GENERALIDADES DE QUMICA ORGNICA DOCENTE: EMY LUZ SANCHEZ ROMEROQUMICA ORGNICA

La Qumica Orgnica se define como la rama de la qumica, cuyo objeto de estudio son las estructuras,propiedades, sntesis y reactividad de compuestos qumicos formados principalmente por carbono e hidrgeno, los cuales pueden contener otros elementos, generalmente en pequea cantidad como oxgeno, azufre, nitrgeno, halgenos, fsforo, silicio.

Los seres vivos estamos formados por molculas orgnicas como son las protenas, cidos nucleicos, azcares y grasas. Todos ellos son compuestos cuya base principal es el carbono. Los productos orgnicos estn presentes en todos los aspectos de nuestra vida: la ropa que vestimos, los jabones, champs, desodorantes, medicinas, perfumes, utensilios de cocina, los alimentos, etc. El trmino qumica orgnica" fue introducido en 1807 por Jns Jacob Berzelius, para estudiar los compuestos derivados de recursos naturales. Se crea que los compuestos relacionados con la vida posean una fuerza vital que les haca distintos a los compuestos inorgnicos, adems se consideraba imposible la preparacin en el laboratorio de un compuesto orgnico, lo cual se haba logrado con compuestos inorgnicos.

En 1928, Whler observ al evaporar una disolucin de cianato de amonio [NH4(OCN)], la formacin de unos cristales incoloros de gran tamao, que no pertenecan al cianato de amonio. El anlisis de los mismos determin que se trataba de Urea. La transformacin observada por Whler convierte un compuesto inorgnico, cianato de amonio, en un compuesto orgnico, la urea, aislada en la orina de los animales. Este experimento fue la confirmacin experimental de que los compuestos orgnicos tambin pueden sintetizarse en el laboratorio.

Cianato de amonio Urea

Desde entonces los compuestos orgnicos han sido sintetizados en el laboratorio y su nmero es mayor que los obtenidos de fuentes naturales.

FUENTES DE COMPUESTOS ORGNICOS:

1) Petrleo2) Sntesis3) Carbn4) Organismos vivos (animales, plantas, microorganismos)5) Residuos vegetales y animales (Ejemplo Fermentacin, descomposicin de alimentos)

PROPIEDADES FSICAS DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS:

Son Combustibles Poco Densos Poco Hidrosolubles

Engeneral,loscompuestos orgnicos covalentes se distinguen de los compuestos inorgnicos en que tienen puntos defusiny ebullicin ms bajos. Por ejemplo, el compuesto inico cloruro de sodio (NaCl) tiene un punto de fusin de unos 800C, pero el tetracloruro de carbono (CCl4), molcula estrictamente covalente, tiene un punto de fusin de 76,7C. Entre esas temperaturas se puede fijar arbitrariamente una lnea de unos 300C para distinguirla mayora de los compuestos covalentes de los inicos.

Gran parte de los compuestos orgnicos tienen los puntos de fusin y ebullicin por debajo de los 300C, aunque existen excepciones. Por lo general, los compuestos orgnicos se disuelven en disolventes no polares (lquidos sin carga elctrica localizada) como el octano o el tetracloruro de carbono, o en disolventes de baja polaridad, como losalcoholes, el cido etanoico (cido actico) y la propanona (acetona). Los compuestos orgnicos suelen ser insolubles enagua, un disolvente fuertemente polar.

Loshidrocarburostienen densidades relativas bajas, con frecuencia alrededor de 0,8, pero losgruposfuncionales pueden aumentar ladensidadde los compuestos orgnicos. Slo unos pocos compuestos orgnicos tienen densidades mayores de 1,2, y son generalmente aqullos que contienen varios tomos de halgenos.

Losgruposfuncionales capaces de formar enlaces de hidrgeno aumentan generalmente laviscosidad(resistenciaa fluir). Por ejemplo, las viscosidades del etanol, 1,2-etanodiol (etilenglicol) y 1,2,3-propanotriol (glicerina) aumentan en ese orden. Estos compuestos contienen uno, dos y tresgruposOH respectivamente, que forman enlaces de hidrgeno fuertes.

