UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFacultad de Qumica
QUMICA ORGNICA I (1345)
CUADERNO ELECTRNICO DE APUNTES
Jos Luis Medina FrancoSemestre 2002-2
Presentacin del cuaderno electrnico
Bienvenido al curso de Qumica Orgnica I. El presente Cuaderno Electrnico de Apuntes contiene la informacin presentada en las clases de teora. La informacin est organizada en orden cronolgico. Cada pgina del cuaderno corresponde a un da de clases. En cada pgina se resumen los temas cubiertos en este da y se anexan los archivos electrnicos con la informacin detallada. Para abrirlos haz doble click sobre los conos correspondientes.
Uno de los propsitos de este cuaderno es ayudarte a repasar las clases. Tambin tiene el propsito de evitar distraer tu atencin a la explicacin del tema por tratar de capturar en tus propias notas tablas o esquemas que son laboriosos de hacer durante la clase. Este cuaderno tambin te puede servir como una referencia rpida a este curso en tus prximos cursos de Qumica Orgnica. La versin electrnica te ayudar a ahorrar espacio y papel. Sin embargo, considera que este cuaderno es slo una gua y no suple la extensa investigacin que tienes que hacer en la bibligrafa sobre cada tema.
Esperando que te sea de utilidad:Jos Luis Medina
Clase 1Abril 9, 2002Presentacin del curso
Contenido Horario del curso de teora Temas del curso Bibliografa recomendada Algunas fuentes de informacin en Internet Asesoras Criterios de evaluacin
Informacin del Curso Temario
UNIDAD 1
EVOLUCIN DE LAQUMICA ORGNICA
Clase 2Abril 11, 2002Evolucin de la Qumica Orgnica
Contenido Definicin de Qumica Orgnica Historia Berzelius, Whler y el Vitalismo Teora Estructural Teora Electrnica de la Estructura y Reactividad Resumen de la historia de la Qumica Orgnica Aprendizaje de la Qumica Orgnica
Evolucin de la Qumica Orgnica
Qumica Orgnica IUnidad 1
EvoluciEvolucin de la Qun de la Qumica Orgmica Orgnicanica
Contenido
Definicin de Qumica Orgnica
Historia
Berzelius, Whler y el Vitalismo
Teora Estructural
Teora Electrnica de la Estructura y Reactividad
Resumen de la historia de la Qumica Orgnica
Aprendizaje de la Qumica Orgnica
DefiniciDefinicin de Qun de Qumica Orgmica OrgnicanicaQumica de los compuestos que contienen
carbonoCarbonatos, dixido de carbono, cianuros
metlicos, son sales inorgnicas.
La qumica de los compuestos que contienen
un enlace carbono carbono (C-C)
CO2 Na2CO3 KCN Carbonato
de sodioCianuro de
potasioDixido de
carbono
OHC
H3C
O
CH3C
H3C
O
H3C CH2 OH
AcetonaEtanolcido actico
Historia
Berzelius, WBerzelius, Whler y el Vitalismohler y el Vitalismo
Principios del siglo XIX
Materialesorgnicos
Materialesinorgnicos
Organismos vivos
Minerales
Fuerza vital
X
Varios compuestos orgnicos ya se haban aislado
y se conoca su composicin:
- cido ctrico y cido mlico, de los limones.
- Morfina, del opio (C17H19NO3).
1828Friedrich Whler obtuvo urea a partir de cianato de amonio:
NH4+-OCN O=C(NH2)2Cianato de amonio
Compuesto inorgnicoCH4N2O
UreaCompuesto orgnicoCH4N2O
Composicin elemental igual
Comienza a desaparecer la teora del vitalismo.
Surge el trmino isomera:
- Dos materiales distintos tienen la misma
composicin elemental.
- La urea y el cianato de amonio son ismeros.
TeorTeora Estructurala Estructural
1859August Kekul, Archibald S. Couper y Alexander M.
Butlerov proponen:
Cada tomo se caracteriza por tener el mismo nmero
de enlaces en cada compuesto.
El carbono forma normalmente cuatro enlaces:
El carbono tiene la capacidad de enlazarse con otroscarbonos para formar largas cadenas:
Los enlaces C-C son la caracterstica clave de los
compuestos orgnicos.
La misma composicin puede corresponder a ms
de una secuencia de tomos y enlaces.
C
H3CCH2
CH2CH2
CH2CH3
Hexano
CH4N2OUrea
Cianato de amonio
1875Estructuras en tres dimensiones
Vant Hoff y LeBel proponen la naturaleza espacial
de las molculas.
Los cuatro enlaces del carbono estn dirigidos a las
cuatro esquinas de un tetrahedro regular en donde
el carbono es el centro.
Los ngulos entre los enlaces son iguales.
TeorTeora Electra Electrnica de la Estructura y Reactividadnica de la Estructura y Reactividad
1916 Gilbert N. Lewis describe el enlace covalente basado
en el comportamiento de los electrones.
Linus Pauling elabora el concepto de resonancia.
