libro de quimica organica

QUMICA ORGNICA I

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTONIO GUILLERMO URRELO

ESPECIALIDAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA

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Especialidad:Farmacia y Bioquimica [email protected]

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QUMICA ORGNICA I

TEORA ENLACE Y RESONANCIA La unin entre dos tomos en una molcula es lo que denominamoscomnmenteenlace.Enestecaptuloabordaremosenformasencillaelporquexistenlosenlaces. Las primeras explicaciones de la naturaleza de los enlaces qumicos fuerondadasporW.KsselyG.N.Lewisen1916.Ellospropusieronqueexistandostiposprincipalesdeenlacesqumicos:1.El EnlaceInicooElectrovalente(formadoporlatransferenciadeunooms

electronesdeuntomoaotro). 2.El EnlaceCovalente (unenlacequeseformacuandolostomoscomparten

electrones).Losconceptosyexplicacionesquesederivandelasproposicionesoriginalesde

LewisyKsselsonsatisfactoriosparaexplicarmuchosdelosproblemasconquenosenfrentamosenlaqumicaorgnicaactual.

Porquexistenlosenlaces?Dostomosformanunenlaceslosisuinteraccines"favorable".Esdecirsidesprendenoliberanenerga[calor],(Porelcontrario,larupturadeenlacerequiereenerga[calor]).Culessonlascausasdedichodesprendimientodeenerga?SondosysebasanenalgunasleyesfundamentalesdelaFsica:

(1)Lascargasopuestasseatraen(2)Loselectronesestndistribuidosenelespacio

ENLACESINICOSOELECTROVALENTESUnenlaceinicoseformacuandodostomosdeelectronegatividadmuydistintaseunenentres.Laprdidadeunelectrndeltomomenoselectronegativodalugara


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laformacindeuncatin;ylagananciadeunelectrnporeltomomselectronegativodalugaralaformacindeunanin.Porquseformanestosiones?SegnlateoradeLewisKsselambosionesadquierenlaestructuraelectrnicadeungasnoble.Msan,apartirdelosionesindividualesseformaunamolculacristalinay,ensuestadocristalino,losionestienenenergasmuchomenoresquelosdelostomosapartirdeloscualesseforman.As,seestabilizanalreaccionar,formandounamolculacristalina.Ejemplo:

Li=1s22s1F=1s22s22px22py22pz1

AdquierenconfiguracintipogasnobleHelioyNen.Lassustanciasinicas,porsusgrandesfuerzaselectroestticasinternas,tiendena ser slidas conun punto de fusin muyalto, a menudo superior a 1000 C. Endisolventes polares, comoel agua, por lo general los iones solvatados conducen lacorrienteelctrica.ENLACECOVALENTE

Cuandoreaccionandosomstomosdeelectronegatividadigualoparecidanose llevaacabounatransferenciacompletadeelectrones. Enestoscasoslostomosadquieren la estructura del gas noble compartiendo electrones y se forman enlacescovalentes.Lasmolculascovalentespuedenrepresentarsemediantefrmulasenqueloselectronessonpuntos,peroesmsconvenienteutilizarfrmulasconguionesendondecadaguinrepresentaunpardeelectronesqueenlazaalostomos.Ejemplo:


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Losionesmismospuedencontenerenlacescovalentes:

Cuandodostomosdediferenteelectronegatividadformanunenlacecovalentelos electrones no se comparten equitativamente entre ellos. El tomo de mayorelectronegatividad atrae el par de electrones, acercndoloms a l, y se forma unENLACECOVALENTEPOLAR.Unejemplodeunenlacedeestetipoeselqueseformaenelclorurodehidrgeno.Eltomodecloro,queesmselectronegativo,atraelos electrones enlazantes hacia l. Esto hace que el tomode hidrgeno tenga unadificienciadeelectronesyadquieraunacargapositivaparcial((+)).Eltomodeclorosehacericoenelectronesyapareceenlunacarganegativaparcial(()).

Entrminosgeneraleshablamosdeenlacepolarizado.

MenosElectronegativo:MsElectronegativo =qd Una molcula A:B de este tipo es un dipolo, caracterizado por una cargapositivaqenunextremoquesecompensaconunanegativaqenelotro,separadasporunadistancia d.Elproductodedichascantidades,lacarga q porladistancia d,eselMOMENTODIPOLAR, .


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ELMODELODEENLACEDELEWIS[1]

CIDOS Y BASES EN QUMICA ORGNICA

CIDOS Y BASES FUERTES De acuerdo con la teora de Bronsted-Lowry, se define un cido como una sustancia que puede donar un protn y una base como una sustancia que puede aceptar un protn.

cido base base conjugada cido conjugado del cido de la base Los iones hidronio, H3O, y los iones hidrxido, -OH, son respectivamente, los cidos y bases ms fuertes que existen en soluciones acuosas.

NaOH (s) + H2O Na (ac) + -OH (ac)

ACIDOS Y BASES DEBILES


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En contraste con los cidos fuertes, como el HCl y el H2SO4, el cido actico es un cido mucho ms dbil. Cuando el cido actico se disuelve en agua, la reaccin que se muestra a continuacin no se lleva a cabo en forma completa.

Los experimentos muestran que en una solucin 0.1 M a 25 C, slo el 1 % de las molculas del cido actico transfieren sus protones al agua. Como la reaccin de disolucin acuosa del cido actico es un equilibrio, puede describrsela mediante una expresin para la constante de equilibrio

Para soluciones acuosas diluidas la concentracin de agua es esencialmente constante (55 moles/lt), de manera que la expresin de la constante de equilibrio puede rescribirse en trminos de una nueva constante, Ka, llamada constante de acidez.

A 25C, la constante de acidez del cido actico es 1.8 10-5. Para cualquier cido disuelto en agua, pueden escribirse expresiones similares. Utilizando un cido hipottico generalizado, HA, la reaccin en agua es:

Por esta razn, un valor alto de Ka significa que el cido es un cido fuerte y un valor pequeo de Ka significa que el cido es dbil. Si la constante de acidez es mayor de 10, a efectos prcticos, el cido estar totalmente disociado en agua. La teora de cidos y bases fue ampliada enormemente por G.N. Lewis en 1923. Destruyendo lo que l llamo "el culto del protn", Lewis propuso que los cidos podan definirse como receptores de pares de electrones y las bases como donantes de pares de electrones. En la teora de Lewis, el protn no es el nico cido, sino tambin muchas


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otras partculas. Por ejemplo, el cloruro de aluminio y el triflururo de boro reaccionan con aminas en la misma forma que lo hace un protn.

En los ejemplos anteriores, el cloruro de aluminio y el triflururo de boro aceptan el par de electrones de la amina lo mismo que sucedera con un protn. Esto se debe a que los tomos centrales de aluminio y boro slo tienen un sexteto de electrones y por lo tanto son deficientes de electrones. Las bases son bastantes similares tanto en la teora de Lewis como en la teora de Bronsted-Lowry. CIDOS Y BASES EN SOLUCIONES NO ACUOSAS Muchas de las reacciones cido-bases orgnicos que comentaremos en este captulo no se llevan a cabo en solucin acuosa. Muchos de los cidos que se encontraran aqu, son mucho ms dbiles que el agua. Las bases conjugadas de estos cidos orgnicos se preparan en amoniaco lquido. La base ms potente que puede emplearse en el amoniaco lquido es el ion amida, -NH2 la base conjugada del amoniaco. El ion amida, al ser la base conjugada de un cido sumamente dbil, es una base muy potente.

Recurdese que: p K a = - log K a por lo tanto, a medida que el pKa disminuye aumenta la acidez de los cidos, y a medida que el pKa aumenta, disminuye la acidez de los cidos, aumentando su basicidad, obsrvese la tabla 2.1. Tabla 2.1.- Valores de pKa de sustancias orgnicas comunes


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CIDO pKa BASE

ciclohexano 45 C6H11-NH3 36 NH2-HCCH 25 HCC-CH3OH 16 CH3O-H2O 15,7 HO-R-NH3+ 10 R-NH2R-COOH 5 R-COO-CH3OH2+ -2 CH3OHPhOH2+ -6,7 PhOHHPF6 -20 PF6-


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OTROS CRITERIOS A CONSIDERAR: ELECTRONEGATIVIDAD DEL CIDO Cuanto ms electronegativo sea el elemento que porta el H ms polarizado estar el enlace y ms cido ser la familia de compuestos relacionados. A(-)H(+), a mayor E.N. de A, mayor ser la acidez del compuesto, ejemplo:

pKa cido Base

43

35

10

18

-2

La basicidad va a disminuir en este orden C- N- O-, cuanto ms E.N. es el elemento, el cido es ms fuerte y la base conjugada del mismo ms dbil. El nitrgeno es menos E.N. que el oxgeno y por lo tanto los compuestos nitrogenados son mejores bases, siendo as el amoniaco una mejor base que el agua.


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EFECTO DE RESONANCIA El efecto de la resonancia estabiliza ms a una base que a un cido, ya que se produce una deslocalizacin del par de electrones de la base y por lo tanto estos estn menos disponibles a captar un protn, con lo cual disminuye el pKa. Analicemos el siguiente ejemplo: a) CH3COOH pKa = 5 Esta claro que al ver sus valores de pKa, que el cido actico es mucho ms b) CH3CH2OH pKa = 17 cido que el etanol

Por qu?

Si la carga negativa del acetato se puede deslocalizar por resonancia, el par de electrones estar menos disponible para actuar, por lo que la base estar estabilizada y ser dbil, siendo por lo tanto fuerte el cido del que deriva.. El etanol ser un cido ms dbil porque su base no se encuentra estabilizada por resonancia, su base conjugada ser ms fuerte ya que los electrones estn ms disponibles a captar un protn. Se puede concluir que cuanto ms estable es su base conjugada ms fuerte ser el cido. Diferencia de acidez entre tipos de compuestos: Alcoholes y cidos Carboxlicos

R-COOH R-COO- pKa 5

R-CH2OH R-CH2O- pKa 17 Hay una fuerte estabilizacin por resonancia en los iones carboxilato provenientes de los cidos carboxlicos, haciendo que sus bases conjugadas sean ms dbiles y sus cidos ms fuertes.