A continuacin se relacionan algunos compuestos orgnicos presentes en los alimentos:

cido ascrbico o Vitamina C:Se encuentra presente en las frutas ctricas. Se emplea como antioxidante y preservativo de alimentos como la mantequilla, lalechede larga duracin, bebidas y vinos.

Acido Ctrico:A partir de las frutas como el limn, la lima, la toronja y la naranja. Tambin se le obtiene porfermentacin. Se usa como antioxidante en alimentos tales como vinos, bebidas refrescantes y sodas, confitera, leche concentrada de larga duracin y alimentos enlatados (caviar, gambas); como agente quitamanchas delaceroinoxidable y de otros metales.

cido Esterico: Junto con los cidos Laricos, Mirstico y Palmtico, forma un importante grupo de cidos grasos. Se encuentra abundantemente en la mayora de grasas y aceites animales y vegetales.

cido mlico: se encuentra en las manzanas, uvas y cerezas verdes, as como en los vinos. Se usa como aditivo alimentario a gracias a su carcter antibacteriano y olor agradable.

Muchos aldehdos y cetonas forman parte de los aromas naturales de flores y frutas, por lo cual se emplean en la perfumera para la elaboracin de aromas como es el caso del benzaldehdo (olor de almendras amargas), el aldehdo ansico (esencia de ans), la vainillina, el piperonal (esencia de sasafrs), el aldehdo cinmico (esencia de canela). Ellimonenoes una sustancia natural que se extrae del aceite de las cscaras de losctricosy que da olor caracterstico a las naranjas y los limones y es usado como antioxidantes.

CARACTERSTICAS DEL CARBONO:

La gran cantidad de compuestos orgnicos que existen tiene su explicacin en las caractersticas deltomode carbono, que tiene cuatroelectronesen su capa devalencia: segn la regla del octetonecesita ocho para completarla, por lo que forma cuatroenlaces(valencia = 4) con otros tomos formando untetraedro, unapirmidede base triangular. El carbono se puede enlazar de diversas maneras, a travs de enlaces muy estables y fuertes ya que es un tomo pequeo.

HIBRIDACIN DEL TOMO DE CARBONO:

Hibridacin: es un proceso mediante el cual dos orbitales atmicos del mismo tomo se combinan para dar origen a nuevos orbitales denominados orbitales hbridos. La hibridacin del tomo de carbono puede ser de tres tipos, dependiendo del tipo de enlaces que va a formar.

Las hibridaciones ms comunes se producen entre orbitales s y orbitales p. Como en cada nivel de energa hay un orbital s y tres p, las hibridaciones posibles son:

Forma de los orbitales atmicos S y P (Px, Py y Pz)

a. 1 orbital s + 1 orbital p = 2 orbitales hbridos sp

Cuando el tomo de carbono se encuentra unido a solo dos tomos se produce la hibridacin sp o hibridacin digonal, mediante la utilizacin de dos orbitales hbridos sp y dos orbitales p puros.

Esta hibridacin la usa el carbono cuando forma triples enlaces. Por ejemplo, en el Acetileno (Etino) cada carbono esta unido a un tomo de carbono y un tomo de hidrgeno.

Acetileno

Cada carbono usa sus orbitales para formar los enlaces entre ellos, cada uno usa dos orbitales hbridos sp para formar los dos enlaces sigma, (uno con el H y otro con el C) y usan sus dos orbitales p puros para formar dos enlaces pi () (entre los dos carbonos). De esta manera en el Acetileno hay dos tomos de carbono, dos tomos de hidrgenos y cinco enlaces (3 y 2 ).

b. 1 orbital s + 2 orbitales p = 3 orbitales hbridos sp2

Cuando el tomo de carbono se encuentra unido a tres tomos se produce la hibridacin sp2 o hibridacin trigonal, mediante la utilizacin de tres orbitales hbridos sp2 y un orbital p puro.

Esta hibridacin la usa el carbono cuando forma dobles enlaces. Por ejemplo, en el Eteno cada carbono esta unido a un tomo de carbono y dos tomos de hidrgeno.

