Download Los compuestos meso contienen un plano de simetría que divide la

ENLACE Y ESTRUCTURA
¿Qué es la química orgánica?
La química orgánica es la química del carbono y de sus compuestos.
Enlace iónico
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 en
particular, puede explicarse recurriendo a la idea de hibridación de orbitales. El
análisis de tres átomos típicos, el berilio (Be), el boro (B) y el carbono (C) permite
ilustrar este fenómeno mecanocuántico. En el átomo de berilio tiene como
configuración electrónica 1s22s2; a pesar de que todos sus orbitales están
completos 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 unión
de 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 orgánicas.
Reacciones de adición.
Este tipo de reacciones consisten en la adición de dos especies químicas al enlace
múltiple de una molécula insaturada.
Reacciones de sustitución.
En las reacciones de sustitución se engloban aquellas reacciones en las que un
átomo o grupo atómico es sustituido o desplazado por otro.
Reacciones de eliminación.
Este tipo de reacciones constituyen el proceso inverso de las reacciones de adición
y consisten en la pérdida de átomos, ó grupo de átomos de una molécula, con
formación de enlaces múltiples o anillos.
Reacciones de transposición.
Esta clase de reacciones consisten en un reordenamiento de los átomos de una
molécula que origina otra con estructura distinta.
El mecanismo de reacción
es una descripción detallada, paso a paso, de la forma
en 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 a
los 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 para
cada detalle del proceso. A menudo es posible que haya más de un camino distinto
para una reacción. Los químicos orgánicos están muy acostumbrados a proponer
mecanismos para explicar un proceso químico nuevo, la formación de una especie
química inesperada, etc. De entre los posibles mecanismos para una nueva
reacción química hay que elegir el que sea consistente con los datos
experimentales disponibles.
Cinetica de la reacción.
La cinética es el estudio de la velocidad de la reacción. El hecho de que una
reacción sea termodinámicamente favorable no significa necesariamente que vaya
a tener lugar. Por ejemplo, el metano y el cloro no reaccionan si la mezcla se
mantiene fría y en la oscuridad. La velocidad de una reacción se puede determinar
midiendo el aumento en las concentraciones de los productos o la disminución de
las concentraciones de los reactivos a través del tiempo.
La velocidad de una reacción depende de la concentración de los reactivos. Si la
concentración es alta los reactivos chocan entre sí con más frecuencia y la
probabilidad 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-
ALCANOS Y CICLOALCANOS.
Estructura.
El alcano más simple es el metano CH4. Desde el siglo pasado se había
demostrado mediante hechos experimentales que la estructura del metano tenía una
forma tetraédrica. Sin embargo, la justificación de esta estructura no pudo hallarse
hasta 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) se
podrían nombrar fácilmente por cualquier método que reflejara el número de carbonos
de cada uno de ellos. Sin embargo, los alcanos con más de tres átomos de carbono
pueden existir como isómeros estructurales. El criterio básico para nombrar una
estructura es elegir el nombre fundamental. Para la nomenclatura de los alcanos
ramificados hay que seguir las siguientes reglas:
1. Identificar la cadena principal (cadena más larga). A ella le corresponderá el
nombre del hidrocarburo principal. El nombre se forma a partir de una raíz de origen
griego que indica el número de átomos de carbono de la cadena. Por ejemplo, una
secuencia de cinco átomos se nombra utilizando el prefijo pent-, mientras que una de
diez átomos se nombra mediante el prefijo dec-. Para completar el nombre
fundamental de un alcano se añade a la raíz la terminación -ano.
2. Numerar los átomos de la cadena principal de tal modo que los localizadores
de las cadenas laterales tengan los números más bajos posibles. El compuesto será
un alquilalcano. Para nombrar a las cadenas laterales se cambia la terminación -ano,
que le correspondería al hidrocarburo, por la terminación -ilo. Por ejemplo, un grupo
CH3- unido a la cadena principal se le denomina metilo, un grupo CH3CH2- se
denomina etilo y así sucesivamente. A continuación se indica la numeración de la
cadena principal y la nomenclatura de un hidrocarburo ramificado.
