

¿Cómo nombrar los sustituyentes en nuestra molécula?

Los sustituyentes se ordenarán por orden alfabético.

Si hay varios sustituyentes iguales se antepone el prefijo di (2), tri(3), tetra (4), penta (5)… y se escribe el número localizador antes delos sustituyentes.

2,5,7,8-tetrametil-4-propildecano

Alcanos (CnH2n+2)

Fórmula general: CnH2n

El nombre del alcano va precedido por el prefijo ciclo-

Para nombrar los sustituyentes se siguen las mismas reglasque para los alcanos.

Cicloalcanos (CnH2n)

“Rotación libre alrededor del enlace C-C”

Consecuencia de la geometría tetraédrica del C sp3

Las conformaciones de una molécula son las diferentesdispociones relativas que adoptan sus átomos al girar uncarbono respecto al otro

Los confórmeros son isómeros resultado del giro de unenlace sencillo

La interconversión entre confórmeros requiere poca energía,es muy rápida y resulta muy difícil separar los isómerosconformacionales

Isomería conformacional

C sp2

p

sp2

sp2

pTrigonal plana

Molécula de eteno (C2H4)

Hibridación sp2 del átomo de carbono

C

H

H

C

H

H

1-Buteno 2-Buteno 2-Penteno Ciclohexeno

Reglas IUPAC

1. Buscar la cadena más largacon el grupo funcional

2. Indicar la posición del dobleenlace (la más baja posible)

3. Nombrar los sustituyentes

4. Terminación -eno

Isómeros de doble enlace

Alquenos (CnH2n)

3-Metil-1-penteno 3-Metilciclohexeno

2-Metil-3-hexeno

C sp

p

p

spp

p

Molécula de etino (C2H2)

Hibridación sp del átomo de carbono

Etino(Acetileno)

2-Butino(Dimetilacetileno)

4-Bromo-2-hexino 3,3-Dimetil-1-butino

3-Hexen-1-ino 1-Penten-4-ino 5-Hexin-2-ol

Alquinos (CnH2n-2)

Es la misma que

Benceno y sus formas resonantes

Benceno

Termodinámicamente: estableCinéticamente: estable

Hidrocarburos aromáticos

Enlace del benceno

Estructura del benceno

C-C sencillo 1.54 ÅC=C doble 1.34 Å

Hidrocarburos aromáticos

Ciclohexeno

1,3-CiclohexadienoBenceno

“1,3,5-Ciclohexatrieno”Energía deresonancia

Ciclohexano

Estabilidad del benceno.Energía de resonancia.

Hidrocarburos aromáticos

Fluorobenceno Nitrobenceno (1,1-Dimetiletil)benceno

1,2-Diclorobenceno(o-Diclorobenceno)

1-Bromo-3-nitrobenceno(m-Bromonitrobenceno)

1-Etil-4-(1-metiletil)benceno(p-Etilisopropilbenceno)

Hidrocarburos aromáticos

Bencenol(Fenol)

(Antiséptico y anestésicoen nebulizadores orales)

Bencenamina(Anilina)

(Industria decolorantes)

Bencenocarboxialdehído(Benzaldehído)

(Condimento artificial)

1-Feniletanona(Acetofenona)

(Fármaco hipnótico)

Ácido bencenocarboxílico(Ácido benzoico)

(Conservante alimentario)

Hidrocarburos aromáticos

Se antepone al nombre del hidrocarburo el prefijo fluoro- para el flúor, cloro- para cloro, bromo- para bromo y yodo- para yodo.

Halogenuros de alquilo

OH

2-Metilpentanol

OHOH

2-Metilciclohexanol2,4-Dimetilpentan-3-ol

12

3

4

5

1212

345

OH

2-Etil-3-metilheptanol

1234

5

6

7

OH

Clcis-3-Clorociclobutanol

Prioridad de grupos

funcionalesácidos

ésteres

aldehídos

cetonas

alcoholes

aminas

alquinos

alquenos

alcanos

éteres

haluros

IUPAC: Nombre del alcano principal terminado en –ol

Nombre común: alcohol + nombre grupo alquilo + ico

Alcoholes

Alcanos

Alcoholes

Número de átomos de carbono

(K)

Los alcoholes tienen puntos de fusión y ebullición más elevados que los alcanos

1) Polaridad del enlace

2) La formación de enlaces de hidrógeno

Alcoholes

La formación de enlaces de hidrógeno comporta un aumento delos puntos de ebullición y la solubilidad en agua.

