1. Ralph J. Fessenden Joan S. Fessenden University of Montana
QUIMICA ORGANICA - I - -
2. Traductores: Eliseo Seoane Bardanca, Manuel Amo, Jos Rambn
Pedro, Universidad de Valencia, Espaila. Rafael Castillo B.,
U.N.A.M., Mxico. Revisores: Gerard0 Burton, Universidad de Buenos
Aires, Argentina. Deanna de Marcano. Universidad Central,
Venezuela. losLuis Mateos. Nilda Navarro. Carlos RiusA., U.N.A.M..
Mexico Mara del Pilar C . de Joseph-Nathan, Pedro Joseph-Nathan,
CIEA-I.P.N., Mxico. Portada: Sadtler Standard Spectra R. Derechos
Reservados, Sadtler Research Laboratories, Division of Bio-Rad
Laboratories. GRUPO EDITORIAL IBEROAMERICA RIOGANGES # 6 4 ,
MEXICO06500, D.F.MEXICO Versibn en espafiolde la obra Organic
Chemistry, 2nd. edition, por Ralph J. Fessendeny Joan S. Fessen-
den. La edjcibn original en ingls ha sido publicada por PWS
Publishers, Boston, EE.UU. @ i982. D.R.O.1983,Wadsworth
Internacional Iberoamrica, Belmont, California94002. Grupo
Editorial Ibero- amrica. Ningunaparte de este libropuede ser
reproducida, archivada o transmitida en forma alguna o mediante
algimesistema electrbnico, mechico, de fotorreproduccibn, memoria o
cualquier otro, sinel previo y expreso permiso escrito por la
editorial Wadsworth Internacional Iberoamrica, una divisibn de
Wadsworth Inc. ISBN 0-534-03144-9 IMPRESO EN MEXICO Esta edicibn en
espafiol es la niLa autorizada. Tipografa: World Composition
Services, Inc.
3. Prefacio Nuestroobjetivoalescribirestelibroesproducirun
textoparaun cursointroductorio anual de qumica orgnica, destinado a
guiar a los estudiantesen sus estudios y no simplementea
proveerlesuna recopilaci6n de conocimientosde qumica orgnica. Hemos
tratado de pensar siempre en el estudiante y creemos haber tenido
Cxito. La respuesta favorable de los usuarios, tanto profesores
como estudiantes, ha sido gra- tificante. Esta edicin tiene una
organizaci6n global, que incluye tablas de preparacin, las cuales
contienen las reacciones utilizadas en'la preparaci6n de las
diversas clases de compuestos; seccionescortas sobre el uso en
sinfesisde cada clase de compuestos; y tablas conresmenes de
reacciones, incorporadas a las secciones de sntesis. Los resmenesde
captuloenfatizanlospuntos importantes tratados.Estastablasy
secciones se incluyen para conveniencia de los estudiantes.
TambiCn, se hace Cnfasis en los , desplazamientosde electronesen
los mecanismos yun uso ms extensode las fmulas tridimensionales.
Eltextoestorganizadoentres partes: conceptosdeestructuray
enlace;reacciones orgnicas y mecanismos; y t6picos de inters
masxespecializado. Material introductorio. L o s captulos 1 y 2 son
principalmente revisiones de estructura atmica y molecular, junto
con electronegatividad, enlace de hidr6gen0, reacciones cido-basey
orbitales moleculares;presentados en lamayora de los casos en forma
grfica. Como introducci6n al concepto de grupos funcionales, se
incluyen los enlaces en algunoscompuestos simples de oxigeno y
nitrgeno. TambiCn se da aqu una breve introduccin a la teora de
resonancia con algunos ejemplos. En el captulo 3, se encuentra la
introduccinalpisomera estructural ya la nomenclatura. Adems de
describir la nomenclatura de los alcanos, pqesentamos bre-
4. iv Prefacio vemente la nomenclatura de algunas otras clases
de compuestos que se encuentran en la primera parte del libro. El
captulo 4, estereoqumica, contiene discusiones sobre estructura:
isomeria geomtrica, conformacin y quiralidad. Las proyecciones de
Fis- cher se encuentran en esta parte para mayor conveniencia de
los instructores que las impartenalcomienzo del curso. Tambin se
incluye aqu el tema de resolucin, en parte para demostrar la
importante diferencia entre enantimeros y diasteremeros, y en parte
como una extensin de las reacciones cido base. Reacciones orgnicas.
Los mecanismos se introducen en el captulo 5 con las reacciones de
sustituciny eliminacin de los halogenuros dealquilo. Tenemos varias
razones parahacer esto. Primero, la reaccin SN2tpica es una reaccin
concertada 'conun estado de transicin nico y es, por lo tanto,
ideal para introducir diagramas con estado de transicin y cintica
de reacciones. Segundo, el mecanismo SN1sigue en
formalgicaalSN2,permitindonosintroducirimpedimentoestricoy
carbocationes al comienzo del curso. Finalmente, las reacciones
inicas nospermiten aplicar los principios estereoqumicosvistos en
el captulo 4. Dado que el mecanismo El es msimportante en la qumica
delos alcoholes que en lade los halogenurosde alquilo, la discusin
principal dela reaccin El aparece en el captulo 7. El tema de la
resolucin de problemas de sntesis est en el captulo 6 sobre
halogenacin porradicales libresy compuestosorgnnometlicos,ya que a
esta altura los estudianteshabrn aprendido suficiente qumica como
para presentar el anlisis retrosinttico. El captulo 7 presenta
primero toda laqumica de los alcoholes, seguida de la de teres y
epxidos. Los steres inorgnicos y fenoles son tratados con ms
detalle en el capitulo sobre benceno y bencenos sustituidos. La
espectroscopainfrarroja y de RMN que se presenta en el captulo 8,
rompe el esquema de organizacinde reacciones orgnicas y se discute:
ms adelante en este prefacio. En el captulo9 (alquenosy alquinos),
seexplica eltema de hidroboracindebido al inter& creciente en
esta rea. Aunque la reaccin de Diels Alder se presenta en el
captulo9, el tema general de reaccionespericclicasest en el captulo
17. El captulo 10 (benceno y bencenos sustituidos)incluye las sales
de arildiazonio y los fenoles. La qumicade los
compuestoscarbonlicosest enloscaptulos 11-14. Elcaptulo 15 contiene
las aminas y una pequea discusin sobre catlisis de transferencia de
fase. Tpicos de intersespecializado. Los captulos 16-21 cubren los
comppestos policclicos y heterocclicos;reacciones
pericclicas;carbohidratos;protenas; lpidos; y espectroscopasUV y
color, y espectrometriade masas. Excepto por modificaciones menores
y actualizacin, estos captulos incluyen la sntesis sencilla de un
alcaloide y el tratamiento de las reacciones pericclicas usando la
aproximacin delorbital molecular frontera. Otros temas de inters
especial como carbenos, polmeros y el metabolismo del etanol, se
encuentrandentro de los captulos a los que lgicamentecorresponden,
por la qumicaque se estdiscutiendo.Dondees posible, estos temas se
tratan ensecciones separadas de modo que se puedan abordar como
mejor lo crea el instructor. Nuestra filosofa bsicarespecto de la
presentacin de nomenclatura, espectros- copia, sntesis, material
bio-orgnico y problemas, es como sigue:
5. Prefacio V Nomenclatura. De acuerdo con las tendencias
actuales en nomenclatura, en- fatizamos los nombres IUPAC;sin
embargo, tambiknincluimos algunos nombres triviales (como acetona y
clorurode r-butilo)que forman parte del vocabulario de todo qumico
orgnico. Nuestra presentacin comienza con un breve resumen de la
nomenclatura sis- temtica en el captulo 3. Los
nombrespresentadosson aquellos que el estudiante
encontrarnuevamenteen los captulosque siguen. En
captulosposteriores, se discute con mas detalle la nomenclatura de
cada clase de compuestos. Se incluye tambin un aphdice, para
aquellosquedeseen materialadicionalo una fuentedereferenciarpida.