CH3CHCH2CH2CH3
CH3
12345
2-metilpentano
3. 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 un
guión (t-, sec-) o los indicadores del número de grupos (di-, tri-, tetra-), que no se
alfabetizan. Los prefijos iso y neo (que no se separan con guión) se alfabetizan. Por
ejemplo:
5-etil-2,2-dimetilheptano
(no 2,2-dimetil-5-etilheptano)
CH3CCH2CH2CHCH2CH3
CH3
CH3 CH2CH3
CH3CHCH2CHCH2CH2CH3
CH3 CH3
2,4-dimetilpentano
(no 4,6-dimetilpentano)
3-metil-2-propilnonano
CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3
CH3 CH2CH2CH3 CH3CCH2CH2CHCH2CH2CH3
CH3
CH3
CHCH3
CH3
5-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 más
importantes 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 de
alcanos. Sin embargo, esta combustión deja de ser una reacción orgánica típica
porque en primer lugar los reactivos de la reacción son en realidad mezclas de alcanos
y en segundo lugar porque el producto deseado de la reacción es el calor que
desprende y no los productos obtenidos en ella. De hecho, los productos generados
en el proceso de combustión de los alcanos son, por lo general, compuestos sin
interés y su eliminación, debido a su volumen, constituye un importante problema.
La ecuación para la combustión de un alcano, por ejemplo el metano, es la
siguiente:
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Sin embargo, en muchos procesos de combustión, como la quema de gasolina
en un motor, no se logra una oxidación completa del carbono generándose en muchos
casos monóxido de carbono (C=O). Otros productos, como los aldehídos, también son
el 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 son
fundamentalmente el resultado de procesos biológicos.
El metano se produce mediante la descomposición anaeróbica bacteriana de la
materia orgánica. Debido a que fue aislado por primera vez en los pantanos se le
denomina también como gas de los pantanos. Es también un importante constituyente
del gas producido en algunos procesos de eliminación de aguas negras y su presencia
se detecta también en las minas de carbón, donde se le denomina aire detonante o
grisú, debido a la naturaleza explosiva de las mezclas de metano y aire.
El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos y consta básicamente
de etano y metano junto con pequeñas cantidades de propano.
El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, la mayoría de los cuales
son alcanos y cicloalcanos, y constituye el resultado final de la descomposición de la
materia animal y vegetal sepultada bajo la corteza terrestre durante períodos muy
largos. La mezcla se acumula formando un líquido negro y viscoso en bolsas
subterráneas, de donde se extrae mediante la perforación de pozos. El aceite crudo
tiene un intervalo muy amplio de ebullición. Sus componentes más volátiles son el
propano y el butano. El éter de petróleo se compone de pentanos y hexanos y destila
entre 30 y 60 C. La ligroína es una mezcla de heptanos que tiene un intervalo de
ebullición entre los 60 y los 90 C. Estas mezclas se usan a menudo como disolventes
en la industria y en los laboratorios químicos. Sin embargo, los destilados más
importantes del petróleo son la gasolina y los combustibles de calefacción.
La destilación fraccionada del petróleo crudo proporciona las siguientes
fracciones.
Intervalo de ebullición en °C
gas natural (C1 a C4) por debajo de 20
éter de petróleo (C5 a C6) 30-60
ligroína o nafta ligera (C7) 60-90
gasolina normal (C6 a C12) 85-200
queroseno (C12 a C15) 200-300
fueloil de calefacción (C15 a C18) 300-400
aceites lubricantes, grasas,
parafinas, ceras, alquitrán (C16-C24) por encima de 400
Craqueo.
Las moléculas de alcanos se pueden romper por acción del calor (proceso de
pirólisis). Los enlaces carbono-carbono se rompen generando radicales alquilo más
pequeños. La ruptura se produce de forma aleatoria a lo largo de la cadena.
