1 ENLACE Y ESTRUCTURA

¿Qué es la química orgánica?

La química orgánica es la química del carbono y de sus compuestos.

Enlace ionico

En química, el enlace iónico es una unión que resulta de la presencia de fuerza de atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro fuertemente electronegativo (alta afinidad electrónica). Eso se da cuando en el enlace, uno de los átomos capta electrones del otro.

Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de electronegatividad, este enlace suele darse entre un compuesto metálico y uno no metálico. Se produce una transferencia electrónica total de un átomo a otro formándose iones de diferente signo. El metal dona uno o más electrones formando iones con carga positiva o cationes con una configuración electrónica estable. Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también tiene configuración electrónica estable. Son estables pues ambos, según la regla del octeto adquieren 8 electrones en su capa más exterior. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto.

Enlace covalente

Un enlace covalente se produce por compartición de electrones entre dos átomos. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad polar pero la diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos no metales.

La Estructura de lewis,

es una representación gráfica que muestra los enlaces entre los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir. Diagrama de Lewis se puede usar tanto para representar moléculas formadas por la unión de sus átomos mediante enlace covalente como complejos de coordinación. La estructura de Lewis fue propuesta por Gilbert Lewis, quien lo introdujo por primera vez en 1915 en su artículo La molécula y el átomo.

Las estructuras de Lewis muestran los diferentes átomos de una determinada molécula usando su símbolo químico y líneas que se trazan entre los átomos que se unen entre sí. En ocasiones, para representar cada enlace, se usan pares de puntos en vez de líneas. Los electrones desapartados (los que no participan en los enlaces) se representan mediante una línea o con un par de puntos, y se colocan alrededor de los átomos a los que pertenece.

Estructura de resonancia.

La Resonancia (denominado también Mesomería) en química es una herramienta empleada (predominantemente en química orgánica) para representar ciertos tipos de estructuras moleculares. La resonancia consiste en la combinación lineal de estructuras de una molécula (estructuras resonantes) que no coinciden con la estructura real, pero que mediante su combinación, nos acerca más a su estructura real. La resonancia molecular es un componente clave en la teoría del enlace covalente y su aparición crece cuando existen enlaces dobles o triples en la molécula, numerosos compuestos orgánicos presentan resonancia, como en el caso de los compuestos aromáticos.

La geometría de las moléculas en general y la de los compuestos del carbono enparticular, puede explicarse recurriendo a la idea de hibridación de orbitales. Elanálisis de tres átomos típicos, el berilio (Be), el boro (B) y el carbono (C) permiteilustrar este fenómeno mecanocuántico. En el átomo de berilio tiene comoconfiguración electrónica 1s22s2; a pesar de que todos sus orbitales estáncompletos se combina dando lugar a moléculas lineales con dos enlaces.

Las moléculas polares se disuelven fácilmente en disolventes polares y no lo hacen sin embargo en disolventes no polares. El disolvente polar por excelencia es el agua, así que las sustancias polares son hidrosolubles o hidrófilas, mientras las no polares son hidrófobas.

La polaridad eléctrica es un factor esencial de la organización de las moléculas biológicas en estructuras supramoleculares, como las membranas de bicapa, estructuradas por moléculas de lípidos que tienen una parte polar y otra no polar (moléculas anfipáticas).Las moléculas apolares son aquellas moléculas que se producen por la unión entre átomos que poseen igual electronegatividad, por lo que las fuerzas con las que los átomos que conforman la molécula atraen los electrones del enlace son iguales, produciéndose así la anulación de dichas fuerzas. Un ejemplo de una molécula apolar es la molécula de Oxígeno (O2). En esta molécula cada átomo de Oxígeno atrae a los electrones compartidos hacia sí mismo con una misma intensidad pero en sentidos opuestos, por lo que se anulan las fuerzas de atracción y la molécula no se convierte en un dipolo

Las fuerzas intermoleculares

se producen cuando los átomos pueden formar unidades estables llamadas moléculas mediante el compartimiento de electrones. Las fuerzas intermoleculares, fuerzas de atracción entre moléculas a veces también reciben el nombre de enlaces intermoleculares aunque son considerablemente más débiles que los enlaces iónicos, covalentes y metálicos. Las principales fuerzas intermoleculares son

El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de hidrógeno)

las fuerzas de Van der Waals. Que podemos clasificar a su vez en:

o Dipolo - Dipolo. o Dipolo - Dipolo inducido. o Fuerzas de dispersión de London.

Clasificación de las moléculas orgánicas

ORGANICAS.Se encuentran 4 tipos de moléculas orgánicas:Carbohidratos, lípidos, proteínas, nucleótidos

CARBOHIDRATOS: Son la fuente primaria de energía química, para los sistemas vivos, los más simples son los monosacáridos (azucares simples), son moléculas fundamentales de almacenamiento de energía.

LIPIDOS: Son un grupo de sustancias orgánicas insolubles en solventes polares como el agua, pero se disuelven en solventes orgánicos no polares- ejemplo el cloroformo, son moléculas de

almacenamiento de energía usualmente en forma de grasa o aceite.

PROTEINAS: Se les conoce como moléculas anfóteras, es decir contienen un radial base y otro acido, pudiendo así actuar como acido o bien como base, según en el medio que se encuentren.(enzimas, hormonas, hemoglobina, inmunoglobinas).

NUCLEOTIDOS: Es una molécula que se convierte en transportador de energía, con la uniónde dos fosfatos, necesarios para las numerosas reacciones

Orbitales híbridos

se originan fundamentalmente en el átomo de carbono a la hora de efectuar sus enlaces. Esto supone un gasto energético inicial que después se compensa con la estabilidad de los enlaces que forma el carbono. El Carbono es un elemento de número atómico 6, esto es, sus átomos tienen 6 protones en el núcleo y, en estado neutro, 6 electrones en la corteza. Esos 6 electrones se distribuyen en los distintos orbitales del átomo, de menor a mayor energía: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0. Mediante una energía que absorbe el átomo en un proceso llamado promoción, un electrón pasa del orbital 2s al 2p que está vacío, lo cual le da al átomo la posibilidad de formar 4 enlaces frente a los 2 que podría formar al principio: 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1. Pero estos 4 orbitales quedarían muy juntos en el espacio y conferirían inestabilidad al átomo de carbono, que prefiere sufrir el proceso de la hibridación, que consiste en formar orbitales intermedios entre los s y los p, de tal forma que queden perfectamente distribuidos en el espacioic

orbitales moleculares

son los orbitales (funciones matemáticas) que describen el comportamiento ondulatorio que pueden tener los electrones en las moléculas. Estas funciones pueden usarse para calcular propiedades químicas y físicas tales como la probabilidad de encontrar un electrón en una región del espacio. El término orbital fue utilizado por primera vez en inglés por Robert S. Mulliken en 1925 como una traducción de la palabra alemana utilizada por Erwin Schrödinger,'Eigenfunktion'. Desde entonces se considera un sinónimo a la región del espacio generada con dicha función. Los orbitales moleculares se construyen habitualmente por combinación lineal de orbitales atómicos centrados en cada átomo de la molécula. Utilizando métodos de cálculo de la

estructura electrónica, como por ejemplo, el método de Hartree-Fock se pueden obtener de forma cuantitativa.

2 INTRODUCCION A LAS REACCIONES ORGANICAS.

Clasificación de las reacciones organicas.

Reacciones de adición.Este tipo de reacciones consisten en la adición de dos especies químicas al enlacemúltiple de una molécula insaturada.

Reacciones de sustitución.En las reacciones de sustitución se engloban aquellas reacciones en las que unátomo o grupo atómico es sustituido o desplazado por otro.

Reacciones de eliminación.Este tipo de reacciones constituyen el proceso inverso de las reacciones de adicióny consisten en la pérdida de átomos, ó grupo de átomos de una molécula, conformación de enlaces múltiples o anillos.

Reacciones de transposición.Esta clase de reacciones consisten en un reordenamiento de los átomos de unamolécula que origina otra con estructura distinta.

El mecanismo de reacción

es una descripción detallada, paso a paso, de la formaen la que los reactivos se transforman en los productos. La descripción debe incluir:• El movimiento de los electrones que producen la ruptura y formación de enlaces.• Las relaciones espaciales de los átomos durante dichas transformaciones.En el caso ideal, un mecanismo debería responder a los cambios estructurales y alos energéticos que ocurren en cada paso de la reacción.Nunca hay que esperar que un mecanismo quede completamente demostrado,pues en muchas reacciones no es posible conseguir datos experimentales paracada detalle del proceso. A menudo es posible que haya más de un camino distinto

para una reacción. Los químicos orgánicos están muy acostumbrados a proponermecanismos para explicar un proceso químico nuevo, la formación de una especiequímica inesperada, etc. De entre los posibles mecanismos para una nuevareacción química hay que elegir el que sea consistente con los datosexperimentales disponibles.

Cinetica de la reacción.

La cinética es el estudio de la velocidad de la reacción. El hecho de que unareacción sea termodinámicamente favorable no significa necesariamente que vayaa tener lugar. Por ejemplo, el metano y el cloro no reaccionan si la mezcla semantiene fría y en la oscuridad. La velocidad de una reacción se puede determinarmidiendo el aumento en las concentraciones de los productos o la disminución delas concentraciones de los reactivos a través del tiempo.La velocidad de una reacción depende de la concentración de los reactivos. Si laconcentración es alta los reactivos chocan entre sí con más frecuencia y laprobabilidad de que ocurra la reacción es mayor.

EQUILIBRIOS.