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Alcoholes y Fenoles

Ph-OH Ph-O- pKa 10

R-CH2OH R-CH2O- pKa 17 El ion PhO- puede estabilizarse por resonancia con participacin del anillo aromtico, haciendo que su base conjugada sea lo bastante dbil, con respecto a la base conjugada del alcohol aliftico. Aminas y Amidas

R-CO-NH2 R-CO-NH- pKa = 16

R-CH2-NH2 R-CH2-NH- pKa = 35 La forma bsica del amiduro esta estabilizada por resonancia: La forma cida tambin tiene formas resonantes, pero implica separacin de cargas y por lo tanto es menos estable. En la amina, la forma bsica no puede estabilizarse por resonancia por lo tanto es una especie bastante ms bsica que la amida, y por ende como cidos son mucho ms dbiles. Cetonas e Hidrocarburos

R-CO-CH3 R-CO-CH2 pKa = 20

R-CH2CH3 R-CH2CH2 pKa = 43 Nuevamente vemos que la base conjugada de la cetona es una especie que puede estabilizarse por resonancia disminuyendo su basicidad y aumentando su acidez, en cambio, el carbanin generado en el hidrocarburo no puede estabilizarse por resonancia siendo mucho ms bsico que su homlogo. Por lo tanto los hidrocarburos son mens cidos que las cetonas. Basicidad de una Amina aliftica y una Amina aromtica Amina aliftica:

cido base cido conjugado base conjugada Amina aromtica:


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En el primer caso la metilamina es una base fuerte dado que no puede estabilizarse por resonancia, lo que implica que su par de electrones estar siempre disponible a captar un protn de un cido, en el segundo caso, en la anilina (amina aromtica) el par de electrones se deslocaliza al interior del anillo, estabilizando a la base por resonancia, y disminuyendo su basicidad. Acidez de una amida

Una amida est estabilizada por resonancia, es decir su par de electrones est deslocalizado y poco disponible a aceptar un protn de cido, ah que ellos como compuestos son relativamente malas bases y buenos cidos frente a compuestos similares (aminas por ejemplo).


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Analicemos el siguiente caso:

Tanto la forma cida como la forma bsica se pueden estabilizar por resonancia, pero la forma bsica implica deslocalizacin de carga, por lo que es ms estable y a su vez como compuesto es menos bsico. La forma cida, implica creacin de carga por lo que es menos estable como estructura resonante, lo que comprueba su carcter cido como compuesto. Si se tienen el mismo nmero de estructuras resonante el criterio a emplear es el que no implique creacin de carga.

Comparacin de la acidez de una cetona, acetil-cetona, acetato de etilo, y malonato de etilo

pKa = 9 pKa = 10.2 pKa = 14 pKa = 20 Teniendo en cuenta que a menor pKa, mayor acidez: 1. La acetil-acetona: es la ms cida debido a que su base conjugada est muy

estabilizada por resonancia, posee hidrgenos muy cidos, en a dos grupos carbonilos.

2. El aceto-acetato de etilo: es el siguiente en acidez debido a que aunque su base

conjugada est muy estabilizada por resonancia, el grupo ster estabiliza menos la carga negativa que el grupo cetona, debido a que el ster tiene su propia resonancia interna.


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3. El malonato de dietilo: es el que les sigue debido a que las formas resonantes de la

base conjugada estabilizan menos la carga negativa, por la presencia de los dos grupos ster.

4. La cetona: es la menos cida debido a que su base conjugada tiene menos estabilidad por resonancia, posee hidrgenos en a un solo grupo carbonilo, a diferencia de los casos anteriores.

GRUPOS ATRACTORES DE ELECTRONES POR RESONANCIA El grupo NITRO: Ayuda a estabilizar la carga negativa en la base conjugada, adems el

grupo nitro por si solo ya es estable.

Por ejemplo: el nitrometano es relativamente cido, tiene un pKa = 10


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El Grupo CIANO: Contribuye un poco menos que el grupo nitro a la estabilidad de la base conjugada.

El orden de acidez para estos grupos y otros suele ser:

-NO2 -CN -SO2- 3C-

Ejemplos:

Para la base conjugada del trifenil metano hay 10 posibles estructuras resonantes, por lo que deberamos esperar que fuese un cido bastante fuerte, sin embargo su pKa = 30, lo que implica que es un cido bastante dbil lo cual se puede explicar por efecto estrico de la base y la perdida de la aromaticidad del compuestos al deslocalizarse la carga al interior del anillo.

En este caso a pesar del efecto estrico, el movimiento de las cargas sobre el grupo ciano esta favorecida, debida a la diferencia de electronegativiodad de los tomos. Por lo que la forma bsica esta bastante estabilizada y el cido del cual proviene es bastante fuerte, pKa 0

Efectos de resonancia de diversos grupos:

Electrn-dadores -F, -Cl, -Br, -I, -O-, -OR, -OH, -OCOR, -NR2, -SR, -SH, -CH3

Electrn-atrayentes -CN, -CO-, -SO2-, -NO2 HIBRIDACIN DE LOS TOMOS


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A medida que aumenta el % de carcter p en los orbitales aumenta el tamao de los enlaces y aumenta la basicidad, disminuyendo la acidez de la molcula. Esto se debe a que los electrones estn ms disponibles para aceptar protones. Ejemplos: Molcula Hibridacin del tomo pKa Carcter bsico/cido

hibridacin sp3 del "N"

9.8

base fuerte

hibridacin sp2 del "N"

5.2

base moderada

hibridacin sp del "N" 0 base dbil

hibridacin sp3 del "C" 40 cido dbil

hibridacin sp del "C" 24 cido fuerte


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EFECTOS INDUCTIVOS Y ELECTROESTTICOS Los grupos donores de electrones por efecto inductivo contribuyen a disminuir la acidez y aumentan la basicidad de la misma. En cambio los tomos electronegativos contribuyen a que aumente la acidez y disminuya la basicidad. La polarizacin de un enlace por influencia de un tomo o grupo adyacente polar se conoce como efecto inductivo,

En cambio los halgenos son muy electronegativos y son grupos atractores de electrones, con lo que polarizan ms rpido el enlace a romper, aumentando considerablemente la acidez de las molculas, en la Tabla 2.2 se analizan algunos ejemplos.

Efectos inductivos de diversos grupos: Electrn-dadores -O-, -CH3, -CO2-

Electrn-atrayentes -F, -Cl, -Br, -I, -OR, -OH, -NR2, -SR, -SH, -CO2H, -CO2R, -CO-, -CN, -NO2, -SO2-, -C=C-, -CC-, -NR3, -SR2


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Tabla 2.2.- Ejemplos de cidos Carboxilicos, su pKa y el efecto del sustituyente Molcula pKa Efecto

3.77 "H" ni da ni quita carga por efecto inductivo.

4.76 efecto inductivo del grupo metilo, aumenta la basicidad.

2.66 "F" tomo ms electronegativo (E.N = 4.0), van aumentando la acidez con respecto a los otros halgenos.

2.86 E.N. = 3.0, la acidez disminuye por que al ser menos electronegativo habr menos dispersin de la carga.

2.90 E.N. = 2.8

3.16 E.N. = 2.5

1.29

La presencia de dos tomos de cloro, hace que aumente la acidez con respecto al primero.

0.05

En este caso hay tres tomos de cloro, aumenta bastante la acidez con respecto al anterior

4.76 Efecto inductivo ms prximo al grupo cido.

4.88 Efecto inductivo va disminuyendo al crecer la cadena carbonada.

4.96

Mayor acumulacin de carga negativa sobre un mismo carbono, menor dispersin de carga, implica mayor basicidad.

5.65

dem, al anterior

1.68

El grupo nitro dispersa mejor la carga, aumenta la acidez.

1.86

La presencia de los metilo aumenta la basicidad, con respecto al anterior.

2.47 Grupo ciano dispersa carga por efecto de resonancia.


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3.35 El ster dispersa carga por efecto de resonancia, pero menos que el grupo ciano

3.58 El carbonilo de cetona, dispersa menos carga que un ster.

3.53 Ahora tenemos un ter, el cual es mas bien un grupo dador de electrones.

3.83 El hidrxido es dador de electrones, aumenta la basicidad.

3.77 El hidrgeno, no influye prcticamente en nada.

1.23 El dicido es ms fuerte, debido al efecto inductivo que produce el otro cido.

4.76 Metilo dador de carga por efecto inductivo, aumenta la basicidad.

2.83 Este efecto se mantiene cuando hay un tomo de carbono entre ellos, pero se debilita un poco al aumentar la distancia entre los dos grupos cidos.

EFECTO DE LOS PUENTES DE HIDRGENO Los puentes de hidrgenos estabilizan a las bases conjugadas. Por existir una mayor dispersin de la carga, haciendo que disminuya la basicidad y aumente la acidez de los mismos. A continuacin se ejemplifica este hecho con molculas que se diferencian principalmente en su geometra y/o estructura. En primer lugar veamos el caso de un dicido cis con respecto a su ismero trans. Se puede observar que la base conjugada esta estabilizada por la formacin de un puente de hidrgeno (pKa = 1.92) en el ismero cis.

En cambio en el ismero trans, este puente de hidrgeno no se puede formar dado que la geometra de la molcula no se lo permite, lo que hace que aumente su basicidad al no haber dispersin de carga, (pKa = 3.02).

En el segundo ejemplo analizamos el cido orto y para hidroxibenzoico. Se puede concluir que el cido orto hidroxibenzoico es ms cido que el para, dado que la base conjugada se puede estabilizar por la formacin de un puente de hidrgeno por la cercana en el espacio del grupo hidrxido con el carbixilato, cosa que en la posicin para no puede ocurrir.


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cido ms fuerte base conjugada estabilizada por puente de hidrgeno

cido ms dbil La disposicin espacial no permite la formacin del puente de hidrgeno EFECTOS ESTRICOS Recurdese que los efectos estricos son los que producen las interacciones espaciales entre los tomos y/o grupos. Este fenmeno puede influir en la acidez y basicidad de algunas molculas. Por ejemplo:

RELACIONES ENERGTICAS: Cuando una reaccin qumica alcanza el equilibrio, la posicin del mismo refleja las energas relativas de reactivos y productos. La constante de equilibrio K se relaciona


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con la diferencia de energa libre estndar G entre los productos y los reactivos, a travs de la ecuacin: G = - RT ln K en donde R = 1.99 10-3 kcal/mol-K (8.31 10-3 kJ/mol-K) T = temperatura

Si los reactivos son de menor energa que los productos (G 0; K 1), y la reaccin se dice endergnica. En una reaccin exergnica, los productos son de menor energa que los reactivos (G 0; K 1) . Dos importantes parmetros termodinmicos contribuyen a la diferencia de energa libre y ,por tanto, a la posicin del equilibrio. La entalpia, H, o calor de reaccin, que est relacionada con las diferencias en las energas de enlaces entre los productos y los reactivos. La entropa, S, es una medida de las diferencias de libertad de movimiento entre las molculas de los productos y los reactivos. Un valor ms positivo de la entropa indica un aumento del grado de libertad al transformarse los reactivos en productos. La expresin que relaciona entr s dichos parmetros es:

G = H - T S

El valor de la entalpa, en la mayora de reacciones orgnicas, es en general mucho mayor que el del trmino TS y, por tanto, su contribucin a la diferencia de energa libre es ms importante. En consecuencia, es frecuente hablar de reacciones refirindose a H, es decir, como exotrmicas (H 0) o endotrmicas (H 0). Cuando H TS, situacin que ocurre con frecuencia en sistemas biolgicos, casi siempre se utilizan los trminos " exergnico" y "endergnico". A continuacin se muestran las Tablas 2.3 y 2.4, el la primera se muestra la relacin entre la concentracin relativa y la energa libre, para equilibrios simples a 25 C, la cual resulta ser til para saber cuanto esta desplazado un equilibrio. En la Tabla 2.4 se muestran los valores de pKa para las sustancias orgnicas ms comunes. Tabla 2.3.- Relacin entre la concentracin relativa y la energa libre en el caso de equilibrios simples, (A B) a 25 C.