Espectroscopia. La espectroscopase discutetan prontocomo lo
consideramos factible (en el captulo 8). A esta altura, el
estudiantetiene conocimientos sobre estructura,
algunosgruposfuncionales y algunas reacciones. Sin embargo,
aquellos que lo deseen pueden tratar el captulo de espectroscopa
inmediatamentedespus del captulo 4, tanpronto como los estudiantes
estn familiarizados con las estructuras orgnicas. Hemos incluido la
espectroscopa infrarroja y de resonancia magntica nuclear en
elcaptulo8, debidoa su importancia enla determinacin deestructuras.
Sepresenta una basesuficientedelosprincipiosde la espectroscopa
infrarroja y de RMN, de modo que los estudiantespuedan apreciar la
relacin entre espectros y estructuras, pero con nfasis sobreestas
ltimas. Luego delcaptulo8 y donde corresponde,hemos incluido
secciones sobre las caractersticas infrarrojas y de RMN de las
clases de compuestos que se discuten. AI final de muchos de estos
captulos, se incluyen pro- blemas de determinacin de
estructurasutilizando espectrosde infrarrojo y de RMN. Dentro del
captulo 8, se encuentra el uso de espectros de infrarrojo con
escala principal en cm- ', ya que ste es el tipo de espectro que
los estudiantes encontrarn mscomnmente en ellaboratorio; y el
agregadode una pequea seccin sobre espectroscopa deRMNdelcarbono
13. Los espectrosde ultravioletay de masasse tratan enel captulo 2l
. Estos temas estn diseados para ser discutidos
independientemente;por lo tanto, cualquiera de ellos o ambos,
pueden presentarse junto con los espectros de infrarrojo y de RMN
si el instructor lo desea. Sntesis. Hemos colocado
lasdiscusionesformales de sntesis en sycciones separaas, al finalde
los captulosadecuados,de modo que puedan o no ser enfatizadas al
presentar el tema. El propsito de estas seccioneses proveer una
revisin adicional delmaterialtratadopreviamente y dar a los
estudiantes unaoportunidadpara que apliquen sus conocimientos.
Material bio-orgnico. Muchos estudiantes de un curso
introductoriode qu- mica orgnica pertenecen alcampode labiologa o
la medicina. Por esta razn hemos incluidonumerosas seccionesy
problemas de naturalezabiolgica.Hemosseleccionado material adecuado
a la qumica que se discute y que requiere la aplicacin de lgica
orgnica. Nuestraintencin es mostrarlarelacin entre la qumica
orgnica y las ciencias biolgicas. Problemas. Estamos convencidos de
que laresolucin de problemas es una parte importante del
aprendizaje de la qumica orgnica; y hemos incluido en el texto ms
de 1150problemas sinresolver. Dentro decada captulo se incluye
cierto nmero
6. vi Prefacio de problemas resueltos, para ilustrar los mtodos
de resoluci6n de problemas y para proveer informacinadicional.A
menudo, inmediatamentedespusde estosproblemas modelo, hay problemas
de estudio con respuestas al final del libro. Algunos de estos
problemas de estudio relacionan material previo con el tema que se
discute, mientras queotrosponena pruebaelconocimientodelmaterial
nuevo porpartedelosestudiantes. L o s problemas al final de cada
captulo son de dos tipos: problemas de entre- namientoy problemasde
profundidad.Aunque su orden de presentacibn tiendea seguir
laorganizaci6ndelcaptulo,esth ordenadossegn
sudificultad.Losltimosproblemas de cada captulo debendesafiarauna
los mejores estudiantes. Como se mencion, hemos presentado los
problemas de modode incluir mayornmerode problemas intermedios y
que presenten mayor desafo, en general de tipo sinttico, aunque no
exclusivamente.
7. Prefacio vi Agradecimientos Apreciamos las sugerencias y
correcciones enviadas por los usuarios, especialmente Lee
Clapp(UniversidadBrown),Frank Guziec(UniversidadEstataldeNuevo
Mexico), Edward Hoganson (Colegio Estatal de Edinboro), DavidTodd
(Instituto Politknico de,Worcester),Roy Upham (Colegio San Anselmo)
y muchos otros, que no mencio- namos por ser tantos. Agradecemos a
nuestros colegas que han revisadoel manuscritode esta edicidn y han
contribuidoconmuchassugerenciasexcelentes: RobertR.
Beishline(Universidad Estatal de Weber); Robert Damrauer (Univ. de
Colorado, Denver); Slayton A. Evans Jr. (Univ. de Carolina del
Norte, Chapel Hill); A. Denise George (Univ. Wesleyan de
Nebraska);John Jacobus (Univ. de Tulane); Allen Schoffstall (Univ.
de Colorado, Colorado Springs);Malcolm P. Stevens (Univ. de
Hartford); y Leroy G. Wade Jr. (Univ. Estatal de Colorado, Fort
Collins). Sobre todo, estamos en deuda con Ronald Kluger (Univ. de
Toronto) por su ayuda, sugerencias y revisionesdel manuscrito
completo. I Tambikn agradecemosa Sadtler ResearchLaboratoriesInc.,
por proveer los dos espectrosreales utilizadosen el captulo 8 y a
nuestra mecan6grafaLaurie Palmer por su trabajo rhpido y cuidadoso.
El personal de Willard Grant Press nos ha prestado un excepcional
apoyo. Las notas y comentarios de 10s representantes de ventas,han
sidode gran valor para formularnuestros planes.
Agradecemosespecialmentea nuestroentusiasta editorBruce Thrasher y
a David Chelton porsu cuidadosotrabajo de producci6n, coordinacih
de arte y diseo, copiado y por las muchas sugerenciasde mejoras.
Ralph J. Fessenden Joan S. Fessenden UniversiW de Montana
Missoula,Montana
8. Contenido CAPITULO 1 tomos y molculas:Revisi6n 3 1.1. 1.2.
1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. l.10. Estructura electrbicade
los tomos 4 Radio atmico 7 Electronegatividad 8 Introduccin al
enlace qumico 10 Frmulas qumicas en qunica orgnica 14 Distancias de
enlace y ngulos de enlace 19 Energadedisociacin de enlace 19
Enlaces covalentes polares 22 Atracciones entre moldculas25 cidos y
bases29 Resumen 36 Problemas de estudio 38 Los orbitales y su papel
en el enlacecovalente 45 2.1. Propiedadesde las ondas 46 2.2.
