Química del carbono:

estudio de algunas

funciones orgánicas

Contenidos• Estructura y enlaces en moléculas orgánicas: geometría y polaridad.

Isomería geométrica.

• Relación entre fuerzas intermoleculares y las propiedades físicas de losprincipales compuestos orgánicos (alcoholes, ácidos grasos y ésteres).

• Revisión de la nomenclatura y formulación de las principales funcionesorgánicas.

• Los grupos funcionales como centros de reactividad molecular: estudio delos tipos principales de reacciones orgánicas.

• Obtención de alcoholes, ácidos orgánicos y ésteres. Estudio de algunosésteres de interés. Importancia de alcoholes y ácidos grasos.

• Polímeros y reacciones de polimerización. Valoración de la utilización delas sustancias orgánicas en el desarrollo de la sociedad actual. Problemasmedioambientales.

• La síntesis de medicamentos. Importancia y repercusiones de la industriaquímica orgánica.

8. Describir las características principales de alcoholes, ácidos y ésteres yescribir y nombrar correctamente las fórmulas desarrolladas decompuestos orgánicos sencillos.

• El objetivo de este criterio es comprobar si los estudiantes conocen las posibilidades de enlacedel carbono (y justifican la existencia de isómeros geométricos por la imposibilidad de girodel doble enlace) y formulan y nombran hidrocarburos saturados e insaturados, derivadoshalogenados y compuestos orgánicos oxigenados (alcoholes, éteres, aldehídos, cetonas, ácidosorgánicos, ésteres) y nitrogenados (aminas, amidas, nitrilos) con una única función orgánica.

• Asimismo se evaluará si reconocen y clasifican los diferentes tipos de reacciones aplicándolas a laobtención de alcoholes, ácidos orgánicos y ésteres: Obtención de un alcohol (etanol y 2-propanol) por la adición de agua a un alqueno (razonar la posibilidad de obtener mezclas deisómeros, sin valorar cuál sería el mayoritario). Halogenación del benceno. Deshidratacióndel etanol en presencia de ácidos fuertes. Oxidación de etanol y 2-propanol y obtención delacetato de etilo.

• También ha de valorarse si relacionan las propiedades físicas de estas sustancias con lanaturaleza de los enlaces presentes (covalentes y fuerzas intermoleculares) (Justificando losaltos valores de las temperaturas de ebullición de los alcoholes comparándolos con los de loshidrocarburos de semejante masa molecular, que los hidrocarburos sean insolubles en agua;así como la diferencia de solubilidad en agua del etanol, del ácido acético y del acetato deetilo ) y las propiedades químicas con los grupos funcionales como centros de reactividad(justificando el carácter ácido de los ácidos carboxílicos y el carácter básico de lasaminas).

• Por otra parte se valorará la importancia industrial y biológica de dichas sustancias (etileno), susmúltiples aplicaciones y las repercusiones que su uso genera (fabricación de pesticidas, etc.).

9. Describir la estructura general de los polímeros y valorar suinterés económico, biológico e industrial, así como el papel de laindustria química orgánica y sus repercusiones.

• Mediante este criterio se comprobará si el alumno o la alumna describe el procesode polimerización en la formación de estas sustancias macromoleculares,polimerización por adición (Explicar la formación del polietileno y el cloruro depolivinilo) y polimerización por condensación (Explicar la formación del nailon –poliamida- a partir de la diamina y el ácido dicarboxílico correspondiente, y delos poliésteres a partir de un diol y un ácido dicarboxílico)

• Identifica la estructura monoméricas de polímeros naturales (polisacáridos,proteínas, caucho) y artificiales (polietileno, PVC, poliamidas, poliésteres).

• También se evaluará si conoce el interés económico, biológico e industrial que tienen,así como los problemas que su obtención, utilización y reciclaje pueden ocasionar(polietileno)

• Además, se valorará el conocimiento del papel de la química en nuestras sociedadesy su necesaria contribución a las soluciones para avanzar hacia la sostenibilidad.

Principales tipos de

reacciones

Reacciones de sustitución.

Un átomo o grupo de átomos de la molécula del sustrato es sustituido

por otro átomo o grupo atómico, suministrado por el reactivo

R X + Y R Y + X

sustrato grupo salienteproductoreactivo

CH3CH3 + Cl2 CH3CH2Cl + HCl

CH3CH2 Cl + OH CH3CH2 OH + Cl

H

+ R X

R

+ HX AlCl3

Reacciones de adición (I).

C C + Y ZCC

Y Z

La molécula del sustrato gana dos átomos o grupos de átomos,

procedentes del reactivo

Adición de halogenuros de hidrógeno (regla de MARKONIKOV):

CH3CH CH2 + H Cl CH3CHCH2

H

CH3CHCH3 + Cl CH3CHCH3

Cl

Adición de halógenos:

CH3CH CHCH3 + Br2 CH3 CH CH CH3

BrBr

Adición de hidrógeno en presencia de catalizadores:

CH3CH CH2 + H2 CH3CHCH2

HH

Reacciones de eliminación.