Poblacin en el equilibrio GReactivo A, % Reactivo B, % Kc kcal/mol (kj/mol)

99 1 0,01 2,72 11,3790 10 0,11 1,30 5,53


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QUMICA ORGNICA I

75 25 0,65 0,65 2,7250 50 1,00 0 025 75 3,00 -0,65 -2,7210 90 9.00 -1,30 -5,431 99 99.00 -2,72 -11,37

0,1 99,9 999,00 -4,09 -17,100,01 99,99 9999,00 -5,46 -22,82

Kc = Constante de equilibrio, la cul se puede determinar por la relacin entre el pKa del cido (AH) y el pKa del cido conjugada de la base (BH). pKc = pKa(AH) - pKa(BH), por lo que Kc es igual al antilogaritmo de la diferencia obtenida.

Escala de Acidez

cido conjugado pKa Base conjugada cido conjugado pKa base conjugada

Ciclohexano

45

C6H11-

CH3-CH3

42

CH3-CH2-

CH4 40 CH3- Benceno 37 C6H5-

Etileno 36 CH2=CH- NH3 36 NH2-

-CH3 35 -CH2- CH2=CH-CH3 35 CH2=CH-CH2-

3-CH 32 3-C- -NH2 27 -NH-

HCCH 25 HCC- 2-NH 23 2-N-

CH3COCH3 20 CH3COCH2- t-BuOH 19 t-BuO-

18.5

C2H5OH (ROH)

17

C2H5O-

RCONHR' 16 RCONR'- CH3OH 16 CH3O-

H2O 15.7 HO- 15

15

(ROOC)2CH2

13.5

(ROOC)2CH-

13.4

13.4

(NC)2CH2 11.2 (NC)2CH- CH3COCH2COOR 10.2 CH3COCH-COOR


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RNH3 R2NH2 R3NH

10

RNH2 R2NH R3N

CH3NO2

10.2

-CH2NO2

HCO3- 10.2 CO3= -OH 10 -O-

9.6

9.3

NH4 9.2 NH3 HCN 9.1 CN-

9.0

8.0

7.2

H2CO3

6.5

HCO3-

O2NCH2COOCH3 5.8 O2NCH-COOCH3

5.2

-NH(CH3)2 5.1 -N(CH3)2 -NH3 4.6 -NH2

RCOOH 4.50.5 RCOO- 2,4-Dinitrofenol

4.0 (NO2)2-O-

HCOOH 3.7 HCOO- CH2(NO2)2

3.6 -CH(NO2)2

ClCH2COOH

3.8

ClCH2COO-

2.5

2.4

Cl2CHCOOH

1.3

Cl2CHCOO-

1.0

2-NH2

1.0

2-NH

Cl3CCOOH 0.9 Cl3CCOO- 2,4,6-Trinitrofenol

0.4

(NO2)3O-

CF3COOH 0 CF3COO- CH3CONH3 0.3

CH3CONH2


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QUMICA ORGNICA I

HNO3 -1.4 NO3- -CONH3 -2.0

-CONH2

CH3OH2

-2.0

CH3OH

-2.1

(CH3)2OH -3.8 (CH3)2O t-BuOH2

-4 t-BuOH

-4.0

-4.5

(CH3)2SH

-5.2

(CH3)2S

-5-5

-6.2

-OH2

-6.7

-OH (o -OR)

-6.8 -CH=OH -7.1 -CHO

-9.4

R-CNH

-10

R-CN

-11 H2SO4 ? HSO4-

HBF4 ? BF4- FSO3H ?

FSO3-

HClO4 -20 ClO4- HPF6 -20

PF6-

SbF5.FSO3H -20 SbF5.FSO3-


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QUMICA ORGNICA I

HIDROCARBUROS(NOMENCLATURA)

Los hidrocarburos y sus compuestos derivados se pueden clasificar en general en tres grandes categoras:

1. Hidrocarburos alifticos, formados por cadenas de tomos de carbono en las que no hay estructuras cclicas. Se les denominan en general, hidrocarburos de cadena abierta o acclicos.

CH3-CH2-CH3

propano

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

pentano

CH3-CH=CH-CH3

2-buteno

2. Hidrocarburos alicclicos, o simplemente cclicos, compuestos por tomos de carbono encadenados formando uno o varios anillos.

ciclobutano

ciclopentano

biciclo [4,4,0] decano

3. Hidrocarburos aromticos, que constituyen un grupo especial de compuestos cclicos que contienen en general anillos de seis eslabones en los cuales alternan enlaces sencillos y dobles. Se clasifican, independientemente de los hidrocarburos alifticos y alicclicos, por sus propiedades fsicas y qumicas muy caractersticas.

benceno

naftaleno fenantreno

FUENTES Y APLICACIONES El petrleo y los gases naturales a l asociados constituyen en la actualidad la principal fuente de hidrocarburos. A medida que las reservas de petrleo se van agotando, sin embargo, cobra creciente inters la posibilidad de convertir parte de las abundantes reservas mundiales de carbn en hidrocarburos utilizables.

El gas natural se halla compuesto principalmente por metano (CH4). El etano (C2H6) y el propano (C3H8) representan entre un 5 y un 10 por 100 del total, junto con trazas de hidrocarburos de C4 y C5 carbonos.

El petrleo lquido es una mezcla compleja, en la que predominan los hidrocarburos saturados. La industria del petrleo emplea procedimientos de extraccin y de destilacin a gran escala para separar el crudo en fracciones de utilidad prctica. Las fracciones lquidas ms voltiles son el ter de petrleo (p. eb. 30 - 60 C) y la


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QUMICA ORGNICA I

ligrona (p. eb. 60 - 90 C), compuestos principalmente por hidrocarburos de C5 hasta C7 tomos de carbonos. La gasolina cubre un amplio rango de compuestos entre C5 y C10 (p. eb. 40 -200 C), las dems fracciones importantes del petrleo son el queroseno (p.eb. 175 -325 C, de C8 a C14), el gasleo (p. eb. superior a 275 C, de C12 a C18), los aceites y grasas lubricantes (por encima de C18), el asfalto o coque de petrleo.

NOMENCLATURA El problema de la nomenclatura de las molculas orgnicas ha acompaado a la qumica orgnica desde sus mismos orgenes y ha empeorado con la multitud de nuevos compuestos y clases de compuestos que se descubren cada ao. Hay que sumar a sto el problema de las distintas lenguas (alemn, francs, ingles, dans, espaol, etc..). Algunos compuestos han recibido el nombre de sus descubridores. Los nombres de lugares tambin han sido utilizados. Bastante nombres de molculas reflejan la forma de la misma. Todos estos nombres de molculas tienen primordialmente inters histrico aunque muchos se usan todava comnmente (nombres comunes), especialmente cuando el nombre sistemtico que describe su estructura es complejo.

La nomenclatura sistemtica se introdujo por vez primera en un congreso qumico en Ginebra (Suiza) en 1892 y ha sufrido revisiones continuas desde entonces, especialmente por la Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada (IUPAC). Las reglas de nomenclatura se denominan reglas de la IUPAC.

NOMENCLATURA IUPAC PARA LOS HIDROCARBUROS: Tal como comentamos al principio, los hidrocarburos se clasifican en tres grandes grupos, en primer lugar veremos las reglas para los hidrocarburos alifticos, si el estudiante es capaz de comprenderlas para ellos, el resto es simplemente una ampliacin de las mismas.

Hidrocarburos Alifticos: Si bien es cierto que son cadenas lineales de tomos de carbonos, ellos pueden subdividirse en tres grandes grupos: ALCANOS, ALQUENOS y ALQUINOS.

Alcanos: Los nombres de los alcanos lineales se dan en la Tabla 3.1. Las races son mayoritariamente latinas o griegas e indican el nmero de tomos de carbono en la cadena. Por ejemplo, el nombre heptadecano est formado por la voz griega hepta, siete y la palabra latina decano, diez. Los cuatro primeros alcanos tienen nombres especiales que han sido aceptados en el sistema de la IUPAC pero mantienen la terminacin ano.

TABLA 3.1.-Todos los alcanos acclicos obedecen a la frmula general CnH2n+2.

Frmula estructural Nombre Frmula condensada


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QUMICA ORGNICA I

CH4 metano CH4CH3-CH3 etano C2H6CH3-CH2-CH3 propano C3H8CH3-CH2-CH2-CH3 butano C4H10CH3-(CH2)3-CH3 pentano C5H12CH3-(CH2)4-CH3 hexano C6H14CH3-(CH2)5-CH3 heptano C7H16CH3-(CH2)6-CH3 octano C8H18CH3-(CH2)7-CH3 nonano C9H20CH3(CH2)8-CH3 decano C10H22

La Tabla 3.1., debe ser estudiada con atencin ya que sirve de base para la nomenclatura de un gran nmero de molculas orgnicas. Los nombres de los trminos superiores de la serie son los siguientes:

10 decano 20 eicosano 30 triacontano11 undecano 21 heneicosano 31 hentriacontano12 dodecano 22 docosano 32 dotricontano13 tridecano 23 tricosano 33 tritriacontano14 tetradecano 24 tetracosano 34 tetratriacontano15 pentadecano 25 pentacosano 35 pentatriacontano16 hexadecano 26 hexacosano 36 hexatriacontano17 heptadecano 27 heptacosano 37 heptatriacontano18 octadecano 28 octacosano 38 actatriacontano19 nonadecano 29 nonacosano 39 nonatriacontano 40 tatracontano 50 pentacontano 60 hexacontano41 hentetetracontano 51 henpentacontano 61 henhexacontano42 dodetetracontano 52 dopentacontano 62 dohexacontano43 tritetracontano 53 tripentacontano 63 trihexacontano44 tetratetracontano 54 tetrapentacontano 64 tetrahexacontanoetctera etctera etctera 70 heptacontano 80 octacontano 90 nonacontano100 hectano 200 dihectano 300 trihectano Los sustituyentes de tipo alcano se nombran reemplazando la terminacin -ano por -ilo. Algunos homlogos inferiores de los alcanos ramificados tienen nombres comunes muy usados que utilizan los prefijos -iso y -neo, como es isobutano, isopentano, neohexano.