En un proceso químico, el equilibrio químico es el estado en el que las actividades químicas o las concentraciones de los reactivos y los productos no tienen ningún cambio neto en el tiempo. Normalmente, este sería el estado que se produce cuando el proceso químico evoluciona hacia adelante en la misma proporción que su reacción inversa. La velocidad de reacción de las reacciones directa e inversa por lo general no son cero, pero, si ambas son iguales, no hay cambios netos en cualquiera de las concentraciones de los reactivos o productos. Este proceso se denomina equilibrio dinámico.

Una reacción ácido-base o reacción de neutralización

es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base. Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas. A pesar de las diferencias en las definiciones, su importancia se pone de manifiesto como los diferentes métodos de análisis cuando se aplica a reacciones ácido-base de especies gaseosas o líquidas, o cuando el carácter ácido o básico puede ser algo menos evidente.

HA + H2O ↔ H3O+ + A-

3 ALCANOS Y CICLOALCANOS.

Estructura.El alcano más simple es el metano CH4. Desde el siglo pasado se habíademostrado mediante hechos experimentales que la estructura del metano tenía unaforma tetraédrica. Sin embargo, la justificación de esta estructura no pudo hallarsehasta el desarrollo de la teoría mecanocuántica entre los años 1920 y 1930.

Nomenclatura de los alcanos.Si todos los hidrocarburos saturados fueran alcanos normales (lineales) sepodrían nombrar fácilmente por cualquier método que reflejara el número de carbonosde cada uno de ellos. Sin embargo, los alcanos con más de tres átomos de carbonopueden existir como isómeros estructurales. El criterio básico para nombrar unaestructura es elegir el nombre fundamental. Para la nomenclatura de los alcanosramificados hay que seguir las siguientes reglas:1. Identificar la cadena principal (cadena más larga). A ella le corresponderá elnombre del hidrocarburo principal. El nombre se forma a partir de una raíz de origengriego que indica el número de átomos de carbono de la cadena. Por ejemplo, unasecuencia de cinco átomos se nombra utilizando el prefijo pent-, mientras que una dediez átomos se nombra mediante el prefijo dec-. Para completar el nombrefundamental de un alcano se añade a la raíz la terminación -ano.2. Numerar los átomos de la cadena principal de tal modo que los localizadoresde las cadenas laterales tengan los números más bajos posibles. El compuesto seráun alquilalcano. Para nombrar a las cadenas laterales se cambia la terminación -ano,que le correspondería al hidrocarburo, por la terminación -ilo. Por ejemplo, un grupoCH3- unido a la cadena principal se le denomina metilo, un grupo CH3CH2- sedenomina etilo y así sucesivamente. A continuación se indica la numeración de lacadena principal y la nomenclatura de un hidrocarburo ramificado.CH3CHCH2CH2CH3CH31 2 3 4 52-metilpentano3. Si hay dos o mas clases distintas de grupos alquilo sus nombres se sitúan,generalmente, por orden alfabético sin tener en cuenta los prefijos separados por unguión (t-, sec-) o los indicadores del número de grupos (di-, tri-, tetra-), que no sealfabetizan. Los prefijos iso y neo (que no se separan con guión) se alfabetizan. Porejemplo:5-etil-2,2-dimetilheptano

(no 2,2-dimetil-5-etilheptano)CH3CCH2CH2CHCH2CH3CH3CH3 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH2CH3CH3 CH32,4-dimetilpentano(no 4,6-dimetilpentano)3-metil-2-propilnonanoCH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH3 CH2CH2CH3 CH3CCH2CH2CHCH2CH2CH3CH3CH3CHCH3CH35-isopropil-2,2-dimetiloctano(no 2,2-dimetil-5-isopropiloctano)

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ALCANOS

Las propiedades físicas de los alcanos siguen el mismo patrón establecido por el metano, siendo concordantes con las estructurasde los alcanos. La molécula de un alcano sólo presenta enlaces covalentes, que enlazan dos átomos iguales, por lo que no son polares; o bien, unen dos átomos cuyas electronegatividades apenas difieren, por lo que son escasamente polares. Además, estos enlaces son direccionales de un modo muy simétrico, lo que permite que dichas polaridades débiles se cancelen; como resultado, un alcano es no polar o ligeramente polar.

Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas no polares (fuerzas de Van der Waals) son débiles y de alcance muy limitado; solamente actúan entre partes de moléculas diferentes en contacto íntimo; es decir, entre las superficies moleculares. Dentro de una familia esperaríamos que cuanto mayor sea una molécula y por consiguiente su superficie-, más intensa son las fuerzas intermoleculares.

Las propiedades físicas de los alcanos siguen el mismo patrón establecido por el metano, siendo concordantes con las estructurasde los alcanos. La molécula de un alcano sólo presenta enlaces covalentes, que enlazan dos átomos iguales, por lo que no son polares; o bien, unen dos átomos cuyas electronegatividades apenas difieren, por lo que son escasamente polares. Además, estos enlaces son direccionales de un modo muy simétrico, lo que permite que dichas polaridades débiles se cancelen; como resultado, un alcano es no polar o ligeramente polar. Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas no polares (fuerzas de Van der Waals) son débiles y de alcance muy limitado; solamente actúan entre partes de moléculas diferentes en contacto íntimo; es decir, entre las superficies moleculares. Dentro de una familia esperaríamos que cuanto mayor sea una molécula y por consiguiente su superficie-, más intensa son las fuerzas intermoleculares.

Los cicloalcanos o alcanos cíclicos

son hidrocarburos saturados, cuyo esqueleto es formado únicamente por átomos de carbono unidos entre ellos con enlaces simples en forma de anillo. Su fórmula genérica es CnH2n. Por fórmula son isómeros de los alquenos. También existen compuestos que contienen varios anillos, los compuestos policíclicos.

Ciclohexano

Probablemente el cicloalcano más importante es el ciclohexano. Se puede obtener por hidrogenación del benceno.

Presenta varias conformaciones que le permiten conservar el ángulo tetraédrico de 109,5 º entre los sustituyentes en los átomos de carbono. El ciclohexano no es plano sino, su diferentes

Oxidación de alcanos: Combustión.La combustión de los alcanos es una de las reacciones orgánicas másimportantes si se tiene en cuenta la masa de material que utiliza este proceso. La

combustión de gas natural, gasolina y fuel implica en su mayor parte la combustión dealcanos. Sin embargo, esta combustión deja de ser una reacción orgánica típicaporque en primer lugar los reactivos de la reacción son en realidad mezclas de alcanosy en segundo lugar porque el producto deseado de la reacción es el calor quedesprende y no los productos obtenidos en ella. De hecho, los productos generadosen el proceso de combustión de los alcanos son, por lo general, compuestos sininterés y su eliminación, debido a su volumen, constituye un importante problema.La ecuación para la combustión de un alcano, por ejemplo el metano, es lasiguiente:CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2OSin embargo, en muchos procesos de combustión, como la quema de gasolinaen un motor, no se logra una oxidación completa del carbono generándose en muchoscasos monóxido de carbono (C=O). Otros productos, como los aldehídos, también sonel resultado de una combustión incompleta de los alcanos.

El petróleo como fuente de alcanos.Los alcanos son productos naturales muy diseminados sobre la tierra y sonfundamentalmente el resultado de procesos biológicos.El metano se produce mediante la descomposición anaeróbica bacteriana de lamateria orgánica. Debido a que fue aislado por primera vez en los pantanos se ledenomina también como gas de los pantanos. Es también un importante constituyentedel gas producido en algunos procesos de eliminación de aguas negras y su presenciase detecta también en las minas de carbón, donde se le denomina aire detonante ogrisú, debido a la naturaleza explosiva de las mezclas de metano y aire.El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos y consta básicamentede etano y metano junto con pequeñas cantidades de propano.El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, la mayoría de los cualesson alcanos y cicloalcanos, y constituye el resultado final de la descomposición de la

materia animal y vegetal sepultada bajo la corteza terrestre durante períodos muylargos. La mezcla se acumula formando un líquido negro y viscoso en bolsassubterráneas, de donde se extrae mediante la perforación de pozos. El aceite crudotiene un intervalo muy amplio de ebullición. Sus componentes más volátiles son elpropano y el butano. El éter de petróleo se compone de pentanos y hexanos y destilaentre 30 y 60C. La ligroína es una mezcla de heptanos que tiene un intervalo deebullición entre los 60y los 90C. Estas mezclas se usan a menudo como disolventesen la industria y en los laboratorios químicos. Sin embargo, los destilados másimportantes del petróleo son la gasolina y los combustibles de calefacción.La destilación fraccionada del petróleo crudo proporciona las siguientesfracciones.Intervalo de ebullición en °Cgas natural (C1 a C4) por debajo de 20éter de petróleo (C5 a C6) 30-60ligroína o nafta ligera (C7) 60-90gasolina normal (C6 a C12) 85-200queroseno (C12 a C15) 200-300fueloil de calefacción (C15 a C18) 300-400aceites lubricantes, grasas,parafinas, ceras, alquitrán (C16-C24) por encima de 400

Craqueo.Las moléculas de alcanos se pueden romper por acción del calor (proceso depirólisis). Los enlaces carbono-carbono se rompen generando radicales alquilo máspequeños. La ruptura se produce de forma aleatoria a lo largo de la cadena.CH3CH2CH2CH2CH3CH3 + CH3CH2CH2CH2CH3CH2 + CH3CH2CH2Una de las posibles reacciones que pueden experimentar los radicales es larecombinación en cuyo caso se produce una mezcla de alcanos:CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH3 CH3CH3 +CH3 + CH3CH2CH3CH3CH2 + CH3CH2CH2CH2CH2CH3

