Introducción La química orgánica estudia fundamentalmente los compuestos que contienen carbono... fundamental de los fenómenos vitales en los animales y vegetales....

Introducción
La química orgánica estudia fundamentalmente los compuestos que contienen carbono que es la base
fundamental de los fenómenos vitales en los animales y vegetales. Si hacemos una inspección de todos los
compuestos químicos que alguna vez han sido fabricados, analizados y caracterizados, obtendremos
seguramente , que hay mas sustancias que contienen carbono que las que no lo contienen. El Carbono se
encuentra combinado en muchos mas compuestos que todos los otros elementos químicos (excepto el
hidrógeno).
Los principales elementos de los compuestos orgánicos son C e H2 (este ultimo salvo unas pocas
excepciones) también puede encontrarse formando compuestos orgánicos O2,N2 y en menor proporción S, P,
Fe, Mg, Co, Zn. Casi todos los compuestos orgánicos por calentamiento en presencia de un oxidante fuerte se
destruyen eliminando CO2 + H2. El carbono con Z = 6 (número atómico) posee una configuración
electrónica 1s2 2s2 2p2 por lo cual tiene 4 electrones en el último nivel: 2−e sin aparear en Px y Py. Podría
formar 2 uniones covalentes con Px y Py y una unión covalente coordinada con el orbital vacío Pz.
En la práctica se comprobó que esto no explicaba que los ángulos de enlaces en el átomo de Carbono eran de
109,28° y formaban 4 uniones covalentes. Para explicar esto se acepto que unos de los electrones del orbital
2s se excita y salta al nivel vacío Pz. Simultáneamente se produce una reestructuración o mezcla de los
orbitales formándose los orbitales "híbridos". Esta mezcla se puede producir entre un 1s y 3p (sp3)− 1s y 2p
(sp2)−1s 1p (sp).
Derivados de los alcanos
Los hidrocarburos saturados de cadena abierta forman un grupo homólogo denominado alcanos o parafinas.
La composición de todos los miembros del grupo responde a la fórmula CnH2n +2, donde n es el número de
átomos de carbono de la molécula.
Todos los miembros alcanos son inertes, es decir, no reaccionan fácilmente a temperaturas ordinarias con
reactivos como los ácidos, los álcalis o los oxidantes.
Los alcanos son hidrocarburos saturados y contienen el número máximo posible de hidrógenos por carbono.
También se conocen como compuestos alifáticos, nombre derivado del griego aleiphas que significa grasa.
La grasa animal contiene largas cadenas de carbono similares a las que se encuentran en los alcanos. Los
Alcanos también se conocen como parafinas. Parafina, proviene del latín parum affinis que significa poca
afinidad. La fórmula general de los alcanos es CnH2n+2 donde n = número entero.
Alcanos Lineales:
Los cuatro primeros miembros de la serie conservan los nombres antiguos a saber:
Metano CH4; etano CH3−CH3; propano CH3−CH2−CH3; butano CH3−CH2−CH2−CH3
Nomenclatura de los alcanos lineales
1.− Los cuatro primeros miembros de la serie se nombran como: n−metano, n−etano, n−propano y n−butano.
La letra ene (en itálica) seguida de un guión: n−, que se le antepone al nombre (como por ejemplo en
n−butano), es para indicar que se trata del isómero de cadena lineal del butano.
2.− El nombre de los alcanos lineales con más de cuatro átomos de carbono se construye del siguiente modo:
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una raíz, que es un prefijo indicando el nº de átomos de carbono de la cadena: pent (5), hex (6), hept (7), oct
(8), non (9), dec (10), undec (11),..., nonadec (19), icos o eicos (20), etc, seguida de la terminación ano.
Alcanos ramificados:
Para nombrarlos se escoge como cadena principal (esqueleto) la mas larga y se numera comenzando por el
extremo tal que determine para las posiciones de los radicales (ramas), los números mas bajos.
Escogida y enumerada la cadena principal, se nombran los radicales en orden alfabético suprimiéndoles la o e
indicando sus posiciones en la cadena, por ultimo se nombra el hidrocarburo de donde derivo la cadena
principal.
Los Aldehídos
Los aldehídos son cada uno de los compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo (CO) y que
responden a la fórmula general
donde R es un átomo de hidrógeno (es el caso del metanal) o un radical hidrocarbonado alifático o aromático.
Los aldehídos son aquellos compuestos caracterizados por la presencia de uno o mas grupos carbonilo en
posición terminal.
La cadena principal debe contener al carbono del grupo carbonilo. Si hay dos grupos carbonilos, la cadena
principal deberá contener a ambos. Se le dará el numero uno al carbono del grupo carbonilo. El sufijo a
utilizar es al, o dial si hubiera dos grupos carbonilo, uno al principio y otro al final de la cadena carbonada.
Nomenclatura de los aldehídos.
• Para nombrar a los aldehídos se cambia la terminación o de los alcanos por al para denotar la
presencia de un aldehído.
• El grupo carbonilo de los alcanales o aldehídos siempre está al final de la cadena. Este hecho lo hace
química y físicamente diferente a las cetonas, por eso se considera como un grupo funcional aparte El
hidrógeno vecino al oxígeno es fácilmente oxidable y esta es una de las principales diferencias entre
estas dos familias de compuestos
• Como este grupo funcional siempre está al final de la cadena no se usan números localizadores.
Propiedades físicas.
No es de sorprender que los aldehídos y las cetonas se asemejen en la mayoría de sus propiedades como
consecuencia de poseer el grupo carbonilo. Sin embargo, en los aldehídos el grupo carbonilo esta unido a un
átomo de hidrógeno, mientras que en las cetonas se une a dos grupos orgánicos. Esta diferencia estructural
afecta a sus propiedades de dos formas fundamentales:
• Los aldehídos se oxidan con facilidad mientras que las cetonas lo hacen con dificultad
• Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofílicas, que es la reacción
más característica de este tipo de compuestos
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Los aldehídos son compuestos de fórmula general R−CHO. Este compuesto tiene una amplia aplicación tanto
como reactivos y disolventes así como su empleo en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y medicinas.
En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos como proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos
tanto en el reino animal como vegetal.
Lo que debemos saber de los aldehídos:
1) La función química de los aldehídos es R−CH=O o Ar−CH=O
2) Se les obtiene mediante la oxidación moderada de un alcohol primario.
3) Ejemplo: R−CH2−OH + O −−−−−> R−CH=O ALDEHÍDO
Para nombrarlos se siguen los pasos que a continuación se mencionan:
a) se selecciona la cadena más larga que contiene la función −CHO
b) la función −CHO siempre ocupa el extremo de la cadena, es decir, es el carbono número uno.
c) se anteponen los nombres de los radicales que existan, se agrega el prefijo correspondiente de la cadena y
se termina con el sufijo "al".
Ejemplos:
HCH=O metanal o formaldehído o aldehído fórmico
CH3−CH=O etanal o acetaldehído o aldehído acético
CH3−CH2−CH=O propanal o propionaldehído o aldehído propiónico
d) el benceno unido a la función −CH=O se denomina "benzaldehído" o "benzal".
e) si hay otras arborescencias en el benceno, se ordenan alfabéticamente y se escribe en qué carbono se
encuentra cada una de ellas.
El grupo funcional de los aldehídos es:
H
|
R − C =O
La mayoría de los aldehídos son solubles en agua y presentan puntos de ebullición elevados. El grupo
carbonilo les proporciona una gran reactividad desde el punto de vista químico; dan ácidos carboxílicos con
mucha facilidad. Los aldehídos se obtienen a partir de los alcoholes primarios, controlando el proceso para
evitar que el aldehído pase a ácido.
Cetonas
Son cada uno de los compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo (CO) y que responden a la
fórmula general RCOR¢, en la que R y R¢ representan radicales orgánicos y donde los grupos R y R´ pueden
ser alifáticos o aromáticos.