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3 + CH3CH2CH2CH2
CH3CH2 + CH3CH2CH2
Una de las posibles reacciones que pueden experimentar los radicales es la
recombinación en cuyo caso se produce una mezcla de alcanos:
CH3
CH3CH2CH2CH2
CH3CH2
CH3 CH3CH3 +
CH3 + CH3CH2CH3
CH3CH2 + 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 un
alcano y un alqueno:
CH3CH2 + CH3CH2CH2 CH3CH3 + CH3CH=CH2
El resultado neto de la pirólisis es la conversión de un alcano superior en una
mezcla de alcanos y alquenos. Esta reacción no es útil en el laboratorio de química
orgánica por que genera mezclas. Sin embargo, el craqueo térmico de los
hidrocarburos ha resultado ser un proceso industrial muy importante. La composición
del petróleo crudo es muy variada y depende de su origen. Por ejemplo, la destilación
fraccionada de un petróleo ligero típico proporciona un 35% de gasolina, un 15% de
queroseno y trazas de asfalto, siendo el resto aceites lubricantes y aceites de puntos
de 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 porcentaje
de aceites pesados de alto peso molecular y aumentar la producción de fracciones
más volátiles se emplea el método de craqueo. El método de craqueo térmico apenas
se utiliza en la actualidad y ha sido sustituido por el craqueo catalítico. Los
catalizadores, compuestos de alúmina y sílice, permiten realizar el proceso de craqueo
a temperaturas más bajas. Es posible que el craqueo catalítico transcurra a través de
intermedios 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.
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 imagen
Obsérvese 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 cuña
En 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
|
(R) H-C-OH
|
(S) H-C-OH
|
|
COOH
HO-C-H (S)
|
|
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 ALQUENOS
El sufijo del nombre sistemático de los alquenos es eno. Los nombres comunes de los
alquenos terminan con el sufijo ileno
CH2 = CH2
CH2 = CH - CH3
CH2 = CH - CH2 - CH3
CH3 - CH = CH - CH3
CH3 - C = CH2
CH3
Eteno o Etileno
Propeno o Propileno
1-Buteno o 1-Butileno
2-Buteno o 2-Butileno
2-Metilpropeno o Isobutileno
PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALQUENOS
Como un alquenos solo es dos unidades atómicas mas ligero que su correspondiente alcano,
sus propiedades físicas son semejantes.
Hidrogenación
Es la adición de los elementos del hidrógeno a un alquenos para formar el alcano
correspondiente. 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 poli insaturados.
Oxidación de alquenos
Las sustancias cuyas moléculas tienen grupos alquenos reaccionan con muchos agentes
oxidantes.
Al igual que los alcanos y los compuestos hidrocarbonados, en general, combustión en
presencia del oxígeno del aire produciendo anhídrido carbónico, monóxido de carbono o
Hidrocarburos Insaturados
16
carbono y agua dependiendo de las condiciones de la reacción y además liberan el
correspondiente calor de combustión
El ozono fragmenta un alquenos en su enlace doble produciendo aldehídos o cetonas de la
siguiente manera:
R - C = C - R'
R'' R'''
O3 H 2O R - C = O
R'' R'''
O = C - R' H 2O 2 + + + +
El ozono mata parcialmente las plantas, ya que ataca los dobles enlaces en las moléculas de
clorofila , el pigmento verde mediante el cual las plantas realizan la fotosíntesis
El permanganato de potasio y el bicromato de sodio acuoso y caliente actúan en forma
vigorosa sobre los alquenos produciendo ácidos carboxílicos o cetonas según que el doble
enlace atacado sea terminal o interior respectivamente
PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALQUINOS
El 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 disolverse
en acetona a presión moderada. El acetileno arde con una llama muy luminosa. La
combustión del acetileno en los sopletes oxiacetilénicos genera suficiente calor para cortar
y soldar metales.
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 recuperación 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 alquila ión 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
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 carbonohalógeno, 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 alcohol
procede de la sustitución formal de uno de los hidrógenos del agua por un grupo
alquilo.
En el agua el ángulo del enlace H-O-H es de 104.5º y el ángulo que forman los
dos pares de electrones no compartidos es de 114º. Estos ángulos de enlace se
pueden 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 un
conjunto 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 en
los enlaces con los átomos de hidrógeno tienen un menor carácter s, lo que
explica la
disminución del ángulo de enlace tetraédrico desde 109.5º a 104.5º. Por otra
parte, los
dos 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
desde
109.5º a 114º. El aumento del ángulo de enlace entre los pares de electrones no
compartidos tiene un efecto estabilizante al disminuir la repulsión electrónica
entre los
mismos.
En el metanol el ángulo del enlace C-O-H es de 108.9º. Este ángulo es mayor
que en el agua debido a la presencia del grupo metilo, mucho más voluminoso
que el
átomo de hidrógeno, que contrarresta el efecto de compresión del ángulo de
enlace
que provocan los dos pares de electrones no enlazantes.
Las longitudes de enlace O-H son aproximadamente las mismas en el agua que
en los alcoholes, pero la distancia de enlace C-O es bastante mayor (1.4 Å)
debido al
mayor radio covalente del carbono en comparación con el del hidrógeno.
En el siguiente diagrama de interacción orbitálica se representa la formación del
enlace 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 el
grupo hidroxilo (OH) y se numera dando al grupo hidroxilo el localizador más
bajo
posible. El nombre de la cadena principal se obtiene cambiando la terminación –
o del
alcano por –ol.
Una manera de organizar la familia de los alcoholes es clasificar a los alcoholes
en primarios, secundarios o terciarios de acuerdo con el tipo de átomos de
carbono
enlazados al grupo OH. En la siguiente tabla se indican las estructuras de los
alcoholes según su grado de sustitución.
Acidez de los alcoholes.
Al igual que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo de un
alcohol
es débilmente ácido. Una base fuerte puede sustraer el protón del hidroxilo de
un
alcohol para generar un alcóxido.
base
ROH+BRO+BH
alcohol alcóxido
(ácido) (base conjugada)
La constante de disociación de un alcohol queda definida por el siguiente
Equilibrio.
La constante de disociación ácida de los alcoholes varía según su estructura
desde aproximadamente 10-16 para el metanol hasta aproximadamente 10-19
par la
mayor parte de los alcoholes terciarios.
La acidez de los alcoholes disminuye a medida que aumenta el grado de
sustitución 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 en
aldehídos, en cetonas o en ácidos carboxílicos. La oxidación de un alcohol se
consigue cuando el número de enlaces C-O aumenta en el átomo de carbono del
carbinol (C-OH). A continuación, se comparan los distintos estados de oxidación
que
pueden 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 los
oxidantes más empleados para efectuar esta conversión es el ácido crómico.
El mecanismo de la oxidación de un alcohol secundario implica primero la
formación 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
reacción
de eliminación es similar mecanísticamente al proceso de eliminación E2 que se
ha
visto en el tema anterior.
El cromo (IV) que se forma en el proceso de oxidación continua reaccionando
para dar la forma reducida estable cromo (III). Tanto el dicromato de sodio
como el
ácido crómico son de color naranja, mientras que le ión crómico es de color azul
verdoso. El cambio de color observado en las reacciones con el ácido crómico
se
puede 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, a
diferencia de las cetonas, los aldehídos se pueden continuar oxidando para dar
lugar a
ácidos carboxílicos. Muchos agentes oxidantes no son quimioselectivos porque
no
permiten parar la oxidación de un alcohol primario en la etapa de aldehído, de
manera
que el alcohol primario, a través del aldehído, acaba oxidándose hasta ácido
carboxílico. Uno de los reactivos que convierten directamente a los alcoholes
primarios
en ácidos carboxílicos es precisamente el ácido crómico.
ácido ciclohexanocarboxílico
Na2Cr2O7, H2SO4
Para conseguir la oxidación controlada de alcoholes primarios a aldehídos se
deben emplear otros oxidantes basados en Cr(VI), como el reactivo de Collins,
que es
un 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, 1propanol, 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 o1. 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.
5. Condensación aldólica.
6.
Reducción de compuestos carbonílicos.
6. 7.
Reducción de ácidos y ésteres.
7. 8.
Hidroxilación de alquenos.
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
CI2, calor, luz
Tolueno
CH2
CI
OH
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-OAr.
Para designar los éteres, por lo general se indican los dos grupos unidos al
oxígeno, seguidos de la palabra éter:
CH3
C2H5OC2H5
Dietil éter
CH3CH O CHCH3
Diisopropil éter
CH3
CH3
O C CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
t-Butil metil
éter
C O
H
Fenil isopropil éter
Si un grupo no tiene un nombre simple, puede nombrarse el compuesto como
un alcoxi derivado:
CH3CH2CH2CHCH2CH3
OCH3
C2H5O
COOH
CH2CH2
HO OC2H5
El más3-Metoxihexano
simple de los éteres aril alquílicos,
tiene el nombre
Acido el metil fenil éter, 2-Etoxietanol
especial de anisol.
p-etoxibenzoico
OCH3
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 físicas de los éteres
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 consecuencia, los éteres
presentan un pequeño momento dipolar neto (por ejemplo, 1.18 D para el
dietil éter).
