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Tema 11. CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN QUÍMICA ORGÁNICA
No metales con electronegatividad similar (C, N, O, H).
Uniones covalentes debilmente polares o apolares ⇒ Reactividad: interacciones entre áreas
o zonas de las moléculas con densidades electrónicas diferentes
O átomo divalente con 2 pares de electrones solitarios:
O
O
A
B
A
N átomo trivalente con 1 par de electrones solitarios:
N
N
B
A
D
A
N
B
A
C átomo tetravalente sin pares solitarios:
E
D
A
C
B
C
C
A
B
A
B
D
COMPUESTOS ORGÁNICOS IMPORTANTES
Clase de
compuesto
Ejemplo típico
Grupo
funcional
Prefijo o sufijo en la
nomenclatura
Alcano
C-C
-ano
CH3 - CH3
Alqueno
C=C
-eno
CH2 = CH2
Alquino
C≡C
-ino
CH ≡ CH
Halogenuro de
alquilo
R-X
Alcohol
Éter
Aldehído
Cetona
Ácido
carboxílico
R-OH
Halo(fluoro-, bromo-, cloro-, yodo)
Hidroxi-ol
CH3Cl
CH3OH
R - O – R’
R-oxi-
CH3OCH3
C=O
-al
-ona
CH3CHO
CH3COCH3
R-COOH
CarboxiÁcido -oico
CH3COOH
Amina
(1ª, 2ª, 3ª)
R-NH2
Amino-amina
CH3NH2
Tiol
R-SH
Mercapto-tiol
CH3SH
R: Cualquier agrupación de carbonos e hidrógenos (radical alquilo).
Identifica los grupos funcionales en los siguientes compuestos:
O
O
O
CH 3 - C - O - CH 2 - CH 3
CH 3
CH 3 - CH - C - H
CH 3 - CH 2 - C - N - CH 2 - CH 3
O
OH
NH 2
OH
C -CH 3
H3 C - O
H3 C
H
H3 C
ISOMERÍA: Relación entre compuestos distintos con la misma fórmula molecular.
A) Isómeros estructurales: compuestos distintos, con igual fórmula molecular y distintas
uniones entre los átomos.
Ej: C4H10
Butano
Metilpropano o isobutano
Ej: C5H11Br
1-bromopentano
2-bromopentano
3-bromopentano
C2H6O
CH3CH2OH
Etanol
CH3OCH3
Metoximetano (metil éter)
B) Estereoisómeros: con igual fórmula molecular e iguales uniones entre átomos.
B.1) Isómeros ópticos o enantiómeros.
Desplazan el plano de la luz polarizada ángulos opuestos.
Centro quiral o carbono asimétrico: carbono tetraédrico con cuatro grupos sustituyentes
distintos.
CH2CH2CH3
CH2CH2CH3
Proyecciones de Fischer
Representación en el plano de
isómeros ópticos o enantiómeros.
H
CH3
CH2CH3
Enantiómero A
H
CH3
CH2CH3
Enantiómero B
Mezclas racémicas: mezclas equimoleculares de enantiómeros ⇒ sin actividad óptica.
B.2) Isómeros geométricos o diastereoisómeros: presencia de doble enlace o ciclos.
CH3
trans
cis
CH3
CH3
CH3
Clasifica los siguientes pares de compuestos según sean: isómeros o compuestos idénticos.
CH3
CH3
O
H
C
C
CH3
H
CH3
H
H
CH3
C
H
H
H
H
O
H
H 3C
H
CH3
H
CH3
Cl
H
C
C
Cl
H
Br
CH3
O
Br
C
H3C
CH2
N
CH 3
O
H
C
N
CH2
H3C
H
H
Cl
CH3
H
CH3
H
Cl
H
HC C
NH2
COOH
C2H5
H
COOH
C
CN
C=CH 2
CH3
NH2
H
C2H5
CN
H
HC C
H
C=CH 2
CH3
CH 3
Estructuras resonantes:
Diferentes estructuras que pueden escribirse para un compuesto y que representan
alguna propiedad estructural experimental del mismo. Es necesario tener en cuenta:
• Los átomos y sus posiciones relativas no pueden ser modificados.
• Los electrones solitarios y en OM π pueden ser desplazados a átomos contiguos.
• De todas las estructuras teoricamente posibles, serán relevantes las que presenten mayor
número de enlaces y sean consistentes con la EN de los átomos.
O
+
OO+
↔ CH2-CH=C
CH2=CH-C = ↔ CH2=CH-C
H
H
H
AROMATICIDAD
Estructuras cíclicas planas con un sistema de orbitales moleculares π deslocalizado
conteniendo (4n+2) electrones.
Estabilidad de los anillos aromáticos:
+ 3 H2(g)
∆H = - 48.8 Kcal/mol
+ 3 H2(g)
∆H = - 85.8 Kcal/mol
Estructuras resonantes del benceno: C6H6
CHCH2
CH3
NH2
CH3
Naftaleno
C10H8
estireno
tolueno
anilina
O2N
O2N
NO2
Trinitrotolueno (TNT)
Escribe estructuras resonantes para el ácido benzoico. ¿Qué te indican acerca de su reactividad?
Ácido benzoico:
COOH
REACCIONES ORGÁNICAS IMPORTANTES
Sustitución o desplazamiento: se sustituye un átomo o grupo de átomos en el
compuesto orgánico
CH3-OH + HBr
CH3Br + H2O
CH3-COOH
CH3-COONH2
Eliminación: pérdida intramolecular de átomos en carbonos contiguos. Formación de
doble o triple enlace.
CH3-CH2-Cl
CH2=CH2 + HCl
CH3-CHOH-CH3
CH3-CH=CH2
Adición: se adiciona una molécula a un enlace múltiple del compuesto orgánico.
CH2 = CH2 + HCl
CH3-CH2Cl
CH3-CO-CH3
CH3-CHOH-CH3
Oxidación: El carbono del grupo funcional modifica su número de oxidación.
Secuencia de oxidación: ganancia de oxígeno (u otro átomo electronegativo) y/o pérdida de hidrógeno
CH3
CH2OH
HCOH
HCOOH
Secuencia de reducción: ganancia de hidrógeno y/o pérdida de oxígeno (u otro átomo electronegativo)
CH3-CO-CH3
CH3-CHOH-CH3
CH3-CH=CH2
CH3-CH2-CH3
Reactivo electrófilo: interacciona con especies con carga negativa o presencia de electrones
solitarios (Ej: ácidos, sustancias con carga positiva).
Reactivo nucleófilo: interacciona con especies con carga positiva o déficit de electrones (Ej:
bases, sustancias con carga negativa).
Intermedios en las reacciones orgánicas:
Carbocationes: Ruptura heterolítica de la unión C-A. El carbono adquiere carga positiva.
Orden de estabilidad de los carbocationes:
CH3
H3C
CH3
C
+
> H3C
CH
+
CH3
> H3C
CH2 > CH3
+
+
Radicales libres: Ruptura homolítica de la unión C-A.
El carbono no adquiere carga, posee un electrón desapareado.
Orden de estabilidad de los radicales libres:
CH3
H3C
C
•
CH3
> H3C
CH
•
CH3
> H3C
CH2 > CH3
•
•