Otra reacción que puede ocurrir es el desproporcionamiento. En este proceso,uno de los radicales transfiere un átomo de hidrógeno al otro radical para producir unalcano y un alqueno:CH3CH2 + CH3CH2CH2 CH3CH3 + CH3CH=CH2El resultado neto de la pirólisis es la conversión de un alcano superior en unamezcla de alcanos y alquenos. Esta reacción no es útil en el laboratorio de químicaorgánica por que genera mezclas. Sin embargo, el craqueo térmico de loshidrocarburos ha resultado ser un proceso industrial muy importante. La composicióndel petróleo crudo es muy variada y depende de su origen. Por ejemplo, la destilaciónfraccionada de un petróleo ligero típico proporciona un 35% de gasolina, un 15% dequeroseno y trazas de asfalto, siendo el resto aceites lubricantes y aceites de puntosde ebullición más altos. Por otra parte un crudo pesado proporciona solamente un 10%de gasolina, un 10% de queroseno y un 50% de asfalto. A fin de reducir el porcentajede aceites pesados de alto peso molecular y aumentar la producción de fraccionesmás volátiles se emplea el método de craqueo. El método de craqueo térmico apenasse utiliza en la actualidad y ha sido sustituido por el craqueo catalítico. Loscatalizadores, compuestos de alúmina y sílice, permiten realizar el proceso de craqueoa temperaturas más bajas. Es posible que el craqueo catalítico transcurra a través deintermedios catiónicos en lugar de radicalarios.

La halogenación

es el proceso químico mediante el cual se adicionan uno o varios átomos de elementos del grupo de los halógenos (grupo 17 de la tabla periódica) a una molécula orgánica. Una de las halogenaciones más simples es la halogenación de alcanos. En estas reacciones los átomos de hidrógeno de los alcanos resultan sustituidos total o parcialmente por átomos del grupo de los halógenos. La reacción que tiene lugar es la siguiente:

Son posibles una gran variedad de productos químicos. La composición de la mezcla de productos vendrá dada por la concentración de los reactivos y otras condiciones del medio de reacción, por ejemplo, la temperatura.

4 ESTEREOISOMERIA.

Propiedades físicas de los enantiomeros

Enantiomeros: tienen casi todas las propiedades fisicas iguales, difieren en la rotacion de la luz polarizada, pero poseen el mismo pto de fusion y ebullicion e idnetica solubilidad,La separacion via diastereoisomeros, consiste en transformar la mezcla de enantiomeros en mezcla diastereoisomeros x adicion de un reactivo quiral, los diastereoisomeros son facil% separables x metodos fisicos.Los enantiomeros son imagenes especulares no superponibles.Se caracterizan x poseer un atomo unido a 4 grupos distintos llamado asimetrico o quiral.

Actividad optica:

Los enantiomeros poseen casi todas las propiedades fisicas identicas, con la excepcion de la actividad optica.Uno de ellos produce rotacion de la luz polarizada a la derecha(dextrogiro) y el otro a la izquierda (Levogiro)

Forma Racemica:

Es la mezcla equimolecular de los isomeros dextro y levo. Esta formula es optica% inactiva (no desvia el plano de la luz polarizada.

Un estereocentro o centro estereogénico

es cualquier punto, aunque no necesariamente un átomo, en una molécula que lleva grupos tales que el intercambio de dos grupos cualesquiera conduce a un estereoisómero.1 En química orgánica, este término suele referirse a un átomo de carbono, fósforo, o azufre, aunque es posible que otros átomos sean estereocentros en química orgánica e inorgánica.

Una molécula pueden tener múltiples estereocentros, dándole varios estereoisómeros. En compuestos cuya estereoisomería es debida a centros estereogénicos tetraédricos, el número total de estereocentros posibles no excederá 2n, donde n es el número de estereocentros tetraédricos. Las moléculas con simetría

frecuentemente tienen menor cantidad de estereoisómeros que el máximo posible.

El término estereocentro fue introducido en 1984 por Mislow y Siegel.2

El término amplio "estereocentro" suele ser confundido con el más estrecho de "centro quiral". Es importante recordar que un compuesto como el 2-buteno tiene dos estereocentros formando dos estereoisómeros posibles (cis y trans 2-buteno), y sin embargo no es considerado un compuesto meso.

Nomenclatura de los enantiomeros

Es necesaria una nomenclatura que distinga los estereoisómeros de una molécula. Así, en el caso del 2-Clorobutano la notación debe distinguir un enantiómero del otro. Cahn, Ingold y Prelog desarrollaron unas reglas que permiten distinguir unos estereoisómeros de otros, y que a continuación describo.

Regla 1.- Dar prioridades a cada uno de los cuatro átomos o grupos de átomos enlazados directamente al carbono asimétrico. Esta prioridad se da por número atómico. En la molécula de Bromocloroyodometano, el yodo es el grupo de mayor prioridad, que representamos por “a” y el hidrógeno el de menor prioridad, que respresentamos por “d”.

Asignar prioridades

Regla 2.- Orientar la molécula con el grupo de menor prioridad hacia el fondo del papel. En el ejemplo anterior el grupo de menor prioridad es el hidrógeno (grupo d) y está como puede verse en la figura al fondo del papel (línea discontinua). Ahora dibujamos una flecha que recorre los grupos en orden a → b → c. Si el recorrido es en el sentido de las agujas del reloj, el carbono asimétrico tiene notación R. Si el recorrido es en sentido contrario la configuración del carbono es S.

Configuración absoluta: pareja de enantiómeros

Notación R/S de molécula e imagenObsérvese que si un enantiómero tiene notación R su imagen especular será S.

Configuración absoluta de la molécula y de su imagen

Notación R/S con grupo "d" en cuñaEn los ejemplos anteriores el grupo d siempre queda por detrás del plano formado por los tres sustituyentes de más prioridad. Si el grupo d está hacia nosotros (cuña) la configuración del carbono es contraria al giro. Veamos un ejemplo:

En este caso el grupo de menor prioridad está orientado hacia nosotros. Se dan prioridades, pero la notación del centro quiral es contraria al giro. Así, giramos en el sentido de las agujas del reloj,

pero la notación es S. Notación R/S con grupo de en el plano¿Cómo damos la configuración absoluta de un centro quiral que tiene el grupo de menos prioridad en el plano? Una solución es girar la molécula para dejar “d” al fondo. Pero también podemos usar un “truco” que permite conocer de forma sencilla la configuración absoluta de un centro quiral. Esta idea se basa en cambiar el grupo d por el grupo que va al fondo. Un cambio de dos grupos supone cambiar la notación del centro quiral.

El cambio del hidrógeno por el yodo cambia la notación de la molécula. Después de hacer el cambio el centro quiral tiene notación S. Por tanto, la molécula de partida será R.{mosgoogle}

Las proyecciones de Fischer

son utilizadas en química orgánica para representar en dos dimensiones la disposición espacial de moléculas en las que uno o más átomos de carbono están unidos a 4 sustituyentes diferentes.

Estos átomos pueden existir en dos configuraciones espacialmente diferentes, que son imágenes especulares (simétricas respecto a un plano) entre sí, como lo son la mano derecha de la izquierda, y al igual que éstas no son superponibles en el espacio.

Diastereomeros

Los diastereoisómeros difieren en sus propiedades físicas y químicas.

Dentro del grupo de los diasterómeros se encuentran los isómeros cis-trans (antes conocido como Isómeros Geométricos), los confórmeros o isómeros conformacionales y, en las moléculas con varios centros quirales, los isómeros que pertenecen a distintas parejas de enantiómeros.

Si una molécula tiene varios centros quirales obtendremos diastereómeros cambiando la configuración absoluta de uno de los centros quirales y manteniendo la del resto; veámoslo en el ácido tartárico:

COOH COOH | | (R) H-C-OH HO-C-H (S) | | (S) H-C-OH H-C-OH (S) | | COOH COOH

Compuestos meso

Se denomina compuesto meso a aquel que, conteniendo átomos de carbono asimétricos, es aquiral (existe un plano de simetría). Por lo tanto, su imagen especular es en realidad el mismo compuesto.

Este tipo de compuestos carece de actividad optica a pesar de contener en su estructura centros estereogénicos.

Los compuestos meso contienen un plano de simetría que divide la molécula en dos, de tal forma que una mitad es la imagen especular de la otra

Las estructuras meso se basan en el número de centros estereogénicos representados por la formula 2^n donde n es el número de centros y dicha fórmula lo va a definir la cantidad de estereoisómeros que tenemos en la molécula.

Por ejemplo, uno de los isómeros del ácido tartárico representado abajo es un compuesto meso. Existe un plano especular interno, que biseca la molécula: al rotar la molécula 180° sobre el plano perpendicular a la pantalla, se obtiene la misma estereoquímica. (ver Proyección de Fischer)

ALQUENOS Y ALQUINOS.

NOMENCLATURA DE LOS ALQUENOSEl sufijo del nombre sistemático de los alquenos es eno. Los nombres comunes de losalquenos terminan con el sufijo ilenoCH2 = CH2CH2 = CH - CH3CH2 = CH - CH2 - CH3CH3 - CH = CH - CH3CH3 - C = CH2CH3Eteno o EtilenoPropeno o Propileno1-Buteno o 1-Butileno2-Buteno o 2-Butileno

2-Metilpropeno o Isobutileno

PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALQUENOSComo un alqueno solo es dos unidades atómicas mas ligero que su correspondiente alcano,

sus propiedades físicas son semejantes.