CH3- metilo CH3-CH2- etilo CH3-CH2-CH2- propilo


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QUMICA ORGNICA I

isopropilo Es un isoalcano(ej. n = 1, isopentano)

Es un neoalcano(ej. n = 1, neohexano)

Los alcanos lineales suelen corresponder a la frmula general CnH2n+2 , y slamente en el caso de ser absolutamente lineal (no ramificado) reciben el nombre de la Tabla 3.1. Los alcanos ramificados derivan de los sistemas de cadena lineal por eliminacin de un tomo de hidrgeno de un grupo metileno y sustitucin por un grupo alquilo. Tienen la misma frmula emprica que los alcanos lineales, CnH2n+2 . El ejemplo ms sencillo es el 2-metilpropano, C4H10, con la misma frmula molecular que el butano. Por lo tanto ambos compuestos son ismeros.

2-metilpropano

butano

Para homlogos superiores (n>4) de los alcanos son posibles ms de dos ismeros, hay tres C5H12, hay cinco C6H14, nueve C7H16. En la Tabla 3.2, se observa el nmero de posibles alcanos ismeros CnH2n+2 , el nmero de posibilidades para conectar n tomos de carbono entre si y con los 2n+2 tomos de hidrgenos que los envuelven aumenta dramticamente con el valor de n.

TABLA 3.2

Nmero de posibles alcanos ismeros CnH2n+2.

n ismeros1 12 13 14 25 36 57 98 189 3510 7515 434720 366319

Reglas para nombrar a los alcanos remificados:

Para nombrar un hidrocarburo ramificado tal como el siguiente:


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QUMICA ORGNICA I

se considera que hay un grupo o radical metilo (CH3-) unido una cadena de heptano. El compuesto es as un metilheptano. (Se prescinde de la o final de metilo) Sin embargo, hay que indicar dnde se encuentra el metilo, ya que los compuestos,

son tambin metilheptanos. Para determinar la posicin del metilo se numera la cadena ms larga y se escribe y menciona dicho nmero, llamado localizador, delante del nombre, As, los tres compuestos anteriores se llaman:

2-metilheptano

3-metilheptano

4-metilheptano

Regla N 1:

La cadena ms larga se numera de un extremo a otro, de tal forma que se asigne los nmeros ms bajos a los carbonos con cadenas laterales, independientemente de la naturaleza de los sustituyentes.Veamos las siguientes molculas:

Para la primera, la cadena ms larga es de siete carbonos, con dos sustituyentes metilo en los carbonos C3 y C5, por lo tanto su nombre correcto es: 3,5-dimetilheptano.

En el segundo ejemplo la cadena ms larga es de cinco carbonos, con tres sustituyentes metilo en los carbonos C2 y C4, por lo que su nombre correcto es: 2,2,4-trimetilpentano

Regla N 2: Si en la cadena ms larga un sustituyente se repite ms de una vez, stos se nombran con los prefijos de cantidad di, tri, tetra, penta, hexa, (solamente son validos para sustituyentes sencillos).

Como consecuencia del segundo ejemplo, nace la siguiente regla.

Regla N 3:

Si en un mismo carbono existe ms de una vez el mismo sustituyente, el numero localizador se repite tantas veces como sustituyentes soporte.

Analicemos los siguientes casos:


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QUMICA ORGNICA I

En este caso la cadena ms larga es de 11 carbonos, por lo que el compuesto base es el undecano, los sustituyentes son el grupo etilo y el grupo propilo, la numeracin correcta ha de venir por el lado del etilo dado que asigna valores ms bajos (C4 y C5), si se numerase desde el lado del propilo tendramos (C8 y C9), lo que no esta de acuerdo con la regla N 1. Por lo que el nombre correcto es: 4-etil-5-propilundecano

La cadena base sigue siendo el undecano y los sustituyentes el grupo etilo y el grupo propilo, la numeracin viene dado ahora por el grupo propilo dado que asigna valores ms bajos. La nica diferencia en el nombre va a radicar en la posicin de los sustituyentes. Su nombre correcto sera: 5-etil-4-propilundecano

Regla N 4:

Los sustituyentes en un compuesto ramificado se nombran por orden alfabtico, independientemente de la numeracin de los mismos, en el caso de repetirse uno de ellos ms de una vez los prefijos de cantidad no se han de considerar para el orden alfabtico.

Hay algunos compuestos que tienen un nombre comn aceptado. Estos son isobutano, isopentano, neopentano e isohexano. Dichos compuestos pueden nombrarse, pues, de dos formas distintas:

metilpropano o isobutano

2-metilpentano o isohexano

2-metilbutano o isopentano

dimetilpropano o neopentano

Vamos a considerar ahora otros radicales ms complejos, radicales que podemos suponer que proceden de alcanos ramificados. El modo de nombrarlos es tal como se indica en los siguientes ejemplos:

3-metilbutilo

2-metilbutilo


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QUMICA ORGNICA I

1-metilbutilo

2,4-dimetilpentilo

1-etil-1-metilbutilo

4,4-dimetil-2-propilhexilo

Hay unos cuantos radicales que tienen un nombre propio admitido por la IUPAC, estos deben usarse cuando corresponda:

Isopropilo Isopentilo

Isobutiloterc-Pentilo

sec-ButiloNeopentilo

terc-ButiloIsohexilo

Ejemplo:

4-etil-5-isopropil-3-metil-7-propilundecano(secuencia: etil, isopropil, metil, propil)

5-(1,2-dimetilpropil)-4-etil-3-metilnonano

(secuencia: dimetilpropil, etil, metil)

Regla N 5:


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QUMICA ORGNICA I

Si en un compuesto hay dos radicales simples y uno complejo, este ltimo se nombra primero, y a continuacin los simples en orden alfabtico. En el caso de que existan dos radicales complejos stos se nombran en orden alfabtico entre s, y si stos tuviesen las mismas palabras se citar en primer lugar aquel que tenga el nmero localizador ms bajo.

Procedamos a nombrar los siguientes compuestos:

8-(2-metil-1-propilpentil)-6-(1,2,2,3-tetrametilbutil)-tetradecano

6,6,9-trietilpentadecano

(con tres sustituyentes etilo)

6,6,9-tris-(1,1,2-trimetilbutil)-pentadecano

(con tres sustituyentes complejos (1,1,2-trimetilbutil))

Regla N 6: Cuando hay dos o ms radicales complejos iguales, para evitar confusiones con los prefijos sencillos di, tri, tetra, etc., se usan para stos entonces los prefijos bis, tris, tetraquis, pentaquis, etc.

Finalmente la regla N 7 contempla el caso de que haya varias cadenas de igual longitud. Cmo se elige entonces la cadena principal? Se toma como principal:

Regla N 7:


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QUMICA ORGNICA I

a) La cadena que tenga el mayor nmero de cadenas lateralesb) La cadena cuyas cadenas laterales tengan los localizadores ms bajosc) La cadena que tenga el mximo nmero de tomos de carbonos en las

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

Alquenos: Los hidrocarburos que poseen un doble enlace, se nombran cambiando la terminacin -ano (del alcano de igual nmero de tomos de carbono) por la terminacin -eno.

CH2=CH2

eteno o etileno

CH3-CH=CH2

propeno

1-buteno 2-buteno

Los alquenos suelen responder a la frmula general CnH2n, siempre y cuando no sean cclicos.

La posicin del doble enlace o insaturacin se indica mediante el correspondiente localizador. se procura asignar al doble enlace un localizador tan bajo como sea posible. Si hay ramificaciones se toma como cadena principal la cadena ms larga de las que contenga el doble enlace; es decir el doble enlace tiene primaca sobre las cadenas laterales en el momento de numerar y elegir la cadena principal.

Ejemplos:

4,5-dimetil-1-hepteno3-etil-6-metil-2-hepteno

5-etil-3-hepteno5,6-dimetil-3-hepteno

ISOMERIA CIS - TRANS (Z - E) EN LOS ALQUENOS

Cuando dos tomos de carbonos se enlazan mediante un doble enlace, la estructura resultante es rgida y se generan dos planos diferentes, en el espacio. As cuando uno escribe 2-buteno, hay que ser cauteloso dado que existen dos compuestos distintos, aunque ismeros entre s, estructuralmente son:


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QUMICA ORGNICA I

cis-2-buteno trans-2-butenoLos dos hidrgenos al mismo lado del espacio.

Los dos hidrgenos a lados distintos en el espacio

Analicemos los siguientes ejemplos: A) B)

C) D)

A y B no cabe duda que son el cis y el trans-3,4-dimetil-3-hepteno respectivamente, obsrvese que en el cis, los dos grupos metilos estn a un mismo lado y en el trans los dos grupos metilos a lados distintos. C y D sin embargo presentan un problema Cul es el cis? y Cul es el trans? no hay grupos iguales en torno al doble enlace. Los casos como ste han obligado a introducir una nomenclatura ms general ( Z - E ) , que sirva para todos los alquenos. Este sistema de nomenclatura se basa en comparar la posicin relativa de los grupos preferentes a uno y otro lado del doble enlace. La preferencia se establece por el nmero atmico: los tomos que estn unidos a un carbono determinado del doble enlace se comparan entre s; si dichos tomos son iguales se comparan los siguientes que estn unidos y as respectivamente, hasta encontrar la diferencia.

E-1-bromo-1-cloro-propeno Z-1-bromo-1-cloro-propenoLos tomos ms pesados a lados

contrarios del doble enlaceLos tomos ms pesados a un mismo

lado del doble enlace Por lo tanto en los ejemplos anteriores los compuestos C y D se han de nombrar: (C) Z-3-etil-2,4-dimetil-3-hepteno (D) E-3-etil-2,4-dimetil-3-hepteno


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QUMICA ORGNICA I

DIENOS Y POLIENOS : Cuando un hidrocarburo contiene ms de un doble enlace se emplea para nombrarlo la terminacin -adieno, -atrieno, -atetraeno, etc., en lugar de la terminacin -eno. Proceden al nombre los nmeros localizadores de dichos doble enlaces. Los hay de distintos tipos de polienos:

Clasificacin Ejemplo 1 Ejemplo 2

Con dobles enlaces acumulados

CH2=C=CH2Aleno

CH2=C=CH-CH2CH31,2-pentadieno

Con dobles enlaces conjugados

CH2=CH-CH=CH21,3-butadieno

CH2=CH-CH=CH-CH31,3-pentadieno

Con dobles enlaces no conjugados

1,4-ciclohexadieno

CH2=CH-CH2-CH=CH2

1,4-pentadieno

Alquinos: Son hidrocarburos con un enlace carbono-carbono triple, obedecen a la frmula general CnH2n-2, los triples enlaces son lineal en su disposicin espacial. Esta disposicin lineal impide, que pueda obtenerse en la prctica un triple enlace sobre un anillo pequeo.