Eteno

Cada carbono usa sus orbitales para formar los enlaces entre ellos, cada uno usa tres orbitales hbridos sp2 para formar los tres enlaces sigma, (uno con cada H y otro con el C) y usan su orbital p puro para formar el enlace pi () (entre los dos carbonos). De esta manera en el Eteno hay dos tomos de carbono, cuatro tomos de hidrgenos y seis enlaces (5 y 1 ).

c. 1 orbital s + 3 orbitales p = 4 orbitales hbridos sp3

Cuando el tomo de carbono se encuentra unido a cuatro tomos se produce la hibridacin sp3 o hibridacin tetradrica, mediante la utilizacin de cuatro orbitales hbridos sp3.

Esta hibridacin la usa el carbono cuando forma enlaces sencillos. Por ejemplo, en el Etano cada carbono esta unido a un tomo de carbono y tres tomos de hidrgeno.

Etano

Cada carbono usa sus orbitales para formar los enlaces entre ellos, cada uno usa cuatro orbitales hbridos sp3 para formar los cuatro enlaces sigma, (uno con cada H y otro con el C). De esta manera en el Etano hay dos tomos de carbono, seis tomos de hidrgenos y siete enlaces (7 ).

Un caso especial en la hibridacin se presenta cuando un carbono tiene dos dobles enlaces como por ejemplo el carbono 2 de la siguiente molcula.

Los carbonos 1 y 3 utilizan la hibridacin sp2, ya que forman un doble enlace y dos enlaces sencillos (en total 3 enlaces y un enlace ). El carbono 4 utiliza la hibridacin sp3, ya que tiene todos sus enlaces sencillos (en total 4 enlaces ). El carbono 2 utiliza la hibridacin sp, ya que forma dos dobles enlaces (en total 2enlaces y 2 enlaces ), adems forma un ngulo de enlace de 180.

EJERCICIOS HIBRIDACIN: Escoja la respuesta correcta

1. El 1,2-butadieno tiene:(a) Solo carbonos con hibridacin sp3(b) carbonos con hibridacin sp3, sp2(c) carbonos con hibridacin sp3, sp2 y sp(d) carbonos con hibridacin sp, sp2

2. El nmero de enlaces sigma () y pi () en 1-buten-3-ino es: (a) 5 + 5 (b) 7 + 3 (c) 8 + 2 (d) 6 + 4 3. (a) solo carbonos sp2 (b) carbonos sp y sp2 (c) solo carbonos sp (d) solo carbonos sp3La Cetena tiene:

4. La siguiente es la estructura de algunos compuesto usados como antioxidantes:

(a) Hay ______ carbonos con hibridacin sp3(b) Hay ______ carbonos con hibridacin sp2(c) Hay ______ carbonos con hibridacin sp

5. El enlace entre los tomos de carbono 1 y 2 en el compuesto, involucra los orbitales hbridos:

(a) sp2, sp2(b) sp, sp2(c) sp, sp3(d) sp, sp

POLARIDAD:

Lapolaridad qumicao slopolaridades una propiedad de lasmolculasque representa la desigualdad de las cargas elctricas en la misma. Esta propiedad se relaciona con otras propiedadesqumicasyfsicascomo lasolubilidad,punto de fusin,punto de ebullicin, fuerzas intermoleculares, entre otras. Polaridad de enlace:

Cuando tomos de igual o parecida electronegatividad forman enlaces covalentes, ejercen una atraccin igual o muy semejante sobre los electrones del enlace. A este tipo de unin covalente se le denomina enlace covalente no polar o apolar. En los compuestos orgnicos, los enlaces covalente apolares ms comunes son:

La electronegatividad del tomo de Carbono es 2,5 y la del tomo de Hidrgeno es 2,1, la diferencia de electronegatividades en este enlace es muy pequea (0,4).