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Nomenclatura de las cetonas
Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:
• El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en −ona .Como sustituyente debe emplearse el
prefijo oxo−.
• Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra
cetona.
Propiedades físicas
Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso
molecular .No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso
molecular.
Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la
cadena disminuye la solubilidad.
El grupo funcional de las cetonas es: R
|
C=O
|
'R
Al grupo carbonilo se debe la disolución de las cetonas en agua. Son compuestos relativamente reactivos, y
por eso resultan muy útiles para sintetizar otros compuestos; también son productos intermedios importantes
en el metabolismo de las células. Se obtienen a partir de los alcoholes secundarios.
La cetona más simple, la propanona o acetona, CH3COCH3, es un producto del metabolismo de las grasas,
pero en condiciones normales se oxida rápidamente a agua y dióxido de carbono. Sin embargo, en la diabetes
mellitus la propanona se acumula en el cuerpo y puede ser detectada en la orina. Otras cetonas son el alcanfor,
muchos de los esteroides, y algunas fragancias y azúcares.
Ácidos orgánicos
El término ácidos orgánicos engloba aquellos ácidos cuya estructura química se basa en el carbono. Se añaden
al pienso por su capacidad para reducir el pH de los alimentos, favoreciendo su conservación.
Simultáneamente ejercen una influencia positiva a nivel digestivo y metabólico, mejorando los rendimientos
productivos de los animales. Los de mayor interés en producción animal son el acético, butírico, cítrico,
fórmico, láctico, málico, propiónico, y sórbico.
En las tablas 1 y 2 se detallan las propiedades químicas más importantes de los principales ácidos
orgánicos y de sus sales (Eidelsburger, 1998).
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Tabla 1. Propiedades químicas de ciertos ácidos orgánicos
Ácido
Fórmula pKa Solubilidad Masa molecular, EB,
empírica en agua g Kcal/Kg
Fórmico CH2O2 3,75 Muy buena 48 1.386
Acético C2H4O2 4,75 Muy buena 60 3.537
Propiónico C3H6O2 4,87 Muy buena 74 4.971
Láctico C3H6O3 3,08 Buena 90 3.609
Fumárico C4H4O4 3,0/4,4 Regular 116 2.748
Málico C4H6O5 3,4/5,1 Buena 134 2.390
Tartárico C4H6O6 3,0/4,4 Buena 150 1.864
Cítrico C6H8O7 3,1/5,9/6,4 Buena 210 2.461
Tabla 2. Propiedades de diferentes sales de ácidos orgánicos
Sal orgánica1 Solubilidad en agua Masa molecular,g EB,Kcal/g
Formiato cálcico Regular 130 932
Formiato sódico Muy buena 68
932
Lactato cálcico Regular 290 2.438
Propionato cálcico Buena 186 3.967
Propionato sódico Muy buena 96 3.943
Todas sólidas.
El modo de acción de los ácidos orgánicos no es totalmente conocido. Su acción beneficiosa parece estar
relacionada con un incremento en la digestibilidad y retención de diversos nutrientes (minerales, proteína y
energía), acompañado de una alteración de la población microbiana del tracto .
La efectividad de inhibición del crecimiento microbiano depende no sólo de su poder acidificante sino
también de la capacidad del ácido para penetrar a través de la pared celular del microorganismo en forma no
disociada. Una vez dentro, el ácido se disocia y presenta un doble mecanismo de acción:
• El hidrogenión (H+) reduce el pH del citoplasma, lo que obliga a la célula a incrementar sus gastos
energéticos a fin de mantener su equilibrio osmótico
• El anión (A−) perjudica la síntesis de DNA, evitando la replicación de los microorganismos. En principio
pues, serían más interesantes los ácidos orgánicos de cadena corta con un pKa superior al pH fisiológico ya
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que permitiría que una mayor cantidad de ácido en forma no disociada penetrara en el interior del
microorganismo.
