Q U M I C A O R G N I C A

LOS FULERENOS

El fulereno es una de las formas alotrpicas en las que se presenta el carbono en la naturaleza (junto al diamante y el grafito). Se trata de molculas de carbono individuales, formadas por varias decenas de tomos de carbono en una estructura cerrada. Se descubren en el ao 1985 de forma casual, en un estudio electroqumico del carbono. Tras ser aislados y luego de numerosos estudios espectroscpicos, se dedujo que la gran mayora de las molculas de este material tenan aproximadamente 60 tomos de carbono (C60). Los fulerenos son estructuralmente particulares; con forma de baln y muy estables, son utilizados entre otras cosas en nanotecnologa y en la fabricacin de mibrofibras de tbulos de carbono que sirven por ejemplo para fabricas telas sintticas para la ropa de deporte de alta competencia. El nombre de fulerenos se dio en honor al alemn Buckmister Fuller, un arquitecto alemn que diseaba estructuras con la forma de los fulerenos.

CURSO: QUMICA COMN

MATERIAL QC N09

2

INTRODUCCIN

"La Qumica Orgnica es la parte de la Qumica que estudia los compuestos de carbono".

Los compuestos de carbono se denominan orgnicos y son bastante comunes e importantes.

El alcohol es un ejemplo, su uso es muy cotidiano, como bebida e incluso en los hospitales. El vinagre (cido actico), es un condimento habitual en nuestras comidas, y por cierto, lo usamos a diario. Otro ejemplo; el azcar comn es un hidrato de carbono vital.

As tantos otros.la gasolina es uno de los combustibles de mayor uso en el mundo. El ter (elemento aristotlico), es un solvente de uso masivo en la industria e inclusive en farmacias y hospitales.

Con frmulas ms complicadas podemos citar las protenas, vitaminas, hormonas, medicamentos, etc. De un modo ms amplio, podemos decir que los compuestos orgnicos constituyen una parte fundamental de todo el ciclo de vida.

Fotosntesis

CO2 + H2O + luz compuestos orgnicos + O2

Respiracin celular

Compuestos orgnicos + O2 CO2 + H2O + energa La Qumica Inorgnica o Mineral es la parte de la Qumica que estudia los compuestos que no tienen carbono, esto es, los compuestos de todos los dems elementos qumicos. A pesar de esto, el nmero de compuestos "inorgnicos" conocidos es mucho menor que la de compuestos "orgnicos". En 1858 por el cientfico Kekul plantea por vez primera la distincin entre qumica orgnica e inorgnica. En verdad, esta divisin es slo didctica, pues las leyes que explican el comportamiento de los compuestos orgnicos son las mismas que explican la de los inorgnicos. Adems de esto, existen sustancias, como CO, CO2, H2CO3, carbonatos, HCN y cianuros, que son "compuestos de transicin", pues aunque contienen carbono, presentan propiedades ms semejantes a los compuestos inorgnicos.

3

COMPUESTOS ORGNICOS E INORGNICOS Compuestos Orgnicos. Compuestos Inorgnicos

Pueden estar formados por unos 10 elementos distintos y se conocen unos 9.000.000 de compuestos.

El enlace covalente es caracterstico de estos compuestos.

Comnmente no se comportan como electrolitos.

Sus puntos de fusin son ms bajos. Sus puntos de ebullicin son ms bajos. Arden comnmente. Solubles, en general, en solventes apolares.

Presentan frecuentemente isomera. Las reacciones entre compuestos orgnicos son lentas y complejas, ya que se realizan a nivel molecular.

Pueden estar formados por unos 100 elementos distintos y se conocen unos 100.000 de compuestos.

El enlace inico es frecuente en estos

compuestos

Generalmente se comportan como electrolitos

Sus puntos de fusin son ms altos.

Sus puntos de ebullicin son ms

altos.

Difcilmente arden.

Solubles, en general, en solventes polares.

Rara vez presentan isomera.

Las reacciones entre compuestos

inorgnicos son rpidas y sencillas, ya que se realizan a nivel inico.

EL CARBONO El elemento qumico carbono (C) presenta nmero atmico 6.

C Z= 6 1s2 2s2 2p2 Estado fundamental Presenta caractersticas nicas, que lo diferencian de los dems elementos y que originan una gran variedad de compuestos, que son motivo de estudio en qumica orgnica. Algunas son:

1. El carbono es tetravalente, es decir presenta 4 electrones en su ltimo nivel, lo que le permite una gran posibilidad de combinacin (4 enlaces). La tetravalencia del carbono fue postulada por Kekul en 1858.

2. El carbono puede formar enlaces simples, dobles y triples, es decir, el carbono puede

presentar las hibridaciones sp , sp2 y sp3

3. El carbono se une a varias clases de elementos qumicos dadas sus caractersticas de elemento intermedio en tabla peridica, que lo hacen ms electronegativo que los metales y menos electronegativos que los otros no-metales

Ia

IIa

IIIa

IVa

Va

VIa

VIIa

0

H

He

Li

Be

B

CC

N

O

F

Ne

METALES NO - METALES Enlace entre carbonos Los enlaces entre tomos de carbono pueden ser:

a) Simples (hibridacin sp3): Cuando dos tomos se unen por apenas una unidad de

valencia. Ejemplo: simplificando H3C CH3 etano

b) Doble (hibridacin sp2): Cuando dos tomos se unen por dos unidades de valencia. Ejemplo: eteno (etileno)

c) Triple (hibridacin sp ) : Cuando dos tomos se unen por tres unidades de valencia.

Ejemplo: etino (o acetileno)

H H H C C H H H

H H H C = C H H2C = CH2

H C C H

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Carbono primario, secundario, terciario y cuaternario Un tomo de carbono es llamado primario cuando est unido solamente a otro tomo de carbono.

C CH

H

H

H

H

H

etano En el propano, los carbonos de los extremos son primarios. Sin embargo, el carbono central, es secundario (se encuentra enlazando dos carbonos). As entonces, un tomo de carbono es secundario cuando est unido a otros dos tomos de carbono. Con la misma lgica anterior; un tomo de carbono es terciario cuando est unido a otros tres tomos de carbono. Un ejemplo es el 2 metil propano. El carbono central, se encuentra unido directamente a otros tres.

