Actividad 1. Presaberes Compuestos Orgánicos Alcanos

Actividad 1. Presaberes
Compuestos Orgánicos
Alcanos:
Los alcanos son compuestos hidrocarbonados de fórmula molecular general
CnH2n+2. Los cuatro primeros miembros de la serie son: Metano (CH4), Etano
(C2H6), Propano (C3H8) y Butano (C4H10).
Las fórmulas estructurales de los compuestos orgánicos pueden ser escritas de
diferentes maneras. Por ejemplo para el caso del butano, tenemos cuatro formas de
escribir su estructura:
Con frecuencia una determinada fórmula molecular representa a dos o más
compuestos diferentes. Por ejemplo, existen dos compuestos de fórmula molecular
C4H10, cuyas estructuras pueden ser escritas de la siguiente manera:
La existencia de estos dos compuestos diferentes con la misma fórmula molecular
ilustra el fenómeno de isomería. Ambos compuestos son isómeros entre sí.
A continuación se da una lista de los nombres de los alcanos lineales de hasta 20
átomos de carbono:
Cicloalcanos:
Los cicloalcanos son hidrocarburos cíclicos (la cadena se cierra sobre sí misma
formando un anillo) y su fórmula molecular general es CnH2n.
Los cicloalcanos monocíclicos no sustituídos se nombran agregando el prefijo ciclo al
nombre del alcano lineal con el mismo número de átomos de carbono.
Ejemplos:
Alquenos:
Los alquenos son compuestos de fórmula molecular global CnH2n. Los dos primeros
miembros de la serie tienen los nombres triviales de etileno (H2C=CH2) y propileno
(H2C=CH–CH3), siendo el primero un nombre oficialmente aceptado por IUPAC. Los
derivados monosustituidos del etileno se nombran a menudo como compuestos
vinílico. Los derivados monosustituidos del propileno en el carbono saturado (sp3) se
nombran a menudo como compuestos arílicos:
Grupo vinilo
Grupo alilo
Nomenclatura IUPAC de alquenos:
1. Seleccionar la cadena más larga que contenga al doble enlace y tomar ésta como
cadena principal, nombrándola cambiando el sufijo ano del alcano correspondiente
por eno:
2. Numerar la cadena principal desde el extremo más cercano al doble enlace;
indicar la posición del doble enlace mediante el menor locante posible
correspondiente a los carbonos del doble enlace:
Isómeros geométricos.
Existen dos tipos de isómeros geométricos en dobles enlaces 1,2-disustituidos:
Ejemplos:
Cicloalquenos:
Los cicloalquenos son moléculas de fórmula molecular global CnH2n-2. Para
nombrar los cicloalquenos se asignan los locantes 1 y 2 a los carbonos del doble
enlace. La dirección de numeración se elige de manera de dar los menores locantes
a los sustituyentes del anillo, en la primera diferencia. Ya que el doble enlace
siempre está en posición 1 no es necesario especificarlo en el nombre. En
cicloheptenos y
anillos más pequeños no es necesario especificar isomería geométrica ya que los
hidrógenos o sustituyentes del doble enlace siempre se encontrarán en posición cis.
Ejemplos:
En la nomenclatura IUPAC, los dienos, trienos, tetraenos, etc., se nombran igual que
los alquenos pero sustituyendo la terminación eno por adieno, atrieno, atetraeno,
etc. Para indicar las posiciones de los dobles enlaces se utilizan los menores
locantes que correspondan a cada uno:
1,2- Butadieno
1,3- Butadieno
1-metil-1,4-ciclohexadieno
Alquinos:
Los alquinos tienen fórmula molecular global CnH2n-2. El miembro más sencillo de la
serie tiene la estructura HC≡CH y es conocido por su nombre común, acetileno. Los
alquinos superiores pueden ser considerados como derivados del acetileno y ser
nombrados en forma trivial como tales, por ejemplo, H3C–C≡CH, sería el
metilacetileno.
Nomenclatura IUPAC de alquinos.
La nomenclatura oficial de alquinos sigue los mismos lineamientos que la
nomenclatura de alquenos.
La cadena principal debe contener el triple enlace. La terminación ano del alcano
correspondiente es sustituida por la terminación ino. La posición del triple enlace se
indica con el menor locante posible:
2-pentino
3-hexino
1-butino
Para nombrar moléculas lineales que contienen dobles y triples enlaces, el sufijo ano
del alcano correspondiente se sustituye por el sufijo enino, adienino, endiino, etc.
