7.QUÍMICA ORGÁNICA

CH3
CH3
QUÍMICA ORGÁNICA
CURSO 2011-12
QUÍMICA
2º BACHILLERATO
NOCTURNO
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
QUÍMICA ORGÁNICA
TEORÍA DE LA FUERZA VITAL Y QUÍMICA ORGÁNICA
La química orgánica estudia las sustancias que contienen carbono. Dichos
compuestos son producidos generalmente por organismos vivos, por ello recibe ese
nombre. Hay que señalar que no se consideran orgánicos los carbonatos, los cianuros
ni los óxidos de carbono.
El primer compuesto orgánico natural sintetizado en el laboratorio fue la urea,
gracias al alemán F. Whöler. Era también la primera sustancia orgánica obtenida a
partir de materias inorgánicas, lo cual echó por tierra la antigua teoría de la fuerza
vital, que afirmaba que las sustancias orgánicas únicamente podían ser producidas
por seres vivos. La síntesis de Whöler fue:
NH4CNO (cianato amónico) calor

→ NH2-CO-NH2 (urea).
Hoy día se conocen varios millones de compuestos orgánicos, naturales o
sintéticos y se siguen descubriendo al ritmo de unos cien mil cada año.
ENLACES DEL CARBONO
Una de las principales características de la Química orgánica es el reducido
número de elementos químicos que forman parte de los compuestos orgánicos. La
gran mayoría de ellos están constituidos por carbono, hidrógeno, oxígeno y
nitrógeno, siendo bastante menos frecuentes los que contienen azufre, fósforo y
halógenos. Los enlaces pueden ser, en algunos casos como el nitrógeno y el propio
carbono, simples, dobles o triples.
Mientras que se conocen unos cien mil compuestos inorgánicos, se han
caracterizado ya más de seis millones de compuestos orgánicos. Esta aparente
paradoja tiene su explicación en la singular capacidad del carbono para unirse
consigo mismo y formar largas cadenas tridimensionales prácticamente ilimitadas. Si
consideramos que algunas moléculas pueden llegar a alcanzar un peso molecular de
varias decenas de millones (uma), se puede tener una idea del enorme número de
diferentes disposiciones que pueden adoptar los átomos de las mismas.
El carbono, cuya estructura electrónica es 1s2 2s2 2p2, posee cuatro electrones
de valencia y, de acuerdo con la teoría de orbitales híbridos, que es una
simplificación de la teoría de enlaces de valencia, por las distintas combinaciones de
sus orbitales atómicos 2s, 2px, 2py y 2pz, puede presentar tres tipos de hibridación: sp,
sp2 y sp3.
De este modo, al unirse un orbital atómico s con otro p se obtienen dos
orbitales híbridos sp, lineales, como puede verse en la figura 1.
IES Séneca
Córdoba
Pág. 1
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
Un orbital s y dos orbitales p constituyen la hibridación sp2, trigonal y plana,
con ángulos de 120 grados. Como es lógico, se obtienen tres orbitales híbridos, según
se aprecia en la figura 2.
Un orbital s y tres p originan cuatro orbitales híbridos sp3, dirigidos según los
vértices de un tetraedro, con ángulos de 109,5 grados entre sí (ver figura 3).
Cuando el carbono se une con otro átomo,
incluso otro carbono, mediante enlaces simples,
presenta hibridación sp3, con un electrón en cada
orbital. Esto es lo que sucede en la molécula de
metano (CH4), como puede comprobarse
experimentalmente al medir sus ángulos de
enlace de 109,5o, típicos de una molécula
tetraédrica, con el carbono en el centro y los
átomos de hidrógeno en los cuatro vértices (Ver
figura 4).
En la molécula de eteno o etileno los dos carbonos centrales presentan
hibridación sp2, de forma que utilizan dos orbitales híbridos, cada uno con un
electrón, para enlazar con los respectivos átomos de hidrógeno y el tercero, con otro
electrón, sirve para unirse entre ellos mediante un enlace tipo sigma. Ambos
carbonos tienen todavía un orbital atómico p sin utilizar, con un solo electrón,
perpendicular al plano de los orbitales híbridos. Dichos orbitales p, uno de cada
átomo, se unen constituyendo un enlace tipo pi. De esta manera explicamos el doble
enlace entre los dos átomos centrales.
La molécula de acetileno tiene dos átomos de carbono unidos por un triple
enlace, junto a otros dos átomos de hidrógeno, cada uno de ellos enlazado a su
IES Séneca
Córdoba
Pág. 2
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
carbono. Cada carbono utiliza un orbital híbrido sp para enlazar con su
correspondiente hidrógeno y el otro orbital sp lo emplea para unirse al otro carbono,
mediante un enlace sigma. Aún posee otros dos orbitales atómicos p (con un electrón
en cada uno), perpendiculares entre sí y respecto al orbital híbrido, de modo que se
unen formando dos enlaces pi.