Enlace en la molculade hidrgeno 48 2.3. Algunas caractensticas
generales de :os orbitales de enlace y anti-enlace 51 2.4.
Orbitales hbridos del carbono 51 2.5. Grupos funcionales 63 2.6.
Orbitales hbridos del nitrgeno y el oxgeno 65 2.7. Dobles enlaces
conjugados 69 2.8. Benceno 71 2.9. Resonancia 72 Resumen78
Problemas de estudio 80 CAPTULO 3 Isomeraestructural,nomenclatura y
alcanss 86 3.I. lsmel-osestmctrurales 87 3.2. C6mo se desarroll
lanomenclaturaorgnica 90 3.3. Revisinde la nomenclatura orgnica 91
3.4. Alcanos 103 3.5. Fuentes naturales dehidrocarburos107 Resumen
111 Problemas de estudio 111
9. Contenido x CAPTULO 4 Estereoqumica 116 4.1. 4.2. 4.3. 4.4.
4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. Isomerageomtricaen los alquenos 116
Isomerageomtricaencompuestos cclicos 123 Conformaciones de
compuestosdecadena abierta 125 Conformacionesdeloscompuestos
cclicos 129 Losconfrmeros del ciclohexano132 Quiralidad138 Rotacin
del planodela luz polarizada 144 Configuracin relativa y absoluta
147 Mas de un tomo de carbono quiral 151 Resolucin de
unamezclaracmica156 Resumen158 Problemas de estudio 159 CAPTULO 5 I
Halogenuros de alquilo: reacciones de sustitucin y eliminacin 168
5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9. 5.10. 5.11 El enlaceen
los compuestosorgnicoshalogenados169 Propiedades fsicas de los
alcanoshalogenados170 Nomenclatura y clasificacinde los halogenuros
de alquilo 171 Visin previa de las reacciones de sustituciny
eliminacin172 Lareaccin S,2 176 Lareaccin S, 1 184 Reaccionesde
sustitucin dehalogenuros allicos y benclicos 193 Lareaccin El 198
LareaccinE2199 Factoresquegobiernan las reaccionesde sustituciny
eliminacin209 Sntesis de otros compuestos a partir dehalogenurosde
alquilo 212 Resumen 214 Problemasde estudio 215 CAPTULO 6
Reaccionesderadicaleslibres;compuestosorganometlicos 223 6.1.
Unareaccin tpica de radicales librea; cloracin delmetano224( 6.2.
Reactividades relativas de los halgenos227 6.3.
Estereoqumicadelahalogenacinpor radicales libres 229 6.4.
Sustraccindehidrgeno:pasodeterminantede la velocidad230 6.5.
Halogenaciones selectivaspor radicales libres 234
10. X Contenido 6.6. Otras reacciones de radicaleglibres238
6.7. Iniciadores e inhibidores de radicaleslibres243 6.8.
,Compuestos organometlicos 244 6.9. Halogenuros
organomagnsicos:reactivosdeGrignard245 6.10. Otros organomethlicos
250 6.1l. Reaccin de organometlicoscon hidrgenos cidos 251 6.12.
Problemas de sntesis253 Resumen 257 Problemas de estudio 258
CAPTULO 7 Alcoholes,teres y compuestosrelacionados 263 7.1. 7..2.
7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. 7.9. 7.10. 7.11. 7.12.' 7.13. 7.14.
7.15. 7.16. 7.17. 7.18. Enlaces en alcoholes y teres263 Propiedades
fsicas de alcoholes y teres264 Nomenclaturade alcoholes y teres 266
Preparacin de alcoholes 270 Reactividad de los alcoholes 274
Reacciones de sustitucin de los alcoholes 275 Otros reactivos
usados para convertir los alcoholes en halogenuros de alquilo278
Reacciones de eliminacin de los alcoholes 281 Los alcoholes como
cidos 286 Alcxidos y fenxidos 286 Reaccionesdeesterificacin289
Esteres inorgtnicos de alcoholes 289 Oxidacin de los alcoholes 294
Preparacin de teres300 Reacciones de sustitucindelosteres 301
Reaccionesdesustitucin de los epxidos 303 Tioles y sulfuros307 Uso
de alcoholes y tteres ensntesis309 Resumen 312 Problemas de estudio
313 CAPTULO 8 Espectroscopa I: infrarrojo y
resonanciamagnticanuclear 320 8.l. Radiacin electromagntica 320
8.2. Caractersticasde un espectro 323 8.3. Absorcin de la radiacin
infrarroja323 8.4. El espectro de infrarrojo324 8.5. Interpretacin
de los espectros deinfrarrojo326
11. Contenido x i 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10. 8.11. 8.12. 8.13.
Espectroscopa de resonanciamagnticanuclear 336 Clases
decamposmagnkticosmolecularesinducidos 340 Recuento deprotones 345
Acpplamientospin-spin 348 Patronesdeacoplamiento 350
Diagramasdeacoplamienospin-spin 360 EspectroscopadelRMNdel
carbono-13 363 Uso de los espectros de IR y RMN para la
identificaci6n de estructuras orghicas 367 Resumen 371
Problemasdeestudio 372 CAPTULO 9 Alquenos y alquinos383 9.1. 9.2.
9.3. 9.4. 9.5. 9.6. 9.7. 9.8. 9.9. 9.10. 9.11. 9.12. 9.13. 9.14.
9.15. 9.16. 9.17. 9.18. El enlace enalquenos y alquinos;acidez de
losalquinos 384 Nomenclaturadealquenos y alquinos 385 Propiedades
fsicas dealquenos y alquinos 387 Espectros dealquenos y alquinos
388 Fkparaci6n de alquenos y alquinos 394
FYesentaci6npreliminardelasreaccionesdeadici6n 397
Adici6ndehalogenurosdehidr6geno a alquenos y alquinos 398
Adici6ndeH,SO, y H,O a alquenos y alquinos 402
Hidrataci6nconacetatomercrico 404 Adici6nde borano a losalquenos
406 Adici6n de hal6genos a losalquenos y alquinos 409
Adici6ndecarbenos a losalquenos 414 Hidrogenaci6ncataltica 417
Oxidaci6n dealquenos 422 Adici6n 1,2-y adici6n 1,4-a
dienosconjugados 428 La reacci6n de Diels-Alder 431 Polmeros 435
Uso de losalquenos y alquinos en sntesis 442 Resumen 446
Problemasdeestudio 448 CAPTULO 1O Aromaticidad,benceno y
bencenossustituidos458 10.l. Nomenclaturadelosbencenossustituidos
459 10.2. Propiedades fsicas de loshidrocarburosaromAticos 461
10.3. Espectros de losbencenossustituidos 462 10.4.
Estabilidaddelanillobencnico 466
12. xi Contenido 10.5. Elenlaceen el benceno468 10.6. iQu es
uncompuestoaromGtico?470 10.7. Requisitospara la aromaticidad470
10.8. Sustitucinelectroflica aromtica473 10.9. Laprimera sustitucin
474 10.10. Lasegunda sustitucin 482 1O.1l . La tercera sustitucin
489 1O.12. Alquil-bencenos490 10.13. Fenoles491 10.14. Sales
debencen-diazonio495 10.15. Halobencenos y sustitucin nucleoflica
aromtica499 10.16. Uso de compuestosbencnicosen sntesis 502 Resumen
S05 Problemasde estudio 507 CAPTULO 11 Aldehdos y cetonas 1l.l .