HidrogenaciónEs la adición de los elementos del hidrógeno a un alqueno para formar el alcanocorrespondiente. La reacción requiere un catalizador metálico como platino, paladio o

níquel y es de interés comercial en la fabricación de margarinas y grasas a partir de aceites

vegetales poliinsaturados.

Oxidación de alquenosLas sustancias cuyas moléculas tienen grupos alquenos reaccionan con muchos agentesoxidantes.Al igual que los alcanos y los compuestos hidrocarbonados, en general, combusten enpresencia del oxígeno del aire produciendo anhídrido carbónico, monóxido de carbono oHidrocarburos Insaturados16carbono y agua dependiendo de las condiciones de la reacción y además liberan elcorrespondiente calor de combustiónEl ozono fragmenta un alqueno en su enlace doble produciendo aldehídos o cetonas de lasiguiente manera:R - C = C - R'R'' R'''O3 H 2O R - C = OR'' R'''O = C - R' H 2O 2 + + + +El ozono mata parcialmente las plantas, ya que ataca los dobles enlaces en las moléculas declorofila , el pigmento verde mediante el cual las plantas realizan la fotosíntesisEl permanganato de potasio y el bicromato de sodio acuoso y caliente actúan en formavigorosa sobre los alquenos produciendo ácidos carboxílicos o cetonas según que el doble

enlace atacado sea terminal o interior respectivamente

PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALQUINOSEl acetileno es un gas incoloro, de olor dulce cuando está puro e insoluble en agua. Es muy

sensible al impacto y suavemente explosivo. Para transportarlo sin peligro debe disolverseen acetona a presión moderada. El acetileno arde con una llama muy luminosa. Lacombustión del acetileno en los sopletes oxiacetilénicos genera suficiente calor para cortary soldar metales.

6 COMPUESTOS AROMATICOS

El benceno

es un hidrocarburo aromático poliinsaturado de fórmula molecular C6H6, con forma de anillo (se le llama anillo bencénico, o aromático, ya que posee un olor característico) y puede considerarse una forma poliinsaturada del ciclohexano. En el benceno cada átomo de carbono ocupa el vértice de un hexágono regular, ocupa dos valencias con los dos átomos de carbonos adyacentes, una tercera valencia con un átomo de hidrógeno y la cuarta denominada 'oculta' dirigiéndola hacia el centro del anillo hexagonal formada en algunos casos de carbono y en otros de alguna base nitrogenada. Cada átomo de carbono comparte su electrón libre con toda la molécula (según la teoría de orbitales moleculares), de modo que la estructura molecular adquiere una gran estabilidad y elasticidad. El benceno es un líquido incoloro y muy inflamable de aroma dulce, con un punto de fusión relativamente alto.

Del benceno se derivan otros hidrocarburos de este tipo entre los que se encuentran: el tolueno, el orto-xileno, el meta-xileno y el para-xileno y otros llamados polinucleicos que son el naftaleno, el fenantreno, antraceno y el pireno.

La aromaticidad

es común en compuestos derivados del benceno, tales como el tolueno y los xilenos (configuraciones orto- y para-). Los compuestos heterocíclicos y policíclicos también son aromáticos. La aromaticidad se puede encontrar en ciertos compuestos iónicos. Muchos compuestos importantes de la vida son aromáticos. Las bases orgánicas de DNA son aromáticos. Algunos de los aminoácidos son aromáticos, y los compuestos clorofila y hemoglobina también.

Para que un compuesto sea aromático tiene que cumplir la llamada Regla de Hückel, que dice que la cantidad de electrones en los orbitales pi, tiene que ser múltiplo de 4n + 2 para n = 0, 1, 2, 3, .7

Modelo orbital

MODELO DE RESONANCIA

Nomenclatura del benceno.

Regla 1. En bencenos monosustituidos, se nombra primero el radical y se termina en la palabra benceno.

Regla 2. En bencenos disustituidos se indica la posición de los radicales mediante los prefijos orto- (o-), meta (m-) y para (p-). También pueden emplearse los localizadores 1,2-, 1,3- y 1,4-.

Regla 3. En bencenos con más de dos sustituyentes, se numera el anillo de modo que los sustituyentes tomen los menores localizadores. Si varias numeraciones dan los mismos localizadores se da preferencia al orden alfabético.

 Regla 4. Existen numerosos derivados del benceno con nombres comunes que conviene saber:

Halogenacion del benceno.

El benceno reacciona con halógenos en presencia de ácidos de Lewis, sustituyendo uno de sus hidrógenos por el halógeno.

 

Mecanismo de la halogenación

El catalizador interacciona con uno de los átomos de Br polarizando el enlace de manera que el otro bromo adquiere la suficiente polaridad positiva como para ser atacado por el benceno. La segunda etapa de la reacción consiste en la recuparación de la aromaticidad del anillo por pérdida de un protón

NITRACIÓN DEL BENCENO

La nitración del benceno no puede efectuarse sólo con ácido nítrico, se necesita “activar” el nítrico mediante ácido sulfúrico, más fuerte que él. Se piensa que en ésta reacción el electrófilo es el ion nitronio, NO2+, que se genera a partir del ácido nítrico por protonación y pérdida de agua. MECANISMO:

1) Activación del ácido nítrico por el ácido sulfúrico (formación del ion nitronio)

Ion nitronio

2) Ataque electrófilico sobre el ion nitronio

3) Abstracción del protón por parte de la base conjugada del ácido sulfúrico.

La sustitución electrófila aromática (SEAr)

es una reacción perteneciente a la química orgánica, en el curso de la cual un átomo, normalmente hidrógeno, unido a un sistema aromático es sustituido por un grupo electrófilo. Esta es una reacción muy importante en química orgánica, tanto dentro de la industria como a nivel de laboratorio.

La halogenación aromática con bromo o cloro conduce a los correspondientes haluros de arilo usando como catalizadores haluros de hierro (FeX3) o de aluminio (AlX3).

Halogenación del benceno, X = Cl, Br. Siendo FeX3 o AlX3 el catalizador.

La nitración aromática para formar compuestos nitro aromáticos tiene lugar mediante la generación de un ion nitronio (NO2+) a partir de ácido nítrico y ácido sulfúrico.

Nitración del benceno

La sulfonación aromática del benceno con ácido sulfúrico fumante produce ácido bencenosulfónico.

Sulfonación del benceno

La reacción de Friedel-Crafts en sus dos versiones de alquilación y acilación. Teniendo como reactivos respectivamente haluros de alquilo o haluros de acilo (también conocidos como haluros de ácido o haluros de alcanoílo). Habitualmente el cloruro de aluminio (AlCl3) es el catalizador.

Ejemplo de acilación de Friedel-Crafts. Aunque no aparece, requiere tratamiento acuoso final.

Ejemplo de alquilación de Friedel-Crafts.

Resumen de grupos activantes y desactivantes

Activantes fuertes

Desactivantes fuertes

-NH2, -NHR, -NR2-NHCOR, -OCOR-OH, -OR

-NO2, -CF3, -N+R3-COOH, -COOR, -COR-SO3H, -CN

Activantes débiles

Desactivantes débiles

-Alquilo,-Arilo -halógeno

HIDROCARBURO AROMATICO POLICICLICO.

Un hidrocarburo aromático policíclico (HAP o PAH, por sus siglas en inglés) es un compuesto químico que se compone de anillos aromáticos simples que se han unido, y no contiene heteroátomos ni lleva sustituyentes.1 Los HAPs se encuentran en el petróleo, el carbón y en depósitos de alquitrán y también como productos de la utilización de combustibles (ya sean fósiles o biomasa). Como contaminantes han despertado preocupación debido a que algunos compuestos han sido identificados como carcinógenos, mutágenos y teratógenos.

También se encuentran en el medio interestelar, en cometas y en meteoritos, y son candidatos a moléculas básicas en el origen de la vida. En el grafeno el motivo HAP se extiende en grandes láminas bidimensionales

7 COMPUESTOS ORGANICOS HALOGENADOS

Estructura de los halogenuros de alquilo.

La característica principal de la estructura del halogenuro de alquilo es el átomo de halogenuro, X, y las reacciones características de un halogenuro de alquilo son las que tienen lugar en el halógeno. El átomo o grupo que define la estructura de una familia particular de compuestos orgánicos y, al mismo tiempo, determina sus propiedades se llama grupo funcional.En los halogenuros de alquilo, el grupo funcional es el halógeno. No debemos olvidar que un halogenuro de alquilo tiene un grupo alquilo unido a este grupo funcional; en condiciones apropiadas, estas partes alquílicas sufrirán las reacciones típicas de los alcanos. No obstante, las reacciones que son características de la familia son las que ocurren en el átomo de halógeno.Por tanto, los diversos grupos funcionales son parte importante de la química orgánica. Aprenderemos a asociar un conjunto particular de propiedades con un grupo determinado dondequiera que lo hallemos. Cuando nos

encontramos con una molécula complicada que contiene varios grupos funcionales diferentes, podemos esperar que las propiedades de esta molécula sean aproximadamente una mezcla de las propiedades de los distintos grupos presentes. Un compuesto que contiene X y OH es a un tiempo un halogenuro de alquilo y un alcohol; dependiendo de las condiciones experimentales, puede sufrir reacciones características de ambos tipos de compuestos. Las propiedades de un grupo pueden verse modificadas, por supuesto, por la presencia de otro grupo, y para nosotros es importante entender estas modificaciones; sin embargo, nuestro punto de partida es la química de grupos funcionales individuales.En este capítulo estudiaremos los halogenuros de alquilo de una forma sistemática. Delinearemos su química, para concentración luego en su reacción más importante: la sustitución nucleofílica. 

Propiedades físicas de los halogenuros de alquilo 

Debido a su mayor peso molecular, los haloalcanos tiene puntos de ebullición considerablemente más altos que los alcanos de igual número de carbonos (Tabla 1). Para un grupo alquilo dado, el punto de ebullición aumenta con el incremento en el peso atómico del halógeno, de modo que un fluoruro hierve a la temperatura más baja, y un yoduro, a la más elevada.Para un halógeno determinado, el punto de ebullición aumenta al aumentar el número de carbonos: al igual que en los alcanos, el aumento de punto de ebullición es de unos 20-30 grados por cada carbono adicional, salvo en el caso de los homólogos muy pequeños. Igual que antes, el punto de ebullición disminuye con el aumento de las ramificaciones ya impliquen un grupos alquilo o al propio halógeno.

Sustitución nucleofílica

Los componentes requeridos para la sustitución nucleofílica son: sustrato, nucleófilo y disolvente. El sustrato consta de dos partes: grupo alquilo y grupo saliente. Nos ocuparemos del grupo alquilo durante gran parte de este capítulo; estudiaremos las funciones del disolvente en el capítulo 6. Por el momento examinaremos los otros componentes de estos sistemas: los nucleófilos y grupos salientes.

Mecanismo sn2

La SN2 (sustitución nucleófila bimolecular) es una reacción concertada, es decir, transcurre en una única etapa.

El mecanismo consiste en el ataque del nucleófilo al carbono que contiene el grupo saliente.  Este carbono presenta una polaridad positiva importante, debida a la electronegatividad del halógeno.  Al mismo tiempo que ataca el nucleófilo se produce la ruptura del enlace carbono-halógeno, obteniéndose el producto final.

El estado de transición de la SN2 tiene la siguiente forma:

Mecanismo sn1

La SN1 tiene un mecanismo por etapas.  En el primer paso se ioniza el sustrato por pérdida del grupo saliente, sin que el nucleófilo actúe, formándose un carbocatión.  En el segundo paso el nucleófilo ataca al carbocatión formado, obteniéndose el producto final.

Etapa 1. Disociación del sustrato, para formar el carbocatión.  Es el paso lento de la reacción.

Etapa 2. Ataque del nucleófilo al carbocatión formado.

Etapa 3. Desprotonación del agua para formar el alcohol

La etapa lenta del mecanismo es la formación del carbocatión, dependiendo la velocidad exclusivamente del sustrato.

Estabilidad de los carbocation

La estabilidad de los carbocationes se incrementa con el número de grupos alquilo unidos al átomo de carbono que lleva la carga. Los carbocationes terciarios son más estables (y se forman más rápidamente) que los carbocationes secundarios; los carbocationes primarios son altamente inestable porque, mientras los carbocationes de orden mayor están estabilizados por hiperconjugación y por impedimento estérico, los carbocationes primarios no lo están. En consecuencia, reacciones como la reacción SN1 y la reacción de eliminación E1 normalmente no ocurren si involucrasen a un carbocatión primario. Una excepción a esto ocurre cuando hay un

enlace doble carbono-carbono en la posición 2 respecto al átomo de carbono ionizado. Tales cationes, como el catión alilo CH2=CH-CH2+ y el catión bencilo C6H5-CH2+ son más estables que los otros carbocationes. Las moléculas que pueden formar carbocationes alilo o bencilo son altamente reactivas.

Los carbocationes sufren reacciones de reordenamiento de estructuras menos estables a estructuras igualmente estables o más estables con constante de velocidad mayor a 1.0E9 s-1. Este hecho complica las trayectorias de síntesis de muchos compuestos. Por ejemplo, cuando el 3-pentanol se caliente con HCl acuoso, el carbocatión 3-pentilo formado se transpone a una mezcla estadística de 3-pentil y 2-pentil. Estos cationes reaccionan con ion cloruro para producir cerca de 1/3 de 3-cloropentano y 2/3 de 2-cloropetano.

Reacción de eliminación

En química orgánica, una reacción de eliminación es el proceso inverso a una reacción de adición. Es una reacción orgánica en la que dos sustituyentes son eliminados de una molécula, creándose también una insaturación, ya sea un doble o triple enlace, o un anillo. En el caso particular de que los dos grupos sean eliminados de un mismo centro el resultado sería un carbeno :CR2.1

Las reacciones de eliminación más importantes son aquellas en las que los dos grupos que se eliminan están situados en átomos adyacentes, dando lugar a una nueva insaturación en la forma de un alqueno, un alquino o un carbonilo.

MECANISMO E1

La eliminación unimolecular o E1 tiene lugar sobre derivados alquílicos secundarios o terciarios según un mecanismo de dos étapas. En la primera se produce la salida del grupo saliente para formar el carbocatión y a continuación la pérdida de un protón en β para formar un doble enlace.

Mecanismo E 2

La eliminación bimolecular o E2 consiste en un mecanismo concertado de abstracción de un protón por parte de una base fuerte y la salida simultánea de un grupo saliente situado en β, en el carbono contiguo, formándose una insaturación (doble enlace).

REACTIVOS ORGANOMETALICOS

Los metales, particularmente el litio y el magnesio, reaccionan con haloalcanos generando reactivos organometálicos, en los cuales el

átomo de carbono se encuentra unido al metal. Estos reactivos son muy básicos y nucleófilos, lo que permite utilizarlos para la formación de enlaces C-C

 

Los organolíticos se preparan por reacción de haloalcanos con litio metal en un disolvente inerte (éter, THF). Los magnesianos se preparan por reacción de haloalcanos y Magnesio metal. La reactividad de los haloalcanos aumenta al pasar del cloro al yodo y el flúor normalmente no se emplea en este tipo de reacciones.

Alcoholes, fenoles y tioles

Estructura.La estructura de un alcohol se asemeja a la del agua puesto que un alcoholprocede de la sustitución formal de uno de los hidrógenos del agua por un grupoalquilo.En el agua el ángulo del enlace H-O-H es de 104.5º y el ángulo que forman losdos pares de electrones no compartidos es de 114º. Estos ángulos de enlace sepueden explicar admitiendo una hibridación sp3 en el átomo de oxígeno. Ahora bien,no hay ninguna razón para que un átomo (oxígeno, nitrógeno, carbono, etc) forme unconjunto de orbitales híbridos equivalentes cuando no todos los orbitales se van a

utilizar del mismo modo. En el agua los orbitales híbridos sp3 que se van a emplear enlos enlaces con los átomos de hidrógeno tienen un menor carácter s, lo que explica ladisminución del ángulo de enlace tetraédrico desde 109.5º a 104.5º. Por otra parte, losdos orbitales híbridos sp3, que contienen a los dos pares de electrones no enlazantes,tienen un mayor carácter s, lo que explica el aumento del ángulo de enlace desde109.5º a 114º. El aumento del ángulo de enlace entre los pares de electrones nocompartidos tiene un efecto estabilizante al disminuir la repulsión electrónica entre losmismos.En el metanol el ángulo del enlace C-O-H es de 108.9º. Este ángulo es mayorque en el agua debido a la presencia del grupo metilo, mucho más voluminoso que elátomo de hidrógeno, que contrarresta el efecto de compresión del ángulo de enlaceque provocan los dos pares de electrones no enlazantes.Las longitudes de enlace O-H son aproximadamente las mismas en el agua queen los alcoholes, pero la distancia de enlace C-O es bastante mayor (1.4 Å) debido almayor radio covalente del carbono en comparación con el del hidrógeno.En el siguiente diagrama de interacción orbitálica se representa la formación delenlace C-O en los alcoholes y las energías de enlace en el metanol.

Nomenclatura de los alcoholes.Para nombrar a los alcoholes se elige la cadena más larga que contenga elgrupo hidroxilo (OH) y se numera dando al grupo hidroxilo el localizador más bajoposible. El nombre de la cadena principal se obtiene cambiando la terminación –o delalcano por –ol.

Una manera de organizar la familia de los alcoholes es clasificar a los alcoholesen primarios, secundarios o terciarios de acuerdo con el tipo de átomos de carbonoenlazados al grupo OH. En la siguiente tabla se indican las estructuras de losalcoholes según su grado de sustitución.

Acidez de los alcoholes.Al igual que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo de un alcoholes débilmente ácido. Una base fuerte puede sustraer el protón del hidroxilo de unalcohol para generar un alcóxido.baseR O H + B R O + B Halcohol alcóxido(ácido) (base conjugada)La constante de disociación de un alcohol queda definida por el siguienteEquilibrio.

La constante de disociación ácida de los alcoholes varía según su estructuradesde aproximadamente 10-16 para el metanol hasta aproximadamente 10-19 par lamayor parte de los alcoholes terciarios.La acidez de los alcoholes disminuye a medida que aumenta el grado desustitución en el resto alquílico.

Oxidación de alcoholes.La oxidación de los alcoholes es una reacción orgánica muy común porque,según el tipo de alcohol y el oxidante empleado, los alcoholes se pueden convertir enaldehídos, en cetonas o en ácidos carboxílicos. La oxidación de un alcohol seconsigue cuando el número de enlaces C-O aumenta en el átomo de carbono delcarbinol (C-OH). A continuación, se comparan los distintos estados de oxidación quepueden adquirir los alcoholes primarios, secundarios y terciarios.(no hay oxidación ulterior)(no hay oxidación ulterior)

Oxidación de alcoholes secundarios.La oxidación de alcoholes secundarios proporciona cetonas. Uno de losoxidantes más empleados para efectuar esta conversión es el ácido crómico.

El mecanismo de la oxidación de un alcohol secundario implica primero laformación de un éster del ácido crómico (un cromato de alquilo). A continuación, se

produce una reacción de eliminación en el cromato que origina la cetona. La reacciónde eliminación es similar mecanísticamente al proceso de eliminación E2 que se havisto en el tema anterior.El cromo (IV) que se forma en el proceso de oxidación continua reaccionandopara dar la forma reducida estable cromo (III). Tanto el dicromato de sodio como elácido crómico son de color naranja, mientras que le ión crómico es de color azulverdoso. El cambio de color observado en las reacciones con el ácido crómico sepuede emplear como ensayo de la presencia de un alcohol oxidable.Oxidación de alcoholes primarios.La oxidación de un alcohol primario conduce a un aldehído. Sin embargo, adiferencia de las cetonas, los aldehídos se pueden continuar oxidando para dar lugar aácidos carboxílicos. Muchos agentes oxidantes no son quimioselectivos porque nopermiten parar la oxidación de un alcohol primario en la etapa de aldehído, de maneraque el alcohol primario, a través del aldehído, acaba oxidándose hasta ácidocarboxílico. Uno de los reactivos que convierten directamente a los alcoholes primariosen ácidos carboxílicos es precisamente el ácido crómico.ácido ciclohexanocarboxílicoNa2Cr2O7, H2SO4Para conseguir la oxidación controlada de alcoholes primarios a aldehídos sedeben emplear otros oxidantes basados en Cr(VI), como el reactivo de Collins, que esun complejo de CrO3 con dos moléculas de piridina, o el clorocromato de piridinio(PCC), que es una versión del anterior pero mucho más soluble en diclorometano(CH2Cl2).

Propiedades de los alcoholes

Los alcoholes son compuestos que presentan en la cadena carbonada uno o más grupos hidroxi u oxidrilo (-OH).

Las propiedades físicas de un alcohol se basan principalmente en su estructura. El alcohol esta compuesto por un alcano y agua. Contiene un grupo hidrofóbico (sin afinidad por el agua) del tipo de un alcano, y un grupo hidroxilo que es hidrófilo (con afinidad por el agua), similar al agua. De estas dos unidades estructurales, el grupo –OH da a los

alcoholes sus propiedades físicas características, y el alquilo es el que las modifica, dependiendo de su tamaño y forma.

El grupo –OH es muy polar y, lo que es más importante, es capaz de establecer puentes de hidrógeno: con sus moléculas compañeras o con otras moléculas neutras.

Solubilidad: Puentes de hidrógeno: La formación de puentes de hidrógeno permite la asociación entre las moléculas de alcohol. Los puentes de hidrógeno se forman cuando los oxígenos unidos al hidrógeno en los alcoholes forman uniones entre sus moléculas y las del agua. Esto explica la solubilidad del metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol y 2 metil-2-propanol.

Existen alcoholes de cuatro átomos de carbono que son solubles en agua, debido a la disposición espacial de la molécula. Se trata de moléculas simétricas.

Existen alcoholes con múltiples moléculas de OH (polihidroxilados) que poseen mayor superficie para formar puentes de hidrógeno, lo que permiten que sean bastante solubles en agua.

Punto de Ebullición: Los puntos de ebullición de los alcoholes también son influenciados por la polaridad del compuesto y la cantidad de puentes de hidrógeno. Los grupos OH presentes en un alcohol hacen que su punto de ebullición sea más alto que el de los hidrocarburos de su mismo peso molecular. En los alcoholes el punto de ebullición aumenta con la cantidad de átomos de carbono y disminuye con el aumento de las ramificaciones. El punto de fusión aumenta a medida que aumenta la cantidad de carbónos.

Densidad: La densidad de los alcoholes aumenta con el número de carbonos y sus ramificaciones. Es así que los alcoholes alifáticos son menos densos que el agua mientras que los alcoholes aromáticos y los alcoholes con múltiples moléculas de –OH, denominados polioles, son más densos.

Propiedades Químicas: Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o bases, esto gracias al efecto inductivo, que no es más que el efecto que ejerce la molécula de –OH como sustituyente sobre los carbonos adyacentes. Gracias a este efecto se establece un dipolo.

Nomenclatura de fenoles

Para nombrar a los fenoles, se utiliza generalmente la terminación ol.

Primero colocamos el localizador, a continuación escribimos la raíz del nombre del hidrocarburo aromático y añadimos la terminación ol.

1. Nombramos los sustituyentes que se encuentren en la cadena principal, pero considerando siempre las reglas propuestas en los alcanos, alquenos,… etc.

2. Identificada la cadena principal, siempre le damos al grupo OH el localizador más bajo.

Ejercicios Complejos:

1. Cadena principal unida al grupo OH

2.4-6-8-9 sustituyentes

3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.

1. Cadena principal unida al grupo OH

2.3-5-6-8-10 sustituyentes

3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol

1. Cadena principal unida al grupo OH

2.4-5-7-9 sustituyentes

3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.

1. Cadena principal unida al grupo OH

2. 3-5-6-7 sustituyentes

3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.

1. Cadena principal unida al grupo OH

2. 2-3-4 sustituyentes

3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _terminación ol.

1. Cadena principal unida al grupo OH

2. 1-5-7 sustituyente3. Localizador (raíz número de átomos de carbono) _ terminación ol.

Preparación de alcoholes 

La mayoría de los alcoholes simples y algunos de los complicados pueden ser proporcionados por las fuentes industriales descritas en la sección 6. Otros alcoholes deben ser preparados por alguno de los métodos descritos a continuación.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PREPARACION DE ALCOHOLES

1. Oximercuración-desmercuración. Estudiada en la sección 17.9.

C C + Hg(OAc)2 + H2O C C

OH HgOAc

NaBH4 C C

OH HAcetato mercúricoAdición deMarkovnikovEjemplos:

CH3 C CH CH2

CH3

CH3

Hg(OAc)2, H2O NaBH4 CH3 C CH

CH3

CH3

CH3 OH3,3-Dimetil-1-buteno 3,3-Dimetil-2-butanol

Sin transposición

Hg(OAc)2, H2O NaBH4OH

Norborneno exo-Norborneol

2. Hidroboración-oxidación. Estudiada en las secciones 17.10 a 17.12.

C C + (BH3)2 C C

H B

Alquilborano

H2O2, OH-C C

H OH

+ B(OH)3Diborano

OrientaciónantiMarkovnikovEjemplos:

CH3

CH3 H

H OH

(BH3)2 H2O2, OH-

1-Metilciclopenteno trans-2-Metil-1-ciclopentanol

Adición syn

CH3 C CH

CH3

CH3

CH2(BH3)2 CH3 C CH2

CH3

CH3

CH2OH Sin transposición

3,3-Dimetil-1-buteno 3,3-Dimetil-1-butanol

3. Síntesis de Grignard. Estudiada en las secciones 17.14 a 17.17.

C O + R MgX C

R

OMgX+- H2OC

R

OH + Mg2+ + X-

CH

HO + R MgX H C

H

R

OMgX- + H2O

H C

H

R

OH Alcohol 1º

Formaldehído

CH

OR'

+ R MgX R' C

H

R

OMgX- + H2O

R' C

H

OH

R

Alcohol 2º

Aldehídos superiores

CR''

R'O + R MgX R' C

R''

R

OMgX- + H2O R' C OH

R

R''

Alcohol 3º

Cetonas

H2C CH2

O+ R MgX R CH2CH2OMgX

- + H2OR CH2CH2OH

Oxido de etileno

Alcohol 1ºSe agregarondos carbonos

R'COOC2H5 + 2R MgX R' C

R

R

OMgX- + H2O

R' C OH

R

RUn éster

Alcohol 3º

4. Hidrólisis de halogenuros de alquilo. Estudiada en la sección 17.8.R X + OH- (o H2O) R OH + X- (o HX)

Ejemplos:

CH2CI CH2OHNaOH acuoso

Cloruro de bencilo Alcohol bencílico

CH2 CH2 CH2 CH2

CI OH

CH2 CH2

OH OH

CI2, H2O Na2CO3, H2O

EtilenoEtilenclorhidrina Etilenglico

 

 

 

5.Condensación aldólica.

 

6.    Reducción de compuestos carbonílicos. 

6. 7.    Reducción de ácidos y ésteres.  

7. 8.    Hidroxilación de alquenos.  

 

 

 

 

 

 

 

 

C C

KMnO4

RCO2OH

C C

HO OH

C CO

H2O, H+C C

OH

HO

Hidroxilación syn

Hidroxilación anti

 

De los dos esquemas para la síntesis de alcoholes o, por así decirlo, para la mayoría de los demás tipos de compuestos, podemos seguir uno. (a) Mantener el esqueleto carbonado original, convirtiendo simplemente un grupo funcional en otro hasta lograr un alcohol, o (b) generar un esqueleto carbonado nuevo, más grande, produciendo simultáneamente un alcohol.

La síntesis de Grignard es, sin duda, el método más importante para preparar alcoholes.

Este es un ejemplo del segundo esquema, ya que conduce a la formación de enlaces carbono-carbono. En laboratorio, al químico le preocupa principalmente la preparación de los alcoholes más complicados, que no se pueden comprar; se obtienen mediante la síntesis de Grignard de materias primas bastante sencillas. Los halogenuros de alquilo para hacer los reactivos de Girgnard, además de los aldehídos y las cetonas, se obtienen mejor de los alcoholes, lo que quiere decir, en pocas palabras, que el método consiste en sintetizar alcoholes a partir de alcoholes menos complicados.

