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ORGÁNICA
RESUMEN DE FORMULACIÓN DE QUÍMICA ORGÁNICA
1. HIDROCARBUROS SATURADOS (ALCANOS)
a) Los cuatro primeros tienen por nombres: CH4 metano; CH3 - CH3 etano;
CH3 - CH2 - CH3 propano; CH3 - CH2 - CH2 - CH3 butano.
El resto se nombra mediante un prefijo que indica el nº de carbonos y la terminación ano.
5- pentano; 6- hexano; 7- heptano; 8 octano; 9 nonano; 10- decano; ...
b) Los radicales, formados por la pérdida de un H en un carbono terminal, se nombran
sustituyendo la terminación ano por ilo.
metilo; CH3 - CH2 etilo; CH3 - CH2 - CH2 propilo.
CH3 Cuando forman parte de ramificaciones se les suprime la "o" final: metil; etil; propil.
c) En los alcanos ramificados la cadena principal corresponde a la de mayor nº de carbonos; y
la estructura se nombra respecto a ella.
Para determinar la posición de los sustituyentes se numera la cadena principal mediante
localizadores de modo que éstos sean los más bajos posibles.
d) Los radicales se nombran por orden alfabético.
e) La presencia de radicales idénticos se señala mediante los prefijos: di; tri; tetra;....
7
6
5
4
3
2
1
CH3 - CH2 - CH - CH - CH2 - CH - CH3
CH3 CH2
CH3
CH3
4-etil-2,5-dimetilheptano
(245 es más pequeño que 346)
f) Cuando existen dos radicales sobre el mismo átomo de carbono, se repite el localizador.
CH3
CH3 - CH2 - C - CH2 - CH3
CH3
3,3-dimetilpentano
g) La fórmula general de los hidrocarburos saturados es: CnH2n+2.
2. ALQUENOS Y ALQUINOS.
Se trata de hidrocarburos no-saturados con enlaces dobles, C = C (alquenos), o con
enlaces triples, C ≡ C (alquinos).
2.1. Alquenos.
a) Se nombran sustituyendo la terminación ano de los hidrocarburos saturados por la
terminación eno, que indica el doble enlace.
b) Se numerará la cadena de modo que el carbono que tiene signado el doble enlace tenga el
localizador más bajo.
CH2 = CH2 eteno (etileno)
CH2 = CH - CH3 propeno
CH3 - CH - CH = CH2
CH3
3-metil-1-buteno
CH2 = CH - radical etenilo (vinilo)
1
ORGÁNICA
c) La fórmula general de los alquenos es: CnH2n.
d) En el caso de que el hidrocarburo posea más de un doble enlace (polienos) debe indicarse
con los prefijos correspondientes: di, tri, etc.
1,3-butadieno
CH2 = CH - CH = CH2
2.2. Alquinos.
a) Se nombran sustituyendo la terminación ano de los hidrocarburos saturados por la
terminación ino, que indica el triple enlace.
CH ≡ CH
etino (acetileno)
CH ≡ CH - CH3
propino
b) La cadena se numera de modo que los carbonos localizadores del triple enlace tengan
asignado el nº más bajo posible.
CH3 - CH ≡ CH - CH3
2-butino
c) La fórmula general de los alquinos es: CnH2n-2.
3. CICLOALCANOS.
Son hidrocarburos saturados de cadena cerrada.
Se nombran anteponiendo el prefijo ciclo:
CH2
CH2
CH2
CH2
ciclopentano
CH2
La fórmula general de los cicloalcanos es: CnH2n.
4. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
a) Se nombran como derivados del benceno, C6H6 :
metilbenceno (tolueno)
- CH3
b) Si hay más de un sustituyente se indican sus posiciones mediante números o prefijos:
CH3
1,2-dimetilbenceno (o-dimetilbenceno)
CH3
CH3
1,3-dimetilbenceno (m-dimetilobenceno)
CH3
H3C
CH3
1,4-dimetilbenceno (p-dimetilbenceno)
2
ORGÁNICA
5. DERIVADOS HALOGENADOS.
Se nombran como derivados de los hidrocarburos indicando la posición del halógeno:
CH3 - CH2I yodoetano
CH2Cl - CH2Cl
1,2-dicloroetano
triclorometano (cloroformo)
CHCl3
Cl
1,2-diclorobenceno
Cl
6. FUNCIONES OXIGENADAS.
6.1. Alcoholes.
Están definidos por el grupo funcional −OH. En su nomenclatura se agrega la terminación
−ol al hidrocarburo de referencia, indicando, cuando sea preciso, la posición del grupo -OH
por medio de localizadores.
Se conservan algunos nombres vulgares que están muy arraigados.
CH3OH
metanol (alcohol metílico)
CH3 - CH2OH
etanol (alcohol etílico)
CH3 - CH2 - CH2OH
1-propanol
CH3 - CHOH - CH3
2-propanol
CH - COH - CH
CH3
2-metil-2-propanol
CH2OH - CH2OH
1,2-etanodiol
Cuando el grupo −OH va unido al anillo de benceno el compuesto se denomina fenol:
− OH
6.2. Éteres.
Su grupo característico es el −O− intercalado en una cadena de hidrocarburo.
Se nombra añadiendo a los nombres de los dos radicales que los constituyen la palabra
éter.
También se emplea la palabra oxi intercalada entre los nombres de los dos hidrocarburos.
CH3 - O - CH2 - CH3
etil-metil-éter o metano-oxi-etano
6.3. Aldehídos.
O
Su grupo característico es - C
(- CHO)
H
En su nomenclatura se agrega la terminación −al al hidrocarburo de referencia.
HCHO
metanal (formaldehído)
CH3 -CHO
etanal (acetaldehído)
CH3 - CH – CH2 − CHO
CH3
3-metilbutanal
3
ORGÁNICA
6.4. Cetonas.
O
Están caracterizadas por el grupo − C− ( - CO - )
En su nomenclatura pueden seguirse dos métodos:
a) dándole la terminación ona al hidrocarburo de referencia.
b) nombrando los radicales que van unidos al grupo carbonilo y a continuación la palabra
cetona.
CH3 - CO - CH3
propanona o dimetilcetona (acetona)
CH3 - CO - CH2 - CH3
butanona o etilmetilcetona
CH3 - CO - CH2 - CH2 - CH3
2-pentanona
CH3 - CH2 - CO - CH2 - CH3
3-pentanona
6.5. Ácidos carboxílicos.
O
Su grupo característico es −C
( − COOH)
OH
En su nomenclatura se agrega la terminación oico al hidrocarburo de referencia.
HCOOH
ácido metanoico (ác. fórmico)
CH3 - COOH
ácido etanoico (ác. acético)
CH3 - CH2 - COOH
HOOC - COOH
COOH
ácido propanoico
ácido etanodioico (ác. oxálico)
ácido benzoico
CH3 - CHOH - CH2 - COOH
ácido 3-hidroxibutanoico
6.6. Ésteres.
Son derivados de la sustitución del H del grupo carboxílico por un radical. es decir por una
cadena hidrocarbonada
O
−C
( - COO- R)
O-R
Se nombran como si fuesen sales de alquilo o arilo.
CH3 - COO - CH2 - CH3
COO - CH3
HCOO - CH2 - CH3
etanoato (acetato) de etilo
benzoato de metilo
metanoato (formiato) de etilo
4
ORGÁNICA
7. FUNCIONES NITROGENADAS.
7.1. Aminas.
Son derivados del amoníaco, por sustitución de uno o más hidrógenos por radicales.
Se nombran posponiendo el término amina al radical.
CH3 - CH2 - NH2
etilamina (amina primaria)
CH3 - NH - CH3
dimetilamina (amina secundaria)
CH3 - N - CH3
CH3
trimetilamina (amina terciaria)
NH2
fenilamina (anilina)
7.2. Nitrilos.
Son los cianuros orgánicos.
Se nombran agregando al nombre del hidrocarburo del que proceden la terminación nitrilo.
CH3 - C ≡ N
etanonitrilo
CH3 - CH - CH2 - C ≡ N
CH3
3-metilbutanonitrilo
7.3. Amidas.
Se consideran procedentes de la sustitución del −OH del ácido carboxílico por el grupo
amino
Se nombran sustituyendo la terminación -oico del ácido por la de amida.