De acuerdo con esta regla, la molécula HC≡C–CH=CH–CH=CH2 es un hexadienino
(hexa por derivar del hexano, dien, por tener 2 dobles enlaces, e ino por el triple
enlace). Como pueden formularse varios isómeros, debe especificarse la posición de
cada enlace múltiple sin ambigüedad. Para ello se atribuye a los dobles y triples
enlaces los menores locantes posibles:
1,3,5-Octatrien-7-ino
3-penten-1-ino
Cuando hay posibilidad de opción, se le atribuyen los menores locantes posibles a
los dobles enlaces:
Compuestos aromáticos:
El benceno, de fórmula C6H6 es el hidrocarburo aromático más importante. Su
estructura es representada usualmente por:
Los bencenos monosustituidos se nombran simplemente agregando el nombre del
sustituyente a la palabra benceno para formar un nombre de una única palabra.
Como todas las posiciones del anillo bencénico son equivalentes no se necesita
especificar locante para ubicar al sustituyente:
Etilbenceno
Nitrobenceno
Bromobenceno
Algunas veces es necesario referenciar al anillo bencénico como un sustituyente
llamado fenilo. Este grupo es común verlo representado como: C6H5–, Ph–, –; con lo
que el bromobenceno podría ser representado como:
C6H5Br
ó
Ph–Br
Los radicales aromáticos, de los cuales el fenilo es el más simple, se nombran en
forma general como radicales arilo. De la misma forma que un radical alquilo es
usualmente representado por una R, los radicales arilos son representados por el
símbolo Ar.
Cuando dos o más sustituyentes están presentes sobre un mismo anillo aromático
es necesario especificar las posiciones relativas de dichos sustituyentes de modo de
dejar esclarecido las diferencias entre los posibles isómeros. Dicha especificación se
lleva a cabo utilizando numeración a modo de locantes, tal que uno de los
sustituyentes lleva el locante nº 1 y el resto, la serie de locantes más baja
posible según se numeren los carbonos restantes del anillo consecutivamente al
elegido como nº 1 en forma horaria o antihoraria:
1,3-Diclorobenceno (NO 1,5-diclorobenceno)
Si solo están presentes dos sustituyentes, las letras o (por orto), m (por meta) y p
(por para) pueden ser usadas en lugar de los locantes 1,2- , 1,3- y 1,4respectivamente. Esta forma de nominación es usada normalmente en compuestos
disustituidos con un mismo sustituyente o en combinación con nombres triviales:
o-Dimetilbenceno
m-Dimetilbenceno
p-Dimetilbenceno
Muchos derivados del benceno son muy conocidos por sus nombres triviales a tal
punto que varios de estos nombres han sido aceptados por IUPAC.
Para el metilbenceno la denominación trivial aceptada es la de tolueno, el cual puede
ser representado por:
Algunos compuestos pueden ser nombrados como derivados del tolueno,
correspondiéndole en este caso el locante 1 siempre al sustituyente metilo, aunque
no le correspondiera si el mismo compuesto se nombrara como derivado del
benceno:
2-bromotolueno (ó también 1-Bomo-2-metilbenceno, ó o-Bromotolueno)
El tolueno puede encontrarse sustituido también en el grupo metilo, asignándole en
este caso al sustituyente que se encuentra sobre el metilo la locación α. Por ejemplo:
El compuesto puede ser nombrado como α-bromotolueno o simplemente
bromotolueno, ya que al no especificar ningún locante para el sustituyente bromo se
entiende entonces que éste estará sustituyendo sobre el grupo metilo. Dado que el
radical Ph–CH2– es conocido por el nombre de radical bencilo, el compuesto antes
presentado también puede ser nombrado como bromuro de bencilo. Los radicales
CH3–Ph– son conocidos comunmente como los radicales o-toluilo, m-toluilo o p-
toluilo, según la valencia libre se encuentre en la posición 2, 3 ó 4 con respecto al
CH3, respectivamente.
Los dimetilbencenos se nombran como xilenos, existiendo por lo tanto el o-xileno, el
m-xileno y el pxileno:
o-Xileno
m-Xileno
p-Xileno
Ácidos Carboxílicos
A los compuestos que contienen el grupo carboxilo (abreviado -COOH o CO2H) se
les denomina ácidos carboxílicos. El grupo carboxilo es el origen de una serie de
compuestos orgánicos entre los que se encuentran los haluros de ácido (RCOCl),
los anhídridos de ácido (RCOOCOR), los ésteres (RCOOR´) y las amidas
(RCONH2). El grupo carboxilo, -COOH, es formalmente una combinación de un
grupo carbonilo y de un hidroxilo.
Nomenclatura de la Ácidos Carboxílicos - Reglas IUPAC
Regla 1. La IUPAC nombra los ácidos carboxílicos reemplazando la terminación ano del alcano con igual número de carbonos por -oico.