CADENAS CARBONADAS
Esta variedad y facilidad con la que el carbono puede formar enlaces le
permite constituir cadenas sin limitación en el número de átomos de carbono. Dichas
cadenas pueden ser abiertas o cerradas, admitiendo en ambos casos ramificaciones.
La disposición de los átomos de carbono en las cadenas está siempre condicionada
por la estructura tetraédrica de los enlaces, lo que obliga a los átomos a situarse en
zigzag (Figura 5).
De acuerdo con la posición que ocupan en la cadena carbonada, los átomos de
carbono pueden ser primarios, secundarios, terciarios o cuaternarios, según estén
unidos a 1, 2, 3 ó 4 átomos de C, respectivamente. Por ejemplo:
PROPIEDADES GENERALES DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
Dadas las características de los enlaces que forma el carbono, marcadamente
covalentes, los compuestos orgánicos presentan algunas propiedades comunes, como
son las siguientes:
Los puntos de fusión y de ebullición suelen ser bajos, como corresponde a la
existencia de débiles fuerzas intermoleculares. Ahora bien, estas fuerzas y, por
tanto, los puntos de fusión y de ebullición aumentan conforme se incrementan
IES Séneca
Córdoba
Pág. 3
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
el tamaño de la cadena carbonada y la polaridad de las moléculas, o si
aparecen enlaces de hidrógeno.
Suelen ser poco solubles en agua, mientras que son solubles en disolventes
orgánicos, como benceno, hexano, dietiléter, etc. Ello está de acuerdo con la
escasa polaridad, en general, de las moléculas orgánicas. La presencia de
enlaces de hidrógeno en algunos compuestos aumenta su solubilidad en el
agua.
No conducen la corriente eléctrica ni en disolución ni fundidos porque no
poseen iones ni moléculas polarizadas.
La energía de activación de las reacciones en que intervienen suele ser muy
elevada, lo que motiva que la velocidad de reacción sea generalmente
pequeña. Por ello es frecuente recurrir al uso de catalizadores en las reacciones
orgánicas, ya que generalmente los compuestos del carbono no soportan una
gran elevación de la temperatura, puesto que un calentamiento excesivo
puede provocar su descomposición o inflamación.
EJEMPLO 1. Para los siguientes compuestos: CH3CH3 , CH2=CH2 y CH3CH2OH
a) Indicar cuál o cuáles son hidrocarburos.
b) Razonar cuál será más soluble en agua.
c) Explicar cuál sería el compuesto con mayor punto de ebullición.
Solución: a) CH3–CH3 (etano) y CH2=CH2 (eteno o etileno).
b) CH3–CH2OH (etanol) porque forma puentes de H con las moléculas de agua.
c) CH3–CH2OH (etanol) porque forma puentes de H intermoleculares (es líquido).
CLASES DE FÓRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS
Existen distintos tipos de fórmulas, según el contenido de información que se
intente expresar, y que tienen un interés especial en Química orgánica, por lo que
vamos a estudiarlas brevemente a continuación.
La fórmula empírica sólo indica la proporción de los átomos de cada elemento
en una molécula. Por ejemplo CH3.
La fórmula molecular indica el número exacto de átomos de cada elemento en
la molécula. Por ejemplo C2H6. Sin embargo, no define unívocamente a un
compuesto, en particular tratándose de compuestos orgánicos. Un determinado
número de átomos pueden unirse entre sí de distintas formas para dar lugar a
diferentes compuestos. La sencilla fórmula molecular C2H4O2 puede corresponder a
tres compuestos distintos: ácido acético, formiato de metilo y etanodial. Para poder
identificar unívocamente un compuesto es necesario indicar los enlaces que existen
entre los átomos que lo forman. Para ello, se utilizan las llamadas fórmulas
estructurales, que pueden ser, principalmente, de tres tipos:
Fórmulas condensadas (o semidesarrolladas), llamadas también lineales y en
las que los pares de electrones de cada enlace se representan por un trazo o
guión, que une a los dos átomos correspondientes. En este tipo de fórmulas se
IES Séneca
Córdoba
Pág. 4
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
suelen omitir algunos enlaces simples, en particular los enlaces C-H, e incluso,
muchas veces, algunos dobles enlaces, poniendo los átomos ordenados para
dar idea de su forma de enlace. Por ejemplo:
CH3– CH2– CH2 – CH2– O – CH3
CH3 – CO – CH3
CH3– COOH
Fórmulas desarrolladas, expandidas, o fórmulas planas, en las que se
representan en el plano todos los enlaces. Por ejemplo:
Es muy frecuente en Química orgánica utilizar una mezcla de las fórmulas
condensadas y expandidas, representando sólo por trazos los enlaces que tengan
interés en cada tipo de reacción.
Fórmulas tridimensionales, en las que se representan las direcciones de los
enlaces en el espacio, para lo cual se adopta el convenio de representar con
trazo continuo los enlaces contenidos en el plano de representación (plano del
papel); con trazo discontinuo los enlaces dirigidos hacia detrás de dicho plano;
y con un trazo en forma de cuña, los enlaces dirigidos hacia delante del
mencionado plano. Por ejemplo:
Además de estos tipos de fórmulas, en Química orgánica son muy utilizados
los llamados modelos moleculares, que son insustituibles para poder visualizar de
forma muy clara la estructura geométrica de las moléculas. Los más utilizados son
los modelos de esferas y barras, en los que las distancias de enlace están aumentadas
en relación con el tamaño de los átomos, resaltando así los ángulos de enlace y
simetría molecular, y los modelos compactos o de espacio lleno, que son modelos a
escala de esferas interpenetradas, que proporcionan una representación real de las
moléculas, poniendo claramente de manifiesto las relaciones espaciales, tanto entre
átomos enlazados como entre los no enlazados.
EJEMPLO 2. La fórmula empírica de un compuesto orgánico es C2H4O. Si su masa
molecular es 88:
a) Determinar su fórmula molecular.
b) Calcular el número de átomos de hidrógeno que hay en 5 g de dicho compuesto.
Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1.
Solución: a) Con la fórmula empírica obtendríamos una masa molecular de 44,
evidentemente la fórmula molecular del compuesto será el doble: C4H8O2.
IES Séneca
Córdoba
Pág. 5
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
5
= 0,0568 ; y el de moléculas se
88
obtendrá al multiplicar por el número de Avogadro: 0,0568· 6,022· 1023 = 3,42·1022.
Finalmente, como cada molécula contiene 8 átomos de H, el número total de átomos
de H será: 8· 3,42·1022 = 2,74·1023.
b) El número de moles en 5 g de compuesto será:
EJEMPLO 3. Si consideramos los compuestos C6H6 y C2H2, razonar de las siguientes
afirmaciones cuáles son ciertas y cuáles falsas:
a) Los dos tienen la misma fórmula empírica.
b) Los dos tienen la misma fórmula molecular.
c) Los dos tienen la misma composición centesimal.
Solución: a) Cierto, es CH.
b) Falso, son C6H6 y C2H2.
c) Cierto, porque viene dada por la fórmula empírica.
GRUPO FUNCIONAL Y SERIE HOMÓLOGA
Se entiende por grupo funcional un conjunto de átomos inserto en la cadena
de carbono de un compuesto y que por sus características de reactividad es el
responsable del comportamiento químico de la molécula. Cada grupo funcional
definirá, por tanto, un tipo distinto de compuesto orgánico. Los más importantes son
los que se relacionan en la tabla de la página 6.
Los símbolos R y R’ indican el resto de la cadena carbonada unida al grupo
funcional.
Una serie homóloga está constituida por un grupo de compuestos con el
mismo grupo funcional y tales que cada término difiere del anterior y del posterior
en poseer un grupo –CH2– más y menos, respectivamente. Cada serie constituye una
familia de compuestos orgánicos, con propiedades químicas muy similares.
Podemos considerar los compuestos orgánicos como derivados de la serie
homóloga de los hidrocarburos saturados (o parafinas) de cadena no ramificada, por
sustitución de un átomo de hidrógeno por el grupo funcional correspondiente. Los
nombres y fórmulas de los primeros términos de dicha serie homóloga se recogen en
la tabla siguiente:
NOMBRE
Nº DE CARBONOS
ESTRUCTURA
Metano
1
CH4
Etano
2
CH3–CH3
Propano
3
CH3–CH2–CH3
Butano
4
CH3–(CH2)2–CH3
Pentano
5
CH3–(CH2)3–CH3
Desde el pentano en adelante ya se utiliza el prefijo numeral griego para
señalar el número de carbonos.
IES Séneca
Córdoba
Pág. 6
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
Los principales grupos funcionales y sus nombres son:
Grupo funcional
Tipo de
compuesto
Fórmula del
compuesto
Sufijo
Nombre como
sustituyente
alquilo
Alcano
R
-ano
alquenilo C=C
Alqueno
R=R
-eno
alquinilo C≡C
Alquino
R≡R
-ino
amino –NH2
Amina
NR3
-amina
amino
hidroxilo –OH
Alcohol
R-OH
-ol
hidroxi
alcoxi –O–
Éter
R-O-R'
éter
oxi
carbonilo
–C=O
Aldehido
R-C(=O)H
-al
Cetona
R-C(=O)-R'
-ona
carboxilo
–COOH
Ácido
carboxílico
R-COOH
-ico
alcoxicarbonilo
Éster
R-COO-R'
Alquilato
de alquilo
amido –CONH2
Amida
R-C(=O)N(-H)-R'
-amida
ciano –C≡N
Nitrilo
R-C≡N
-nitrilo
ciano
Halógeno –X
Derivado
halogenado
R–X
Halogenuro
de alquilo
halo
ceto
NOMENCLATURA
Es importante la adopción de nombres inequívocos y sistemáticos, a la vez que
sencillos, para todos los compuestos orgánicos. Por ello se han establecido unas
reglas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), para la
denominación de los compuestos, aunque aún se utilizan muchos nombres no
sistemáticos, empleados desde antiguo.
En general, el nombre sistemático de un compuesto orgánico tiene dos partes
esenciales: un prefijo, que indica el número de carbonos de la cadena principal y un
sufijo, que caracteriza el grupo funcional que posee. En caso de que la cadena sea
ramificada deben señalarse, mediante números localizadores, los carbonos que
soportan las ramificaciones y los nombres de éstas. También ha de indicarse el
carbono que lleva el grupo funcional. Así pues, para nombrar un compuesto
orgánico es conveniente realizar los siguientes pasos:
1o) La cadena más larga de átomos de carbono determina el nombre del
compuesto. El prefijo utilizado es el que posee el hidrocarburo del mismo
número de átomos de carbono, recogido en la tabla anterior.
2o) El sufijo viene determinado por el grupo funcional. Los más comunes se
indican en la tabla. Cuando haya más de un grupo funcional en la molécula el
sufijo que se adopta es el del grupo principal, el cual se designa mediante un
IES Séneca
Córdoba
Pág. 7
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
orden decreciente de prioridad. Primero los ácidos carboxílicos, luego sus
derivados, seguidamente los compuestos carbonílicos, continuando con los
alcoholes, las aminas, los éteres y los dobles y triples enlaces.
Familia
Terminación (sufijo)
Hidrocarburos saturados
-ano
Alquenos
-eno
Alquinos
-ino
Radicales alquílicos
-il o –ilo
Alcoholes
-ol
Aldehídos
-al
Cetonas
-ona
Ácidos
-oico
Aminas
-amina
Amidas
-amida
Nitrilos
-nitrilo
3o) Se elige como cadena principal la cadena más larga que contenga el grupo
funcional, numerando sus carbonos por el extremo más cercano a dicho
grupo. Si hay dos, tomamos la que posea más ramificaciones. El nombre del
compuesto debe ir precedido por el número que indica la posición del grupo
funcional. Actualmente se recomienda situar este localizador justo delante del
sufijo que designa al grupo funcional. Por ejemplo, podemos decir: 2hexanona o hexan-2-ona.
4o) Si existen ramificaciones se indican anteponiendo al nombre del
compuesto el nombre de la ramificación (radical alquílico) precedido por el
número que señala su posición. Si hay dos, tres, etc., radicales iguales se repite
el número del carbono donde se encuentran y se antepone el prefijo di, tri, etc.,
al nombre del radical.
5o) Cuando hay varios radicales se nombran en orden alfabético.
Veamos un ejemplo:
IES Séneca
Córdoba
Pág. 8
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
ISOMERÍA
Debido a los distintos tipos de enlaces o bien a las diferentes disposiciones de
los átomos en la molécula, es bastante frecuente en la química orgánica el fenómeno
de la isomería, que se produce cuando dos o más compuestos tienen fórmulas
moleculares idénticas, pero diferentes fórmulas estructurales. Se dice que cada uno
de ellos es isómero de los demás.
En general, los isómeros son fácilmente distinguibles unos de otros porque
poseen propiedades físicas y químicas diferentes, excepto los isómeros ópticos. Se
conocen varios tipos de isomería que podemos clasificar de la manera siguiente:
isomería plana o estructural y espacial o estereoisomería. La primera se explica
simplemente con fórmulas desarrolladas en el plano; en cambio, la segunda requiere
la utilización de fórmulas tridimensionales. A su vez, la isomería plana puede ser de
cadena, de posición y de función, y de la espacial se conocen la isomería geométrica
(o cis-trans) y la óptica.
ISOMERÍA PLANA
Isomería de cadena o de esqueleto
Este tipo de isomería se produce como resultado de las diferentes secuencias
permitidas en las que los átomos de carbono pueden enlazar al formar una cadena,
según se ilustra en las fórmulas estructurales de los tres hidrocarburos C5H12
isómeros, los pentanos. La única diferencia estructural entre estos isómeros es la
ordenación del esqueleto carbonado.
Al ir aumentando el número de átomos de carbono de la molécula, el número
de isómeros posibles crece de manera astronómica.