Nomenclatura de aldehdos y cetonas517 11.2. Preparaciondealdehdos y
cetonas 519 11.3. El grupo carbonilo 521 11.4. Propiedades fsicas
dealdehdos y cetonas522 1l .5. Propiedadesespectroscpicasde
aldehdos y cetonas 11.6. Adicinde reactivos al grupo carbonilo 527
11.7. Rcaccinconagua529 11.8. Reaccincon alcoholes 530 11.9.
Reaccinconcido cianhdrico S33 1 .lo. Reaccinconamonaco y aminas536
11.1l . Reaccin con hidrazina y compuestos relacionados 11.12. La
reaccindeWittig540 1l. 13. Keaccincon reactivos deGrignard542
11.14. Reduccin Q aldehdosy cetonas544 11.15. Oxidacin de aldehdos
y cetonas549 11.16. Reactividadde los hidrgenos alfa 550 1l . I 7.
Tautomerismo 551 11.18. Halogenacin alfa 555 517 523 539 11.19.
Adicin 1,4 a compuestos carbonlicos(Y,j3-insaturados558 11.20. Uso
de aldehdos y cetonasen sntesis 561 Resumen 564 Problemasde estudio
566 CAPTULO 12 cidos carboxlicos 577
13. Contenido xiii 12.1.Nomenclatua deloscidoscarboxlicos578
12.2. Propiedadesfsicasde los cidoscarboxlicos580 12.3.
Propiedadesespectroscpicasdeloscidoscarboxlicos581 12.4.
Preparacindecidoscarboxlicos583 12.5. Acidez de los
cidoscarboxlicos 586 12.6. Sales de cidoscarboxlicos588 12.7. Cmo
afectalaestructuraalafuerzadelcido 589 12.8.
Fuerzacidadecidosbenzoicossustituidos 593 12.9. Esterificacin de
loscidoscarboxlicos 596 12.10. Reduccindelosacidoscarboxlicos598
12.1l. Acidoscarboxlicospolifuncionales599 12.12. Uso de los
cidoscarboxlicosensntesis603 Resumen604 Problemasdeestudio 605
CAPiTULO 13 Derivadosdeloscidosarboxlicos613 13.1.
Reactividaddelosderivadosdecidoscarboxlicos 614 13.2.
Propiedadesespectroscpicasdelosderivados de 13.3. Halogenuros de
cido621 13.4. Anhdridos de cidoscarboxlicos630 13.5.
steresdecidoscarboxlicos633 13.6. Lactonas643 13.7. Polisteres 645
13.8.Tidsteres 646 13.9. Amidas647 13.1O. Poliamidas650 13.1l.
Compuestosrelacionadosconlasamidas 651 13.12. Nitrilos 655 13.13.
USOde los derivados de los cidoscarboxlicos en sntesis 657
cidoscarboxlicos 616 Resumen662 Problemasdeestudio 663 CAPITULO 14
Enolatos y carbaniones: piezas de construccin para la sntesis
orgnica 671 14.. Acidezdeloshidrgenosalfa672 14.2. Alquilacindel
ster malnico675 14.3. Alquilacindel ster acetoactico678 14.4.
Sntesisempleandoreacciones de alquilacin 679
14. xiv Contenido 14.5. Alquilacin y acilaci6n de enaminas 682
14.6. Condensacionesaldlicas 686 14.7. Reacciones relacionadas con
la condensacionesaldlicas 691 14.8. Reaccin de Cannizzaro 693 14.9.
Condensaciones de &teres 693 14.10. Adicin nucleoflica a
compuestoscarbonlicos a, P-insaturados 700 Resumen704 Problemasde
estudio 706 CAPTULO 15 Las aminas 714 15.1. 15.2. 15.3. 15,4. 15.5.
15.6. 15.7. 15.8. 15.9. 15.10. 15.11. Clasificacin y nomenclatura
de las aminas 715 El enlace en las aminas717 Propiedades fsicas de
las aminas 719 Propiedadesespectrosc6picasde las aminas 720
Preparacin de las aminas 722 Basicidad de las aminas 730 Sales de
las aminas 733 Reacciones de sustitucin con lasaminas 736
Reacciones de las aminas con &ido nitroso 736 Eliminacin de
Hofmann737 Uso de lasaminas en sntesis 740 Resumen 742 Problemas de
estudio 743 CAPTULO 16 Compuestosaromiiticospolicclicos y
heterocclicos750 16.l . Nomenclatura de los compuestos
aromticospoliciclicos 751 16.2. I$ :dace cn los compuestos
aromfiticospolicclicos 752 16.3. Oxidacin de los compuestos
aromfiticos policclicos 754 16.4. Reduccin de los
compuestosaromticospolicclicos 755 16.5. Reacciones de sustitucin
electroflica en el naftaleno 756 16.6. Nomenclatura de los
compuestos aromticosheterocclicos 760 16.7. Piridina, un
heterociclo arom6tco de seis miembros 761 16.8. Quinolina e
isoquinolna 765 16.9. Pirrol, un heterociclo aromtico de cinco
miembros 766 16.10. Alcaloides 771 16.11. Acidosnucleicos 774
Resumen781 Probledpsde estudio 784
15. Contenido xv CAPTULO 17 Reacciones 789 17.1. 17.2. 17.3.
17.4. 17.5. Orbitales molecularesde polienos conjugados 790
Reaccionesde cicloadicin 793 Reacciones electrocclicas 797
Trasposiciones sigmatr6picas 803 Reaccionespericclicas que conducen
a la vitaminaD 806 Resumen 809 Problemasde estudio 810 CAPTULO 18
Carbohidratos 814 18.1. 18.2. 18.3. 18.4. 18.5. 18.6. 18.7. 18.8.
18.9. 18.10. 18.11. Algunosmonosacridos comunes 816 clasificacin de
los monosactidos 816 Configuraciones de los monosactidos 817
Ciclacin de los monosacridos 822 Glicsidos 828 Oxidacin de los
monosacridos 829 Reduccin de los monosacridos 832 Reacciones de los
grupos oxhidrilo 833 Determinacin de la estructura de la glucosa
835 Disacridos 843 Polisacridos 847 Resumen 851 Problemas de
estudio 854 CAPTULO 19 Aminohcidos y proteihas 19.1. Las
estructuras de los aminocidos 858 19 2.
Aminohcidoscomoionesdipolares 863 19.3. Anfoterismo de los
aminohcidos 864 19.4. Sntesis de los aminocidos 867 19.5. Pptidos
869 19.6. El enlace de los pptidos 870 19.7. Determinacin de la
estructura deunpptido 871 19.8. Sntesis de los pptidos 872 19.9.
Bioslntesis de los Nptidos 876 19.10. Algunos pptidos interesantes
878 19.1l . Clasificacin de las protenas 879 19.12. Estructuras
superiores de las protenas 880 19.13. Desnaturalizacinde las
protenas 884 19.14. Enzimas 885 Resumen 889 Problemasde estudio 890
858 1
16. xvi Contenido CAPITULO 20 Lpidos y
compuestosnaturalesrelacionados 895 20.l . Grasas y aceites 896
20.2. Jabones y detergentes 899 20.3. Fosfolpidos901 20.4.
Prostaglandinas 903 20.5. Terpenos 905 20.6. Feromonas 912 20.7.
Esteroides 913 Resumen 918 Problemas de estudio 919 CAPITULO 21
Espectroscopa11: Espectros de ultravioleta, color y visin;
espectrosde 924 21.1. 21.2. 21.3. 21.4. 21.5. 21.6. 21.7. 21.8.
21.9. 21.10. 21.11. Espectrosde ultravioleta y visible 924
Expresiones usadasen espectroscopade ultrabioleta 926 Tipos de
transiciones electrnicas 927 Color y visin931 Compuestos coloreados
y colorantes 935 Indicadores cido-base 938 Fluorescencia y
quimioluminiscencia 941 Espectromema demasas 942 El
espectrmetrodemasas 944 Los istopos en los espectros de masas 945
Laionizacin y fragmentacin en los espectrosdemasas947 Resumen95 1
Problemasde estudio 952 APNDICE Nomenclaturade los
compuestosorgnicos 959 Respuestasas 980 ndice temtico 1032
17. CAPTULO 1 tomos y molculas: Revisin Hacia 1850 se defina la
qumica orgfiica como la qumica de los compuestos que proceden de
los seres vivos: de aqu el trmino orgbnica. Tal definici6n ya
estaba superada hacia 1900. Por aquella poca, los qumicos
sintetizaban nuevos compuestos orgnicosen el laboratorio, la
mayoria de los cuales no tenan relacidn o vnculo con ningn ser
viviente. En la actualidad, se define la qumica orgnicacomo la
qumica de los compuestos del carbono.Esta definicin tampoco es
enteramente correcta, pues a algunos compuestos carbonados, tales
como el bibxido de carbono, el carbonatode sodiooelcianurode
potasio, se les considerainorg6nicos.No obstante, y dado que todos
los compuestosorgnicoscontienencarbono, aceptaremosla anterior
definici6n. El carbono no es sino un elemento ms en la tabla
peri6dica. Qu tiene de especial, para que sus compuestos deban ser
clasificados en un grupo aparte dentro del estudio de la qumica? La
razn reside en el hecho de que los fitomos de ciubono pueden
unirsecovalentementecon otros tomos, de lamisma o distinta
naturaleza, en una gran variedad de maneras, que conducena la
existenciade una ilimitada variedad de compuestos.La
complejidaddestos seextiendeen rangodesdela sencillamolcula
delmetano (CH,), componente principal del gas naturaly del gas de
los pantanos, hasta las grandes molculas de los ficidos nucleicos,
portadores del c6digo gentico en los seres vivientes. El
conocimientode la qumicaorgnicaes indispensablepara muchos
cientficos. Por ejemplo, dado que los seres vivos estn compuestos
fundamentalmentepor agua y compuestosorgnicos,casi cualquierreade
estudioqueserefieraaplantas, animales o microorganismos se basa en
los principios de la qumica orgnica. Estas reas de estcdio incluyen
la medicina y disciplinas relacionadas, bioqumica,
microbiologa,
18. 4 Captulo I tomos y mol6colas: Revisi6n agricultura y otras
muchas. Sinembargo, no sonCstos los nicos camposque dependen de la
qumica orghica: los plhticos y fibras sint6ticas son tambiCn
compuestos or- ghnicos;el petr6leoy el gas natural
consistenprincipalmenteen compuestosde carbono e hidr6geno formados
por descomposici6nde las plantas; la hulla es una mezcla de carbono
elemental y otros compuestos hidrocarbonados. LD6ndehemos de
comenzar? La piedra angular de la qumica orghica es el enlacc
covalente. Antes de discutir en detallela estructura, nomenclaturay
reacciones de los compuestos orghicos, revisaremos primero algunos
aspectos de la estructura at6mica y el enlace (Captulo 1)y, a
continuaci6n,los orbitales moleculares(Captulo 2), dado que
estostemas son aplicables a los compuestosorghicos. SECClbN 1.l.
Estructura electr6nica de los gitomos Para el qumicoorghico los
elementosmAs importantesson el carbono, el hiddgeno, el oxgenoy el
nitr6geno.Estos cuatroelementosse hallan situadosen los dosprimeros
periodosdelatabla peri6dicay suselectronesseencuentran
enlasdoscapaselectr6nicas m& pr6xirnasal ncleo. En
consecuencia, nuestra exposici6n sobre lasestructuras
electr6nicasdelosAtomossecentrar6preferentementeenloselementoscuyoselectrones
se encuentran en estas dos capas. Cada nivel electr6nico
estaasociadocon ciertacantidaddeenerga.Los electrones pr6ximos al
ndcleo sonatraidoscon m& fuerza por los protones de Bste que
los electronessituados a mayor distancia. Porlo tanto,mientrasm h
cerca del ncleo est6 un electr6n, menor es su energa. La capa
electr6nica mtis cercana al ncleo es la de energfa mnima; y un
electr6n en esta capa se dice que esta en el primer nivel
energdtico. Los electrones de la segunda capa esth en el segundo
nivel energbtico, y son de mayor energa que los que esth en la
primera capa. Los electrones de la tercera capa, enel tercer
nivelenergbtico, son de energa an mayor. A. Orbitalesat6micos No es
posible determinar con toda precisi6n la posicidn de un electr6n
con respecto al ncleo del Atomo. En vez de esto, podemos describir
la localizaci6n d s probable de dicho electr6n,bashdonos en la
teora cuhtica. Cada nivel electr6nicode un Atomo se subdivide en
orbitales atbmicos, siendo un orbital at6mico la regi6n del espacio
donde la probabilidad de encontrar un electr6n de un contenido de
energa especfico es muy elevada (90-95%). Otro tkrmino usado para
describir la probabilidad de en- contrar al electr6nenuna ZOM
determinada del espacio es densidad electr6nica. Densidad
electr6nica alta implica mayor probabilidad, mientras que densidad
electr- nica baja implica probabilidadescasa.
Elprimernivelelectr6nico contiene solamente el orbital esfCrico 1s.
Lapro- babilidad de encontrarun electr6n Is en esta esfera es
mbima. El segundonivel, algo m& alejado del ncleo que el
primero contiene un orbital 2s y tres orbitales 2p. El orbital 2s
es esfbrico, al igual que el Is. La Figura 1.1 muestra una
representaci6ngrAfica de la densidad electr6nica en los otbitales
Is y 2s como funci6n de la distancia al ncleo. Como puede deducirse
de la *ca, los orbitales 1s y 2s no poseen superficies
ntidamentedelimitadas, sino que la densidad electr6nica aumenta y
disminuye en un rango de distancias desde el ncleo. Como resultado
de ello, los orbitales 1s y 2s se superponen mutuamente.