Los alcoholes
Son un grupo de compuestos químicos del carbono que contienen el grupo OH. Dicha denominación se utiliza
comúnmente para designar un compuesto específico: el alcohol etílico o etanol.
Proviene de la palabra árabe al−kuhl, o kohl, un polvo fino de antimonio que se utiliza para el maquillaje de
ojos. En un principio, el término alcohol se empleaba para referirse a cualquier tipo de polvo fino, aunque más
tarde los alquimistas de la Europa medieval lo utilizaron para las esencias obtenidas por destilación,
estableciendo así su acepción actual.
En este tipo de compuestos orgánicos, el átomo de oxígeno se encuentra formando únicamente enlaces
sencillos, CO y OH. Los alcoholes se pueden representar por la fórmula general ROH, donde el grupo
característico hidroxilo (OH) se encuentra unido a un carbono alifático.
Los alcoholes pueden considerarse como derivados del agua por sustitución de uno o de los dos hidrógenos de
la molécula, respectivamente, por radicales hidrocarbonados.
Este parentesco se pone de manifiesto, en particular, en alcoholes que al conservar un grupo OH, tienen
ciertas propiedades que recuerdan a las del agua.
El ángulo de enlace COH ó COC es parecido al del agua y vale aproximada mente 107º.
Nomenclatura de alcoholes
Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, según el tipo de átomo de carbono al que va
unido el grupo OH, esto es, según que este carbono vaya unido a su vez a uno, dos o tres átomos de carbono,
respectivamente.
Los alcoholes se nombran sistemáticamente sustituyendo por ol la o terminal del hidrocarburo del que derivan
e indicando la posición del OH por un número, que suele colocarse al final del nombre. Se usan también con
frecuencia nombres comunes, formados por la palabra alcohol seguida del nombre, terminado en ico, del
radical que soporta el grupo OH. Los fenoles se nombran como derivados del primer término, fenol, precedido
del nombre y posición de los restantes sustituyentes.
Propiedades físicas
El parentesco de los alcoholes con el agua se pone de manifiesto en muchas de sus propiedades
fisicoquímicas. Así, por ejemplo, los primeros términos de la serie de los alcoholes, de uno a tres átomos de
carbono, son completamente miscibles con el agua, con la que forman enlaces de hidrógeno, análogos a los
que existen entre las propias moléculas de agua o de los alcoholes entre sí. Al aumentar el número de átomos
de carbono de la cadena hidrocarbonada, se hace cada vez menor la influencia relativa del grupo hidroxilo,
por lo que disminuye mucho su solubilidad en agua, siendo ya prácticamente insolubles los alcoholes con diez
o más átomos de carbono.
En estado sólido y en estado líquido, las moléculas de los alcoholes y fenoles están muy asociadas mediante
enlaces de hidrógeno, formando cadenas de varias moléculas, lo que explica sus puntos de fusión y de
ebullición anormalmente elevados Como ocurre, en general, en todas las series homólogas, los puntos de
fusión y de ebullición de los alcoholes de cadena lineal aumentan con el número de átomos de carbono. Así,
los alcoholes inferiores son líquidos incoloros, muy fluidos y relativamente volátiles; los de 6 a 11 átomos de
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carbono son ya líquidos viscosos; y el dodecanol, esto es, con 12 átomos de carbono (alcohol laurílico), es el
primer alcohol de cadena lineal que es sólido a la temperatura ambiente.
Los éteres
Los Éteres son un grupo de compuestos orgánicos que responden a la fórmula general ROR¢, en donde O es
un átomo de oxígeno, y R y R¢ representan los mismos o distintos radicales orgánicos.
La mayoría de los éteres son líquidos volátiles, ligeros e inflamables, solubles en alcoholes y otros disolventes
orgánicos. Desde el punto de vista químico, son compuestos inertes y estables; los álcalis o los ácidos no los
atacan fácilmente. Están estrechamente relacionados con los alcoholes, y se obtienen directamente de ellos. El
compuesto más típico y más utilizado de este grupo es el éter común o etílico, normalmente denominado éter.