En otros enlaces covalentes hay un tomo que posee una electronegatividad un poco mayor a la del otro y por lo tanto atrae ms fuertemente los electrones del enlace llevndose gran parte de la densidad electrnica. A este tipo de enlace se le denomina enlace covalente polar. Algunos enlaces polares son:

La diferencia de electronegatividades entre los dos tomos que forman el enlace es mayor de 0,5. La polaridad de enlace o el momento dipolar de enlace (), se representa con una carga parcialmente positiva (+) y una carga parcialmente negativa (-), o con el vector (flecha), donde la punta del vector va sobre el tomo ms electronegativo y la cola del vector sobre el tomo menos electronegativo. El valor del momento dipolar de enlace () se determina experimentalmente, pero por la diferencia de electronegatividades se puede tener una idea de la polaridad del enlace y comparar entre varios enlaces polares.

Sugerencia: tener en cuenta la diferencia de electronegatividadesEJERCICIO: Ordene del ms polar al menos polar los siguientes enlaces

a) CLi b) CK c) CMg d) CO e) CF f) CN

Por lo tanto, la Polaridad es la tendencia que tienen los electrones para desplazarse en un solo sentido del enlace. Este desplazamiento es hacia el tomo ms electronegativo o el que posea ms pares de electrones libres.

Polaridad de molcula:

La polaridad de la molcula o el momento dipolar () molecular resulta de la suma de los momentos dipolares de enlaces. Por ejemplo para la molcula CH3Cl. La suma de los vectores de los momentos dipolares de enlace produce un vector resultante con un valor diferente de cero ( 0), por lo tanto la molcula presenta cierta polaridad.

( 0)La forma de la molcula influye en la polaridad de esta, ya que aunque tenga enlaces polares, la forma que esta tenga puede no ayudar para que los momentos dipolares de enlaces se sumen, como sucede en la molcula de CO2. ( = 0)Como los momentos dipolares de los enlace C=O son exactamente iguales y van hacia lados contrarios, el resultado de su sumatoria es igual a cero (=0) y por lo tanto esta molcula no es polar.

Al comparar las molculas de Formaldehdo (HCOH) y Fosgeno (ClCOCl), esta ltima resulta ser menos polar que la molcula de formaldehido, ya que el momento dipolar resultante es menor comparada con el momento dipolar resultante en el HCOH .

Sugerencia: tener en cuenta la direccin de los momentos dipolares de enlacesEJERCICIO: Entre la molcula de NH3 y la molcula NF3, cual es ms polar?

CONSULTA:LEER SOBRE MOLCULAS ANFIPTICAS Y SU FUNCIN EN LAS CLULAS

FUERZAS INTERMOLECULARES:

Son las fuerzas de atraccin entre las molculas. Estas fuerzas son las quedeterminan las propiedades fsicasde las sustancias como, por ejemplo, el estado de agregacin, el punto de fusin y de ebullicin, la solubilidad, la tensin superficial, la densidad, etc. Se explicar brevemente tres de estas fuerzas: puentes de hidrgeno (las ms intensas), las atracciones Dipolo-Dipolo y por ltimo las de London (las menos intensas).

Enlace o Puente de Hidrgeno:

Elenlace de hidrgenoocurre cuando un tomo dehidrgenoes enlazado a un tomo fuertemente electronegativo como elnitrgeno, eloxgenoo elflor.El tomo de hidrgeno posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros tomos electronegativos en otra molcula (nuevamente, con N, O o F). Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el tomo interactuante (N, O o F), ms fuerte ser el enlace.

Los enlaces de hidrgeno se encuentran en toda lanaturaleza. Proveen al agua de sus propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la Tierra. Los enlaces de hidrgeno proveen tambin la fuerza intermolecular que mantiene unidas ambas hebras en una molcula deADN. Puentes de Hidrgeno entre molculas de agua Atraccin Dipolo Dipolo:

La atraccin dipolo-dipolo es una interaccin entre dos molculas polares o dos grupos polares de la misma molcula si sta es grande. Las molculas que tienen dipolos se atraen entre s cuando la regin positiva de una est cerca de la regin negativa de la otra.

Atraccin Dipolo-Dipolo entre molculas de HCl

Fuerzas de Dispersin o de London:

Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el resultado de la atraccin entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en molculas adyacentes. Cuando los electrones de una molcula adquieren momentneamente una distribucin no uniforme, provocan que en una molcula vecina se forme momentneamente un dipolo inducido. Estas interacciones la presentan los gases nobles, molculas como O2, N2, y los hidrocarburos.

Influencia de las fuerzas intermoleculares en el punto de ebullicin de los compuestos orgnicos:

En los lquidos las molculas estn atradas unas con otras a travs de las fuerzas intermoleculares y la ebullicin implica la separacin de estas molculas y su paso al estado gaseoso. Si las fuerzas intermoleculares que mantienen atradas a las molculas son muy intensas, mayor ser el punto de ebullicin de la sustancia.

El propanol (C3H8O) y la propanona o acetona (C3H6O), son dos compuestos orgnicos de tamaos y pesos moleculares muy parecidos, pero con puntos de ebullicin diferentes. Esto es debido a las fuerzas intermoleculares que presentan, en el alcohol se presentan puentes de hidrgeno los cuales hacen que las molculas estn ms atradas y necesiten mayor suministro de energa (calor) para separarlas.

Las aminas primarias presentan puentes de hidrgeno entre sus molculas y por lo tanto tienen mayores puntos de ebullicin en comparacin de las aminas secundarias y terciarias de tamao y peso molecular similares.

La propilamina tiene mayor punto de ebullicin que la etilamina y la trimetilamina, ya que esta es una amina primaria y presenta ms enlaces NH para formar ms puentes de hidrgeno entre sus molculas. La etil metilamina es una amina secundaria y tambin presenta puentes de hidrgeno entre sus molculas pero en menor proporcin que las aminas primarias porque solo tiene un enlace NH. La trimetil amina, es una amina terciaria y tiene el punto de ebullicin ms bajo porque carece de enlaces NH para formar puentes de hidrgeno, por lo tanto la fuerza intermolecular que presenta es la dipolo-dipolo gracias a los enlaces polares NC.

La forma de las molculas tambin influye en el punto de ebullicin, ya que las molculas lineales tienen mayor contacto entre ellas y por tanto pueden atraerse ms y presentar mayor punto de ebullicin.

El tamao de las molculas tambin influye en el punto de ebullicin. Las molculas ms grandes o pesadas tienen mayores puntos de ebullicin.

Sugerencia: tener en cuenta las fuerzas intermoleculares.EJERCICIO: Justifique el siguiente orden en los puntos de ebullicin:CH3CH2OH ( 78 C)CH3CH2F (46C)CH3CH2CH3 ( 42C).

Influencia de las fuerzas intermoleculares en la solubilidad de los compuestos orgnicos:

Cuando se habla de solubilidad o de soluciones, se deben tener en cuenta dos sustanciasSoluto: sustancia que se disuelveSolvente: sustancia en la que se disuelve el soluto, generalmente se encuentra en mayor cantidad.

Las fuerzas intermoleculares tambin afectan la solubilidad de los compuestos orgnicos. Cuando un compuesto (soluto) se diluye o disuelve en un disolvente, las molculas de aqul se separan y quedan rodeadas por las molculas del disolvente, este proceso se conoce como solvatacin (cuando el solvente es agua se conoce como hidratacin). En este proceso las fuerzas de atraccin intermoleculares entre las molculas de soluto son sobrepasadas, formndose nuevas interacciones moleculares ms intensas entre las molculas de soluto y del disolvente; el balance de estos dos tipos de fuerzas de atraccin determina si un soluto dado se disolver en un determinado solvente.

Representacin del proceso de solvatacin

Existe una regla general: semejante disuelve semejante, lo que quiere decir que un soluto polar se disuelve en un solvente polar y un soluto apolar se disuelve en un solvente apolar.

Existen cuatro casos cuando se quiere probar la solubilidad de un compuesto, esto depende de la polaridad del soluto y del solvente:a) Soluto polar en solvente polar el soluto se disuelve.b) Soluto polar en solvente apolar el soluto no se disuelve.c) Soluto apolar en solvente polar el soluto no se disuelve.d) Soluto apolar en solvente apolar el soluto se disuelve.

Los solutos inicos como las sales son solubles en solventes polares

Ejemplo: Etanol en agua

Ejemplo: Etanal en agua

Interaccin puente de hidrgenoInteraccin dipolo-dipolo

Las fuerzas de atraccin que se forman entre el soluto y solvente son puentes de hidrgeno tambin; como son las fuerzas de atraccin ms intensas ayudan a que el soluto sea soluble en el solvente. De esta manera un soluto que pueda formar puentes de hidrgeno con las molculas de agua ser mucho ms soluble que aquellos que no las presente. Entre mayor sea el nmero de puentes de hidrgeno que se pueda formar entre las molculas de soluto y las del solvente, mayor ser su solubilidad.

Ejemplo: Cual ser ms soluble en agua?

Respuesta: aunque las dos molculas pueden presentar puentes de hidrgeno con las molculas de agua, el compuesto ms soluble es al A, debido a que el puente de hidrgeno que se forma entre este compuesto y el agua es ms intenso que el que forma B; la intensidad del puente de hidrgeno se ve favorecida porque la diferencia de electronegatividades entre el oxgeno y el hidrgeno es mayor en comparacin con la que se presenta entre el azufre y el hidrgeno.

Otro factor que tambin afecta la solubilidad de las molculas es el tamao de la cadena carbonada, es decir el nmero de carbonos que tenga el compuesto; a medida que aumenta el # de C la molcula se va haciendo ms apolar y por lo tanto menos soluble en agua que es un solvente polar.

EJERCICIO: Seale en cada pareja de compuesto cual es el ms soluble en agua

Sugerencia: tener en cuenta la polaridad de las molculas y las fuerzas intermoleculares que se pueden formar entre las el soluto y el solvente

CLASIFICACIN DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS:

El criterio ms importante para clasificar los compuestos orgnicos es el grupo funcional. El cual es el grupo especfico detomosdentromolculaseso es responsable de lasreacciones qumicasde esas molculas. El mismo grupo funcional experimentar el mismo o las reacciones qumicas similares sin importar el tamao de la molcula.Sin embargo, su reactividad relativa se puede modificar por los grupos funcionales prximos.

Funciones oxigenadas: Presencia de algnenlace carbono-oxgeno: sencillo (C-O) o doble (C=O)Grupo funcionalFuncin qumicaFrmulaEstructuraPrefijoSufijoEjemplo

Grupo hidroxiloAlcoholR-OHhidroxi--ol

Grupo alcoxi(oariloxi)terR-O-R'-oxi-R-ilR'-il ter

Grupo carboniloAldehdoR-C(=O)Hoxo--al o-carbaldehdo

CetonaR-C(=O)-R'oxo--ona

Grupo carboxilocido carboxlicoR-COOHcarboxi-cido -ico

Grupo acilosterR-COO-R'-iloxicarbonil-R-ato deR'-ilo

Funciones nitrogenadas: Amidas, aminas, nitrocompuestos, nitrilos. Presencia deenlaces carbono-nitrgeno: C-N, C=N CNGrupo funcionalTipo de compuestoFrmulaEstructuraPrefijoSufijoEjemplo

Grupo aminoAminaR-NR2amino--amina

IminaR-NCR2__

GruposaminoycarboniloAmidaR-C(=O)N(-R')-R"__

Grupo nitroNitrocompuestoR-NO2nitro-

Grupo nitrilo

Nitriloo cianuroR-CNciano--nitrilo

IsocianuroR-NCalquil isocianuro_

Funciones halogenadas: Compuestos por carbono, hidrgeno y halgenos.

Grupo funcionalTipo de compuestoFrmula delcompuestoPrefijoSufijo

Grupo haluroHaluroR-Xhalo-_

Grupo aciloHaluro de cidoR-COXHaloformil-Haluro de -olo

Grupos que contienen Azufre

Grupo funcionalTipo de compuestoFrmula delcompuestoPrefijoSufijo

Grupo sulfuroTiotero sulfuroR-S-R'alquil tio-

R-SHTioltiolmercapto--tiol

R-SO-R'Sulfxido___

R-SO2-R'Sulfona___

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