19. Estructura elecu6nica de los Btomos SeccMn 1. l. 5 Densidad
electr6nica I -Dishcia dtsdeel nkleo, FIGURA 1.l. Relacibn grhfica
entrelos orbitales at6micos 1S y 2s. orbital 1s orbital 2s FIGURA
1.2. Representacionespict6ricasde los orbitalesat6micos 1s y 2s. La
curvadensidad electr6nicadistancia para elorbital 2,revelados has
de alta densidad electr6nica separadaspor un punto cero. Este punto
cero,llamado nodo, representaunaregi6ndelespaciodondelaprobabilidad
de encontrar un electr6n (el 2s en este caso)es muypequeiia. Todos
losorbitalesexhibennodos, con la 6nica excepci6n del 1s. La figura
1.2 muestra representaciones pict6ricas de los orbitales Is
Elsegundo nivel energbtico contiene ademais tres orbitales
at6micos2p.situados a una distancia del ncleo algo mayor que el
orbital2s y con un contenido de energa ligeramente superiora
&e. Laforma de los orbitalesp recuerda unaspesasdegimnasia:
cada orbital p tiene dos 16bulos separados por un nodo (un plano
nodal en este caso) en el ncleo (vCase la Figura 1.3). Una esfera
(un orbital S) es adireccional, es decir, ofrece iddntico aspecto
al verla desde cualquier direcci6n. No es Cste el caso de un
orbital p. que puede adoptar y 2s. FIGURA 1.3. Formas y
orientacionesde los orbitales 2p.
20. 6 Capitulo 1 tomos y molCculas:Revisi6n TABLA 1.l.
Orbitales at6micos en los tresprimerosnivelesenerg6tticos.
Nivelenergktico Orbitalesat6micos 1 1s 2 2s 2Px 2Py2Pz 3 3s 3p, 3p,
2p, y adems cinco 3d distintas orientaciones alrededor del ncleo.
Los tres orbitales 2p se disponen entre si en Lfngulorecto,
orientacinquedalugar a lamximadistanciaentrelos electrones de los
distintosorbitales p , y, por lo tanto, a la mnimarepulsin
electrosttica. Los orbitalesp
mutuamenteperpendicularessedesignancomoorbitales px,pj, y pz. Los
subindices x, y y z indicanlos ejes cartesianos, quepuedentrazarse
atravsde las representacionesgrficasdeestosorbitales p ,
talcomoseveen la figura 1.3. Puesto que los tres orbitales2p son
equivalentes en forma y distancia al ncleo, poseenigualcontenido
energtico. Los orbitales que, como stos, tienen la misma energa,se
denominan degenerados. El tercer nivel electrnico contieneun
orbital 3s, tres orbitales3p y adems cinco orbitales 3d. El nmero y
clase de orbitales atmicos en cada uno de los tres primeros
nivelese.nergticosseresume en latabla l.l . o B. Llenado de los
orbitales Los electrones poseen spin (del inglts giro),
quepuedeadoptar el sentidodelas manecillasdel reloj o bien el
contrario. El spindeunapartculacargadadalugar a un pequeo campo
magntico o momento magntico;y dos electrones que giran con valores
opuestos de spin tienen momentos magnticosopuestos. La repulsin
entre las cargas negativas de dos electrones con spin opuestose ve
disminuidapor los momentos
magntticosopuestos,permitiendoquetaleselectronesqueden apareados
enelseno de unorbital. Por esta razn, cualquier
orbitalpuedealojarun m5utimo de doselectrones, pero stos
handeposeerspinopuesto.Teniendoencuenta el nmerode orbitales en
cadanivel energttico (unoen el primer nivel, cuatroen el segundo y
nueveen el tercero), estos tres primeros niveles puedenalojar2 , 8y
18electrones,respectivamente. El principiode aufbau (del alemn
construccin) establece que,a medida que vamos desde el hidrgeno
(nmero atmico 1) hacia atmos de nmero atmico cada vez mayor, se van
llenando los orbitales con electrones,de modoque se Zlenenprimero
los orbitales de menor energa. Un atmodehidrgenotiene SU
nicoelectrnen un orbital 1s. El siguiente elemento,elhelio (nmero
atmico2) sita su segundo electrn tambitnen elorbital Is,
quedandoamboselectronesapareados. A la descripcin de la estructura
electrnicade un elemento dado se le llama su
configuracibnelectrbnica. As, por ejemplo,
laconfiguracinelectrnicadelatmo dehidrgeno es Is, que
significalaexistencia de un electrn(superindice 1) en el orbital
Is. Parael helio, la configuracin electrnica esIs, loque implicados
electrones (superindice 2) en el orbital Is. Por su parte,ellitio
(nmeroatmico 3), posee dos electrones en el orbital 1s y un
electrnen el orbital 2s; suconfiguracin electrnica es, pues, 13
2s.
21. Radio at6mico Seccin I .2. 7 TABLA 1.2.
Configuracioneselectr6nicasde los elementos de los periodos 1 y 2.
ElementoNmero at6micoConfguraci6n electrdnica H 1 1s He 2 1s2 Li 3
ls2 2s Be 4 ls22sz B 5 Is22s2 2p C 6 Is2 22 2p2 N 7 ls2 29 2p3 O 8
~ s z2s2 2p4 F 9 ls222 2pJ Ne 10 ls22s22p6 Lasconfiguraciones
electrnicas de los elementos de los periodos primero y segundose
muestran en la tabla 1.2. En el carbonoy elementossucesivos,
cadaorbital 2p recibe un electrn antes de que cualquier orbital 2p
reciba el segundo. Esto es un ejemplo dela reglade Hund al llenar
los orbitales atmicos, no se produce el apareamientode dos
electronesen orbitalesdegenerados, hasta que cada uno de stos
contenga yaun electrn. En consecuencia, el carbono posee la
configuraci6n elec- trnica Is2 2 2 2p:2p:. SECCI~N1.2 Radioatmico
El radio de un Atorno es la distancia desde el centro del ncleo
hasta los electrones miis alejados. El radio atmicose
determinamidiendola longitud del enlace(distancia entre los ncleos)
enun compuesto covalente tal como C 1 4 1 o H-H, y dividiendo entre
dos. Por ello, los radios atmicos se denominan a menudo radios
covalentes y sus valores se dan normalmenteen hgstroms (A),siendo
1A = cm. para H2: longitud de enlace = 0.74A a- radioat6mico =
0.37A Los radios at6micos vman segn la fuerza atractiva entre-el
ncleo y sus elec- trones;cuantomayor es la atraccin,menor es
elradio atmico.Qu factoresinfluyen sobre esta atraccin?Los m8s
importantes son: el nmero de protones en el ncleo y el nmero de
niveles electrnicos ocupados. Cuanto mayor seael nmero de protones
en el ncleo, mayor ser6 la atraccin que ejerza ste sobre sus
electrones, incluidos
22. 8 Capitulo I tomos y mol6culas: Revisi6n los m&
alejados. Considkrense, por ejemplo, los elementos de la segunda
fila de la tabla peri6dica,desdeel litio hasta el flor. Un tomo
decualquierade estoselementos tiene sus electrones solamenteen los
dos primeros niveles electr6nicos. A medida que progresamos desde
el litio hacia el flor, se aade cada vez un protn al ncleo. En cada
paso, el ncleo va aumentando su akaccin por los electrones, con lo
cual el radio at6mico disminuye (vkase la Figura 1.4): L i R e B C
N O F Li 0.72 0.740.740.7710.800.8891.225 FONCBBe 1 Na / M g / Al 1
Si P 1 S 1 C1 1.572 1.364 1.248 1.1731.10 1.04 0.994 I r1.334
FIGURA 1.4. Radios at6micos (en A) de algunoselementos,donde 1A =
1O-8 cm. Por otra parte, a medida que vamos de arriba hacia abajo,
dentro de un grupo en la tabla peri&lica, elnmerode niveles
electr6nicos aumentay, por lo tanto,tambikn lo hace el
radioat6mico. n H (1 nivel) radio athico Li (2 niveles) creciente
Na (3 niveles) K (4 niveles) En los compuestos
org&nicos,losat6mos se enlazan unos a otros en estrecha
proximidad mediante enlaces covalentes. El concepto de radio
at6mico nos ser6 muy til a lahora de estimar las atracciones y
repulsionesentre los Atomos y al discutir la fuerza de los enlaces
covalentes. SECCION1.3. Electronegatividad La electronegatividad es
unamedida de la capacidad de un tomoparaatraersus electrones
externos o de Valencia. Dado que son estos electrones los que se
usan para
23. Electronegatividad Secci6n I .3. 9 el enlace, la
electronegatividadesdeutilidadparapredeciryexplicar la reactividad
qumica. Aligualque el radio
atmico,laelectronegatividadseveinfluidaporel nmerodeprotonesen el
ncleoy el nmerodeniveles electronicos ocupados.Un
nmeroelevadodeprotones implica una carga nuclear positiva elevada
y, en conse- cuencia, mayoratraccinpor los electronesde enlace. A
causa de ello, la electrone- gatividadaumentaal ir deizquierda a
derecha, dentrode un perodo concreto, en la tabla peridica: La
atraccin electrosttica entre partculas con carga de signo opuesto
aumenta al disminuir la distancia entre las mismas. Por lo tanto,
la electronegatividad aumenta al avanzar de abajo hacia arriba
dentro de un grupo dado de la tabla peridica,puesto que los
electrones de enlace estncadavezms cerca delncleo:
eledronegatividad creciente Unaimportante escala
numricadeelectronegatividades es la debida a Pauling (Figura 1.5).
Esta escala se ha derivado declculos de energia deenlace para
distintos elementosunidospor enlacescovalentes. En la escala de
Pauling, el flortiene un valor de electronegatividad de 4, siendo
el elemento ms electronegativo.El litio tiene un valormuy bajo de
electronegatividad: l . A elementos con electronegatividad muy baja
(tales comoel litio), se les llama a
menudoelementoselectropositivos.Elcarbono posee un
valorintermediodeelectronegatividad: 2.5. H 2.1 Li
4.03.53.02.52.01.51.0 FONCBBe Na Br 3.02.52.11.81.51.20.9
C1"PPSiAlMg FIGURA 1.5.
Electronegatividadesdealgunoselementos(escaladePauling).
24. 10 Capitulo 1 tomos y molculas: Revisi6n SECCIN1.4.
Introduccin al enlace qumico A causa de sus diferentes estructuras
electrnicas, los tomos pueden enlazarse unos con otros para formar
molculas, de diversas maneras. En 1916. G.N. Lewis y W. Kossel
propusieron las siguientes teoras: 1. Un enlaceinico resulta de
latransferencia de electrones de un tomo a otro. 2. Un enlace
covalente es elresultadodecompartir un parde electronesentre dos
tomos. 3. Lostomostransfieren o comparten electrones con el objeto
de alcanzar una configuracin electrnica de gas noble.Tal
configuracin implica normalmente la presencia de 8 electronesen el
nivel exteriory correspondep la configuracin electrnica del nen y
el argn. Se denomina a esta teora regla del octeto. El enlace inico
se forma por transferencia de electrones:un tomo dona a otro torno
o tornos unoo ms de sus electronesexteriores deenlace. El tomo que
pierde los electrones se convierte enuninpositivo o catin. Eltomo
que los gana se convierte en un in negativo o anin. El enlace
inicoresulta de la atraccin elec- trosttica entre ionesdecarga
opuesta. Podemos ilustrar la transferencia electrnica
representandolos electrones de enlace mediante puntos: Un enlace
covalente es el resultado de compartir un parde electronesde enlace
entre dos tomos. Los electrones compartidos resultan, a su vez, de
la fusin de orbitalesatmicos
paradarorbitalescompartidos,denominadosorbitalesmoleculares, tema
que discutiremos en el Captulo 2. Por ahora usaremos puntos para
representar electrones de enlace. En las frmulas resultantes,
llamadas frmulas de Lewis, po- demos contar fcilmente los
electrones y comprobar que los tomosalcanzanuna configuracin de
tipo gasnoble:dos electrones (configuracin tipo helio) para el
hidrgeno y 8 electrones para la mayora de los otros tomos: H .c.+ 4
H . ----.+ H : c : H +--- cuatroenlacescovalentes .. ti
Sedenominaenlacesimplea la unin resultantede compartirun par de
electrones entre dos tomos. Dos tomos pueden compartir tambin dos o
incluso tres pares de electrones; tales unionesmltiples se
denominan enlacesdobles o triples, respecti- vamente.
25. lntroducci6n al enlace quimico Secci6n 1.4. enlaces dobles
enlaces triples // :N::N: H:C;:C:H 11 PROBLEMAS MODELOS Seale con
un crculo los ocho electrones de enlace asociados con el fitomo de
carbono en cada una de las siguientes estructuras: Soluci6n: Sobre
las mismas estructuras del problema precedente, seale con un crculo
los dos electrones asociados con cada tomo de hidrgeno y los ocho
asociados con cada-fitomo de oxgeno o de nitrgeno. Cundoforman los
tomos enlacesinicos y cundo covalentes? Los enlaces
inicosseformancuando ladiferencia
deelectronegatividadentredostomoses elevada(mayorque 1.7). Por
ejemplo, un tomodesodio(electronegatividad 0.9) ejerce escasa
atraccin sobre suelectrnde enlace, transfirindolo con gran
facilidad a un tomode cloro (electronegatividad 3.0). Porotra
parte, la diferencia de electro- negatividadentredosBtomosdecarbono
es cero, entre un tomodecarbono y uno dehidrgeno,solamente 0.4; y
entreunodecarbono y unode cloro, 0.5. Altener el
carbonounaelectronegatividadde 2.5, intermediaentrelosvaloresmnimos
y m& ximos, noforma casi nunca enlaces inicos con otros
elementos. En lugarde ello, el carbono formaenlaces covalentes con
otros tomosde carbonoy de otros elementos. A. Valencia La Valencia
de un tomoes el nmero dl: electronesque el tomo pierde, gana o
comparte. En unamolCcula covalente,la Valenciadecadatomo es el
nmerode enlaces covalentes que dicho tomo forma.El carbono tiene
cuatro electronesde enlace y forma cuatro enlaces covalentes para
alcanzarla configuracin de octeto. Decimos, por lo tanto, que el
carbono tiene Valencia4. La Tabla 1.3 muestra las valencias tpicas
de los elementos mBsusualesenloscompuestosorgfinicos.