Propiedades físicas de los éteres
Debido a que el ángulo del enlace C−o−C no es de 180º, los momentos dipolares de los dos enlaces C−O no
se anulan; en consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto (por ejemplo, 1.18 D para
el dietil éter).
Esta polaridad débil no afecta apreciablemente a los puntos de ebullición de los éteres, que son similares a
los de los alcanos de pesos moleculares comparables y mucho más bajos que los de los alcoholes isómeros.
Comparemos, por ejemplo, los puntos de ebullición del n−heptano (98ºC), el metil n−pentil éter (100ºC) y el
alcohol hexílico (157ºC). Los puentes de hidrógeno que mantienen firmemente unidas las moléculas de
alcoholes no son posibles para los éteres, pues éstos sólo tienen hidrógeno unido a carbono.
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Por otra parte, los éteres presentan una solubilidad en agua comparable a la de los alcoholes: tanto el dietil éter
como el alcohol n−butílico, por ejemplos, tienen una solubilidad de unos 8 g por 100g de agua. La solubilidad
de los alcoholes inferiores se debe a los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua y de alcohol; es
probable que la solubilidad de los éteres en agua se debe a la misma causa.
Nomenclatura
Para nombrar los éteres tenemos dos alternativas:
• Considerar el grupo alcoxi
como un sustituyente (siendo R el radical más sencillo).
• Citar los dos radicales que están unidos al O por orden alfabético y a continuación la palabra éter.
Un caso particular de éteres son los epóxidos, cuyo esquema es el siguiente:
Para nombrarlos se utiliza el prefijo epoxi− seguido del nombre del hidrocarburo correspondiente, e indicando
los carbonos a los que está unido el O ,con dos localizadores lo más bajos posibles, en caso de que sea
necesario.
Estructuralmente los éteres pueden considerarse derivados del agua o alcoholes, en los que se han
reemplazado uno o dos hidrógenos, respectivamente, por restos carbonados.
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La estructura angular de los éteres se explica bien asumiendo una hibridación sp3 en el oxígeno, que posee
dos pares de electrones no compartidos.
No puede establecer enlaces de hidrógeno consigo mismo y sus puntos de ebullición y fusión son muchos más
bajos que los alcoholes referibles.
Un caso muy especial lo constituyen los epóxidos, que son éteres cíclicos de tres miembros. El anillo contiene
mucha tensión, aunque algo menos que en el ciclopropano.
Ciclopropano
Epóxido de etileno
Pero la presencia del oxígeno, que polariza los enlaces, y la existencia de la tensión, hace que los epóxidos, al
contrario que los éteres normales, sean muy reactivos y extremadamente útiles en síntesis.
Los éteres son alcanos que poseen un sustituyente alcoxi (RO−). El resto alcano más grande (cadena
principal) da el nombre al alcano y el pequeño se considera parte del grupo alcóxi.
Para nombrar éteres cíclicos se usa el prefijo oxa.
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1,4,7,10−tetraoxaciclododecano
2−metiloxaciclopropano
(epóxido de propileno)
(éter 12−corona−4)
Los éteres son en general poco reactivos y se utilizan como disolventes.
Éteres, grupo de compuestos orgánicos que responden a la fórmula general RORð, en donde O es un átomo de
oxígeno, y R y Rð representan los mismos o distintos radicales orgánicos..
La mayoría de los éteres son líquidos volátiles, ligeros e inflamables, solubles en alcoholes y otros disolventes
orgánicos. Desde el punto de vista químico, son compuestos inertes y estables; los álcalis o los ácidos no los
atacan fácilmente. Están estrechamente relacionados con los alcoholes, y se obtienen directamente de ellos. El
compuesto más típico y más utilizado de este grupo es el éter común o etílico, normalmente denominado éter.
Los éteres se caracterizan por el grupo oxi, O, en el que el átomo de oxígeno se encuentra unido a dos átomos
de carbono, COC.
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