CH 3C

H

C H 3C H 3

Finalmente, un tomo de carbono es cuaternario cuando est unido a otros cuatro tomos de carbono.

CH 3 C

C H 3

C H 3CH 3

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CADENAS CARBNICAS La enorme cantidad de compuestos orgnicos conocidos, se debe en gran medida a la capacidad que tienen los tomos de carbono de enlazar y formar cadenas de compuestos covalentes. Podemos clasificar las cadenas carbnicas en tres grandes grupos:

a) Cadenas abiertas (acclicas o alifticas) Ejemplo:

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3

n - heptano

CH 3 CH CH CH 3

CH 3

CH 3

2 , 3 dimetil butano b) Cadenas cerradas, tambin llamadas cclicas.

Ejemplo:

C H

C H

C H

C H

CH

CH

benceno

CH 2

C H 2

C H 2

CH 2

ciclo butano

c) Cadenas mixtas

Ejemplo: CH3

CH31 , 3 dimetil ciclohexano

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Clasificacin de las Cadenas Alifticas

Normal o Recta: sin ramificaciones; secuencia recta (lineal). a) Ramificada: con ramificaciones.

CH3 CH2 CH2 CH3

n - butanoLINEAL

CH3 CH CH2 C CH3

CH3

CH3

CH3

2 , 2, 4 trimetil pentanoRAMIFICADA

Saturada: solamente enlaces simples. b) Insaturada: posee al menos, un enlace doble y/o triple.

CH3 CH CH2 CH

OH

CH CH3

CH3

CH3

SATURADA

CH3 C CH C C CH3

CH3

INSATURADA Homognea: slo tomos de carbono en la cadena. c) Heterognea: hay un tomo diferente (heterotomo) al carbono en la cadena (entre dos tomos de carbono).

CH 3 C H 2 C H C H 3

O H

CH 3 C H 2 O C H 3

HOMOGNEA HETEROGNEA

8

Clasificacin de las cadenas Cclicas Saturada: slo enlaces simples. a) Insaturadas: hay, por lo menos, un enlace doble y/o triple.

saturada insaturada homocclica: slo tomos de carbono. b) heterocclica: hay heterotomo.

N

N

O

homocclicas heterocclicas Las cadenas homocclicas pueden tambin ser: Aromticas: poseen a lo menos un ncleo bencnico

c) Alicclicas: son todas las cadenas homocclicas no aromticas.

AROMTICAS

ALICCLICAS

(NO AROMTICAS)

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NOMENCLATURA ORGNICA Se puede dividir el nombre oficial (I.U.P.A.C.) de un compuesto orgnico en tres partes:

Prefijo - Medio - Sufijo a) El prefijo indica el nmero de tomos de carbono que el compuesto tiene en su cadena principal.

N DE TOMOS DE CARBONO PREFIJO

1 MET 2 ET 3 PROP 4 BUT 5 PENT 6 HEX 7 HEPT 8 OCT 9 NON 10 DEC 11 UNDEC 12 DODEC

Cuando se trata de una cadena cclica, se antepone la palabra CICLO antes del prefijo.

b) La parte media se refiere a la saturacin de la cadena carbnica.

an : cadena saturada (slo enlaces simples). en : cadena insaturada con un enlace doble. in : cadena insaturada con un enlace triple. dien : cadena insaturada con dos enlaces dobles. diin : cadena insaturada con dos enlaces triples.

c) El sufijo, indica la funcin orgnica a la que pertenece el compuesto.

Sufijo

Funcin

Frmula

o

hidrocarburo

R-H

ol

alcohol

R-OH

al

aldehdo

R-CHO

oico

cido carboxlico

R-COOH

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Radicales Orgnicos Son fragmentos moleculares ubicados en la cadena principal (central). Poseen una nomenclatura especial que los identifica. Lo corriente es:

Prefijo: nmero de tomos de carbono que contiene. Sufijo: terminacin IL.

CH3CH3

CH3 CH2

CH3

CH2CH2

CH3

CH

CH3CH3

CCH3 CH3CH3

CH2CH2

CH2CH3

metil

etilisopropil

n - propilisobutil

secpropil

terc btuil

o

on -butil

fenil

NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos se caracterizan por ser compuestos formados solamente por tomos de carbono e hidrgeno. Existen cadenas de hidrocarburos alifticas y cclicas, ms an, los hay saturados e insaturados. Sin embargo, su nomenclatura es semejante. El sufijo utilizado para nombrar los hidrocarburos es O. Para facilitar su nomenclatura, analizaremos cada uno de los distintos tipos de hidrocarburos existentes:

De acuerdo con el tipo de cadena, se conocen

Alcadienos Alcanos Cicloalcanos Alquenos Cicloalquenos Alquinos Aromticos

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ALCANOS (HIDROCARBUROS PARAFNICOS)

Frmula general: CnH2n+2 Ejemplos:

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

CH3 CH CH CH2 C CH3

CH3

CH3CH3

CH3

n - octano

2 , 2 , 4 , 5 tetra metil hexano Regla de nomenclatura: 1. Elegir como cadena principal aquella que posea la mayor cantidad de tomos de carbono. Si

existe ms de una opcin, tomar aquella ms ramificada (mayor cantidad de radicales). 2. Numerar la cadena desde el extremo ms prximo a una ramificacin. 3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamao y

complejidad) y considerando el nmero del carbono que soporta el radical. A continuacin utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo).

PROPIEDADES DE LOS ALCANOS Son los ms abundantes. Corresponden a cadenas saturadas. Entre sus cualidades ms relevantes est el hecho de que arden con facilidad y originan una gran cantidad de calor. El uso principal de los alcanos es como combustibles. Las cadenas de 1 a 4 carbonos por molcula son gases a temperatura ambiente, los que tienen de 5 a 16 tomos de carbonos por molculas son lquidos y los que tienen ms de 16 tomos de carbono por molcula son slidos. La densidad de los alcanos lquidos es menor que la del agua. Los alcanos son molculas no polares y prcticamente insolubles en agua, por lo consiguiente, flotan en ella. Los alcanos disuelven muchas sustancias orgnicas poco polares, como las grasas, los aceites y las ceras. Adems, son molculas que rara vez reaccionan, esto es, tienen pocas afinidad a las reacciones qumicas, de ah su nombre (parafinas = poca afinidad).