Ácido metanoico
Ácido etanoico
Ácido propanoico
Ácido butanoico
(Ácido fórmico)
(Ácido acético)
(Ácido propiónico)
(Ácido butírico)
Regla 2. Cuando el ácido tiene sustituyentes, se numera la cadena de mayor
longitud dando el localizador más bajo al carbono del grupo ácido. Los ácidos
carboxílicos son prioritarios frente a otros grupos, que pasan a nombrarse como
sustituyentes.
Regla 3. Los ácidos carboxílicos también son prioritarios frente a alquenos y
alquinos. Moléculas con dos grupos ácido se nombran con la terminación -dioico.
Regla 4. Cuando el grupo ácido va unido a un anillo, se toma el ciclo como cadena
principal y se termina en -carboxílico.
Isómeros
Los isómeros son compuestos que tienen la misma composición atómica pero
diferente fórmula estructural (por ejemplo, la serie de las cetoaldosas). En general
una molécula con n centros quirales tiene 2n estereoisómeros. El gliceraldehído tiene
21=2; las aldohexosas con cuatro centros quirales, tienen 24=16 estereoisómeros.
Los estereoisómeros de los monosacáridos pueden ser divididos en dos grupos, los
cuales difieren en la configuración alrededor del centro quiral más lejano del carbono
carbonílico (carbono de referencia). Por ejemplo al gliceraldehído (en fórmulas de
proyección de Fisher):
D-glicerladehído
L-glicerladehído
Aquellos carbohidratos con la misma configuración en su carbono de referencia que
el D-gliceraldehído, son designados como isómeros D (el OH del carbono de
referencia está a la derecha), y aquellos con la configuración del L-gliceraldehído,
son isómeros L (el OH del carbono de referencia está a la izquierda). Por ejemplo,
de las 16 posibles aldohexosas, 8 de ellas son D y las 8 restantes L. Muchas de las
hexosas que se encuentran en los organismos vivientes son isómeros tipo D, lo que
indica inmediatamente, la estereoespecificidad de las enzimas que las utilizan como
substrato.
Los monosacáridos poseen actividad óptica y desvían el plano de la luz polarizada
hacia la derecha o hacia la izquierda, esta propiedad puede ser cuantificada en un
polarímetro. Si la luz gira en sentido de las manecillas de reloj, el compuesto es
dextrorrotatorio (dextro: griego, derecha) y se designa con el signo +. Si por el
contrario, la luz gira en sentido opuesto a las manecillas del reloj, es levorrotatorio
(levo: griego, al contrario) y se designa con -. Los enantiómeros giran el plano de la
luz polarizada en direcciones opuestas, pero con magnitudes iguales. Una mezcal
con la misma cantidad de + y – se denomina racémica.
Aromaticidad
Concepto
En química orgánica, la aromaticidad es una propiedad de hidrocarburos cíclicos conjugados en la
que los electrones de los enlaces dobles, libres de poder circular alrededor de un enlace a otro,
sea enlace doble o simple, confieren a la molécula una estabilidad mayor que la conferida si
dichos electrones permanecieran fijos en el enlace doble. Eso quiere decir que al representar la
molécula se dibujan los enlaces dobles en una configuración y, entre flechas, las demás
configuraciones como oportunidades adicionales tengan los electrones de los enlaces dobles de
formar otros enlaces alrededor del anillo aromático. La molécula de benceno, por ejemplo tiene
varios estados de resonancia, de los cuales dos son representados aquí, que corresponden a los
enlaces dobles alternándose con los enlaces simples:
Características para Compuestos Aromáticos.
Los compuestos aromáticos se caracterizan por poseer una particular estabilidad y
porque llevan a cabo las reacciones de substitución con mucha mas facilidad que las
de adición. Para que un compuesto se clasifique como aromático (es decir, para que
posea aromaticidad) debe cumplir con las siguientes condiciones:
1- Deben ser compuestos cíclicos, planos o casi planos.
2- Deben contener un número de dobles enlaces conjugados.
3- Deben tener una inusual energía de resonancia.
4- Cada átomo en el anillo debe tener orbitales "p" sin hibridizar (por lo
general, los átomos del anillo hibridizan sp2 o sp)
5- Los orbitales "p" deben estar paralelos entre sí.
6- Debe haber un solapamiento tal entre los orbitales "p" como para que se
generar una deslocalización total de todos los electrones en los enlaces pi.
7- Todos los electrones pi deben estar pareados.
8- Deben cumplir con la regla de Hückel. Esta regla establece que el número
de electrones pi en un compuesto aromático debe ser igual a (4N+2),
donde N es 0,1, 2, 3, .....
Por ejemplo:
Benceno C6H6
1,3,5 - Ciclohexatrieno