CH3CH CH2 + KCl + H2OCH3 CH2 CH2 + KOH

H Cl

La molécula del sustrato pierde dos átomos o grupos de átomos,

formando un enlace (o cerrando un ciclo)

+ A BCC C C

A B

deshidratación de

un alcohol H2CCH2 + H2OCH2 CH2

H OHH2SO4

deshidrohalogenación de

halogenuros de alquilo

doble

eliminación CH3 C CH

Br H

H Br

CH3 C CH + 2KBr + 2H2O+ 2KOH

Reacciones de condensación.

Dos moléculas orgánicas se unen desprendiéndose una molécula

pequeña, generalmente agua

formación de una amida a partir de un ácido carboxílico y una amina

+ CH3 CH2 N H

H

CH3 C

O

OH

CH3 C

O

N CH2 CH3

H

+ H2O

esterificación o reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol para formar un éster

+ CH3 O HCH3 C

O

OH

+ H2OCH3 C

O

O CH3

Reacciones de oxidación-reducción.

COMBUSTIÓN: son procesos de oxidación violentos en atmósfera de oxígeno

o en el aire que se producen con gran desprendimiento de luz y calor

REACCIONES REDOX SIN RUPTURA DE LA CADENA: son oxidaciones

(y reducciones) más suaves, sin que se rompa la cadena carbonada

CH3CH2CH2CH3 + 13/2 O2 4CO2 + 5H2O + energía

RCH2OHoxidación

RCHOoxidación

RCOOH

reducción

reducción

La oxidación se realiza con K2Cr2O7 o con KMnO4

La reducción se suele realizar con LiAlH4

Reacciones químicas principales

• Sustitución:

– un grupo entra en lugar de otro que sale.

– CH3–Cl + H2O CH3–OH + HCl

• Adición: a un doble o triple enlace

– CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl–CH2Cl

• Eliminación: de un grupo de átomos.

– Se produce un doble enlace

– CH3–CH2OH CH2=CH2 + H2O

• Redox: (cambia el E.O. del carbono).

– CH3OH + ½ O2 HCHO + H2O

• Habitualmente, se sigue utilizando el

concepto de oxidación como aumento en la

proporción de oxígeno y reducción como

disminución en la proporción de oxígeno.

Ejemplos de reacciones de adición.

• Electrófila:

• CH3–CH=CH2 + H2 CH3–CH2–CH3

• CH3–CH=CH2 + Cl2 CH3–CHCl–CH2Cl

• CH3–CH=CH2 + HBr CH3–CHBr–CH3

(mayor proporción)

• CH3–CH=CH2 + H2O (H+) CH3–CHOH–CH3

(mayor proporción)

• Nucleófila: CN|

CH3–CO–CH3 + HCN CH3 –C–CH3|

OH

Ejemplos de Sustitución nucleófila.

• Sustitución de derivados clorados:

(CH3)3C–Cl + NaOH (CH3)3C–OH + NaCl

• Nota: Esta reacción compite con la de eliminación,

si bien en este caso, por formarse un carbocatión

estable (terciario) se favorece la sustitución.

CH3–CH2–CH2–Cl + 2 NH3 CH3–CH2–CH2–NH2

+ NH4Cl

• Sustitución de alcoholes:

CH3–CH2–OH + HBr CH3 CH2–Br + H2O

Reacciones más importantes

por grupos funcionales

ALCANOS Y HALOGENUROS DE

ALQUILOCOMBUSTIÓN: (la dan todos los compuestos)

son procesos de oxidación violentos en atmósfera de oxígeno o en el aire que se producen con gran desprendimiento de luz y calor

Sustitución: Por radicales libres: el reactivo atacante es un radical libre producido en una ruptura homolítica

Eliminación:

halogenuros de alquilo sufren una deshidrohalogenación con KOH

CH3CH2CH2CH3 + 13/2 O2 4CO2 + 5H2O + energía

CH3CH3 + Cl2 CH3CH2Cl + HCl

CH3CH CH2 + KCl + H2OCH3 CH2 CH2 + KOH

H Cl

ALQUENOS (OLEFINAS) Y

ALQUINOS• adición de:

HCl

Br2,Pierde el color marrón-rojizo

H2 (Pt,Ni como catalizador)

H2O (ácidos como catalizadores, H3PO4)Regla si es asimétrica el H se adiciona al carbono que tiene más

hidrógenos

CH3CH CH2

• oxidación

CH3–CH=CH–CH3 CH3 –CHOH–CHOH–CH3

KMnO4

BENCENO Y SUS DERIVADOS

• Reacciones de sustitución.