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NOMBRE

FRMULA

MOLECULAR

PUNTO DE

FUSIN (C)

PUNTO DE

EBULLICIN (C)

DENSIDAD A 20C (g/mL)

Metano

CH4

-183

-162

(gas)

Etano

C2H6

-172

-89

(gas)

Propano

C3H8

-188

-42

(gas)

Butano

C4H10

-138

0

(gas)

Pentano

C5H12

-130

36

0,626

Hexano

C6H14

-95

69

0,659

Heptano

C7H16

-91

98

0,684

Octano

C8H18

-57

126

0,703

Decano

C10H22

-30

174

0,730

Dodecano

C12H26

-10

216

0,749

Tetradecano

C14H30

6

254

0,763

Hexadecano

C16H34

18

280

0,775

Octadecano

C18H38

28

316

(slido)

Eicosano

C20H42

37

343

(slido)

Las propiedades fisiolgicas de los alcanos son variables. El metano parece ser fisiolgicamente inerte. Esto quiere decir que podramos respirar una mezcla de 80% de metano y 20% de oxgeno sin efectos negativos. Sin embargo esta mezcla sera inflamable y se tendra que evitar la presencia de llamas o chispas de cualquier clase. Respirar una atmsfera de gas metano puro (gas natural de una estufa) puede causar la muerte, no debido a la presencia de metano, sino a la ausencia de oxgeno (asfixia). Los alcanos ligeros lquidos, como los de la gasolina, disuelven los aceites corporales cuando se derraman sobre la piel y el contacto repetido y frecuente con ellos puede originar dermatitis. Si se ingieren, los alcanos causan poco dao al estmago; en los pulmones sin embargo ellos generan neumona qumica al disolver las molculas de tipo graso de las membranas celulares de los alveolos, lo cual hace posible que los pulmones se llenen de lquido.

Los alcanos lquidos ms pesados aplicados sobre la piel actan como emolientes (suavizantes de la piel). El petrolato (vaselina es una marca comercial de este material) es una mezcla semi-slida de hidrocarburos que se puede aplicar como emoliente o como simple pelcula protectora.

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ALCENOS O ALQUENOS (OLEOFINAS O HIDROCARBUROS ETILNICOS ) Son hidrocarburos alifticos insaturados con al menos una instauracin.

Su frmula general (vlida para alquenos con una instauracin) es CnH2n

Los alcadienos (2 insaturaciones) tienen frmula general CnH2n-2 El eteno o etileno es el compuesto orgnico comercial ms importante. Su produccin anual en Estados Unidos es de ms de 20.000 millones de kilogramos (ms de la mitad de esta cantidad se destina a la produccin de polietileno, uno de los plsticos ms conocidos). Alrededor de un 15% se destina a la produccin de etilenglicol, el componente principal de casi todas las marcas de anticongelante para radiadores de automviles. Los alcenos abundan en la Naturaleza, los frutos y verduras en proceso de maduracin despiden etileno, el cual causa maduracin adicional. Los procesadores de alimento introducen etileno artificialmente para apresurar el proceso normal de maduracin. Se puede madurar 1 kg de tomates exponindolos a tan slo 0,1 mg de etileno durante 24 horas. Desafortunadamente estos tomates no tienen el mismo sabor que los que maduran en la planta. Ejemplos:

CH2 CH CH2 CH2 CH3

1 - penteno

CH2 CH CH CH CH CH CH2 CH3

CH3

CH3

5 , 6 dimetil 1 , 3 octadieno Regla de nomenclatura: 1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de instauraciones, no

importando si es la ms larga. 2. Numerar la cadena desde el extremo ms prximo a la insaturacin. 3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamao y

complejidad), considerando el nmero del carbono que soporta el radical. A continuacin utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo), teniendo en cuenta, la parte media correspondiente a la regla para los alquenos. Indicar con nmero el o los carbono(s) que poseen la instauracin.

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ALQUINOS O ALCINOS (HIDROCARBUROS ACETILNICOS) Son los hidrocarburos alifticos con enlace triple. Frmula General: CnH2n-2 (vlida para alquinos monoinsaturados). Ejemplos:

CH C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3

1 - heptino

CH3C

CCH2

CC

CH3

2 , 5 heptadiino Regla de nomenclatura: 1. Elegir como cadena principal aquella que contenga la mayor cantidad de enlaces triples

(instauraciones), no importando si es la ms larga. 2. Numerar la cadena desde el extremo ms prximo al triple enlace (instauracin). 3. Nombrar la cadena, partiendo con los radicales (en orden creciente a su tamao y

complejidad), considerando el nmero del carbono que soporta el radical. A continuacin utilizar la nomenclatura estandarizada para la cadena principal (prefijo, medio y sufijo), teniendo en cuenta, la parte media correspondiente a la regla para los alquinos. Indicar con nmero el o los carbono(s) que poseen la instauracin.

El acetileno (hidrocarburo elemental) se utiliza en sopletes para cortar y soldar metales. Estos sopletes producen temperaturas muy altas. Un alcino es ismero de un alcadieno. Ambos presentan la misma frmula molecular y diferente estructura.

PROPIEDADES DE LOS ALQUENOS Y ALQUINOS

Los compuestos que tienen de 2 a 4 tomos de carbono por molcula son gases a temperatura ambiente, los que tienen de 5 a 18 tomos de carbono por molcula son lquidos y los que tienen ms de 18 tomos de carbono por molcula son slidos. Al igual que los alcanos, los alcenos y los alcinos son insolubles en agua y flotan en ella. Los alcenos y los alcinos experimentan un mayor nmero de reacciones qumicas que los alcanos. Estos compuestos presentan generalmente reacciones de adicin, y por tanto es posible saturarlos de tomos de hidrgeno. Adems, el cloro, el bromo, el agua y muchos otros tipos de molculas se pueden adicionar a los dobles y triples enlaces. Una de las caractersticas ms excepcionales de las molculas de alcenos (y de alcinos) es que se puede adicionar unas a otras para formar molculas grandes llamadas polmeros.