R
110º O
R
momento
dipolar neto
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 nheptano (98ºC), el metil n-pentil éter (100ºC) y el alcohol hexílico
(157ºC). Los puentes de hidrógeno que mantienen firmemente unidas las
moléculas de alcoholes
Nombre
Dimetil éter
Dietil éter
Di-n-propil éter
Diisopropil éter
Di-n-butil éter
Divinil éter
Dialil éter
P.f.,
ºC
-140
-116
-122
-60
-95
Tabla 19.1 ETERES
P.e.,
Nombre
ºC
Anisol
-24
(Fenil metil éter)
34,6
Fenetol
91
(Etil fenil éter)
69
Difienl éter
142
1,4-Doxano
35
Tetrahidrofurano
94
P.f.,
ºC
-37
P.e.,
ºC
154
-33
172
27
11
-108
259
101
66
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.
H
R O H O
R
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:
R X + Na+ -O R'
R X + Na+
R O R' + Na+X-
R O Ar + Na+XPara la preparacón de aril metil éteres se suele utilizar sulfato de metilo,
-O
Ar
(CH3)2SO4, en lugar de los mucho más caros halogenuros de alquilo.
CH3
CH3
CH3Br + Na+ -O C CH3
CH3
t-Butóxido
de sodio
O H + CH3OSO2OCH3
Fenol
CH3
O C CH3
CH3
Metil t-butil éter
NaOH (ac)
Sulfato de metilo
CH2Br + H O
O CH3 + CH3OSO3 Na+
Anisol
NaOH (ac)
CH2
O
La síntesis de Wlliamson implica la sustitución nucleofílca de un ion
Bromuroode
bencilopor un Fenol
Bencil fenil éteranáloga a
alcóxido
fenóxido
ion halogenuro, y es estrictamente
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:
ROH + Na
RO-Na+ + 1/2 H2
Un alcóxido
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:
ArOH + Na+ -OH
Un fenol
Acido
más fuerte
ArO-Na+ + H2O
Un fenóxido Agua
Acido
más débil
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:
CH3
CH3CH2Br + Na+ -O C CH3 Factible
CH3
CH3CH2
CH3
O C CH3
CH3
CH3
t-Butil etil éter
CH3
C CI + Na+ -OCH2CH3
No factible
Para la preparación de un alquil aril éter hayCH
también dos combinaciones a
3
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.
CH3CH2CH2Br + Na+ -O
Bromuro
de n-propilo
Fenóxido de sodio
Br + Na+ -OCH2CH2CH3
Bromobenceno
CH3CH2CH2
O
+ Na+ Br-
Fenil n-propil éter
no hay reacción
n-Propóxido de sodio
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
reacción
de alquenos con peroxiácidos (RCO3H). El peroxiácido reacciona con el alqueno
mediante una reacción electrofílica concertada en la que los enlaces se forman
y se
rompen al mismo tiempo. La reacción entre la olefina y el peroxiácido tiene
lugar
mediante un único paso mecanístico y los productos del proceso son el epóxido
y el
ácido carboxílico (ver también tema 6).
Como la reacción de epoxidación tiene lugar en un solo paso la estereoquímica
presente en el alqueno se retiene en el epóxido. El ácido peroxibenzoico
(PhCO3H) y
el ácido m-cloroperoxibenzoico (m-ClC6H4CO3H, MCPBA) son dos de los
reactivos de
más empleados en reacciones de epoxidación.
Se puede considerar la epoxidación como una reacción entre el doble enlace
nucleofílico y el peroxiácido electrofílico. En este sentido, la epoxidación será
más
rápida cuanto más nucleofílico sea el doble enlace. Como las cadenas alifáticas
ceden densidad electrónica, los dobles enlaces más sustituidos son más
nucleofílicos que los Menos sustituidos y se epoxidan con más rapidez. Esto
permite conseguir reacciones
De 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.
:Z
R'
C
O
R
Reactivo
Trigonal
R'
C
R
Z
Z
Z
&O
Estado de
transición
Haciéndose tetraédrico
Carga negativa parcial
sobre el oxígeno
R'
C
R
H2O
O-
Producto
Tetraédrico
Carga negativa
sobre el oxígeno
R'
C
R
OH
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.
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
Ejemplo
El 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).