Pueden obtenerse alcoholes de compuestos que contienen dobles enlaces carbono-carbono siguiendo dos vías: la oximercuración-desmercuración y la hidroboración-oxidación.

Ambas consisten en la adición de agua a la unión doble, pero con orientación opuesta Markovnikov y antiMarkovnikov- por lo que los dos métodos se complementan perfectamente.

La hidrólisis de halogenuros de alquilo es muy limitada como método de síntesis de alcoholes, puesto que éstos generalmente son de mayor disponibilidad que los halogenuros correspondientes; de hecho, el mejor método general para preparar halogenuros de alquilo es a partir de alcoholes. Sin embargo, la síntesis del alcohol bencílico a partir de tolueno es un ejemplo de una aplicación útil de este proceso.

 

 

 

 

 

CH3 CH2 CI CH2 OH

Tolueno

CI2, calor, luz NaOH acuoso

Cloruro de bencilo Alcohol bencílico

 

Para aquellos halogenuros que pueden sufrir eliminación, debe ser considerada siempre como una posible reacción colateral.

Oxidación de fenoles:

El fenol en forma pura es un sólido cristalino de color blanco-incoloro a temperatura ambiente. Su fórmula química es C6H5OH, y tiene un punto de fusión de 43 ºC y un punto de ebullición de 182 ºC. El fenol no es un alcohol, debido a que el grupo funcional de los alcoholes es R-OH,y en el caso del fenol es Ph-OH. El fenol es conocido también como ácido fénico o ácido carbólico, cuya Ka es de 1,3 · 10-10. Puede sintetizarse mediante la oxidación parcial del benceno.Industrialmente se obtiene mediante oxidación de cumeno (isopropil benceno) a hidroperóxido de cumeno, que posteriormente, en presencia de un ácido, se excinde en fenol y acetona, que se separan por destilación.El fenol es una sustancia manufacturada. El producto comercial es un líquido. Tiene un olor repugnantemente dulce y alquitranado.Se puede detectar el sabor y el olor del fenol a niveles más bajos que los asociados con efectos nocivos. El fenol se evapora más lentamente que el agua y una pequeña cantidad puede formar una solución con agua. El fenol se inflama fácilmente, es corrosivo y sus gases son explosivos en contacto con la llama.El fenol se usa principalmente en la producción de resinas fenólicas. También se usa en la manufactura de nylon y otras fibras sintéticas. El fenol es muy utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica como un potente fungicida, bactericida, sanitizante, antiséptico y desinfectante, también para producir agroquímicos, policarbonatos, en el proceso de fabricación de ácido acetilsalicílico (aspirina) y en preparaciones médicas como enjuagues bucales y pastillas para el dolor de garganta.De ser ingerido en altas concentraciones, puede causar envenenamiento, vómitos, decoloración de la piel e irritación respiratoria. Era la sustancia utilizada en los campos de concentración nazis desde agosto de 1941 para disponer de las llamadas "inyecciones letales" (inyección de fenol de 10 cm3). Desafortunadamente es uno de los principales desechos de industrias carboníferas y petroquímicas; como consecuencia el fenol entra en contacto con cloro en fuentes de agua tratadas para consumo humano, y forma compuestos fenilclorados, muy solubles y citotóxicos por su facilidad para atravesar membranas celulares.ETERES, EPOXIDOS Y SULFUROS.

Nomenclatura de los éteres

 Los éteres son compuestos de fórmula general R-O-R, Ar-O-R o Ar-O-Ar.

Para designar los éteres, por lo general se indican los dos grupos unidos al oxígeno, seguidos de la palabra éter:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Si un grupo no tiene un nombre simple, puede nombrarse el compuesto como un alcoxi derivado:

 

 

El más simple de los éteres aril alquílicos, el metil fenil éter, tiene el nombre especial de anisol.

 

 

 

 Si los dos grupos son idénticos, se dice que el éter es simétrico (por ejemplo, dietil éter, diisopropil éter); si son diferentes, es asimétrico (por ejemplo, t-butil metil éter).

Propiedades física de los eteres

Debido a que el ángulo del enlace C-o-C no es de 180º, los momentos dipolares de los dos enlaces C-O no se anulan; en

C2H5OC2H5 CH3CH O CHCH3

CH3 CH3

CH3 O C CH3

CH3

CH3

CH3 C O

CH3

H

Dietil éter Diisopropil éter

t-Butil metil éter

Fenil isopropil éter

CH3CH2CH2CHCH2CH3

OCH3

C2H5O COOH CH2CH2

HO OC2H53-Metoxihexano Acido

p-etoxibenzoico2-Etoxietanol

OCH3

Anisol

consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto (por ejemplo, 1.18 D para el dietil éter).      Esta polaridad débil no afecta apreciablemente a los puntos de ebullición de los éteres, que son similares a los de los alcanos de pesos moleculares comparables y mucho más bajos que los de los alcoholes isómeros. Comparemos, por ejemplo, los puntos de ebullición del n-heptano (98ºC), el metil n-pentil éter (100ºC) y el alcohol hexílico (157ºC). Los puentes de hidrógeno que mantienen firmemente unidas las moléculas de alcoholes          no son posibles para los éteres, pues éstos sólo tienen hidrógeno unido a carbono.Por otra parte, los éteres presentan una solubilidad en agua comparable a la de los alcoholes: tanto el dietil éter como el alcohol n-butílico, por ejemplos, tienen una solubilidad de unos 8 g por 100g de agua. La solubilidad de los alcoholes inferiores se debe a los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua y de alcohol; es probable que la solubilidad de los éteres en agua se debe a la misma causa.        Preparación de eteres

En laboratorio, la síntesis de Williamson para éteres es importante por su versatilidad: puede emplearse tanto para obtener éteres simétricos como asimétricos.En la síntesis de Wllamson se hace reaccionar un halogenuro de alquilo ( halgenuro de alquilio sustituido) con un alcóxido o un fenóxido de sodio: 

110º OR

R momentodipolar neto

Tabla 19.1 ETERESNombre P.f.,

ºCP.e.,ºC

Nombre P.f.,ºC

P.e.,ºC

Dimetil éter -140 -24Dietil éter -116 34,6Di-n-propil éter -122 91Diisopropil éter -60 69Di-n-butil éter -95 142Divinil éter 35Dialil éter 94

Anisol -37 154(Fenil metil éter)Fenetol -33 172(Etil fenil éter)Difienl éter 27 2591,4-Doxano 11 101Tetrahidrofurano -108 66

R O H O

H

R

R X + Na+ -O R' R O R' + Na+X-

R X + Na+ -O Ar R O Ar + Na+X-

   Para la preparacón de aril metil éteres se suele utilizar sulfato de metilo, (CH3)2SO4, en lugar de los mucho más caros halogenuros de alquilo.               La síntesis de Wlliamson implica la sustitución nucleofílca de un ion alcóxido o fenóxido por un ion halogenuro, y es estrictamente análoga a la preparación de alcoholes por tratamiento de halogenuros de alquilo con hidróxido acuoso. En general no pueden utilizarse los halogenuros de arilo, debido a su poca reactividad hacia la sustitución nucleofílica. Los alcóxidos de sodio se obtienen por acción directa del sodio metálico sobre alcoholes secos:   Por otra parte, debido a la apreciable acidez de los fenoles, los fenóxidos de sodio se preparan por la acción del hidróxido de sodio acuoso sobre fenoles:      Si se desea obtener un éter dialquílico asimétrico, podemos elegir entre dos combinaciones de reactivos; una de ellas es casi siempre superior a la otra. En la preparación del t-butil etil éter, por ejemplo, son lógicas las combinaciones siguientes:    

CH3Br + Na+ -O C CH3

CH3

CH3

CH3 O C CH3

CH3

CH3t-Butóxidode sodio

Metil t-butil éter

O H + CH3OSO2OCH3NaOH (ac)

O CH3 + CH3OSO3-Na+

Fenol Sulfato de metilo Anisol

CH2Br + H ONaOH (ac)

CH2 O

Bromuro de bencilo Fenol Bencil fenil éter

ROH + Na RO-Na+ + 1/2 H2Un alcóxido

ArOH + Na+ -OH ArO-Na+ + H2OUn fenolAcidomás fuerte

Un fenóxido AguaAcidomás débil

CH3CH2 O C CH3

CH3

CH3

CH3CH2Br + Na+ -O C CH3

CH3

CH3

CH3 C CI

CH3

CH3

+ Na+ -OCH2CH3

Factible

No factiblet-Butil etil éter

     Para la preparación de un alquil aril éter hay también dos combinaciones a tener en cuenta, pero en general una puede rechazarse de inmediato. Por ejemplos, el fenil n-propil éter únicamente puede prepararse a partir del halogenuro de alquilo y el fenóxido puesto que el halogenuro de arilo es muy poco reactivo con los alcóxidos.            Puesto que los alcóxidos y fenóxidos se preparan con los alcoholes y fenoles correspondientes, y los halogenuros de alquilo con alcoholes, la síntesis de Williamson implica la obtención de un éter mediante dos alcoholes.