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CICLOALCANOS Y CICLOALQUENOS

Cicloalcanos: Tambin llamados ciclanos, presentan cadena cclica con enlaces simples. Son

hidrocarburos saturados cuyo uso principal en la industria es como solventes. Su frmula general es: CnH2n

Los cicloalcanos son ismeros de los alquenos (alcenos). Ejemplo:

ciclopropano ciclopentano ciclohexano ciclooctano El hidrocarburo con anillos, o hidrocarburo cclico ms simple posible es el ciclopropano de frmula molecular C3H6 (ismero del alceno correspondiente). El ciclopropano es un anestsico potente y de accin rpida con pocos efectos colaterales indeseables. Sin embargo, ya no se utiliza en ciruga porque forma mezclas explosivas con el aire casi en cualquier concentracin.

En los cicloalcanos los carbonos presentan enlaces simples cuyos ngulos normales (debido a su hibridacin sp3) son 109 28. Sin embargo para formar el anillo del ciclopropano, por ejemplo, sus enlaces deben ser forzados o flexionados hasta un ngulo de 60 (ngulo interno de un tringulo equiltero) esto origina una tensin en el anillo y por consecuencia una inestabilidad de la molcula que puede ser medida por un ngulo de tensin .

Para el ciclopropano el ngulo de tensin es de 24 44, para el ciclobutano el ngulo de tensin es de 9 44, para el ciclopentano 0 44 y el ciclohexano 5 16.

En muchos casos, los qumicos usan smbolos para representar estos anillos, en lugar de dibujar las estructuras completas, se usa un tringulo para representar el anillo del ciclopropano, un cuadrado para el ciclobutano, un pentgono para el ciclopentano, un hexgono para el ciclohexano, etc. Cicloalcenos: Tambin llamados ciclenos, presentan cadenas cclicas con enlaces dobles. Adems de su uso como solventes, los cicloalcenos tienen aplicaciones microbicidas y fungicidas (cicloalquenos sustituidos) Frmula general: CnH2n-2

Los cicloalquenos son ismeros de los alquinos (monoinsaturados)

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COMPUESTOS AROMTICOS

Los compuestos aromticos son hidrocarburos cclicos con, por lo menos, un ncleo bencnico, que se denomina ncleo o anillo aromtico. Ejemplos:

BENCENO NAFTALENO

FENANTRENO

El ncleo bencnico puede ser la cadena principal o ser considerado como radical, en cuyo caso debemos llamarlo fenil.

En la nomenclatura de los aromticos, se debe destacar la posibilidad de tres ismeros de posicin, de acuerdo con los grupos unidos al benceno. Veremos ms adelante la definicin de isomera.

Grupos unidos en carbonos vecinos 1 y 2 determinan el ismero ORTO. Grupos unidos en carbonos 1 y 3 corresponden al ismero META y si la posicin de los grupos es en los carbonos 1 y 4 tenemos el ismero PARA.

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

1

2

1

3

1

4orto - metil tolueno meta - metil tolueno para - metil tolueno

o- xileno m - xileno p - xileno

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FUNCIONES ORGNICAS

1. ALCOHOLES Presentan un grupo funcional, R OH unido al carbono saturado. Sufijo: OL

El nmero de grupo hidroxilo (OH), determina el tipo de alcohol. As, entonces:

monoalcohol : un grupo OH dialcohol o diol : dos grupos OH trialcohol o triol : tres grupos OH

Ejemplos:

CH3 CH2 CH2 OH CH3 CH2 OH CH3 CH CH3

OH OH

propanol etanol isopropanol ciclopentanol

CH2 CH CH2OH

OH

OH

1 , 2 , 3 propanotriol

glicerina

CH2CH2OH OH

1 , 2 etanodioletilenglicol

Respecto a la posicin del grupo OH, un alcohol puede ser:

primario: OH unido a un carbono primario (etanol) secundario: OH unido a un carbono secundario (isopropanol) terciario: OH unido a un carbono terciario (terc butanol)

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2. FENOLES Son compuestos orgnicos, donde el grupo OH se encuentra unido directamente a un

ncleo bencnico. Son ms cidos que los alcoholes ordinarios, por lo tanto, se clasifican como una funcin distinta.

Sufijo: fenol Ejemplos:

OH

CH3

OH

Cl OH

COHO

para - metil fenol

meta - cloro fenolcido - meta hidroxi benzoico

Cuando la funcin ms importante no es el fenol, debemos nombrarlo con el prefijo hidroxi (nombre usado para llamarlo como un radical).

3. DERIVADOS HALOGENADOS

Son derivados de un hidrocarburo que poseen en su estructura tomos del grupo de los halgenos (F, Cl, Br, I).

Ejemplos:

C Cl

H

Cl

Cl

Cl C

H

ClH

dicloro metano tricloro metano

bromuro de etilocloruro de metilo tricloruro de metilo

bromo etano

CH3 CH2

Br

Los principales derivados halogenados son los denominados CFC, cuyo uso principal en la industria es el de refrigerantes y propelentes para latas de aerosoles. Los compuestos halogenados son en su mayora inertes a otros reactivos y por esta razin provocan serios daos a la atmsfera (reaccinan slo con la luz UV). Casi todos los halogenuros de alquilo son obtenidos por reacciones de halogenacin, mediante mecanismos de sustitucin y adicin, que veremos ms adelante.

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4. ALDEHDOS

Los aldehdos presentan como grupo funcional la porcin carbaldehdo.

C

O

HR

Los aldehdos pertencen a la subclasificacin de funciones carbonlicas (junto a las cetonas, los cidos carboxlicos y otros). El grupo carbonilo (C=O) los identifica. Sufijo: AL

En los aldehdos, el grupo carbonilo est en un extremo de la cadena carbnica.

Los aldehdos se obtienen por la oxidacin parcial de alcoholes primarios.