O
CH3 - C
etanamida (acetamida)
NH2
CH3 - CH2 - CONH2
propanamida
HCONH2
metanamida (formamida)
H2N - CO - NH2
carbodiamida (urea)
Escribe una posible fórmula para los siguientes compuestos:
a) C3H6O
b) CH4O
c) C2H3N
d) C2H6O
e) C6H12
f) C2H4O2
5
ORGÁNICA
TIPOS DE ISOMERÍA
1.- Plana.
1.1. de cadena: mismo grupo funcional, pero diferente estructura de la cadena (lineal,
ramificada).
CH3 - CH2 - CH2 - CH3
butano
CH3 - CH - CH3
metilpropano
CH3
1.2. de posición: mismo grupo funcional colocado en posición diferente en la misma
cadena carbonada.
O
CH3 - C - CH2 - CH2 - CH3
2-pentanona
O
CH3 - CH2 - C - CH2 - CH3
3-pentanona
1.3. de función: distintos grupos funcionales.
alcohol / éter
CH3 - CH2OH
etanol
CH3 - O - CH3
dimetil éter
O
aldehído / cetona
CH3 - CH2 - C
propanal
H
O
CH3 - C - CH3
ácido / éster
pronanona
O
CH3 -CH2 - C
ácido propanoico
OH
O
CH - C
acetato de metilo
O - CH3
6
ORGÁNICA
2. Estéreo isomería.
2.1. geométrica: no hay libre rotación en torno a un doble enlace. Se requiere que los
dos grupos unidos a cada carbono del doble enlace sean diferentes entre sí.
H3 C
CH3
C=C
Cl
cis-2-cloro-2-buteno
H
H3 C
H
C=C
Cl
trans-2-cloro-2-buteno
CH3
2.2. óptica: relacionada con la presencia de carbonos "asimétricos" en una molécula.
Poseen las mismas propiedades físicas y químicas, diferenciándose únicamente en el
distinto comportamiento frente a la luz polarizada. Los isómeros ópticos (enantiómeros)
son imágenes especulares.
COOH
ácido 2-cloropropanoico
HOOC
C
C
Cl
Cl
H
H
CH3
H3C
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ORGÁNICA
REACCIONES QUÍMICAS MÁS IMPORTANTES
1. Alcanos ( h. saturados)
Oxidación (calor de combustión):
C3 H8 + 5O2 → 3CO2 + 4 H2 O
Halogenación fotoquímica
UV
CH 4 + Cl2 ⎯luz
⎯⎯
→ CH 3Cl + HCl
Mecanismo de "radicales libres":
UV
iniciación :
Cl2 ⎯luz
⎯⎯
→ 2 Cl ⋅(átomo de cloro)
propagación: Cl ⋅ + CH4 → HCl + ⋅CH3 (radical libre metilo)
⋅CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl ⋅
clorometano
F: reacción violenta
I: demasiado inerte
En algunos casos se producen isómeros de posición:
UV
CH 3 − CH 2 − CH 3 + Cl2 ⎯luz
⎯⎯
→ CH3 − CH2 − CH2 Cl + CH3 − CHCl − CH3
1-cloropropano
2-cloropropano
2. Alquenos y alquinos (h. insaturados)
Adición electrófila
A
δ+
δ−
⎯ C = C ⎯ + A− B →
B
⎯C − C ⎯
δ+
Los electrones del enlace π atraen al extremo electrófilo del reactivo ( A ), a continuación el
enlace π se rompe para formar un ion carbonio que reacciona con el resto nucleófilo del
δ−
reactivo (: B ):
δ+
A
⊕
⎯→ ⎯ C − C ⎯
⎯C = C ⎯ ⎯
A
δ−
:B
⎯⎯
→
A
B
⎯C − C ⎯
a) Adición de hidrógeno:
catalizador metálico
CH2 = CH2 + H2 ⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ CH3 − CH3
b) Adición de halógenos:
CCl 4
CH2 = CH2 + Br2 ⎯ ⎯⎯
→ CH2Br − CH2Br
1,2-dibromoetano
Un ensayo rápido para enlaces dobles, C = C , consiste en añadir gota a gota una solución
roja de bromo en tetracloruro de carbono. El ensayo es positivo si se decolora
inmediatamente.
8
ORGÁNICA
c) Adición de halogenuros de hidrógeno:
CH2 = CH2 + HCl → CH3 − CH2Cl
(regla de Markownikoff: en la adición de moléculas asimétricas, el hidrógeno queda unido al
carbono que tiene mayor nº de hidrógenos):
CH3 − CH = CH2 + HCl → CH3 − CHCl − CH3
2-cloropropano
Los alquinos adicionan dos moléculas:
CH ≡ CH + 2Cl2 → CHCl2 − CHCl2
1,1,2,2-tetracloroetano
HC ≡ CH + 2 HCl → CH3 − CHCl2 (Markownikoff)
1,1-dicloroetano
3. Aromáticos
Sustitución electrófila:
+X
−Y ⎯
⎯→
-X + HY
H2 SO4
- NO +
+ HNO3 ⎯ ⎯
⎯→
2
nitrobenceno
+
reactivo electrófilo: NO2 (ion nitronio)
a) nitración:
H2 O
-Cl + HCl
+ Cl2 ⎯ ⎯
⎯3 →
clorobenceno
+
reactivo electrófilo: Cl (ion cloronio)
b) halogenación:
AlCl
- SO H + NO +
+ H2 SO4 conc. ⎯
⎯→
3
2
ácido bencenosulfónico
reactivo electrófilo: SO3
c) sulfonación
En la nitración y sulfonación el exceso de H2 SO4 actúa como deshidratante eliminando el
H2 O que podría inactivar a los agentes electrófilos atacantes.
Polisustitución (efecto orientador):
a) orto y para: - OH ; - NH 2 , - OCH3 ; - CH3 ; - Cl
b) meta: - NO ; - CN ; - SO3 H ; - CHO ; - COOH ; - COOCH
2
3
9
ORGÁNICA
4. Alcoholes
Oxidación:
K2 Cr2 O7 ; KMnO4 (en medio ácido)
alcohol primario: CH 3 − CH 2 OH ⎯⎯→ CH 3 − CHO ⎯⎯→ CH 3 − COOH
etanol
etanal
ácido acético
(O)
(O)
alcohol secundario: CH 3 − CHOH − CH 3 ⎯⎯→ CH 3 − CO − CH 3
2-propanol
propanona
(O)
los alcoholes terciarios resisten la acción de los oxidantes.
Eliminación: Calentando a temperaturas moderadas con un catalizador ácido ( H2 SO4 )
2 SO 4
CH 3 − CH 2 OH ⎯H⎯
⎯→ CH 2 = CH 2
reactividad: terciario > secundario > primario
mecanismo: E1:
+
2 SO4
CH3 − CH2 OH ⎯H⎯
⎯→ CH3 − C H2 OH2 + HSO4−
+
+
H2 O
CH3 − C H2 OH2 ⎯−⎯
⎯→ CH3 − C H2 (ion carbonio)
+
+
CH3 − C H2 + CH3 − CH2 OH → CH2 = CH2 + CH3 − C H2 OH2
(regla de Saytzeff: el doble enlace se forma predominantemente con el carbono que tiene
mayor nº de sustituyentes)
5. Aldehídos
Ensayos cualitativos:
reactivo de Fehling (complejo cúprico-tartárico)
O
O
+ Cu(OH)2 + OH- → R - C
R-C
H
O-
+ Cu2O ↓ + H2O
precipitado
rojo
reactivo de Tollens (complejo amoniacal de plata)
O
O
+ Ag(NH3)2+ + OH- → R - C
R-C
H
+ Ag ↓ + NH3 + H2O
O- NH4+
espejo
de plata
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ORGÁNICA
6. Ácidos carboxílicos
Acidez:
Son ácidos débiles típicos
R - COOH + H2O ↔ R - COO- + H3O+
ion carboxilato
Si en lugar de agua se usa una base fuerte (OH-) la reacción se favorece:
R - COOH + OH- → R - COO- + H2O
El ion carboxilato puede hidrolizarse parcialmente:
R - COO- + H2O → R - COOH + OH(reacción básica)
Los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con bicarbonato de sodio (base débil):
R - COOH + Na+ HCO3- → R - COO- Na+ + CO2 ↑ + H2O
soluble en agua
Los ácidos carboxílicos insolubles en agua, como el benzoico, se pueden reconocer por su
facilidad para disolverse en disoluciones diluidas de NaHCO3.
La acidez se explica por la deslocalización de carga del ion carboxilato:
O-
O
R-C
O-
↔ R-C
O
12,3 nm
16,6 nm
O
H-C
O-
O
12,7 nm (los dos
enlaces son
equivalentes)
H-C
O
Ka =
H3O + RCOO−
RCOOH
pKa = -log Ka
R - COOH
Ar - COOH
Ar - OH
HCOOH
C6H5 - COOH
CH3 - COOH
CH2Cl - COOH
CHCl2 - COOH
CCl3 - COOH
pKa
≈5
≈ 4,2
≈ 10
3,75
4,19
4,72
2,85
1,26
0,64
11
ORGÁNICA
Esterificación:
O
O
H2SO4
⎯→ R - C
+ HO - R’ ⎯ ⎯⎯
R-C
OH
+ H2O
O - R’
7. Aminas
Basicidad:
Son bases débiles típicas:
CH3NH2 + H2O ↔ CH3NH3+ + OHion metilamonio
NH3
CH3NH2
(CH3)2NH
(CH3)3N
C6H5 - NH2
CH3 - CONH2
pKb
4,75
3,36
3,29
4,28
9,38
15
12
ORGÁNICA
POLÍMEROS
‰
Polímero = molécula muy grande (macromolécula), constituida por una unidad que se repite muchas
veces.
‰ Los polímeros se pueden clasificar atendiendo a su:
a) procedencia
b) composición
c) propiedades físicas
(a) PROCEDENCIA
(b) COMPOSICIÓN
(c) PROPIEDADES
FÍSICAS
naturales (caucho, látex)
sintéticos (polietileno, PVC)
homopolímero: único tipo de monómeros: [...−A-A-A-A-A−...]
copolímero: más de una clase de monómero: [...−A-B-A-B-A-B−...] (alternante,
al azar, por bloques,...)
plásticos: (a) termoplásticos (se pueden moldear en caliente en repetidas ocasiones),
ej: polietileno
(b) termoestables (una vez moldeados y endurecidos, no pueden moldearse de
nuevo),
ej: resinas, como baquelita, araldit,...
fibras: se pueden tejer en hilos,
ej: tergal, nylon
elastómeros: comparten la elasticidad del caucho,
ej: neopreno
‰
Preparación de polímeros sintéticos:
¾
Polimerización por adición.
Se forman por unión sucesiva de varias unidades de monómero y son el resultado de la
reorganización de sus enlaces.
n CH2=CH2 → [−CH2−CH2−]n
polietileno
¾
Polimerización por condensación.
Se forman a través de una reacción en la que dos moléculas se combinan mediante la pérdida de otra
molécula más pequeña, como la de agua.
− H 2O
HO−(CH2)n−OH + HOOC−(CH2)m−COOH ⎯⎯
⎯→ HO−(CH2)n−OOC−(CH2)m−COOH ...
....→ [−O−(CH2)n−OOC−(CH2)m−CO−]
poliéster
‰
Polímeros orgánicos:
¾
Poliolefinas
monómero
polímero
eteno
polietileno
CH2=CH2
[-CH2-CH2]n
propeno
polipropileno
CH2=CH-CH3
[-CH2-CH-]n
CH3
13
ORGÁNICA
vinilbenceno (estireno)
poliestireno
-CH=CH2
[-CH-CH2]n
cloroeteno (cloruro de vinilo)
PVC
CH2=CHCl
[-CH2-CH-]n
Cl
tetrafluoroeteno
teflón
CF2-CF2
[-CF2-CF2]n
propenonitrilo (acronitrilo)
poliacronitrilo
CH2=CH-CN
[-CH2-CH-]n
CN
metacrilato de metilo
polimetacrilato de metilo
CH2=C-COOCH3
CH3
COOCH3
[-CH2-C-]n
CH3
El caucho natural está constituido por cadenas de poli-cis-isopreno (cis-2-metil-1,3-butadieno):
H ⎤
⎡ CH 3
⎢
⎥
C =C
n CH2=C(CH3)−CH=CH2 → ⎢
⎥
⎢⎣− CH 2
CH 2 −⎥⎦
Otro polímero natural es la gutapercha, constituida por cadenas de poli-trans-isopreno:
H ⎤
⎡− CH 2
⎢
⎥
C =C
⎢
⎥
⎢⎣ CH 3
CH 2 −⎥⎦
El caucho sintético, buna-S (SBR), se obtiene por copolimerización del butadieno y del estireno:
El neopreno se obtiene por polimerización del 2-cloro-1,3-butadieno (cloropreno):
⎡− CH 2
⎢
n CH2=CCl−CH=CH2 → ⎢
⎢⎣ Cl
⎤
⎥
C =C
⎥
CH 2 −⎥⎦
H
14
ORGÁNICA
¾
Poliésteres
− H 2O
−COOH ⎯⎯
HO−CH2−CH2−OH + HOOC−
⎯→
1,2-etanodiol
ácido tereftálico (ácido 1,4-bencenodicarboxílico)
....HO−CH2−CH2−OOC−
....→ [−O−CH2−CH2−OOC−
poliéster: tergal
¾
−COOH ...→
−CO−]
Poliamidas
HOOC−(CH2)4−COOH
+
ácido hexanodioico (adípico)
H2N−(CH2)6−NH2
1,6-hexanodiamina
−H O
2
⎯⎯⎯
→
HOOC−(CH2)4−CO−NH−(CH2)6−NH2 ...
....→ [−OC−(CH2)4−CO−NH−(CH2)6−NH−]
poliamida: nylon 6,6
El primer número significa de átomos de carbono de la diamina y el segundo el número de
átomos del ácido dicarboxílico.
Una fibra de poliamida de características excepcionales es el kevlar: resistencia del acero y gran
estabilidad frente a temperaturas elevadas (guantes, chalecos antibala, material deportivo de alta
resistencia):
−COOH
+
HOOC−
ácido 1,4-becenodicarboxílico (tereftálico)
...→ [−OC−
−CO−NH−
poliamida: kevlar
H2N−
−NH2
1,6-diaminobenceno
−H O
2
⎯⎯⎯
→
−NH−]
15
ORGÁNICA
‰
Características de los polímeros sintéticos más comunes:
nombre
polimetacrilato de
metilo
poliuretano
nombre comercial siglas propiedades
PMMA rígido, resistente, transparente,
plexiglás
aspecto vítreo, estabilidad al aire
libre
PU
poliuretano
termoestables
poliamidas
nylon
politetrafuoroeteno teflón
PTFE
resinas
melamínicas
formica
politerftalato de
etileno
polieteno
terfatalato de
polietileno
polietileno de
alta densidad
PET
LDPE
policloruro de
vinilo
polipropeno
polietileno de
baja densidad
cloruro de
polivinilo
polipropileno
polivinilbenceno
poliestireno
PS
resinas fenolformaldehído
baquelita
resinas de poliéster
HDPE
resistencia al impacto, dureza,
flexibilidad, facilidad para
formar fibras, resistencia al agua
y disolventes orgánicos
sólido duro y flexible, aislante,
excelente resistencia a los
agentes químicos
termoestables, resistentes a los
agentes mecánicos, fácilmente
coloreables
buena resistencia a agentes
químicos, barato y fácil de
procesar
PVC
rígido
PP
análogas al polietileno, resiste
mayores temperaturas, no se
debilita por flexión
transparente, rígido, barato
aplicaciones
rótulos,
iluminación,
mobiliario
espumas, aislantes
en construcción,
calzado deportivo,
barnices
fibras textiles,
cepillos, redes
juntas, material de
laboratorio
tableros,
laminados,
muebles, material
eléctrico
envases y botellas
envases, botellas,
embalajes, cables,
materiales de
construcción
bolsas, menaje,
juguetes
muy amplios
hilos y cordajes,
envoltorios,
automóviles
menaje, embalaje y
aislamiento
(espuma)
termoestable, resistente a agentes el primer polímero
mecánicos y químicos
comercial (1907),
hoy se usa muy
poco
ligeras, buena resistencia a la
carrocerías, cascos
intemperie
de embarcaciones,
tanques para
productos químicos
16