H-CC-H etino o acetilenoCH3-CC-H propino

CH3-CH2-CC-H 1-butinoCH3-CC-CH3 2-butino

En el caso de que en un compuesto existan dos o ms enlaces triples, estos se nombran con la terminacin -diino, -triino, etc.

3-propil-1,5-heptadiino

10-isopropil-9,9-dimetil-1,4,7,11-dodecatetraino


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QUMICA ORGNICA I

Con estos ejemplos queda claro que la numeracin de la cadena principal la mandan los triples enlaces, la que a su vez es aquella que contiene a la mayor cantidad de triples enlaces. HIDROCARBUROS CON DOBLES Y TRIPLES ENLACES Para nombrarlos hay que enunciar tanto el nmero de dobles enlaces como el de triples: si hay dos enlaces dobles y uno triple, ser un dieno-ino; si hay tres enlaces dobles y dos triples ser un trieno-diino; etc. Para numerar la cadena principal se procura que recaigan los nmeros ms bajos en las insaturaciones (enlaces dobles y triples), prescindiendo de considerar si son dobles o triples:

HCC-CH2-CH2-CH=CH-CC-H3-octeno-1,7-diino

Si se empieza a numerar por la izquierda, las insaturaciones estn localizadas en 1,5,7; si por la derecha, en 1,3,7 (esta ltima posicin es la preferida).

CH3-CC-CH2-CH=CH-CH=CH-CH2-CH35,7-decadien-2-ino

Si se empieza a numerar por la izquierda, las insaturaciones estn en 2,5,7, si por la derecha, en 3,5,8. La primera posicin es la que debe emplearse.

El problema se plantea cuando, tanto si se empieza a numerar por la izquierda como por la derecha, los localizadores de las insaturaciones coinciden. En este caso se da preferencia a los dobles enlaces sobre los triples, en el sentido de que se asigna a los dobles enlaces los localizadores ms bajos.

CH2=CH-CCH 1-buten-3-ino (no 3-buten-1-ino) 8-etil-1,3,8-nonatrien-6-ino(no 2-etil-1,6,8-nonatrien-3-ino) 4,9,9-trimetil-3-deceno-5,7-diino(no 2,27-trimetil-7-deceno-3,5-diino)

RADICALES ALQUENILO Y ALQUINILO Consideremos el siguiente compuesto:

Junto a dos sustituyentes o radicales alquilo, hay un grupo (-CH=CH-CH3) que desempea una funcin anloga pero que contiene una insaturacin. Los grupos o radicales univalentes de este tipo adoptan las terminaciones -enilo o -inilo (en o in por el doble o triple enlace, ilo por tratarse de un radical).


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QUMICA ORGNICA I

Obsrvese el nombre de los siguientes radicales: CH2=CH- vinilo (etenilo) CHC- etiniloCH3CH=CH- 1-propenilo CH3-CC- 1-propiniloCH2=CH-CH2- alilo (2-propenilo) CHC-CH2- 2-propinilo HIDROCARBUROS ALICCLICOS O CCLICOS: Los hidrocarburos cclicos se nombran aadiendo el prefijo ciclo- al nombre del alcano equivalente de cadena abierta.

ciclopropano C3H6

ciclobutano C4H8

ciclopentano C5H10

ciclohexano C6H12

Por ejemplo:

A B C Resulta ms sencillo nombrarlo como derivados de un cicloalcano que no como derivados de un compuesto de cadena abierta: A) 1-butil-1-terc-butil-4,4-dimetilciclohexanoB) 1,1,2-trimetilciclopentanoC) 1-etil-1,2,2-trimetilciclopropano En cambio, los compuestos siguientes:


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QUMICA ORGNICA I

1,4-diciclohexil-2-metilbutano 3-ciclopentil-2-ciclopropil-6-metilheptano

Es mejor nombrarlos como derivados de un alcano de cadena abierta. Los anillos son estructuras que generan planos, por lo tanto dan lugar a la formacin de ismeros espaciales (cis - tras), as por ejemplo, el 1,2-dimetilciclopentano existen dos compuestos diferentes:

Hay que indicar la diferencia existente entre uno y otro. El de la izquierda tiene los dos grupos metilos por encima del plano del anillo; el de la derecha, un metilo por encima y otro por debajo (se acostumbra en sealar con trozo grueso los grupos que estn por encima del plano terico del ciclo, y en lneas de puntos o rayas los que estn por debajo). Al primer ismero se le aade el prefijo cis, y al segundo el prefijo trans. As, los compuestos se llaman, respectivamente: cis-1,2-dimetilciclopentano trans-1,2-dimetilciclopentanoAlgunos compuestos cclicos particulares:

1,1-biciclopropano (biciclopropano)

1,1-biciclohexano (biciclohexano)

1,2-dimetil-1,1-biciclopropano

(1,2-dimetilbiciclopropano)

HIDROCARBUROS CCLICOS CON CARBONOS PUENTES: Los siguientes alcanos son ejemplos de hidrocarburos con carbonos puente:


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QUMICA ORGNICA I

El primero es un pentano (tiene 5 tomos de carbono), el segundo un heptano (tiene 7 tomos de carbono) y el tercero un octano (tiene 8 tomos de carbono). Para nombrar estos hidrocarburos se aade el prefijo biciclo antes del nombre del alcano, y se indica entre corchetes el nmero de tomos de carbono de mayor a menor que hay ente los cabeza de puente.

biciclo[2,1,0]pentano

biciclo[2,2,1]heptano

biciclo[2,2,2]octano

La forma de representarlos comnmente es:

As por ejemplo:

biciclo[3,2,1]octano biciclo[4,3,0]nonano biciclo[3,3,1]nonano En los sistemas biciclos con sustituyentes o grupos funcionales hay que indicar la posicin de stos. Para numerar el sistema se empieza por una cabeza de puente y se contina por la cadena ms larga hacia el otro carbono cabeza de puente, se vuelve luego por la cadena intermedia y se acaba numerando la ms corta. Ejemplo:

cadena larga: 2,3,4cadena intermedia: 6,7

cadena corta: 8 De acuerdo con lo anterior, los nombres sistemticos de los compuestos son los siguientes:


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QUMICA ORGNICA I

1,8,8-trimetilbiciclo[3,2,1]octano

5-etil-2,2-dimetilbiciclo[2,2,2]octano

2,2,6,6-tetrametilbiciclo[3,1,1]heptano

Obsrvese que, como siempre, se procura que los localizadores, dentro de las limitaciones impuestas por la regla anterior, sean lo ms pequeos posible. ESPRANOS: Existen unos compuestos bicclicos en los que un nico tomo de carbono forma parte al mismo tiempo de los dos ciclos. Estos compuestos se conocen con el nombre de hidrocarburos espirnicos. Para nombrarlos se indica el nmero de tomos de carbono a uno y otro lado del carbono espirnico se indican entre corchetes, de menor a mayor. Ejemplos:

espiro[3,4]octano espiro[2,5]octano Los compuestos cclicos simples pueden presentar dobles enlaces al interior de la molcula, en tal caso se nombran con la terminacin -eno, y la numeracin en tal caso la manda el doble enlace, en el caso de haber ms de uno entonces se nombran con la terminacin -dieno (2 dobles enlaces); -trieno (3 dobles enlaces); etc. En todo caso tratando de darle los valores ms bajos a los localizadores. Analicemos los siguientes ejemplos:

3-metilciclohexeno (no es necesario indicar la posicin 1 del doble enlace) 5-etil-2-metil-1,3-ciclohexadieno

5-etil-1,7-dimetil-1,3,6-cicloctatrieno

HIDROCARBUROS AROMTICOS:


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QUMICA ORGNICA I

El benceno es un hidrocarburo peculiar ya que, a pesar de que parece un polieno, su reactividad es menor que la de los alquenos. Se cree que la particular disposicin de los dobles enlaces alternados o conjugados unos con otros y en un ciclo, es la causa de esta estabilidad inesperada del benceno y de sus derivados.

Benceno (C6H6)

Como muchos de los primitivos derivados del benceno aislados de las plantas tenan fuerte aroma, se utilizaba la expresin hidrocarburos aromticos para distinguirlos. Cuando los qumicos se dieron cuenta de lo que defina mejor a los derivados y anlogos del benceno era esa estabilidad de la que estamos hablando, se sigui empleando el trmino aromaticidad, pero en un doble sentido. Hoy en da, sin embargo, cuando en Qumica se dice un compuesto es aromtico, uno se est refiriendo a que ese compuesto es ms estable de lo esperado, y la expresin no tiene nada que ver con su buen o mal olor. Nomenclatura: Los sustituyentes que pueda haber sobre un anillo bencnico se mencionan como radicales anteponindolos a la palabra benceno.

etilbenceno sec-butilbenceno vinilbenceno Cuando hay dos sustituyentes, su posicin relativa puede indicarse mediante los nmeros localizadores 1,2-; 1,3- o 1,4-, o mediante los prefijos o- (orto), m- (meta), o p- (para):

1-etil-2-metilbencenoo-etilmetilbenceno

1-etil-3-propilbencenom-etilpropilbenceno

1,4-dimetilbencenop-dimetilbenceno

Si hay tres o ms sustituyentes, se procura que reciban los nmeros ms bajos posibles, y en caso de que existan varias opciones la decisin se basar, como norma general, en el orden de preferencia de los distintos radicales.