Ejemplos:

CCH2 CH2 CH3

O

H

BUTANAL

C

O

H Hmetanal

formaldehdo

COH

benzaldehdo ciclo heptanal

COH

formalina

20

5. CETONAS

C

O

R R Son compuestos carbonlicos, que a diferencia de los aldehdos, presentan el grupo C=O en

medio de la cadena, entre dos tomos de carbono. El uso principal de las cetonas en la industria es el de solvente para una infinidad de

reacciones qumicas.

Sufijo: ONA

Ejemplos:

CH 3CH 2CCH 2CH2

O

CH 3C

O

CH 3 CH 3

O

3 - hexanonadimetil cetona

2 propanona ciclohexanona

etil - propil - cetonaacetona

Las cetonas se obtienen por oxidacin de alcoholes secundarios.

6. cidos Carboxlicos

C

O

R OH

Se les denominan cidos orgnicos ya que poseen protones y los pueden liberar en solucin.

Se pueden obtener por oxidacin completa de un alcohol primario o un aldehdo.

Los ms conocidos son los cidos grasos. Poseen cadena hidrocarbonada con muchos tomos de carbono, lo que los hace insolubles en agua. Los ms importantes son el cido palmtico, estetico, oleico y linoleico.

Su uso usual es como solvente (industria), cosmtico (cremas y jabones) y como catalizador de reacciones qumicas.

Sufijo: OICO

CH3C

O

O H C

O

H OH

COOH

cido etanoico

cido acticovinagre

cido metanoico

cido frmico cido benzoico

C C

O

O

OH

OH

cido 1 , 2 etanodioico

cido oxlico

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Algunos ejemplos de cidos dicarboxlicos:

HOOC - COOH cido etanodioico (cido oxlico) HOOC - CH2 - COOH cido propanodioico (cido malnico) HOOC - (CH2)2 - COOH cido butanodioico (cido succnico) HOOC - (CH2)3 - COOH cido pentanodioico (cido glutrico) HOOC - (CH2)4 - COOH cido hexanodioico (cido adpico)

7. steres Son compuestos orgnicos que se forman por reaccin entre un alcohol y un cido

carboxlico, con eliminacin de agua (una deshidratacin). De este modo

O

OHR + R' OHO

R O R' + OH2

A esta reaccin le llamamos esterificacin, en tanto la reaccin inversa se denomina hidrlisis. Sufijo: ATO Ejemplos:

CH2 CH2C

O

O CH2 CH2 CH3CH2CH3

pentanoato de propilo

OO

CH3

benzoato de metiloCH3 O

C

O

CH2 CH3propanoato de metilo

Para nombrar los steres debemos dividir la molcula y nombrar en primer lugar los tomos hasta el grupo carbonilo (incluyndolo!!). A esta porcin le asignamos el sufijo ATO. Luego, la porcin que falta la nombramos como si fuese un radical con sufijo ILO.

Los cidos carboxlicos suelen tener olores muy desagradables, los steres derivados de ellos son normalmente muy aromticos en especial si estn diluidos. Muchos steres tienen aromas y sabores frutales, y a menudo se utilizan como saborizantes en pasteles, caramelos y otros alimentos, adems como ingredientes en los perfumes.

22

Ejemplos: ster

Frmula

Sabor/aroma

Butirato de metilo Butirato de etilo Acetato de propilo Acetato de pentilo Butirato de pentilo Acetato de octilo Benzoato de metilo Formiato de etilo Acetato de bencilo

CH3-CH2-CH2-COO-CH3 CH3-CH2-CH2-COO-CH2-CH3 CH3-COO-CH2-CH2-CH3 CH3-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-COO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 C6H5COO-CH3 H-COO-CH2-CH3 CH3-COO-CH2-C6H5

Manzana Pia Pera Pltano Albaricoque Naranja kiwi maduro Ron Jazmn

8. teres

RO

R

Son compuestos orgnicos similares a un hidrocarburo, donde un tomo de carbono ha sido reemplazado por oxgeno (un heterotomo).

Los teres se obtiene va deshidratacin de alcoholes (deshidratacin intermolecular).

Su uso en forma industrial ms comn es como disolvente orgnico.

Sufijo: ter

CH3O

CH3 CH3 CH2CH2 O

CH3 CH2CH2 O CH3

dimetil ter metil - propil ter propil - ciclopropil termetoxi metano metoxi propano propoxi ciclopropano

Para nombrar los teres debemos visualizar el oxgeno y nombrar las porciones laterales

como si fuesen radicales.

Tambin hay una nomenclatura poco convencional que identifica el fragmento molecular R-O y lo nombre de una sola vez. As entonces si R = CH3, se toma la raz MET y se adiciona la pocin OXI (del oxgeno)

23

9. Aminas

R NH2 R NH

R'

R N

R'

R''

amina primaria

amina secundaria amina terciaria Son compuestos orgnicos derivados del amoniaco (NH3) a travs de la sustitucin de uno, dos o tres tomos de hidrgeno por carbono (radicales).

CH3 NH2 CH3 N

CH3

CH3 NH2

NH2 NH2

OH

NH2

NH2

metil aminatrimetil amina ciclohexil amina

fenil aminapara hidroxi fenil amina para amino fenil aminaanilinapara hidroxi anilina

1, 4 diamino benceno

Para nombrar las aminas debemos primero identificar los fragmentos radicales unidos al grupo AMINA y escribirlos con la nomenclatura tradicional.

Cuando la AMINA no sea la funcin principal debemos llamarla como un radical, esto es,

con el nombre de AMINO.

Cuando la AMINA est unida en forma directa a un anillo bencnico se le denomina ANILINA.

24

10. Amidas O

R NH2

O

R NH R'

Son compuestos orgnicos que poseen el grupo funcional carbamida. Las amidas se forman por reaccin entre un derivado de cido carboxlico (haluro de cido) y una amina. Sufijo: AMIDA

O

CCH3 NH2

etanamida

CH3CH2

CNH

O

CH3

N - metil propanamida

ONH2

benzamida

Las poliamidas son usadas ampliamente en la sntesis de fibras polimricas sintticas y estudios farmacolgicos (medicamentos).

11. Nitrocompuestos

N+

O-

O

R

Son hidrocarburos convencionales, sin embargo, al menos uno de sus hidrgenos ha sido reemplazado por el grupo funcional NITRO (-NO2). Sufijo: NITRO

CH3 NO2 CH3 CH2 NO2

nitro metano nitro etano

CH3

NO2

CH3

NO2O2N

CH3

O2N

NO2

NO2

nitro tolueno dinitro tolueno

trinitro tolueno(T.N.T)

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12. Nitrilos

C NR

Son compuestos orgnicos derivados del cido cianhdrico CH N . Aqu el hidrgeno del grupo funcional es sustituido por cadenas hidrocarbonadas. Sufijo: NITRILO

Ejemplos:

CH3 CH2 CH2 C N CH3 C NC N

butanonitrilo etanonitrilo benzonitrilocianuro de propilo cianuro de metilo cianuro de fenilo

Para nombrar los nitrilos debemos considerar la cantidad de tomos de carbono que

la cadena principal contiene y luego nombralo como si fuesen hidrocarburos corrientes, agregando el sufijo NITRILO.

Otra forma consiste en identificar el grupo funcional CN y nombrar el resto de la

cadena como si fuesen radicales. Anteponemos en esta nomenclatura el prefijo CIANURO.

13. Isonitrilos

R NC

Son derivados del cido isocianhdrico HNC , un gas de estructura similar al HCN, donde uno de los tomos de hidrgeno se sustituye por una cadena hidrocarbonada. Sufijo: Isonitrilo Ejemplos:

CH3 CH2 NCetanoisonitriloisocianuro de etilo

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 NCpentanoisonitriloisocianuro de pentilo

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14. Compuestos de Grignard

R M X Son hidrocarburos que incluyen un metal y un halgeno en su estructura. Este tipo de reactivos es ampliamente utilizado como precursor en reacciones de alquilacin (alargar cadenas por ejemplo) muy importantes en qumica orgnica. Los metales ms ampliamente usados son magnesio, cobre, y litio. Sin embargo, los llamados reactivos de Grignard slo contienen Magnesio. El resto de compuestos con un metal y un halgeno unidos a una cadena hidrocarbonada se denominan genricamente compuestos organometlicos. Los halgenos en tanto son, cloro bromo y yodo. Nomenclatura:

(Halgeno) URO + DE + (hidrocarburo) IL + metal

Ejemplos:

CH3 CH2 CH2 Mg Br

bromuro de propil magnesio

Mg I

yoduro de ciclopentil magnesio

SERIES ORGNICAS

Series Homlogas: Conjunto de compuestos consecutivos de la misma funcin cuya diferencia est en un fragmento de CH2. Ejemplo:

CH3 CH3

CH3 CH2 CH3

CH3 CH2 CH2 CH3

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3

etano

propano

butano

pentano

CH4 metano

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Series Heterlogas: Conjunto de compuestos de diferente funcin orgnica, que derivan del mismo hidrocarburo. Ejemplo:

CH2 CH2 OHCH3 CH2C

O

HCH3

propanol propanal

CH3 CH2C

O

O H

cido propanoico

Series Islogas: Conjunto de compuestos que difieren entre s en dos tomos de hidrgeno (H2).

Ejemplo:

CH3 CH2

CH2 CH2

CH3

CH2 CH

CH2 CH2

CH3

CH C

CH2 CH2

CH3pentano penteno pentino

CH3 CH2

CH2 CH2

OH

CH2 CH

CH2 CH2

OH

CH C

CH2 CH2

OH

butanol butenol butinol ISOMERA Los ismeros son molculas de igual o distinta funcin, que presentan similar frmula general. Esto es, la disposicin de los tomos es distinta, no as su proporcin. Tomemos los siguientes ejemplos:

CH3 CH2 OH CH3 O CH3

CH3CH2

CH2

C

O

HCH3

CH2C

CH3

O

etanol dimetil ter

butanal 2 - butanona

A)

B)

En A) la frmula molecular de ambos compuestos es C2H6O En B) la frmula molecular de ambos compuestos es C4H8O

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Se dice que ambas parejas son ejemplos de ismeros. En el caso de la pareja A) uno es un alcohol corriente mientras que el otro un ter, sin embargo la cantidad de tomo es la misma (y en la misma proporcin). En la pareja B) uno de ellos es un aldehdo y el otro una cetona. Ambos por cierto, tienen la misma frmula general. La importancia de los ismeros radica no slo en la coincidencia de las frmulas generales. Es sabido en qumica orgnica la enorme implicancia de la disposicin espacial de ciertas molculas aparentemente idnticas. A razn, de sta y otras cualidades, se analiza el tema de isomera de manera parcelada.

ISOMERA PLANA

Tipos de isomera

Isomera de Cadena

Isomera de posicin

Isomera de compensacin

Isomera de funcin Isomera de cadena Pertenecen a la misma funcin qumica y difieren slo en el tipo de cadena. Ejemplo:

CH3CH2

CH2

CH2

CH2CH3

CH3CH2

CH

CH2

CH3

CH3

n - hexano 3 metil pentano El n- hexano es una cadena aliftica lineal, en cambio el 3 metil pentano es una cadena ramificada.