La más importante alquilación. Un hidrógeno es

sustituido por un resto orgánico (R-)

H

+ R X

R

+ HX AlCl3

Alcoholes• Eliminación de agua: deshidratación usando ácidos

sulfúrico o fosfórico u óxido de aluminio como catalizadores

H2CCH2 + H2OCH2 CH2

H OHH2SO4

• Oxidación con dicromato de potasio o permanganato de potasio

Alcoholes primarios oxidación a aldehídos y posteriormente a ácidos

Alcoholes secundarios oxidación a cetonas

RCH2OHoxidación

RCHOoxidación

RCOOH

• Esterificación: ácido + alcohol ester + agua

+ CH3 O HCH3 C

O

OH

+ H2OCH3 C

O

O CH3

Aldehídos, cetonas y ácidos

• Reducción con LiAlH4 a alcoholes

• Adición (poco importante)

• Esterificación (ácido + alcohol éster + agua

• Formación de amida: ácido + amina amida + agua

CH3 C

O

H+ H CN CH3 C H

CN

OH

+ CH3 CH2 N H

H

CH3 C

O

OH

CH3 C

O

N CH2 CH3

H

+ H2O

POLÍMEROSLos polímeros se producen por la unión de cientos de miles demoléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormescadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos y otrastienen ramificaciones. Si hay un monómero único o varios, se formanhomopolímeros o heteropolímeros.

MonómerosPolímero

(Homopolímero)

MonómerosPolímero

(Heteropolímero)

Los polímeros se clasifican en :

Naturales: proteínas, polisacáridos (almidón),ácidos nucleicos, el hule natural, etc.

Sintéticos: nylon, teflón, polietileno, PVC,poliestireno, poliéster, etc.

Polímeros y macromoléculas1 Macromoléculas y polímeros.

Las macromoléculas orgánicas se forman por unión sucesiva de muchas unidades

pequeñas, todas del mismo tipo, denominadas MONÓMEROS

POLÍMERO

polimerizaciónC C

FF

F F

Monómero: tetrafluoretileno

C C

F F

F F

C C

F F

F F

C C

F F

F Fn

Polímero: teflón

MONÓMERO polimerización

Recubrimientos de teflón

Reacciones de polimerización (I).

Por ADICIÓN: la unión sucesiva de las moléculas del monómero da un único producto

Formación de polietileno a partir de etileno:

C C

HH

H H

Monómero: etileno

C C

H H

H H

C C

H H

H H

C C

H H

H Hn

Polímero: polietileno

Polimerización

Catalizador

Reacciones de polimerización (II).

Formación de almidón a partir de glucosa:

Por CONDENSACIÓN: los monómeros se unen produciendo dos tipos de

compuestos (polímero + agua)

+ n glucosas

Glucosa

(C6H12O6)

Glucosa Maltosa (dímero)

n

Almidón (polímero)

nylon

Usado en cuerdas,

medias, textiles

Polietileno

Usado en bolsas de

plástico y juguetes

Poliestireno

Usado en la elaboración de “hielo seco”

y espumas aislantes

Ejemplos

PVC

poliéster

Usado en las tuberías de drenaje

Usado en Textiles

F F

C - C

F Fn

Teflón

Anti adherente usado en sartenes

Polímeros de adición

Monómero Polímero Usos típicos

CH2CH2

Eteno

[CH2CH2 ] n

Polietileno

Contenedores, tuberías, bolsas,

juguetes, cables aislantes.

CH2CH CH3

Propeno

[CH2CH ] n

CH3

Polipropileno

Fibras para alfombras, redes de

pesca, cuerdas, cesped artificial.

CH2CHCl

Cloroeteno

[CH2CH] n

Cl

Policloruro de vinilo (PVC)

Cañerías, mangueras, discos,

cuero artificial, envoltorios para

alimentos, baldosas.

CH2CHCN

Acrilonitrilo

[CH2CH ] n

CN

Poliacrilonitrilo

Fibras para ropa, alfombras,

tapices.

CH2CH

Estireno

[CH2CH ] n

Poliestireno

Espuma de poliestireno, vasos

para bebidas calientes,

embalajes, aislamientos.

CF2CF2

Tetrafluoreteno

[CH2CH2 ] n

Teflón

Recubrimientos antiadherentes

para utensilios de cocina.

Polímeros de condensación (II).

Monómero 2: hexametilendiaminaMonómero 1: ácido adípico

NAILON

El grupo –COOH del ácido adípico reacciona con el grupo –NH2 de la hexametilendiamina,

desprendiéndose una molécula de agua:

Por adición sucesiva de ambos monómeros, se forma finalmente, el polímero:

Polímeros de condensación (III).

POLIÉSTERES

Un tipo importante de poliésteres son los POLICARBONATOS, empleados en la

fabricación de lentes ópticas

Polimerización de ácidos carboxílicos y alcoholes: