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Tema 1. Química Orgánica
Facultade de CienciasUniversidade da Coruña
1º Grado en BiologíaQuímica
Contenidos
Introducción a la Química Orgánica Alcanos Alquenos y alquinos Hidrocarburos aromáticos Haluros o halogenuros de alquilo Alcoholes, fenoles y éteres Aldehídos y cetonas Ácidos carboxílicos y sus derivados Aminas y amidas Isomería
El carbono posee un carácter químico especialCarbono (Z = 6) 1s2 2s2 2p2
Tetraédrica
Hibridación sp3 del átomo de carbono
Estado electrónicofundamental del carbono
2s
2p
Hibridación
Todos los compuestos orgánicos derivan de loshidrocarburos
Los hidrocarburos están constituidos sólo por C e H
Los compuestos orgánicos pueden tener además otroselementos como O, N, S, P o halógenos, denominadosheteroátomos
Los compuestos orgánicos se clasifican atendiendo a losgrupos funcionales que contienen
Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos queconfiere propiedades físicas y químicas específicas alcompuesto en el que está
Los compuestos orgánicos
Compuestos (C, H)Hidrocarburos
AlcanosAlcanos
AlquenosAlquenos
AlquinosAlquinos
Hidrocarburos aromáticosHidrocarburos aromáticos
Compuestos (C, H, O, N, Cl, Br…)
Haluros o halogenuros de alquilo
Haluros o halogenuros de alquilo
Alcoholes, fenoles y éteresAlcoholes, fenoles y éteres
Aldehídos y cetonasAldehídos y cetonas
Ácidos carboxílicos y sus derivados
Ácidos carboxílicos y sus derivados
Aminas y amidasAminas y amidas
Clasificación de los compuestos orgánicos
¿Cómo se dibujan las moléculas orgánicas?
TIPOS DE
FÓRMULAS
Fórmula molecular
Formula estructural
C2H4O (C4H8O2)Fórmula empírica
semidesarrollada
desarrollada
espacial
C4H8O2
Fórmulas de los compuestos orgánicos
¿Cómo se dibujan las moléculas orgánicas?
Los enlaces se representan por líneas (una línea = dos electronescompartidos).
1. No se representan los átomos de carbonos ni los hidrógenos, excepto enlos extremos (razones de claridad). Los hidrógenos se representancuando es necesario especificar una estereoquímica.
2. Se asume que los átomos de C se sitúan en los vértices de las líneas. Seasumen suficientes enlaces C ̶̶ H para que cada C tenga cuatro enlaces(un octeto).
3. Se representan los heteroátomos unidos (N, O, S, P, F, Cl, Br, I, etc.)
Fórmulas de los compuestos orgánicos
Hidrocarburos: moléculas que contienen sólo carbono e hidrógeno
Ramificado CicloalcanoLineal
Hidrocarburos alifáticos: alcanos, alquenos, alquinos
Hidrocarburos saturados
Fórmula general CnH2n+2
Hidrocarburos
n Nombre Fórmula
1 metano CH4
2 etano CH3CH3
3 propano CH3CH2CH3
4 butano CH3(CH2)2CH3
5 pentano CH3(CH2)3CH3
6 hexano CH3(CH2)4CH3
7 heptano CH3(CH2)5CH3
8 octano CH3(CH2)6CH3
9 nonano CH3(CH2)7CH3
10 decano CH3(CH2)8CH3
n Nombre Fórmula
11 undecano CH3(CH2)9CH3
12 dodecano CH3(CH2)10CH3
13 tridecano CH3(CH2)11CH3
14 tetradecano CH3(CH2)12CH3
15 pentadecano CH3(CH2)13CH3
16 hexadecano CH3(CH2)14CH3
17 heptadecano CH3(CH2)15CH3
20 eicosano CH3(CH2)18CH3
30 triacontano CH3(CH2)28CH3
40 tetracontano CH3(CH2)38CH3
Alcanos (CnH2n+2)
Densidad
Punto de ebullición
Tem
per
atu
ra (
ºC)
Número de carbonos
Punto defusión
Propano licuado(combustible para sopletes, fogón de camping)
C29H60 y C31H64(recubrimientocéreo de hojas)
Alcanos entre20 y 30 átomos(recubrimientocéreo de la cáscarade manzana)
Den
sidad
en estad
o só
lido
a 90
K (g
/cm
3)
Alcanos (CnH2n+2)
Las propiedades físicas vienen determinadas por las
fuerzas de atracción de London entre las moléculas
Los alcanos son moléculas apolares
Las fuerzas de London son debidas a lainteracción electrónica intermolecular
Las fuerzas de London son débiles,varían con la 6ª potencia de la distanciaentre moléculas
Molécula más grande = mayor área superficial = mayor atracción van
der Waals = mayor punto de ebullición y fusión
Alcanos (CnH2n+2)
En los alcanos ramificados la cadena más larga es la cadenaprincipal, a los grupos que están unidos a la cadena principal se lesdenomina sustituyentes y se nombran como radicales alquilo. Songrupos que tienen un hidrógeno menos que el alcano del queprovienen.
CH3CH3
CH3CH2
Etano
Etilo
Alcano
Alquilo
Alcanos (CnH2n+2)
Encontrar la cadena lineal de mayor número de átomos de carbonoy usar el nombre de esta cadena como nombre de la estructurabásica del compuesto.
¿Cuál es la cadena más larga en este compuesto?
10 carbonos = decano
Alcanos (CnH2n+2)
En este caso, tenemos dos cadenas de 10 átomos de carbono¿cuál debemos elegir?
La cadena con mayor número de sustituyentes
¿Cómo numerar la cadena?
Regla IUPAC: Numerar los carbonos de la cadena más largacomenzando por el extremo más próximo a un sustituyente.
Alcanos (CnH2n+2)
¿Cómo nombrar los sustituyentes en nuestra molécula?
Los sustituyentes se ordenarán por orden alfabético.
Si hay varios sustituyentes iguales se antepone el prefijo di (2), tri(3), tetra (4), penta (5)… y se escribe el número localizador antes delos sustituyentes.
2,5,7,8-tetrametil-4-propildecano
Alcanos (CnH2n+2)
Fórmula general: CnH2n
El nombre del alcano va precedido por el prefijo ciclo-
Para nombrar los sustituyentes se siguen las mismas reglasque para los alcanos.
Cicloalcanos (CnH2n)
“Rotación libre alrededor del enlace C-C”
Consecuencia de la geometría tetraédrica del C sp3
Las conformaciones de una molécula son las diferentesdispociones relativas que adoptan sus átomos al girar uncarbono respecto al otro
Los confórmeros son isómeros resultado del giro de unenlace sencillo
La interconversión entre confórmeros requiere poca energía,es muy rápida y resulta muy difícil separar los isómerosconformacionales
Isomería conformacional
C sp2
p
sp2
sp2
pTrigonal plana
Molécula de eteno (C2H4)
Hibridación sp2 del átomo de carbono
C
H
H
C
H
H
1-Buteno 2-Buteno 2-Penteno Ciclohexeno
Reglas IUPAC
1. Buscar la cadena más largacon el grupo funcional
2. Indicar la posición del dobleenlace (la más baja posible)
3. Nombrar los sustituyentes
4. Terminación -eno
Isómeros de doble enlace
Alquenos (CnH2n)
3-Metil-1-penteno 3-Metilciclohexeno
2-Metil-3-hexeno
C sp
p
p
spp
p
Molécula de etino (C2H2)
Hibridación sp del átomo de carbono
Etino(Acetileno)
2-Butino(Dimetilacetileno)
4-Bromo-2-hexino 3,3-Dimetil-1-butino
3-Hexen-1-ino 1-Penten-4-ino 5-Hexin-2-ol
Alquinos (CnH2n-2)
Es la misma que
Benceno y sus formas resonantes
Benceno
Termodinámicamente: estableCinéticamente: estable
Hidrocarburos aromáticos
Enlace del benceno
Estructura del benceno
C-C sencillo 1.54 ÅC=C doble 1.34 Å
Hidrocarburos aromáticos
Ciclohexeno
1,3-CiclohexadienoBenceno
“1,3,5-Ciclohexatrieno”Energía deresonancia
Ciclohexano
Estabilidad del benceno.Energía de resonancia.
Hidrocarburos aromáticos
Fluorobenceno Nitrobenceno (1,1-Dimetiletil)benceno
1,2-Diclorobenceno(o-Diclorobenceno)
1-Bromo-3-nitrobenceno(m-Bromonitrobenceno)
1-Etil-4-(1-metiletil)benceno(p-Etilisopropilbenceno)
Hidrocarburos aromáticos
Bencenol(Fenol)
(Antiséptico y anestésicoen nebulizadores orales)
Bencenamina(Anilina)
(Industria decolorantes)
Bencenocarboxialdehído(Benzaldehído)
(Condimento artificial)
1-Feniletanona(Acetofenona)
(Fármaco hipnótico)
Ácido bencenocarboxílico(Ácido benzoico)
(Conservante alimentario)
Hidrocarburos aromáticos
Se antepone al nombre del hidrocarburo el prefijo fluoro- para el flúor, cloro- para cloro, bromo- para bromo y yodo- para yodo.
Halogenuros de alquilo
OH
2-Metilpentanol
OHOH
2-Metilciclohexanol2,4-Dimetilpentan-3-ol
12
3
4
5
1212
345
OH
2-Etil-3-metilheptanol
1234
5
6
7
OH
Clcis-3-Clorociclobutanol
Prioridad de grupos
funcionalesácidos
ésteres
aldehídos
cetonas
alcoholes
aminas
alquinos
alquenos
alcanos
éteres
haluros
IUPAC: Nombre del alcano principal terminado en –ol
Nombre común: alcohol + nombre grupo alquilo + ico
Alcoholes
Alcanos
Alcoholes
Número de átomos de carbono
(K)
Los alcoholes tienen puntos de fusión y ebullición más elevados que los alcanos
1) Polaridad del enlace
2) La formación de enlaces de hidrógeno
Alcoholes
La formación de enlaces de hidrógeno comporta un aumento delos puntos de ebullición y la solubilidad en agua.
Mayor parte hidrofóbica implica menor solubilidad en agua del alcohol
Metanol Pentanol
Disolución acuosa de metanol
El grupo funcional OH es polar, por lo que son solubles en agua
Enlaces de hidrógeno intermoleculares
Agua
Alcohol
Alcoholes
La acidez de los alcoholes es similar a la del agua
Los alcoholes como ácidos y bases (anfóteros)
Alcoholes
Producción biológica del etanol
El 95% del etanol se metaboliza en el hígado
Producción industrial del etanol
Alcoholes
Metoxietano(Etilmetiléter)
2-Etoxi-2-metilpropano Metoxibenceno(Fenil metil éter)
Puntos de ebullición similares a los alcanos
Enlace de hidrógeno No hay enlace de hidrógeno
H3C
O
CH3 CH3
OH3CH O
CH3
H3C
O
CH3
• No son polares, por tanto son poco solubles en agua• Son poco reactivos
Éteres
El grupo carbonilo C=O forma parte de numerosas funciones orgánicas
O
R NR´
R
Aldehídos Cetonas
Ácidos carboxílicos AmidasÉsteres
El grupo carbonilo (C=O)
Grupo aldehído(enlazado a un hidrógeno)
Grupo cetona(enlazado a dos carbonos)
Aldehídos y cetonas
Etanal(Acetaldehído)
4-ClorobutanalMetanal(Formaldehído)
Propanal
Ciclohexanocarbaldehído 4-Hidroxi-3-metoxi-bencenocarbaldehído(4-Hidroxi-3-metoxibenzaldehído)
2-Pentanona 4-Cloro-6-metil-3-heptanona
Aldehídos: Nombre del alcano principal terminado en –alCetonas: Nombre del alcano principal terminado en -ona
Aldehídos y cetonas
Formas de representar los aldehídos y cetonas
Butanal:
2-Butanona:
No confundir con COH
Aldehídos y cetonas
Etanal: material de partida en la industria de plásticos,pinturas, industria delcaucho, papel, etc. También se usa como conservante enproductos alimenticios.
CH3H3C
H3CO
AlcanforLinimentos:-antiséptico-protector cutáneo
H
O
Undecenal (feromona sexual de la mariposa gigante de la cera)
Aldehídos y cetonas
Adición de agua paraformar dioles
H2OH2O
Aldehído Cetona HemiacetalHemiacetal
Adición de alcoholes para formar hemiacetales
1,1-Dioles
Reacciones de los aldehídos y cetonas
Glucosa: hidrato de carbono
Aldehídos y cetonas
Hidratos, hemiacetales y acetales en la naturaleza
OH
HO
H
OHH
OH
CH2OH
HH CH2OH
OH H
H OHO
OH
CH2OHO
Sacarosa
Caña de azúcar
Aldehídos y cetonas
Nomenclatura: el nombre del alcano correspondiente terminado en -oico
O
R NR´
RÁcidos carboxílicos AmidasÉsteres
Corteza de sauce
HO
O OH
Ácido 2-hidroxibenzoico(ácido salicílico)
Ácidos carboxílicos y sus derivados
Carácter ácido y básico de los ácidos carboxílicos
Formación de sales o carboxilatos
Ácido 4,4-dimetilpentanoico(Ligeramente soluble en agua)
4,4-Dimetilpentanoato de sodio(Soluble en agua)
Tienen propiedades ácidas, pero son ácidos débiles
Ácidos carboxílicos y sus derivados
Propanoato de 2-metilpropilo(Componente del aroma de ron)
Pentanoato de 3-metilbutilo(Componente del aroma de manzana)
2-Aminobenzoato de metilo(Componente del aroma de uva)
El grupo hidroxilo ha sido sustituido por un grupo alcoxi
Reacción de esterificación e hidrólisis
Ésteres
Amoníaco
Amina primaria
Amina secundaria
Amina terciaria
Amida primaria
Amida secundaria
Amida terciaria
Amoníaco a aminas combinados con ácidosSustitución de hidrógenos
por grupos alquilo
Aminas y amidas (compuestos con N)
Bencenamina(Anilina)
N-Metiletanamina N,N-Dimetiletanamina
• Nombre del grupo unido al átomo de nitrógeno + amina
• Si hay más grupos diferentes unidos al nitrógeno, se describen sus nombres en forma alfabética + amina
Aminas
Amidas
Isomería
Isomeríaconstitucional:
-de cadena-de posición-de función
Estereoisomería
Conformacional Óptica
No guardan relación deimagen especular
Diastereoisómeros
Guardan relación deimagen especular perono son superponibles
Enantiómeros
Geométrica
Cis/Trans
Isomería en Química Orgánica
Constitucional de cadena
Constitucional de posición
Constitucional de función
Isomería en Química Orgánica
Estereoisómeros con distinta configuración
La interconversión es difícil porque requiere mucha energía
Los isómeros geométricos poseen al menos un enlace sinrotación libre: alquenos
Isomería Geométrica
Alquenos con tres o cuatro sustituyentes distintos
Para cada uno de los carbonos del doble enlace, se asigna unorden de prioridad
Sustituyentes de mayor prioridad del mismo lado (Z)Sustituyentes de mayor prioridad de distinto lado (E)
Nomenclatura E / Z
Objetos superponibles asus imágenes especulares
QuiralesAquirales
Objetos no superponiblesa sus imágenes especulares
Espejo
La palabra quiral proviene del griego “cheir” mano
Quiralidad en la naturaleza
Isomería óptica
La simetría molecular permite distinguir estructuras quiralesde aquirales
Metano(6 planos
especulares)
Clorometano(3 planos
especulares)
Diclorometano(2 planos
especulares)
Bromocloro-metano(1 plano
especular)
Bromocloro-fluorometano(ningún plano
especular)
Aquiral Aquiral Aquiral Aquiral Quiral
Carbonos asimétricos
http://www.quimiweb.com.ar/animaciones/Isomer%EDa%20Espacial%20o%20Estereoisomer%EDa/Carbono%20sim%E9trico%20anim..gif
http://www.quimiweb.com.ar/animaciones/Isomer%EDa%20Espacial%20o%20Estereoisomer%EDa/Carbono%20asim%E9trico%20anim..gif
Carbono asimétrico C*(cuatro sustotuyentes distintos)
Moléculas con un C*(moléculas quirales)
Carbonos asimétricos
NA = 1
NA =53
NA= 6NA = 35
R
H
I
CH3CH2CH3
Nomenclatura R y S
¿Por qué este orden de prioridades?
tiene menos prioridad que
Metilo Etilo(R)-2-Yodobutano
Nomenclatura R y S
Espejo
Los dos estereoisómeros no son superponibles
2-Bromobutano
Concepto de enantiómeros
CH3
Transformación
Proyecciónde Fischer
Molécula enperspectiva
Representación en dos dimensiones
Proyección de Fischer
CH3
Br
CH3CH2
H CH3
CH2CH3CH2CH3
H HBr Br
Nomenclatura D y L en los azúcares y en aminoácidos
Enantiómeros de los azúcares
Ácido 2-hidroxipropanoico (Ácido láctico)Ácido 2-aminopropanoico(Alanina)
Dos enantiómeros tienen propiedades físicas y químicas idénticas, excepto una
()-Ácido 2-hidroxipropanoico[()-Ácido láctico]
[]25ºCD = 3.8
()-Ácido 2-hidroxipropanoico[()-Ácido láctico]
[]25ºCD = 3.8
Espejo
Un enantiómero Un enantiómero(sangre y fluído muscular)
Mezcla de enantiómeros(leche fermentada, plantas)
Enantiómeros de los aminoácidos
R-()-AlbuterolS-()-Albuterol
Espejo
Fármacos quirales ¿racémicos o enantioméricamente puros?
AlbuterolAntagonista Broncodilatador
FDA (Agencia Federal de Alimentos y Medicamentos Estadounidense)
(S)-()-Albuterol (R)-()-Albuterol
Espejo
Importancia de los enantiómeros
Isómeros ópticos que no son imágenes especulares
Dos diastereoisómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes
Diastereoisómeros