Mayor parte hidrofóbica implica menor solubilidad en agua del alcohol

Metanol Pentanol

Disolución acuosa de metanol

El grupo funcional OH es polar, por lo que son solubles en agua

Enlaces de hidrógeno intermoleculares

Agua

Alcohol

Alcoholes

La acidez de los alcoholes es similar a la del agua

Los alcoholes como ácidos y bases (anfóteros)

Alcoholes

Producción biológica del etanol

El 95% del etanol se metaboliza en el hígado

Producción industrial del etanol

Alcoholes

Metoxietano(Etilmetiléter)

2-Etoxi-2-metilpropano Metoxibenceno(Fenil metil éter)

Puntos de ebullición similares a los alcanos

Enlace de hidrógeno No hay enlace de hidrógeno

H3C

O

CH3 CH3

OH3CH O

CH3

H3C

O

CH3

• No son polares, por tanto son poco solubles en agua• Son poco reactivos

Éteres

El grupo carbonilo C=O forma parte de numerosas funciones orgánicas

O

R NR´

R

Aldehídos Cetonas

Ácidos carboxílicos AmidasÉsteres

El grupo carbonilo (C=O)

Grupo aldehído(enlazado a un hidrógeno)

Grupo cetona(enlazado a dos carbonos)

Aldehídos y cetonas

Etanal(Acetaldehído)

4-ClorobutanalMetanal(Formaldehído)

Propanal

Ciclohexanocarbaldehído 4-Hidroxi-3-metoxi-bencenocarbaldehído(4-Hidroxi-3-metoxibenzaldehído)

2-Pentanona 4-Cloro-6-metil-3-heptanona

Aldehídos: Nombre del alcano principal terminado en –alCetonas: Nombre del alcano principal terminado en -ona

Aldehídos y cetonas

Formas de representar los aldehídos y cetonas

Butanal:

2-Butanona:

No confundir con COH

Aldehídos y cetonas

Etanal: material de partida en la industria de plásticos,pinturas, industria delcaucho, papel, etc. También se usa como conservante enproductos alimenticios.

CH3H3C

H3CO

AlcanforLinimentos:-antiséptico-protector cutáneo

H

O

Undecenal (feromona sexual de la mariposa gigante de la cera)

Aldehídos y cetonas

Adición de agua paraformar dioles

H2OH2O

Aldehído Cetona HemiacetalHemiacetal

Adición de alcoholes para formar hemiacetales

1,1-Dioles

Reacciones de los aldehídos y cetonas

Glucosa: hidrato de carbono

Aldehídos y cetonas

Hidratos, hemiacetales y acetales en la naturaleza

OH

HO

H

OHH

OH

CH2OH

HH CH2OH

OH H

H OHO

OH

CH2OHO

Sacarosa

Caña de azúcar

Aldehídos y cetonas

Nomenclatura: el nombre del alcano correspondiente terminado en -oico

O

R NR´

RÁcidos carboxílicos AmidasÉsteres

Corteza de sauce

HO

O OH

Ácido 2-hidroxibenzoico(ácido salicílico)

Ácidos carboxílicos y sus derivados

Carácter ácido y básico de los ácidos carboxílicos

Formación de sales o carboxilatos

Ácido 4,4-dimetilpentanoico(Ligeramente soluble en agua)

4,4-Dimetilpentanoato de sodio(Soluble en agua)

Tienen propiedades ácidas, pero son ácidos débiles

Ácidos carboxílicos y sus derivados

Propanoato de 2-metilpropilo(Componente del aroma de ron)

Pentanoato de 3-metilbutilo(Componente del aroma de manzana)

2-Aminobenzoato de metilo(Componente del aroma de uva)

El grupo hidroxilo ha sido sustituido por un grupo alcoxi

Reacción de esterificación e hidrólisis

Ésteres

Amoníaco

Amina primaria

Amina secundaria

Amina terciaria

Amida primaria

Amida secundaria

Amida terciaria

Amoníaco a aminas combinados con ácidosSustitución de hidrógenos

por grupos alquilo

Aminas y amidas (compuestos con N)

Bencenamina(Anilina)

N-Metiletanamina N,N-Dimetiletanamina

• Nombre del grupo unido al átomo de nitrógeno + amina

• Si hay más grupos diferentes unidos al nitrógeno, se describen sus nombres en forma alfabética + amina

Aminas

Amidas

Isomería

Isomeríaconstitucional:

-de cadena-de posición-de función

Estereoisomería

Conformacional Óptica

No guardan relación deimagen especular

Diastereoisómeros

Guardan relación deimagen especular perono son superponibles

Enantiómeros

Geométrica

Cis/Trans

Isomería en Química Orgánica

Constitucional de cadena

Constitucional de posición

Constitucional de función

Isomería en Química Orgánica

Estereoisómeros con distinta configuración

La interconversión es difícil porque requiere mucha energía

Los isómeros geométricos poseen al menos un enlace sinrotación libre: alquenos

Isomería Geométrica

Alquenos con tres o cuatro sustituyentes distintos

Para cada uno de los carbonos del doble enlace, se asigna unorden de prioridad

Sustituyentes de mayor prioridad del mismo lado (Z)Sustituyentes de mayor prioridad de distinto lado (E)

Nomenclatura E / Z

Objetos superponibles asus imágenes especulares

QuiralesAquirales

Objetos no superponiblesa sus imágenes especulares

Espejo

La palabra quiral proviene del griego “cheir” mano

Quiralidad en la naturaleza

Isomería óptica

La simetría molecular permite distinguir estructuras quiralesde aquirales

Metano(6 planos

especulares)

Clorometano(3 planos

especulares)

Diclorometano(2 planos

especulares)

Bromocloro-metano(1 plano

especular)

Bromocloro-fluorometano(ningún plano

especular)

Aquiral Aquiral Aquiral Aquiral Quiral

Carbonos asimétricos

http://www.quimiweb.com.ar/animaciones/Isomer%EDa%20Espacial%20o%20Estereoisomer%EDa/Carbono%20sim%E9trico%20anim..gif

http://www.quimiweb.com.ar/animaciones/Isomer%EDa%20Espacial%20o%20Estereoisomer%EDa/Carbono%20asim%E9trico%20anim..gif

Carbono asimétrico C*(cuatro sustotuyentes distintos)

Moléculas con un C*(moléculas quirales)

Carbonos asimétricos

NA = 1

NA =53

NA= 6NA = 35

R

H

I

CH3CH2CH3

Nomenclatura R y S

¿Por qué este orden de prioridades?

tiene menos prioridad que

Metilo Etilo(R)-2-Yodobutano

Nomenclatura R y S

Espejo

Los dos estereoisómeros no son superponibles

2-Bromobutano

Concepto de enantiómeros

CH3

Transformación

Proyecciónde Fischer

Molécula enperspectiva

Representación en dos dimensiones

Proyección de Fischer

CH3

Br

CH3CH2

H CH3

CH2CH3CH2CH3

H HBr Br

Nomenclatura D y L en los azúcares y en aminoácidos

Enantiómeros de los azúcares

Ácido 2-hidroxipropanoico (Ácido láctico)Ácido 2-aminopropanoico(Alanina)

Dos enantiómeros tienen propiedades físicas y químicas idénticas, excepto una

()-Ácido 2-hidroxipropanoico[()-Ácido láctico]

[]25ºCD = 3.8

()-Ácido 2-hidroxipropanoico[()-Ácido láctico]

[]25ºCD = 3.8

Espejo

Un enantiómero Un enantiómero(sangre y fluído muscular)

Mezcla de enantiómeros(leche fermentada, plantas)

Enantiómeros de los aminoácidos

R-()-AlbuterolS-()-Albuterol

Espejo

Fármacos quirales ¿racémicos o enantioméricamente puros?

AlbuterolAntagonista Broncodilatador

FDA (Agencia Federal de Alimentos y Medicamentos Estadounidense)

(S)-()-Albuterol (R)-()-Albuterol

Espejo

Importancia de los enantiómeros

Isómeros ópticos que no son imágenes especulares

Dos diastereoisómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes

Diastereoisómeros

top related