Isomería de posición
Este tipo de isomería resulta de la posibilidad de colocar grupos funcionales
en diferentes posiciones sobre un mismo esqueleto carbonado. Por ejemplo:
Isomería de función
Este tipo se da en ciertos casos entre moléculas que tienen distintos grupos
funcionales. Así, el alcohol etílico contiene el grupo hidroxilo, por ejemplo, mientras
que el éter metílico tiene el grupo metoxilo, -OCH3. Estos dos compuestos son
isómeros debido a su fórmula molecular común, C2H6O. De manera similar, la
acetona (o propanona) y el propanal (o propionaldehido) son isómeros funcionales,
así como el ácido acético (o etanoico) y el formiato de metilo (o metanoato de metilo):
IES Séneca
Córdoba
Pág. 9
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
CH3–CH2OH y CH3–O–CH3;
CH3–CO–CH3 y CH3–CH2–CHO;
CH3–COOH y HCOO-CH3
ESTEREOISOMERÍA
Las fórmulas estructurales que hemos utilizado hasta aquí son planas y
bidimensionales. Sin embargo, como cualquier estructura material, las moléculas son
tridimensionales, y algunos aspectos de su comportamiento sólo se pueden
comprender si tenemos esto en cuenta. Los isómeros que se diferencian en sus
estructuras tridimensionales se llaman estereoisómeros o estereómeros. Por ello, las
representaciones estereoquímicas deben realizarse mediante dibujos en perspectiva o
modelos tridimensionales.
Isomería geométrica
Este tipo de isomería es característico de los compuestos orgánicos en los que
dos átomos de carbono unidos por un doble enlace se encuentran, a su vez,
enlazados, cada uno de ellos, a átomos o grupos atómicos diferentes, uno de los
cuales, al menos, suele ser idéntico a uno de los pertenecientes al otro carbono. Estos
átomos o grupos iguales pueden, estar situados al mismo lado (cis) o en lados
opuestos (trans) del plano que contiene al doble enlace y es, asimismo, perpendicular
al plano que contiene todo el sistema molecular.
Por ejemplo, los dos isómeros geométricos del 2-buteno son:
En general, la isomería cis-trans es característica de todos los compuestos de
fórmula general RXC=CXR’:
La causa de la existencia de este tipo de isomería hay que buscarla en la
rigidez del doble enlace, que impide la libre rotación, con lo que los dos isómeros
constituyen compuestos diferentes. Los isómeros geométricos se diferencian en sus
propiedades, tanto físicas como químicas, y en su contenido energético. Por regla
general, el isómero trans es más estable que el cis.
Isomería óptica
Si hay cuatro grupos diferentes unidos a un átomo de carbono, podemos
hallar dos estructuras, que son imagen especular una respecto de la otra, no
superponibles; es decir, no hay manera de girar la estructura de la derecha en el
espacio tal que consiga superponerla a la de la izquierda. A este respecto dichas
IES Séneca
Córdoba
Pág. 10
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
estructuras son similares a las manos derecha e izquierda. Estas estructuras,
imágenes especulares no superponibles, se llaman enantiómeros:
Cada enantiómero presenta el fenómeno de la actividad óptica, por lo que se
les conoce también por el nombre de isómeros ópticos. La actividad óptica es la
propiedad de ciertas sustancias para girar el plano de polarización de la luz
polarizada. Un enantiómero lo gira un cierto ángulo hacia la derecha, y el otro
enantiómero gira el plano en igual cantidad hacia la izquierda.
Una mezcla equimolecular de dos enantiómeros se llama mezcla racémica o
racemato. Los racematos son ópticamente inactivos, ya que la actividad debida aun
enantiómero está exactamente compensada por la del otro enantiómero.
Un átomo de carbono que soporta cuatro sustituyentes distintos se llama
carbono asimétrico, y a menudo se designa mediante un asterisco, según se indica en
la fórmula siguiente.
Así, las moléculas que contienen átomos de carbono asimétricos pueden existir
como enantiómeros, pero las moléculas con menos de cuatro sustituyentes distintos
en los átomos de carbono, ordinariamente no.
EJEMPLO 4. Señalar el tipo de isomería existente entre los compuestos de cada uno de
los apartados siguientes:
a) CH3CH2CH2OH y CH3CHOHCH3
b) CH3CH2OH y CH3OCH3
c) CH3CH2CH2CHO y CH3CH(CH3)CHO
Solución: a) Isomería de posición, ya que el grupo funcional –OH está sobre
diferentes carbonos.
b) Isomería de función, pues se trata de un alcohol y de un éter.
c) Isomería de cadena, por ser dos aldehídos de igual número de carbonos.
EJEMPLO 5. Dados los siguientes compuestos: CH3COOCH2CH3, CH3CONH2,
CH3CHOHCH3 y CH3CHOHCOOH
a) Identificar los grupos funcionales presentes en cada uno de ellos.
b) ¿Alguno posee átomos de carbono asimétrico? Razonar la respuesta.
IES Séneca
Córdoba
Pág. 11
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
Solución: a) Son, respectivamente: éster (hidroxicarbonilo), amido, alcohol
(hidroxilo) y un compuesto bifuncional con los grupos alcohol (hidroxilo) y ácido
(carboxilo).
b) En el compuesto CH3CHOHCOOH, ácido 2-hidroxipropanoico, el carbono 2 tiene
los cuatro sustituyentes distintos, es asimétrico.
TIPOS DE REACCIONES ORGÁNICAS
La mayoría de las reacciones orgánicas se puede clasificar dentro de un
reducido número de tipos, principalmente:
Reacciones de sustitución
R-X + B-Y → R-Y + B-X
CH3CH2CH2OH + HBr → CH3CH2CH2Br + H2O
Se dice que tiene lugar una reacción de sustitución, llamada también reacción
de desplazamiento, cuando se sustituye un átomo o grupo de átomos de una
molécula por otro átomo o grupo. Si la sustitución tiene lugar en la cadena se llama
alifática y cuando es en un anillo bencénico, aromática.
Son ejemplos de sustitución alifática la halogenación de alcanos, al tratar un
hidrocarburo saturado con halógeno y utilizar luz ultravioleta como catalizador se
obtienen derivados halogenados (casi siempre mezclas de compuestos). También son
importantes la sustitución del grupo –OH por un halógeno (X) al tratar el alcohol con
el correspondiente haluro de hidrógeno (HX). O bien el proceso contrario, sustituir,
en medio básico, el halógeno de un haluro de alquilo por un –OH.
Dentro de la sustitución aromática destacaremos las reacciones de Friedel y
Crafts, especialmente la halogenación y la alquilación del benceno, empleando AlCl3
o FeCl3 como catalizador. En el primer caso se obtienen derivados halogenados al
tratar el benceno con halógenos y en el segundo se producen los hidrocarburos
aromáticos correspondientes al tratar el benceno con haluros de alquilo:
Reacciones de eliminación
RCH2—CH2X → RCH=CH2 + HX
KOH / Etanol
BrCH2—CH2Br    → 2 KBr + CH2=CH2,
Las reacciones de eliminación se caracterizan por la pérdida intramolecular de
una molécula pequeña a partir de una mayor, con la formación simultánea de un
enlace múltiple en esta última. En las reacciones de condensación se elimina
intermolecularmente una molécula pequeña (casi siempre H2O) entre dos o más
moléculas mayores.
IES Séneca
Córdoba
Pág. 12
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
Podemos destacar la deshidratación de alcoholes, utilizando ácido sulfúrico,
que sirve como método de preparación de alquenos. Por otro lado, cuando los
alcoholes se tratan con una base fuerte, como KOH, en disolución alcohólica, también
se producen alquenos. En ambos casos, se forma preferentemente el alqueno más
sustituido.
Reacciones de adición
RCH=CHR + AB → RCHA—CHRB
CH2=CH2 + HCl → CH3—CH2Cl
Las reacciones de adición, que son las inversas de las reacciones de
eliminación, implican la adición de una molécula al enlace múltiple de otra. Son
típicas de los alquenos (y alquinos).
Destacaremos la hidrogenación, usando Ni, Pt o Pd como catalizador que
conduce a alcanos. Es interesante observar que si se controla la reacción con los
alquinos, de modo que se consuma un mol de hidrógeno por cada mol de
compuesto, podemos detener el proceso obteniendo el alqueno.
Muy similar es la halogenación, que produce derivados dihalogenados en
alquenos, o tetrahalogenados en alquinos, todos en posiciones vecinas.
Finalmente, citaremos la adición de haluros de hidrógeno (dando haluros de
alquilo) y la adición de agua (dando alcoholes). En los dos casos se sigue la regla de
Markovnikov, de forma que el átomo de H se adiciona al carbono del doble enlace
que posee más H y el halógeno o el –OH se unen al otro carbono. Es una excepción el
empleo de HBr en presencia de peróxidos, que conduce al producto contrario. La
explicación reside en el mecanismo por el que transcurre la adición.
EJEMPLO 6. a) Escribir la reacción de combustión del propano.
b) Si 22 g de propano liberan 1100 kJ al quemarse, ¿Cuál es el calor de combustión del
propano?
c) Calcular el volumen de oxígeno en condiciones normales que se necesita para
quemar 132 g de propano.
d) ¿Cuántos átomos de oxígeno se habrán consumido en el caso anterior?
Solución: a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
b) El peso molecular del propano es 44, por lo que 22 g es medio mol. Si medio mol
libera 1100 kJ al quemarse, un mol liberará el doble, 2200 kJ. Este es el calor de
combustión pedido.
c) Para quemar 44 g se necesitan 5· 22,4 = 122 L de oxígeno. Así, para quemar 132 g se
132
= 336 L de oxígeno en condiciones normales.
consumirán: 122
44
d) 336 L en condiciones normales son 336/22,4 mol. Puesto que cada mol contiene el
número de Avogadro de moléculas, se habrán consumido:
336
6 ,022 ⋅ 10 23
= 9,05· 1024 moléculas de O2, es decir 1,81·1025 átomos de O
22 , 4
IES Séneca
Córdoba
Pág. 13
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
EJEMPLO 7. Poner un ejemplo de los siguientes tipos de reacciones:
a) Reacción de adición a un alqueno.
b) Reacción de sustitución en un alcano.
c) Reacción de eliminación de HCl en un cloruro de alquilo.
Ni
Solución: a) CH3—CH=CH2 + H2 →
CH3—CH2—CH3
b) CH3—CH3 + Cl2 luz
 UV
→ CH3—CH2—Cl + HCl
c) CH3—CHCl—CH2—CH3
KOH
 ( alcohol
 ) → CH3—CH=CH—CH3 + KCl
EJEMPLO 8. Completar las siguientes reacciones y ajustar la que corresponda a una
combustión:
a) CH3CH=CHCH3 + H2 →
b) CH3CH3 + O2 →
hν
c) CH4 + Cl2 →
Ni
Solución: a) CH3CH=CHCH3 + H2 →
CH3CH2–CH2–CH3
b) CH3CH3 + 7/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
hν
c) CH4 + Cl2 →
CH3Cl + HCl
EJEMPLO 9. Indicar el compuesto orgánico que se obtiene en las siguientes reacciones
químicas:
a) CH2=CH2 + Br2 →
b) C6H6 + Cl2 →
c) CH3—CHCl—CH3 KOH
 ( alcohol
)→
Solución: a) CH2=CH2 + Br2 → CHBrCHBr (1,2-dibromoetano), es una adición.
b) C6H6 + Cl2 → C6H5Cl (clorobenceno) + HCl, es una sustitución.
c) CH3—CHCl—CH3 KOH
 ( alcohol
)→ CH3—CH=CH2 (propeno) + KCl, eliminación.
EJEMPLO 10. Utilizando un alqueno como reactivo, escribir:
a) La reacción de adición de HBr.
b) La reacción de combustión ajustada.
c) La reacción que produzca el correspondiente alcano.
Solución: a) CH3–CH=CH2 + HBr → CH3–CHBr–CH3
b) C4H8 + 6 O2 → 4 CO2 + 4 H2O
Ni
c) CH3–CH=CH2 + H2 →
CH3–CH2–CH3
IES Séneca
Córdoba
Pág. 14
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
EJERCICIOS PROPUESTOS
1) Razonar si son verdaderas o falsas estas afirmaciones:
a) El punto de ebullición del butano es menor que el de 1-butanol.
b) La molécula CHCl3 posee una geometría tetraédrica con el carbono ocupando la
posición central.
c) El etano es más soluble en agua que el etanol.
2) Indicar el tipo de hibridación que presenta cada uno de los átomos de carbono en
las siguientes moléculas:
a) CH3C≡CCH3
b) CH3CH=CHCH3
c) CH3CH2CH2CH3
3) Uno de los alimentos más consumido es la sacarosa C12H22O11. Cuando reacciona
con el oxígeno se transforma en dióxido de carbono y agua desprendiendo
348,9 kJ/mol, a la presión de una atmósfera. El torrente sanguíneo absorbe, por
término medio, 26 moles de O2 en 24 horas. Con esta cantidad de oxigeno:
a) ¿Cuántos g de sacarosa se pueden quemar al día?
b) ¿Cuántos kJ se producirán en la combustión?
Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
SOLUCIÓN: a) 741 g b) 757 kJ/día
4) Dadas las moléculas CH4, C2H2, C2H4, razonar si las afirmaciones son verdaderas
o falsas:
a) En la molécula C2H4 los dos átomos de carbono presentan hibridación sp3.
b) El átomo de carbono de la molécula CH4 posee hibridación sp3.
c) La molécula de C2H2 es lineal.
5) Las fórmulas moleculares de tres hidrocarburos lineales son: C3H6, C4H10 y C5H12.
Razonar si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Los tres pertenecen a la misma serie homóloga.
b) Los tres presentan reacciones de adición.
c) Los tres poseen átomos de carbono con hibridación sp3.
6) Nombrar o formular los siguientes compuestos:
CH2CH3
IES Séneca
Córdoba
Pág. 15
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
7) Formular los siguientes compuestos:
a) etil-2,2-dimetilpentano
b) 4,4-dietil-2,3-dimetil-5-propiloctano
c) 3,3-dietil-2,2,4-trimetilhexano
d) 3,4,5-trimetil-4-propil-1-hepteno
e) 2,2,5,5-tetrametil-3-heptino
f) 1,3,5-hexatriino
g) 6,6-dietil-5-metil-4,4-dipropil-2-octino
8) Nombrar o formular los siguientes compuestos:
a) CH3—CH2—CHCl—CH3
b) 1,2,3-tribromopropeno
c) 2,2,4-trimetil-3-hexanol
d) 1,2,3-propanotriol
e) butilmetiléter
9) Nombrar o formular los siguientes compuestos:
a) 2-hexanona
b) 5-cloro-3-metil-octanal
c) metilbenceno
d) fenol
e) CH3—CH2—CHCl—CH2—CH2—CH2—CHOH—CH3
10) Nombrar o formular los siguientes compuestos:
a) ácido metilpropanoico
b) ácido 2-hidroxipropanoico
c) ácido etanodioico
d)CH3—CH2—CH2—COO—CH2—CH2—CH3
e) CH3—CO—CH2—CH2—CH2—COOH f) acetona
11) Nombrar o formular los siguientes compuestos:
a) CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–NH–CH2–CH3
b) CH3–CH2–CH2–C ≡ N
c) CH3–CH2–CH2–COO–CH2–CH3
d) 3,3-dietil-4-metil-2-heptanol
e) 2,4,4-tribromopentanal
f) butanodial
g) butanodiona
h) 4-etil-2-metil-3-heptanona
12) Formular o nombrar los siguientes compuestos:
a) 2-metilbutanoato de propilo
b) Ácido 3-cloro-2-butenoico
c) N-etil-3,3-dimetilheptanamida
d) 2,2-dimetilbutanamida
e) ácido 3-hidroxihexanodioico
f) (CH3–CH2)2–N–CH3
g) CH3–C ≡ C–CH2–COOH
13) Nombrar o formular los siguientes compuestos:
a) CH3–CH2–CH2–CH2–NH–CH2–CH2–CH3
b) CH3–CH2–CHBr–COOH
c) CH3–CH2–COO–CH2–CH2–CH3
d) 3,3-dietil-4-metil-2-heptanona
e) 2,2,4-triyodo-1-hexanol
f) metilpropanonitrilo
g) ácido 3-pentenoico
h) nitrobenceno
IES Séneca
Córdoba
Pág. 16
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
14) Formular o nombrar los siguientes compuestos orgánicos:
a) butanonitrilo
b) ácido pentanodioico
c) CH3–CH2OH–CH2Cl–CH3
d) nitrometano
e) CH3–CH2–CO–CH3
f) 3-metilhexanal
g) CH3–CH2–CHNO2–CH2–CH2–COOH
15) Una muestra de 9,66 g de cierto hidrocarburo gaseoso, de cadena abierta,
contiene 1,38 g de hidrógeno. Si dicha muestra ocupa un volumen de 5,62 L a 18 oC y
740 mm de Hg. Determinar su fórmula molecular y señalar de qué compuesto se
trata. SOLUCIÓN: C3H6
16) Escribir y nombrar todos los isómeros posibles de fórmula C4H8.
17) Indicar los isómeros posibles de la fórmula C3H8O.
18) Poner un ejemplo de cada una de las siguientes reacciones:
a) Adición a un alqueno.
b) Sustitución en un alcano.
c) Deshidratación de un alcohol.
d) Eliminación en un haluro de alquilo.
19) Completar las siguientes reacciones y señalar el tipo al que pertenecen:
a) CH≡CH + HCl →
KOH / Etanol
b) BrCH2-CH2Br    → 2 KBr +
c) CH3CH2CH3 + Cl2
hν
→
HCl +
20) Completar las siguientes reacciones e indica de qué tipo son:
a) CH3CH=CH2 + HBr →
b) CH3CH2CH2OH + HCl →
c) CH≡CH + H2
/ Pd
 Pt
→
21) Una muestra de 9 g de un hidrocarburo gaseoso, que posee cierto carácter ácido,
ocupa un volumen de 3,73 L en condiciones normales. Su análisis da un 89 % de
carbono y el resto hidrógeno.
a) Hallar la fórmula molecular.
b) Determinar su estructura y la de un isómero.
c) Indicar las reacciones de ambos isómeros con el hidrógeno.
Masas atómicas: C-12 H-1
SOLUCIÓN: a) C4H6
IES Séneca
Córdoba
Pág. 17
QUÍMICA 2º BACHILLERATO NOCTURNO
QUÍMICA ORGÁNICA
22) Explicar cómo distinguir las siguientes parejas de compuestos mediante alguna
reacción química:
a) butano y 1-buteno.
b) propeno y propino.
23) Escribir las reacciones de los siguientes compuestos con HBr:
a) 2-buteno.
b) 1-propanol.
c) 1-pentino.
d) propeno.
24) Completar y escribir las reacciones del benceno con:
a) HCl.
b) cloruro de propilo.
25) Se sabe que 19,50 g de cierto hidrocarburo ocupan un volumen de 6,788 L
medido a la presión de 684 mm de Hg y a una temperatura de 25 ºC.
a) Determinar la fórmula molecular de dicho hidrocarburo, que contiene un 92,3 %
de carbono.
b) Si el compuesto da con facilidad reacciones de sustitución y muy difícilmente
reacciones de adición, ¿de qué hidrocarburo se trata?
SOLUCIÓN: a) C6H6
26) Dados los compuestos: metanol, propeno y 2-buteno, indicar, razonadamente:
a) Los que pueden presentar puentes de hidrógeno.
b) Los que pueden experimentar reacciones de adición.
c) Los que pueden presentar isomería geométrica.
IES Séneca
Córdoba
Pág. 18