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QUMICA ORGNICA I

2-etil-1-metil-4-propilbenceno 5-alil-1-isopropil-2,3-dimetilbenceno

1-etil-3-(2-metil-3-butenil)benceno 1-terc-butil-4-(1-butinil)-2-etilbenceno

1-butil-5-ciclopentil-2-etil-4-(1-propenil)benceno


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QUMICA ORGNICA I

GRUPOS FUNCIONALES(NOMENCLATURA)

RESUMEN DE LAS PRICIPALES FUNCIONES ORGNICAS

Funcin Grupo Ejemplo Terminacin Sustituyente

Alcanos -C-C- CH3-CH3

propano

-ano ....il

Alquenos -C=C- CH2=CH2propeno

-eno ....enil

Alquinos -CC- CHCHpropino

-ino ....inil

Hidrocarburosaromticos

benceno

nombre no sistemtico

nombre no sistemtico acabados en ...il

Derivados halogenados

R-X CH3CH2CH2Cl1-cloropropano(cloruro de propilo)

haluro de ...ilo fluoro-cloro-bromo-iodo-

Alcoholes R-OH CH3CH2-OHetanol

....ol hidroxi-

Fenoles -OH

fenol

nombre no sistemtico

acabados en -ol

-

teres R-O-R CH3-O-CH3dimetileter

ter ....iloxi- (alcoxi)

Aldehdos R-CHO CH3CH2CHOpropanal

-al formil (-CHO)

Cetonas R-CO-R CH3COCH3propanona

-ona ....oxo

cidos carboxlicos

R-COOH CH3CH2COOHcido propanoico

-oico carboxi-


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QUMICA ORGNICA I

steres R-COOR CH3COOCH3

etanoato de metilo-ato de ....ilo ......iloxicarbonil

(-COOR)....oiloxi (-OCOR)

Anhdridos R-CO-O-CO-R (CH3CO)2Oanhdrido etanoico

anh......oico -

Haluros de cido

R-COX CH3COClcloruro de etanoilo

haluro de ...olo haloformil (-COX)

Aminas R-NR2 CH3CH2NH2etanoamina

-amina amino-

Nitrilos o cianuros

R-CN CH3CH2CNpropanonitrilo

cianuro de etilo

-nitrilo ciano-

Amidas R-CO-NR2 CH3CONH2etanoamida

-amida amido

DERIVADOS HALOGENADOS:

Se incluye en este apartado todos aquellos hidrocarburos que contienen en su molcula un tomo de halgeno. El mtodo que se utiliza con mayor frecuencia para nombrarlos consiste en citar el nombre del halgeno (fluoro, cloro, bromo, yodo) precediendo al de la molcula carbonada, he indicando el nmero localizador. Tambin es aceptable citar el compuesto como un haluro de alquilo (Nomenclatura Funcin-Radical). As: CH3-CH2-CH2-Cl 1-cloropropano

cloruro de propilo

CH3-CHCl-CHCl-CH3 2,3-diclorobutano

-

(CH3)3C-Cl 2-cloro-2-metilpropano

cloruro de terc-butilo

o-diclorobenceno

CH2Br-CH2Br 1,2-dibromoetano

dibromuro de etileno

CH3-CH=CH-CHCl-CH3 4-cloro-2-penteno

ALCOHOLES, FENOLES y TERES:


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QUMICA ORGNICA I

Son compuestos de carbono, hidrgeno y oxgeno en los que el oxgeno est unido por enlaces sencillos a la cadena carbonada. Un alcohol puede relacionarse con una molcula de agua en la que en lugar de un H hay un radical alquilo, alquenilo o alquinilo (R); si en lugar de un H hay un radical fenilo (en general, un radical arilo), se trata de un fenol; si en lugar de los dos H hay dos radicales, tendremos un ter: H-O-H AguaR-O-H AlcoholAr-O-H Fenol

R-O-R R-O-Ar terAr-O-Ar

ALCOHOLES: Para nombrar los alcoholes tenemos dos alternativas principales. En la primera, llamada Nomenclatura sustitutiva, se considera que se ha sustituido un H de un hidrocarburo por un OH. Al alcohol se le nombra entonces aadiendo la terminacin -ol al hidrocarburo de referencia. CH3-CH2-CH3 propano ; CH3-CH2-CH2-OH propanol El segundo sistema de nomenclatura, igualmente vlido, consiste en citar primero la funcin y luego el radical como si fuera un adjetivo. CH3-CH2-CH2- radical propilo ; CH3-CH2-CH2-OH alcohol proplico Ejemplos: CH3OH metanol alcohol metlico

CH3-CH2OH etanol alcohol etlico

CH3CH2-CH3 1-propanol alcohol proplico

CH3CHOH-CH3 2-propanol alcohol isoproplico

CH3-CH2-CH2-CH2-OH 1-butanol alcohol butlico

CH3CH2CH(OH)CH3 2-butanol alcohol sec-butlico Hay casos en que, por la complicacin del compuesto, el primer sistema de nomenclatura resulta ms idneo, por lo que es el nico empleado. Veamos los siguientes ejemplos: CH3-CH2-CH=CH-CH2CH2-OH 3-hexen-1-ol

CH3-CH=CH-CH2-CH(OH)-CH3 4-hexen-2-ol


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QUMICA ORGNICA I

3-hexen-5-in-1-ol 4-metil-2,4-hexadien-1-ol

4-metilciclohexanol 3-ciclopenten-1-ol 1,3-propanodiol

1,2-propanodiol

Habr observado que la funcin alcohol tiene preferencia frente a las insaturaciones y radicales: al numerar la cadena se asigna al carbono unido al -OH el nmero ms bajo posible; por otro lado, el sufijo -ol, por corresponder al grupo principal, es el ltimo en citarse. Cuando en un compuesto hay varios tipos de funciones, se plantea el problema de elegir cul es la principal. La IUPAC, lo ha solucionado estableciendo una lista de las diversas funciones, ordenadas segn un criterio convencional de preferencia (ver TABLA 4.2 de las preferencias). Comentemos algunos ejemplos: CH3-CH2-CH2-CHOH-CH2-COOH ; cido 3-hidroxihexanoico CH3-CH2CHOH-CHO ; 2-hidroxibutanal En resumen: Cuando el grupo -OH acta como funcin principal sufijo -ol Cuando el grupo -OH interviene como sustituyente prefijo hidroxi FENOLES: Para nombrar los fenoles se utiliza generalmente, como en los alcoholes, la terminacin -ol. En la mayora de los casos esta terminacin se aade al nombre del hidrocarburo aromtico:


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QUMICA ORGNICA I

fenol

resorcinol hidroquinona p-cresol

2-naftol

TERES: Hay dos sistemas fundamentales para nombrar los teres. Ambos se especifican a continuacin: Nomenclatura Sustitutiva Nomenclatura Radicofuncional Ejemplo

metoxietano

etil metil ter

CH3-O-CH2CH3

etoxietileno

etil vinil ter

CH2=CH-O-CH2CH3

metoxibenceno

fenil metil ter

C6H5-O-CH3

Los teres cclicos se nombran como oxaciclo............, ejemplos:

oxaciclopropano oxaciclobutano oxaciclopentano oxaciclohexano ALDEHDOS y CETONAS: Aldehdo y cetonas se caracterizan por tener un doble enlace carbono-oxgeno (grupo carbonilo) en su estructura. La diferencia entre aldehdo y cetonas reside en que en los primeros ese grupo carbonilo se encuentra en el extremo de la cadena carbonada: Frmula general de los aldehdos R-CHO Frmula general de las cetonas R-CO-R ALDEHDOS: Para nombrarlos se emplea la terminacin -al. en los ejemplos siguientes se indica, junto al nombre sistemtico, el nombre trivial aceptado en algunos aldehdos.

metanal

formaldehdo

etanal

acetaldehdo


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QUMICA ORGNICA I

propanal propionaldehdo

butanal butiraldehdo

propenal acrilaldehdo (acrolena)

3-fenilpropenal

cinamaldehdo

2,3-dihidroxipropanal

gliceraldehdo

4-pentanal

2-metil-3,5-hexadienal

3-octen-6-inal

Obsrvese que en todos los ejemplos anteriores se empieza a numerar por el extremo en que se encuentra el carbonilo ya que el grupo -CHO tiene preferencia sobre radicales dobles y triples enlaces, y grupos -OH. Slo cuando en los dos extremos de la cadena hay grupos aldehdo se tienen en cuenta los otros grupos para decidir por dnde se empieza a numerar. Cuando en un compuesto hay otras funciones que tienen prioridad sobre la funcin aldehdo para ser citadas como grupo principal se utiliza el prefijo formil- para designar al grupo -CHO, al que se le considera entonces como un sustituyente. Por ejemplo:

cido 3-formilpentanodioico

El prefijo formil- tambin se emplea cuando hay tres o ms funciones aldehdo sobre el mismo compuesto. En esos casos se puede asimismo utilizar otro sistema de nomenclatura que consiste en dar el nombre de carbaldehdo a los grupos -CHO (los carbonos de esos -CHO no se numeran; se consideran que no forman parte de la cadena principal). Este ltimo sistema es el idneo para compuestos con -CHO unidos directamente a ciclos. Veamos unos cuantos ejemplos:

3-formilpentanodial o1,2,3-propanotricarbaldehdo

3,6-diformiloctanodial


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QUMICA ORGNICA I

ciclopentanocarbaldehdo

2,3-naftalenodicarbaldehdo

benzaldehdo (bencenocarbaldehdo)

CETONAS: Para nombrar las cetonas, o compuestos carbonlicos no terminales, puede utilizarse la nomenclatura sustitutiva o la radicofuncional, tal como veremos en los siguientes ejemplos: Ejemplo Nom. sustitutiva Nom. radicofuncional

propanona

dimetil cetona (acetona)

butanona

etil metil cetona

2-pentanona

metil propil cetona

3-pentanona

dietil cetona

3-buten-2-ona

metil vinil cetona

5-heptin-3-ona

2-butinil etil cetona

ciclohexanona

2-ciclopentenona

ciclohexil ciclopentil cetona


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QUMICA ORGNICA I

difenil cetona

2,4-pentanodiona

1,3-ciclohexanodiona

Se observa claramente en los ejemplos que la numeracin la manda el grupo carbonilo sobre radicales, dobles y triples enlaces, como as mismo sobre el grupo -OH, en cambio frente a los aldehdos no tienen prioridad, se han de considerar como sustituyentes, en tal caso se utiliza prefijo oxo-. CIDOS CARBOXLICOS Y DERIVADOS: Los grupos funcionales que trataremos en este apartado son los cidos carboxlicos, los steres, los anhdridos de cido y los haluros de cido. cidos carboxlicos: RCOOH o RCO2Hsteres: RCOOR o RCO2Ranhdridos: RCO-O-COR o (RCO)2Ohaluros de cido: RCOX CIDOS CARBOXLICOS: Los cidos carboxlicos se nombran con la terminacin -oico que se une al nombre del hidrocarburo de referencia. As: CH3-CH2-CH3 propano CH3-CH2-COOH cido propanoico Tambin puede utilizarse otro sistema, aunque su aplicacin se limita preferentemente a policidos y ciclos, que consiste en suponer desglosada la molcula en un grupo -COOH (grupo carboxilo) y un resto carbonado. As: CH3-CH3 etano CH3-CH2-COOH cido etanocarboxlico Otros ejemplos de cidos carboxlicos:

Ejemplo Nombre sistemtico Nombre trivial H-COOH

c. metanoico

c. frmico

CH3-COOH

c. etanoico

c. actico

CH3-CH2-COOH

c. propanoico

c. propinico


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QUMICA ORGNICA I

CH2=CH-COOH c. propenoico c. acrlico CHC-COOH

c. propinoico

c. propilico

CH3-CH=CH-COOH

c. 2-butenoico

c. crotnico

CH3-CH=CH-CH2-CH2-COOH

c. 4-hexenoico

CH3-CC-CH2-CH2-COOH

c. 4-hexinoico

Veamos a continuacin unos cuantos ejemplos de compuestos con dos grupos COOH:

Ejemplo nombre sistemtico nombre trivial aceptadoHOOC-COOH

c. etanodioico c. oxlico

HOOC-CH2-COOH c. propanodioico c. malnico

HOOC-(CH2)2-COOH c. butanodioico c. succnico

HOOC-(CH2)3-COOH c. pentanodioico c. glutrico c.cis-2-butenodioico o cis-etenodicarboxlico

c. maleico

c. trans-2-butenodioicoo trans-etenodicarboxlico

c. fumrico

c. o-bencenodicarboxlico

c- ftlico

Veamos un ejemplo de una molcula que contiene tres o ms grupos COOH, existen dos formas de nombrarla:

c. 3-carboxi-2-metilhexanodioico c. 1,3,4-pentanotricarboxlico SALES: Los aniones de los cidos carboxlicos se nombran reemplazando la terminacin -ico del cido por la terminacin -ato.Ejemplos:

cido anin salCH3-COOH (AcOH)c. actico

CH3-COO- (AcO-)in acetato

CH3-COONa (AcONa)acetato de sodio


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QUMICA ORGNICA I

(CH3)3CH-CH2-COOHc. 3-metilbutanoico

(CH3)3CH-CH2-COO-in 3-metilbutanoico

(CH3)3CH-CH2-COONa3-metilbutanoato de potasio

c. 1,3-ciclohexano-dicarboxlico

in 1,3-ciclohexano-dicarboxilato

1,3-ciclohexano-dicarboxilato de diamonilo

Tambin se puede emplear, preferentemente en los casos complejos, el giro sal de sodio, o de calcio, etc...del cido tal. STERES: Los steres se nombran de forma anloga a las sales ya que hay cierta semejanza entre ellos: en la sal, un tomo metlica reemplaza al H del cido; en el ster, es una cadena carbonada la que reemplaza al H. La diferencia entre una sal y un ster reside en que el enlace -ONa es predominantemente inico, y el enlace -O-CH3 es predominantemente covalente.

cido carboxlico

sal de cido carboxlico

ster

Ejemplos de steres: HCOOCH3 metanoato de metilo

o formiato de metilo

CH3-COO-CH2CH3 etanoato de etiloo acetato de etilo 3-cloropentanoato de de fenilo

3-butenoato de isopropilo


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QUMICA ORGNICA I

propanoato de fenilo

Hay casos ms complicados. Por ejemplo, aquellos compuestos en los que el grupo ster no es el prioritario, o cuando hay ms de dos grupos ster (si hay solo dos grupos ster y estn sobre la cadena principal no hay ningn problema: se nombra el compuesto como si se tratara de una sal de un cido dibsico). Para citar al grupo ster en los casos complejos caben dos opciones, segn que la funcin principal est sobre la porcin R R de la molcula de R-COO-R. Si manda R, el sustituyente -COO-R se nombra como alcoxicarbonil- o ariloxicarbonil- . Si manda R, el sustituyente R-COO- se nombra como aciloxi- . Ejemplos:

El grupo principal, de acuerdo con la Tabla de prioridades, es el -COOH. Se trata, pues, de un cido el 4-fenilbutanoico, que tiene un sustituyente -COO-CH2CH3 sobre el fenilo. Dicho sustituyente se nombra como etoxicarbonil (CO = carbonil; OCH2CH3 = etoxi).Por lo que el nombre correcto ser:

cido 4-[(2-etoxicarbonil)fenil)]butanoico

Nos queda por ver un caso particular de esteres, las lactonas; las cuales son steres internos. Se pueden obtener a partir de ciertos hidroxicidos por prdida de agua:

-metil--lactona

-lactonaANHDRIDOS DE CIDO: Anhdrido de cido equivale a decir cido sin agua. Los anhdridos, en efecto, provienen de los cidos por prdida de una molcula de agua entre 2 grupos carboxilo. En general, se nombran igual que los cidos de procedencia:


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QUMICA ORGNICA I

2 molculas de anhdrido etanoico c. actico (anhdrido actico)

2 molculas de anhdrido propanoico c. propanoico

anhdrido mixto anhdrido etanoico propanoico HALUROS DE CIDO: En los haluros de cido un halgeno est reemplazando al -OH de cido carboxilico. El nombre genrico de estos compuestos es haluro de acilo. Ejemplos:

Cloruro de etanoilo (cloruro de acilo)

Fluoruro de butanoilo

Bromuro de benzoilo

Yoduro de ciclohexanocarboxioilo

COMPUESTOS NITROGENADOS: En este apartado slo veremos detalles de algunos de los compuestos nitrogenados ms usuales, tales como aminas, nitrilos, nitroderivados y amidas. AMINAS Y SALES DE AMONIO:


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QUMICA ORGNICA I

Las aminas y sus correspondientes sales derivan del amoniaco:

amoniaco

cloruro de amonio

metilamina

cloruro de metilamonio

dimetilamina

clroruro de dimetilamonio

trimetilamina

cloruro de trimetilamonio

Aminas primarias Aminas secundarias Aminas terciarias

fenilamina o anilinadifenilamina trifenilamina

propilamina(propanoamina)

N-metilpropilamina(N-metilpropanoamina) N-etil-N-metilpropilamina

(N-etil-N-metilpropanoamina)

1,3-propanodiamina N,N-dimetilpropanodiamina N,N-dietil-N,N-dimetil-1,3-propanodiamina En los casos en que hay varios grupos amina, la forma de nombrar el compuesto depende de si los tomos de nitrgeno forman parte o no de la cadena principal. Si el nitrgeno no forma parte de la cadena principal se citan mdiente prefijos tales como amino-, metilamino-, aminometil-, etc.

1,3,5-pentanotriamina

3-aminometil-4-metilamino-1,7-heptanodiamina

Los mismos criterios de nomenclatura que acabamos de ver se utilizan cuando en el compuesto hay otro grupo que tiene preferencia sobre el grupo amina. Por ejemplo:


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QUMICA ORGNICA I

cido 2-aminopropanoico

cido 2-amino-3-metilbutanoico

cido o-aminobenzoico

NITRILOS O CIANUROS: Son compuestos orgnicos anlogos al H-CN (cianuro de hidrgeno o cido cianhdrico) se les da el nombre genrico de nitrilos o cianuros. Hay varios sistemas de nomenclatura para esos compuestos, los ms comunes son: A) Aadir el sufijo -nitrilo al nombre del hidrocarburo de igual nmero de carbonos; B) Considerarlo como un dericado del HCN (cianuro de ......). Por ejemplo:

etanonitrilo cianuro de metilo

propanonitrilo cianuro de etilo

4-metilpentanonitrilo

cianuro de isopentilo

benzonitrilo

cianuro de fenilo

Otro sistema de nomenclatura, idnea para casos como los que se indican a continuacin, consiste en emplear el sufijo -carbonitrilo para designar el grupo -CN.

ciclohexanocarbonitrilo(cianuro de ciclohexilo)

1,1,2,4-butanotetracarbonitrilo

Cuando hay otras funciones que tienen prioridad sobre el grupo -CN se cita ste mediante el prefijo ciano-. NITRODERIVADOS:


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QUMICA ORGNICA I

Los compuestos que contienen u grupo -NO2 se designan mediante el prefijo nitro- (nunca se considera a dicha funcin como grupo principal; en otras palabras, siempre se le nombra como derivado). Ejemplos de nitroderivados:

nitrometano

nitropropano

nitrobenceno

1,3-dinitrobenceno

AMIDAS: Las amidas son una clase de compuestos que podemos considerar que proceden de sustituir el -OH de un cido por un -NH2 (o NR2, en general):

Se nombran aadiendo el sufijo -amida al nombre del hidrocarburo de igual nmero de tomos de carbono. Por ejemplo:

etanoamida (acetoamida)

butanoamida

benzamida

N-metiletanoamida (N-metilacetoamida)

N,N-dimetiletanoamida (N,N-dimetilacetoamida)

A veces debe utilizarse la expresin -carboxamida para indicar un grupo -CONH2. Esto sucede en los compuestos cclicos principalmente.


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QUMICA ORGNICA I

ciclopentanocarboamida N,3-dimetilciclohexanocarboamida Finalmente, si en un compuesto hay otro grupo funcional que tiene prioridad sobre la funcin amida, el grupo -CONH2 se le designa mediante el prefijo carbamoil-; mientras que un grupo como el -NHCOCH3 recibe el nombre de acetamido-. COMPUESTOS ORGNICOS CON AZUFRE: El azufre se encuentra en el mismo grupo de la Tabla Peridica que el oxgeno. Por ello no es de extraar que existan compuestos orgnicos con azufre anlogos a los alcoholes, aldehdos, cetonas, cidos carboxlicos, etc. Para nombrar tales compuestos orgnicos se utiliza el vocablo tio (en griego, azufre), prefijo que tambin se utiliza en Q. inorgnica, y cuyo significado prctico viene a ser: hay un azufre en lugar de un oxgeno. Ejemplo

(como grupo principal)Ejemplo(como radical)

Tioles

R-SH

CH3-CH2-SHetanotiol

HS-CH2CH2-COOHc. 3-mercaptopropanoico

Sulfuros R1-S-R2 CH3-S-CH3sulfuro de dimetilo

CH3S-CH2CH2OH2-(metiltio)etanol

Sales de sulfonio (R)3S+X- (CH3)3S+Cl-cloruro de trimetilsulfonio

Tioaldehdos R-CHS CH3CH2CHSpropanotial

SHS-CH2-COOCH2CH3tioformilacetato de etilo

Tiocetonas R-CS-R CH3-CS-CH2CH3butanotiona

CH3-CS-CH2-COOCH33-tioxobutanoato de metilo

TABLA 4.2: ORDEN DE PREFERENCIA PARA LA ELECCION DEL GRUPO PRINCIPAL 1. Cationes2. Acidos, en el siguiente orden: R-COOH; R-COOOH, tiocidos.3. Derivados de cidos, en el siguiente orden: Anhdridos, Esteres, Haluro de

cidos, Amidas.4. Nitrilos, luego isocianuros.5. Aldehdos, luego tioaldehdos.


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QUMICA ORGNICA I

6. Cetonas, luego tiocetonas.7. Alcoholes, en el siguiente orden: fenoles, tioalcoholes, tiofenoles.8. Hidroperxidos.9. Aminas.10. Eteres, luego tioters (sulfuros).11. Perxidos.12. Alqueno13. Alquinos14. Alcanos15. halgenos16. nitrocompuestos


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QUMICA ORGNICA I

ALCANOS Y CICLOALCANOS(ANLISIS CONFORMACIONAL)

FUENTE DE LOS ALCANOS: PETRLEO Muchos alcanos existen de manera natural en plantas y animales. Por ejemplo, la cubierta cerosa de las hojas de la col contiene nonacosanos (n-C29H60), y el aceite de algunos pinos contiene heptano. La cera de abejas contiene, entre otras cosas, eneitriacontano (n-C31H64). Las principales fuentes de alcanos son, los depsitos mundiales de gas natural y petrleo, derivados de la descomposicin de materia orgnica marina sepultada hace aos. El gas natural consiste principalmente en metano, aunque tambin contiene etano, propano, butano e isobutano. Estos hidrocarburos simples se usan en grandes cantidades para calentar casas habitacin, para cocinar alimentos y como combustible en las industrias. El petrleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, la cual es necesario refinar para obtener diferentes fracciones antes de que pueda usarse.


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QUMICA ORGNICA I

Productos de la refinacin del petrleo

PROPIEDADES DE LOS ALCANOS: Los alcanos tambin se llaman a veces parafinas, un nombre derivado del latn parumaffinis (que significa de poca afinidad). este trmino define muy bien su comportamiento, ya que los alcanos tienen poca afinidad qumica hacia otras molculas, y son qumicamente inertes frente a la mayora de los reactivos de uso comn en qumica orgnica. Sin embargo, en condiciones apropiadas loa alcanos reaccionan con oxgeno, cloro y algunas otras sustancias. Los alcanos presentan un incremento regular en el punto de ebullicin como en el de fusin conforme aumenta el peso molecular, una regularidad que tambin se refleja en otras propiedades. Los parmetros promedio del enlace carbono-carbono son casi los mismos en todos los alcanos, con longitudes de enlace de 1.54 0.01 A y energas de enlace de 85 3 Kcal/mol. En la Tabla 5.1 puede observarse las propiedades fsicas de algunos alcanos:

TABLA 5.1.-

Propiedades fsicas de algunos alcanos

Nmero de carbonos

Alcano Punto de fusin(C)

Punto de ebullicin(C)

Densidad(g/mL)

1 Metano -182.5 -164.0 0.55472 Etano -183.3 -88.6 0.5093 Propano -189.7 -42.1 0.50054 Butano -138.3 -0.5 0.57885 Pentano -129.7 36.1 0.62626 Hexano -95.0 68.9 0.6603


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QUMICA ORGNICA I

7 Heptano -90.6 98.4 0.68378 Octano -56.8 125.7 0.70259 Nonano -51.0 150.8 0.717610 Decano -29.7 174.1 0.730020 Eicosano -36.8 343.0 0.788630 Triacontano -65.8 450.0 0.80974 Isobutano -159.4 -11.7 0.5795 Isopentano -159.9 27.85 0.62015 Neopentano -16.5 9.5 0.61358 Isooctano -107.4 99.3 0.6919 La Tabla 5.1 revela asimismo que un incremento en la ramificacin tiene el efecto de reducir el punto de ebullicin de un alcano. As, el pentano hierve a 36.1 C, el isopentano (2-metilbutano) tiene una ramificacin y hierve a 27.85 C, y el neopentano (2,2-dimetilpropano) tiene dos ramificaciones y hierve a 9.5 C. De modo similar, el octano hierve a 125.7 C, mientras que el iso-octano (2,2,4-trimetilpentano) hierve a 99.3 C. Este efecto puede comprenderse si se observa lo que ocurre durante la ebullicin. Las molculas no polares, como las de los alcanos, se atraen dbilmente entre s por efecto de fuerzas intermoleculares de van der Waals. Estas fuerzas, que actan slo a distancias muy cortas, resultan de la polarizacin inducida de las nubes electrnicas en las molculas. Aunque la distribucin electrnica en una molcula es uniforme en promedio durante un periodo, la distribucin en un instante dado cualquiera no es uniforme. Un lado de la molcula puede por casualidad, tener un ligero exceso de electrones en relacin con el lado opuesto. Cuando esto ocurre, la molcula posee un momento dipolar temporal y puede provocar que otra molcula cercana adopte temporalmente un dipolo opuesto, lo cual como resultado induce una ligera atraccin entre las dos molculas. Como podra esperarse, las fuerzas de van der Waals aumentan con el tamao de la molcula. si bien participan otros factores, al menos parte del incremento en el punto de ebullicin observado al aumentar el nmero de carbonos en la serie de los alcanos se debe al incremento en las fuerzas de van der Waals. El efecto de la ramificacin en los puntos de ebullicin tambin puede explicarse recurriendo a las fuerzas de van der Waals. Los alcanos ramificados tienen una forma ms esfrica que los alcanos de cadena lineal; como resultado, tienen menor rea superficial, menos fuerzas de van der Waals, y consecuentemente puntos de ebullicin ms bajos. ISMEROS CONSTITUCIONALES DE LOS ALCANOS: Hay dos maneras que puedan formarse molculas con la frmula C4H10: los cuatro carbonos pueden combinarse en una sola fila (butano), o esa fila puede ramificarse (isobutano), tal como se indica a continuacin:


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QUMICA ORGNICA I

butano

isobutano

Compuestos como el butano, cuyos carbonos estn dispuestos en una sola fila, se denominan alcanos de cadena lineal, o alcanos normales, mientras que los compuestos cuya cadena se ramifica, como el 2-metilpropano (isobutano), reciben el nombre de alcanos de cadena ramificada. Compuestos como las dos molculas de C4H10, que tienen la misma frmula pero difieren estructuralmente, se denominan ismeros, del griego isos + meros (hechos de las mismas partes). Los ismeros son compuestos que tienen la misma cantidad de tomos de la misma especie pero que difieren en la forma en que estn dispuestos esos tomos. Compuestos como el butano y el isobutano, cuyos tomos estn conectados de manera distinta, se llaman ismeros constitucionales (o de constitucin). La isomera constitucional no se limita a los alcanos; se presenta en toda la qumica orgnica. Los ismeros de constitucin pueden variar en los esqueletos de carbono (como isobutano y butano), en los grupos funcionales (como alcohol etlico y ter dimtlico) o en la ubicacin de un grupo funcional en la cadena (como isopropilamina y propilamina). Sin importar la causa de la isomera, los ismeros constitucionales siempre tienen la misma frmula pero distinto orden de enlace de los tomos: Diferente esqueleto de carbono

C4H10

butano isobutano

Diferente grupos funcionales

C2H6O

alcohol etlico ter dimetlico

Diferente posicin de los grupos funcionales

C3H9Nisopropilamina

propilamina CICLANOS:


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QUMICA ORGNICA I

Si bien hasta aqu slo se han considerado alcanos de cadena abierta, desde hace ms de 100 aos se sabe que tambin existen compuestos con anillos de tomos de carbono. Tales compuestos se denominan cicloalcanos o compuestos alicclicos. Puesto que los cicloalcanos consisten en anillos de unidades de -CH2-, tienen la frmula general (CH2)n o CnH2n, y se representan como polgonos es las estructuras de esqueleto:

ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclohexano cicloheptano ISOMERA CIS - TRANS EN LOS CICLOALCANOS: En contraste con la libre rotacin posible alrededor de los enlaces sencillos en los alcanos de cadena abierta, en los cicloalcanos existe mucho menor libertad, porque estn geomtricamente restringidos. Por ejemplo, el ciclopropano est geomtricamente restringido a ser una molcula planar con estructura rgida, debido a que tres puntos definen un plano. No es posible rotacin alrededor de un enlace carbono-carbono en el ciclo propano sin romper el anillo.

Los cicloalcanos superiores tienen cada vez mayor libertad, adquiriendo movimiento y por ende generando diferentes confrmeros, adems de ismeros. La consecuencia ms importante de su estructura cclica es que los cicloalcanos tienen dos caras o lados, arriba y abajo, lo cual abre la posibilidad de la isomera en los cicloalcanos sustituidos. Por ejemplo, existen dos ismeros 1,2-dimetilciclopropano distintos, uno con los dos metilos del mismo lado del anillo y otro con un metilo de cada lado. Ambos ismeros son compuestos estables, y no es posible interconvertirlos sin romper y volver a formar enlaces qumicos. Los 1,2-dimetilciclopropanos son una clase especial de estereoismeros llamados ismeros cis - trans. Para distinguirlos se usan los prefijos cis- y trans-; la isomera cis - trans es comn a todos los anillos sustituidos. Ejemplos:

cis-1,2-dimetilciclopropano trans-1,2-dimetilciclopropano


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QUMICA ORGNICA I

cis-1,3-dimetilciclobutano trans-1,3-dimetilciclobutano

cis-1-bromo-3-metilciclopentano trans-1-bromo-3-metilcilopentano ESTEREOQUMICA DE ALCANOS Y CICLOALCANOS La estereoqumica es la rama de la qumica relacionada con los aspectos tridimensionales de las molculas. En este punto pondremos especial atencin en el aspecto espacial de las molculas dado que estas no son planas sino que tienen y ocupan un volumen en el espacio. CONFORMACIONES DE LOS ALCANOS: Las diferentes configuraciones de los tomos debidas a la rotacin alrededor de un enlace sencillo se denominan conformaciones, y una conformacin especfica recibe el nombre de confrmero (ismero conformacional). Sin embargo, a diferencia de los ismeros constitucionales, los distintos confrmeros no suelen poder aislarse debido a que se interconvierten con rapidez. Los qumicos representan los ismeros conformacionales de dos maneras, como se muestra en la figura para el etano. En las representaciones de caballete, el enlace carbono-carbono se dispone en un ngulo oblicuo y la orientacin espacial se indica representando todos los enlaces C-H. En las proyecciones de Newman[1] , el enlace carbono-carbono se representa de frente y los dos tomos de carbono se indican con un crculo, y los enlaces del carbono de atrs se indican con lneas que salen de la periferia del crculo. Las ventajas de las proyecciones de Newman son que resultan fciles de trazar y permiten visualizar sin dificultad las relaciones entre sustituyentes en los distintos tomos de carbono.


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QUMICA ORGNICA I

La rpida rotacin alrededor del enlace carbono-carbono interconvierte las distintas formas.

A pesar de lo dicho acerca de la simetra del enlace sigma (), en realidad no se observa una rotacin perfectamente libre en el etano. En experimentos se ha demostrado que existe una ligera barrera (2.9 kcal/mol; 12 kJ/mol) a la rotacin, y que algunas conformaciones son ms estables (tienen menos energa) que otras. La conformacin ms estable (de ms baja energa) es aqulla en la cual los seis enlaces carbono-hidrgeno estn lo ms alejados posible entre s (alternados). La conformacin menos estable (de ms alta energa) es aqulla en la cual los seis enlaces carbono-hidrgeno estn lo ms cercano posible (eclipsados). Entre estas dos conformaciones extremas existe por supuesto un nmero infinito de posibilidades.

Especialidad:Farmacia y Bioquimica quimicoupagu@yahoo

libro de quimica organica

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