26. 12 Capitulo 1 tomos y mol4culas: Revisidn H.c. + 4 H . --
-t H:C:H Valencia 4 Valencia 1 H :C]: ...... .. + 4 :l < c " I H
H H ,,/;c- 1 -mds pr6ximos mds alejados PROBLEMAS MODELO Muestre el
enlace dehidr6genoentredosmolculasdeCH,CH,NH,. Solucin: 1. Localice
uno o mshidr6genosparcialmentepositivos. 2. Localice un
tomoelectronegativo (N,O,F)conpareselectrnicosnocompartidos. 3.
Dibujedosmolculascon un enlace dehidrgenoentre un H
parcialmentepositivo y el N de la otra molcula. ti H I I
cti,cti2-N:- - - k l - ~ - ( ' l l : ( 1 1 , I H No todos los
enlaces dehidrgenoposeen la mismafuerza. Un enlace O - - - H'O, por
ejemplo, es msfuerteque un enlace N - - - H-N. Cul es la causaf ,
El oxgeno es ms electronegativo queel nitrgeno,por lo que el enlace
O - H es ms polar que el N-H y su H, consiguientemente, ms
positivo. La atraccinentreeste H
yeltomoelectronegativoser,porlotanto,mayor. ....
42. 28 H ms positivo: enlace de hidrgeno ms fuerte H menos
positivo: enlace de hidrgeno ms dbil Los enlacesde hidrgeno pueden
formarseentremolculas diferentes,talescomo CH,OH y H,O, CH,NH, y
H,O.En tales casos, pueden formarse diferentes clases
deenlacesdehidrgeno.Las siguientes estructuras muestrandos tipos
deenlace de hidrgeno entre molculas deCH,NH, y H,O. (En una mezcla
de ambos compuestos, pueden tambin formarse enlaces de hidrgeno
entre molculas de la misma clase.) H ms positivo: H menos positivo:
enlace dehidr6geno msfuerte enlacedehidrgeno ms dbil La tabla 1.7
ilustra la cantidad de energa que se necesita para romper algunos
tipos de enlacesde hidrgeno. Obsrvese queel enlace0-H - - - N es el
mhs fuerte de todos. Dadoque el nitrgeno es menos electronegativo
queel oxgeno,supar electrnico libre est retenido con menor
intensidad y es m& fcilmente atrado por otro tomo.Comopor otra
parte, el enlace 0H posee un H ms positivo que el N-H, ambos
factores se combinan para dar un enlace de hidrgeno bastante
fuerte. TABLA 1.7. Energias de disociaci6n aproximadas de algunos
enlaces de hidr6geno Energa de disociaci6n Tipo de enlace
aproximada de hidrgeno (en kcallmol) C. Efectosdelenlacedehidrgeno
Los enlacesde hidrgenoactan,en ciertomodo, comoaglutinanteentrelas
molculas. Si bien un enlace de hidrgeno aisladoes dbil, al tomar en
consideracinun elevado nmero de molculas, resulta asimismo un
elevado nmero de enlaces de hidrgeno. En todas las sustancias,los
puntos de ebullicinaumentan conel pesomolecular, debido al aumento
de las atraccionesde van der Waals. Sin embargo, un compuesto
43. cidos y basesSeccidn l . 7O. 29 en el que existen enlaces
de hidrgeno exhibe un punto de ebullicin superior al que cabra
predecir considerandosolamente su peso molecular. Para volatilizar
un lquido con enlaces de hidrgeno, es precisio suministrar una
energa adicional para romper dichos enlaces de hidrgeno
intermoleculares. El etanol (CH,CH,OH)y el ter dimetlico
(CH,OCH,)tienen el mismopeso molecular. Sin embargo, el etanol
tiene un punto de ebullicin muy superior al ter dimetlico;el
primero es un lquido a temperatura ambiente, mientras que el
segundo es un gas. La diferencia de puntos de ebullicin entre
ambos, puede atribuirse direc- tamente aque las molculas de etanol
se unen medianteenlacesde hidrgeno, mientras que las molculasde ter
dimetlico no pueden formarlos. Ntese que el enlace de hidrgeno
afecta al punto de ebullicin en mayor grado que la ramificacin.
enlace de hidrdgeno no hay H disponible paraformar 'x enlace de
hidrdgeno CH,CH,O:- - -H-O: CH.? I H I I CH2CH, :O--CH, etanol
6terdimetlico, p.eb. 78.5" p.eb. -23.6" La solubilidad de los
compuestos covalentes en agua es otra propiedad direc- tamente
afectada porel enlace de hidrgeno. Un compuestoque pueda formar
enlaces de hidrgeno con el agua tiende a ser ms soluble en ella que
uno que no los forma. Los azcares, tales como la glucosa, contienen
various grupos " O H y son bastante solublesen agua. El
ciclohexano, sin embargo, no puede formarenlaces de hidrgeno y no
puede tampoco romperlos existentesen elagua siendo,en
consecuencia,insoluble en sta. CH,OH H i)H glucosaciclohexano
soluble en agua insoluble en agua PROBLEMA DE ESTUDIO 1.11. Muestre
todos los tipos de enlaces de hidrgeno (si los hay) que
podranencontrarseen: (a) CH,CH,CH,NH, lquida (b) una solucin de
CH,OH en H,O (c) CH,CH,OCH,CH,lquido (d) unasolucin de CH,OCH, en
H,O SECCIN1.Io. cidos y bases Segn la teoradecidos y basesde
Brmsted-Lowry, un cido es una sustancia que pucdedonar un ion
hidrgenocargadopositivamente o protn (H+).Dos ejemplos de cidos de
Brensted-Lowry son el HCI y el HNO,. Una base se definecomo una
sustanciaque puede aceptar un on H' . El ion SH-y el NH,son bases
tpicas. (Una
44. 30 Capitulo 7 tornos y molculas: Revisin fuentemuy comn de
ionesoxhidriloes el Na+OH-.)Aunque hablamosde "donadores de
protones", y de "aceptoresde protones", en qumica orgnicase usan
flechas curvas para indicarla accin de los electrones y node
losprotones. Por lo tanto, en la siguiente ecuacin se dibuja
unaflechacurvadesde los electrones no compartidos de la base hasta
el protn que dicha base est aceptando. ~ 0 : : -+ H cl: "-+ HO-H +
:CI:-n i'" una base un cido (aceptor de HA) (donador de H+)
Recurdese de los cursos de qumica general, que un cido fuerte es un
cido que esencialmentesufreionizacintotal en agua.
Acidosfuertestpicos son HCl, HNO, y H,SO,. La ionizacin de estos
cidos fuertes es una reaccin cido-base tpica. El cido (HC1, por
ejemplo) donaun protn a la base (H,O). El equilibrioest totalmente
desplazado hacia la derecha (ionizacin completadelHCI)ya que H,O es
una base ms fuerte queC1-y HCl esun cidom& fuerte queH,O+. H
base mcis cido mcis fuerte que Cl- fuerte que H,O' En contraste, un
cido dbil, slo est ionizado parcialmente en agua. El cido
carbnicoesun cidodbilinorgnicotpico. El equilibriosedesplaza
hacialaizquierda porque H,O+ es el cido ms fuerte y HC0,- es la
base ms fuerte. o t1 o ./--A I1 I I1H-