Isomera de posicin Pertenecen a la misma funcin orgnica, pero se diferencian en la posicin de un radical o una insaturacin Ejemplo:

CH3 CH

CH2 CH2

CH3

OH

CH2CH2

CH2 CH2

CH3

OH

CH3 CH2

CH CH2

CH3OH

B)

2 - pentanol 1 - pentanol 3 - pentanol

C5 H12 O

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Isomera de compensacin (metamera) Pertenecen a la misma funcin qumica, pero se diferencian en la posicin de un heterotomo. Ejemplo:

CH3 CH2CH2 NH

CH3

CH3 CH2NH CH2

CH3

metil - propil amina dietil aminaC4 H11 N

Isomera de funcin Difieren en la funcin qumica, pero tienen la misma frmula general. Ejemplo:

CH3 CH2 OH CH3 O CH3

CH3CH2

CH2

C

O

HCH3

CH2C

CH3

O

etanol dimetil ter

butanal 2 - butanona

C2 H6 O

C4 H8 O

Tautomera: Los tautmeros son ismeros de funcin que se encuentran en equilibrio en solucin acuosa. Dos ejemplos comunes son:

CH3 CH2C

O

H

CH3 CH

CH OH

CH3 C

CH3

O

CH2 C

CH3

OH

propanal propenol

2 propanona 1 - propeno - 2 - ol

30

ISOMERA ESPACIAL (ESTEREOISOMERA)

Los ismeros son compuestos que difieren entre s por la disposicin espacial de sus tomos. Mostraremos dos casos de isomera espacial:

Isomera geomtrica

Isomera ptica Isomera geomtrica (isomera Cis Trans) Consideremos el compuesto 1, 2 - dicloro - eteno

CH C H

C l

C l La hibridacin sp2 de los carbonos indica que la molcula es plana y por tanto los radicales de cloro se disponen cada uno sobre y bajo el plano, o bien ambos al mismo lado. Respecto de esto se generan dos molculas diferentes, no superponibles de 1,2 - dicloro - eteno. stos son los denominados ismeros geomtricos. El ismero que presenta los dos tomos de cloro del mismo lado, en relacin al plano determinado por el doble enlace, es llamado CIS y el otro es un ismero TRANS.

31

Isomera ptica Ciertas sustancias qumicas tienen el poder de desviar el plano de vibracin de la luz polarizada; la luz polarizada vibra slo en un plano, al contrario de la luz natural, que est constituida de ondas vibrando en todas las direcciones. Diremos que las sustancias que desvan el plano de vibracin de la luz polarizada tienen actividad ptica o que ellas son pticamente activas. En el caso que el desvo ocurra para la derecha, diremos que son dextrgiras; ocurriendo lo inverso, diremos que se trata de sustancias levgiras.

Desvo a la derecha dextrgira (d)

Desvo a la izquierda levgira (llll) Un ejemplo:

Para nuestro inters, podemos considerar que la actividad ptica de una sustancia es producto de su asimetra molecular. Asimetra molecular actividad ptica El carbono asimtrico es denominado centro estereognico (sealado C*) y corresponde a aquel unido a cuatro radicales diferentes.

Si la molcula presenta al menos un centro estereognico se le denomina quiral y por lo tanto tendr actividad ptica.

*

32

Podemos encontrar dos cidos lcticos, con comportamiento diferente, slo porque uno de ellos desva la luz polarizada en el sentido dextrgiro y el otro en el levgiro. Para diferenciarlos recurrimos a la nomenclatura especial d y l . Vemos en el ejemplo que existen dos estructuras moleculares no superponibles; cada una corresponde a una de dos tipos de molculas de cido lctico. Esto se observa como si una fuese la imagen especular de la otra, por tanto podemos diremos que las dos molculas son ismeros pticos: Los dos ismeros, el dextrgiro y el levgiro, son llamados ENANTIMEROS Una mezcla formada por cantidades equimoleculares de dos enantimeros se denomina mezcla racmica y es pticamente inactiva. Para compuestos con ms de un tomo de carbono asimtrico y diferente, se encuentra el nmero de ismeros activos por la frmula 2n siendo n el nmero de tomos de carbonos asimtricos (centros estereognicos).

REACCIONES ORGNICAS Reacciones de Sustitucin Son un tipo de reaccin muy comn en los laboratorios orgnicos y consiste en sustituir al menos un tomo de hidrgeno de un hidrocarburo por otro u otros tomos. Las reacciones ms importantes son:

Nitraciones Sulfonaciones Halogenaciones

Nitracin:

R H + HO NO2 H2O + R NO2

CH

CH

CH

CH

CH

CH + HNO3 C

CH

CH

CH

CH

CH

NO2

+ OH2

cido lctico d cido lctico l

espejo

33

Note que un hidrgeno del benceno es sustituido por un grupo NITRO proveniente de la molcula de cido ntrico (HNO3) Sulfonacin:

R H + HO SO3H H2O + R SO3H

CH

CH

CH

CH

CH

CH + H2SO4 C

CH

CH

CH

CH

CH

SO3H

+ OH2

Cloracin:

R H + Cl Cl luz HCl + R Cl

Reacciones de Adicin Se visualizan por la adicin de tomos o grupos de tomos generalmente con rompimiento de enlaces de dobles y triples enlaces. Hay muchos ejemplos de reacciones de adicin y en muchas funciones. En los hidrocarburos tenemos, por ejemplo, la cloracin de los alquenos, la hidrogenacin de alquenos obteniendo alcanos, las polimerizaciones por adicin, etc. Ejemplo:

CH3 CH2CH CH2

+ Cl ClCH3 CH2

CH CH2Cl

Cl

buteno 1, 2 dicloro butano En la reaccin dos tomos de cloro saturan al alqueno y lo transforman en un halogenuro de alquilo (compuesto halogenado). Los fragmentos que se incorporan en la molcula son iguales, as que poco importa conocer a cual de los carbonos va una especie o la otra. Sin embargo, observemos el siguiente ejemplo:

H H I I H3C C CH3 + Cl Cl HCl + H3C C CH3 I I H Cl propano 2-cloropropano

34

CH3 CH2

CH CH2+ H Cl

CH3 CH2

CH CH2

Cl

H

buteno 2 cloro butano

90%

+CH3 CH2

CH CH2

H

Cl

1 cloro butano10%

Observamos que en esta reaccin de adicin, un porcentaje mayoritario es el ismero 2 cloro butano. Las razones de esta desigualdad responden a una estabilidad energtica de los compuestos intermediarios a esta reaccin (carbocationes). Para justificar el por qu la reaccin es ms espontnea en uno u otro caso se utiliza la regla de markovnikoff Regla de Markovnikoff: La adicin de hidrgeno se har en el carbono ms hidrogenado, cuando se trata de un doble enlace asimtrico). Reacciones de Eliminacin En estas reacciones algunos tomos o grupos son eliminados de la sustancia, dando origen a otra, ms condensada y con eventual aparecimiento de dobles y/o triples enlaces. Ejemplo:

CH3CH2

CH2CH2

CHCH

CH3Cl

Cl

+ Zn CH3CH2

CH2

CH2

CH

CHCH3 + ZnCl 2

35

Reacciones de Combustin La combustin completa de una sustancia orgnica da origen a dixido de carbono (gas carbnico) y agua. La combustin incompleta, en funcin de la cantidad de oxgeno comburente disponible, da origen a monxido de carbono o tambin carbono. En orden decreciente de oxgeno disponible obtendremos, por lo tanto, CO2, CO o C. Ejemplos: Combustiones completas: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O metano

C2H2 + 2

5O2 2 CO2 + H2O

etino (acetileno) C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O propano

Combustin incompleta: C8H18 + 2

17O2 8 CO + 9 H2O

C8H18 + 2

9 O2 8 C + 9 H2O

CH4 + 2

3 O2 CO + 2 H2O

CH4 + O2 CO + 2 H2O

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Oxidacin de Alcoholes La oxidacin de alcoholes primarios forma inicialmente aldehdos y luego cidos carboxlicos y la oxidacin de alcoholes secundarios forma cetonas.

CH3 CH2 OH C

O

H CH3

oxidacin parcial oxidacin total

CH3C

OH

O

etanol

etanal cido etanoico

CH3 CH

CH3

OHoxidacin total CH3 C

CH3

O

alcohol primario

alcohol secundario

2 propanol 2 propanonadimetil cetona

CH3C

CH3

OH

CH3

alcohol terciario

oxidacin total NO HAY REACCIN!!!

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PRIORIDADES DE LOS GRUPOS FUNCIONALES

FUNCIN FRMULA PRIORIDAD PREFIJO SUFIJO

CIDOS CARBOXILICOS

-COOH 1 carboxi

-carboxilico

-oico

CIDOS SULFONICOS

-SO3H 2 sulfo

-sulfnico

STER -COO-R 3 R-oxicarbonilo -oato de R

-carboxilato de R

HALUROS DE CIDO

-CO-X 4 haloformil

-haluro de oilo

AMIDAS -CO-NH2 5 carbonil

-carboxamida

-amida

NITRILOS -CN 6

ciano

-carbonitrilo -A-nitrilo

ALDEHIDOS -CHO 7 formil

-carbaldehdo

-al

CETONAS -CO-R 8 oxo

-ona

ALCOHOLES -OH 9 hidroxi

-ol

AMINAS -NH2 10 amino

-R-amina

ETERES -O-R 11 R-oxi

-R-ter

ALQUENOS

C =C 12 en

-eno

ALQUINOS C C 13 in

-ino

HALOGENOS X 14 halo

---

NITROCOMPUESTOS -NO2 15 nitro

---

RADICALES ALQUILICOS

-R

16

nombre del radical ---

NOTA:Los halgenos y radicales alqulicos, aunque no son grupos funcionales, han sido includos en esta tabla para destacar sus prioridades relativas.

38

TEST DE EVALUACIN MDULO 09 1. Hoy es correcto afirmar que A) todo compuesto que tenga carbono necesariamente es considerado un compuesto

orgnico. B) los compuestos orgnicos no pueden ser sintetizados artificialmente en un laboratorio.

C) todo compuesto considerado orgnico debe contener necesariamente el elemento carbono. D) slo los seres vivos son poseedores de una fuerza vital capaz de producir compuestos

orgnicos. E) a partir de un compuesto inorgnico es imposible obtener un compuesto orgnico.

2. En el compuesto hay

CH3 C CH2 CH3

CH3

CH3

Carbonos Carbonos Carbonos Carbonos

Primarios Secundarios Terciarios Cuaternarios

A) 2 2 1 0 B) 3 2 0 2 C) 4 0 1 1 D) 4 1 0 1 E) 5 0 0 1

3. De los siguientes compuestos, el que tiene una cadena carbnica aliftica, normal, insaturada

y heterognea es A) CH3 - O - CH2 - CH3

B) CH3 - C - CH2 - CH3

C) CH2 = CH - NH - CH3

D) CH=CH / \ CH2 CH2 \ / O

E) CH3 - C=O \

OH

O

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4. El nombre oficial (IUPAC) del alcano

A) 2-metil-2,4-dietil-pentano B) 3,3-dimetil-5-etil-hexano. C) 2,4-dimetil-2,4-dietil-hexano. D) 3,3,5-trimetil-heptano. E) decano.

5. La frmula molecular o frmula global del 2,3-dimetil-pentano es

A) C6H16 B) C7H14 C) C7H16 D) C7H12 E) C5H12

6. Si se unen entre s los radicales etil e isopropil, se obtiene un alcano de nombre oficial

A) 2-metil-butano B) pentano C) 2,2-dimetil-propano D) 2-etil-propano E) neopentano

7. En la siguiente estructura, los nmero indicados representan el tipo de enlace existente entre

los tomos de carbono . Entonces es correcto: CH3 | CH ...(1)... C ...(2)...CH2 ...(3)...C ...(4)... CH2

(1) (2) (3) (4) A) simple doble triple doble B) triple simple simple doble C) doble doble simple simple D) triple simple doble doble E) triple doble simple doble

8. El nombre oficial del compuesto es

A) trimetil-1,3-isociclopentano B) 1-isopropil-4-metil-ciclopentano C) 1-metil.3-isopropil-ciclopentano D) 1,3-metil-propil-ciclopentano E) 1-metil-4-isopropil-ciclopentano

CH3 C CH2 CH

CH2

CH3

CH3

CH3

CH2

CH3

CH3

CH

CH3

CH3

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9. El nombre 2-metil-2-propanol corresponde a un A) monoalcohol primario. B) dialcohol primario. C) monoalcohol terciario. D) trialcohol. E) monoalcohol secundario. 10. La frmula molecular CnH2n + 2O puede corresponder a un A) aldehdo o un alcohol. B) ter o a un alcohol. C) fenol solamente. D) aldehdo o a un ter. E) ter, a un aldehdo o a un alcohol.

DSIQC09