Reacción de apertura de epóxidos Los epóxidos, éteres cíclicos de tres eslabones, se pueden obtener por reacciónde alquenos con peroxiácidos (RCO3H). El peroxiácido reacciona con el alquenomediante una reacción electrofílica concertada en la que los enlaces se forman y serompen al mismo tiempo. La reacción entre la olefina y el peroxiácido tiene lugarmediante un único paso mecanístico y los productos del proceso son el epóxido y elácido carboxílico (ver también tema 6).Como la reacción de epoxidación tiene lugar en un solo paso la estereoquímicapresente en el alqueno se retiene en el epóxido. El ácido peroxibenzoico (PhCO3H) yel ácido m-cloroperoxibenzoico (m-ClC6H4CO3H, MCPBA) son dos de los reactivos demás empleados en reacciones de epoxidación.Se puede considerar la epoxidación como una reacción entre el doble enlace

CH3CH2CH2Br + Na+ -O CH3CH2CH2 O + Na+ Br-

Bromurode n-propilo Fenóxido de sodio Fenil n-propil éter

Br + Na+ -OCH2CH2CH3 no hay reacción

Bromobenceno n-Propóxido de sodio

nucleofílico y el peroxiácido electrofílico. En este sentido, la epoxidación será másrápida cuanto más nucleofílico sea el doble enlace. Como las cadenas alifáticas cedendensidad electrónica, los dobles enlaces más sustituidos son más nucleofílicos que losmenos sustituidos y se epoxidan con más rapidez. Esto permite conseguir reaccionesde epoxidación regioselectivas en sustratos que contengan mas de un enlace doble,como en el ejemplo que se da a continuación.

Sulfuros: estructura, síntesis y aplicaciones

Los sulfatos son las sales o los ésteres del ácido sulfúrico. Contienen como unidad común un átomo de azufre en el centro de un tetraedro formado por cuatro átomos de oxígeno.

Síntesis

La mayor parte de los sulfatos se genera a partir de una base y del ácido sulfúrico o por reacción del ácido sulfúrico con el metal esto puede generar trasplantes en el átomo de oxigeno.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los sulfatos suelen variar enormemente según el metal al que están unidos. Así el sulfato sódico, por ejemplo, se utiliza en la fabricación del vidrio, como aditivo en los detergentes, etc.; el sulfato de cobre se aprovecha en la fabricación de la viscosa según un determinado proceso.Yeso y barita se utilizan en la construcción y como aditivos en la fabricación de papel y cartulina. El sulfato de bario también se utiliza en medicina para realizar radiografías de contraste.Los sulfatos son parte esencial de unas sales dobles como los alumbres de fórmula general AB(SO4)2 · 12 H2O, siendo A y B cationes con carga +1 y +3 respectivamente. La más conocida es la alumbre de sodio formada con sodio y aluminio.

ALDEHIDOS Y CETONAS. EL GRUPO CARBONILO.

Nomenclatura de aldehídos y cetonas

Aldehídos

El sistema de nomenclatura corriente consiste en emplear el nombre del alcano correspondiente terminado en -al.

Cuando el grupo CHO es sustituyente se utiliza el prefijo formil-.

También se utiliza el prefijo formil- cuando hay tres o más funciones aldehídos sobre el mismo compuesto .En esos casos se puede utilizar otro sistema de nomenclatura que consiste en dar el nombre de carbaldehído a los grupos CHO (los carbonos de esos CHO no se numeran, se considera que no forman parte de la cadena).Este último sistema es el idóneo para compuestos con grupos CHO unidos directamente a ciclos.

Cetonas

Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:

1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.

2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.

Extructura del grupo carbonilo

en la química orgánica, un grupo carbonilo es un grupo funcional que consiste en un átomo de carbono con un doble enlace a un átomo de oxígeno. La palabra carbonilo puede referirse también al monóxido de carbono como ligando en un complejo inorgánico u organometálico (e.g. níquel carbonilo); en este caso, el carbono tiene un doble enlace con el oxígeno.

Propiedades físicas

Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular.No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular.

Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Preparación de aldehídos y cetonas

Algunos de los métodos de preparación ya los conocemos:

Oxidación de alcoholes y fenoles Ozonolisis de alquenos Hidratación de alquinos Acilación de Friedel-Crafts

Pero existen otros que todavía no hemos visto: 

Reacciones pericíclicas Hidrólisis de dihaluros geminales Formilación de anillos aromáticos Hidroformilación de olefinas Deshidratación de dioles vecinales Reacción de organocupratos y organocádmicos con haluros de

ácido Transposición de Fries Adición de organometálicos a nitrilos

Adición nucleofílica al cardonilo El grupo carbonilo, C=O, rige la química de aldehídos y cetonas de dos maneras:

(a) proporcionando un sitio para la adición nucleofílica, y   (b) aumentado la acidez de los átomos de hidrógeno unidos

al carbono alfa. Estos dos efectos concuerdan con la estructura del grupo carbonilo y se deben, de hecho, a lo mismo: la capacidad del oxígeno para acomodar una carga negativa.

 

En esta sección examinaremos el grupo carbonilo como lugar para la adición nucleofílica.

El carbonilo contiene un doble enlace carbono-oxígeno. Como los electrones n móviles son fuertemente atraídos por el oxígeno, el carbono carbonílico es deficiente en electrones, mientras que el oxígeno es rico en ellos. Por ser plano, la parte de la molécula que lo contiene queda abierta al ataque relativamente libre por arriba y por abajo, en dirección perpendicular al plano del grupo, por lo que no es de sorprender que este accesible grupo polarizado sea muy reactivo.

¿Qué tipo de reactivo ataca a un grupo así? Dado que el paso importante de estas reacciones es la formación de un enlace

con el carbono carbonílico deficiente en electrones (electrofílico), este grupo es más suceptible al ataque por reactivos nucleofílicos ricos en electrones; esto es, por bases. La reacción típica de aldehídos y cetonas es la adición nucleofílica.

 

 

 

 

Como es de suponer, puede obtenerse una descripción mucho más realista de la reactividad del grupo carbonilo estudiando el estado de transición para el ataque de un nucleófilo. En el reactivo, el carbono es trigonal; en el estado de transición, el carbono comienza a adquirir la configuración tetraédrica que tendrá en el producto: los grupos unidos a él se acercan entre sí. Es de suponer que habrá un impedimento estérico moderado en esta reacción; es decir, grupos más grandes (R y R’) tenderán a resistir más la aglomeración entre ellos que los más pequeños. Sin embargo, el estado de transición es relativamente holgado si lo comparamos, por ejemplo, con el estado de transición para una reacción SN2 con su carbono pentavalente a la que nos referimos cuando decimos que el grupo carbonilo es accesible al ataque.

 

Estructuras cíclicas de los azucares

Cada átomo de carbono en una molécula de azúcar tiene un hidrógeno y un grupo hidroxilo (-OH), excepto el átomo de carbono que también tiene un grupo carbonilo (=O), como se muestra en la figura de abajo.

CR'

RO

:Z

R' C

Z

R O&-R' C

Z

R O-

H2OR' C

Z

R OHReactivo

Trigonal

Estado detransición

Producto

Haciéndose tetraédricoCarga negativa parcialsobre el oxígeno

Carga negativasobre el oxígeno

Tetraédrico

Las mayores diferencias entre los azúcares y los hidrocarburos son:

Solubilidad: Los azúcares son muy polares, debido a sus grupos -OH, y se disuelven rápidamente en el agua.Contenido de energía: Los azúcares contienen solamente la mitad de la energía de los hidrocarburos.

Si el grupo carbonilo se localiza en una parte terminal del azúcar, se clasifica como grupo aldehído y se le llama aldosa. Si se localiza en un carbono interno, se clasifica como grupo cetona y el azúcar es una cetosa.

Los nombre de los azúcares tienen la terminación -osa. Los ejemplos más comunes son la glucosa, fructuosa, sacarosa y lactosa.

Nucleófilos de carbono

Lo son reactivos organometálicos como los reactivos de Grignard o reactivos de alquil-litio. Lo son en general los carbaniones.

Reducción, reacción oxidación

Las reacciones de reducción-oxidación (también conocidas como reacciones redox) son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente).Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte:

El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir; oxidándose.

El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir; reducido.

Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un par redox. Análogamente, se dice que cuando un elemento químico capta electrones del medio se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor reducido.

Oxidación

Oxidación del hierro.

La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un compuesto cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación.Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. Suponer esto -que es un error común- implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones.Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno y dicloruro, se da un proceso redox y sin embargo se forma un compuesto covalente.Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox.

La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF+ porque fácilmente forma Kr y F+.Entre otras, existen el permanganato de potasio (KMnO4), el óxido de cromo (VII) (Cr2O7), el agua oxigenada (H2O2), el ácido nítrico (HNO3), los hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito sódico (NaClO) muy oxidante en medio alcalino y el bromato potásico (KBrO3)). El ozono (O3) es un oxidante muy enérgico:

Br− + O3 → BrO3−

El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:

2 NaI + Cl2 → I2 + 2 NaCl

Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones correspondientes:

2I− → I2 + 2 e−

Cl2 + 2 e− → 2 Cl

EjemploEl hierro puede presentar dos formas oxidadas:

Óxido ferroso: FeO. Óxido férrico: Fe2O3

[editar] Reducción

En química, reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.Cuando un ion o un átomo se reduce presenta estas características:

Gana electrones. Actúa como agente oxidante. Es reducido por un agente reductor. Disminuye su estado o número de oxidación.

Ejemplo

El ion hierro (III) puede ser reducido a hierro (II):Fe3+ + e− → Fe2+

En química orgánica, la disminución de enlaces de átomos de oxígeno a átomos de carbono o el aumento de enlaces de hidrógeno a átomos de carbono se interpreta como una reducción. Por ejemplo:

CH≡CH + H2 → CH2=CH2 (el etino se reduce para dar eteno). CH3–CHO + H2 → CH3–CH2OH (el etanal se reduce a etanol).