Robert Robinson sugiere que las transformaciones
qumicas (reacciones) pueden entenderse fijndose
en los electrones.
Los tomos se mueven por transferencia de
electrones.
Christopher Ingold estudia la secuencia de eventos
en una reaccin qumica (mecanismo).
Rompimiento y formacinde enlaces
Naturaleza deenlaces
Transformacin de molculas: reacciones qumicas
Actualmente un proyecto de qumica orgnica implica: Anlisis estructural Dinmica de una reaccin Sntesis: crear nuevas molculas para probar una
hiptesis o con valor comercial.
Resumen de la historia de la QuResumen de la historia de la Qumica Orgmica Orgnicanica
1er Perodo(1828)
Berzelius, Whler y el Vitalismo Isomera
2o Perodo(1859, 1875)
Estructura y estereoqumicaTeora estructural
3er Perodo(1916 - actual)
ResonanciaMecanismos de
reaccin
Teora electrnica de la estructura y
reactividad
Aprendizaje de la QuAprendizaje de la Qumica Orgmica Orgnicanica
Qumica Orgnica I- Teora estructural - Identidad, pureza y propiedades de los compuestos
RafaelFile AttachmentEvolucion_de_la_quimica.pdfRafaelNoteUnmarked set by RafaelRafaelNoteAccepted set by RafaelRafaelNoteNone set by RafaelUNIDAD 2
ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS
Clase 3Abril 16, 2002Estructura atmica y molecular
Parte I
Contenido Orbitales atmicos
Electrones de valencia
Radio atmico
Electronegatividad
Enlace inico
Introduccin al enlace covalente
Orbitales moleculares
Orbitales sigma () y pi ()Estructura atmica y
molecular I
Qumica Orgnica IUnidad 2
Estructura atEstructura atmica y molecularmica y molecularParte IParte I
Contenido
Orbitales atmicos
Electrones de valencia
Radio atmico
Electronegatividad
Enlace inico
Introduccin al enlace covalente
Orbitales moleculares
Orbitales sigma () y pi ()
Orbitales atOrbitales atmicosmicos
H = E
Ecuacinde onda
Orbitales atmicos: funcionesde onda para los electrones
2Probabilidad de encontrar al
electrn en un espacio
n l Electrones1 s 22 s, p 8 (2s + 6p)3 s, p, d 18 (2s + 6p + 10d)4 s, p, d, f 32 (2s + 6p + 10d + 18f)
Ene
rga
1s
2s
2px 2py 2pz
3s
3px 3py 3pz
4s
3dxy 3dxz 3dyz 3dx2-y23dx2
n, l, mm, ms: nmeros cunticos
Mecnicacuntica
Forma de los orbitales
s
d
Densidad deprobabilidad
Diagrama decontorno
px py pz
Electrones de valenciaElectrones de valencia
Son aquellos que ocupan la capa ms externa del tomo.
De ellos depende la capacidad de los tomos para:
Formar enlaces.
Participar en reacciones.
Ejercicio: escribir las configuraciones electrnicas e indicar los electrones de valencia de los tomos indicados.
1s
tomo
1H
6C
1s
2s
2px 2py 2pz
Configuracin Electrones de valencia
1s
1s 2s 2px 2py 2pz
1
1
Familia /Perodo
Nmero de electrones de valencia /Mximo nivel energtico que ocupan
I A
1
4
2
IV A
2
Nmero de electrones de valencia = nmero de grupo en la tabla peridica.
El nivel energtico que ocupan = nmero del perodo en la tabla peridica.
tomo Configuracin Electrones de valencia Familia /Perodo Nmero de electrones de valencia /Mximo nivel energtico que ocupan
7N
1s
2s
2px 2py 2pz
1s 2s 2px 2py 2pz
5
2
V A
2
1s
2s
2px 2py 2pz8O
1s 2s 2px 2py 2pz
6
2
VI A
2
9F
10Ne
1s
2s
2px 2py 2pz
1s
2s
2px 2py 2pz
1s 2s 2px 2py 2pz
7
2
VII A
2
1s 2s 2px 2py 2pz
8
2
VIII A
2
Electrones de valencia y enlaceElectrones de valencia y enlace
Configuraciones de los gases nobles He (1er perodo): 2 electrones de valencia. Ne, Ar, Kr, Xe y Rn (perodos 2-6): 8 electrones de valencia. Los gases nobles son muy poco reactivos.
Los tomos tienden a ganar o perder electrones para tener la misma configuracin
electrnica de un gas noble.
Los tomos C, N, O y X ganan electrones:
tomo Electrones en lacapa de valencia
Enlaces que forma en cada compuesto
6C 4 47N 5 38O 6 29F 7 1
Nmero de electrones en la capa de valencia
Nmero de enlaces que forma
8 (electrones devalencia de Ne)+ =
C C C
F
O
N
Radio atRadio atmicomico
Se piensa en tamao atmico como el volumen que contiene un 90% del total de ladensidad electrnica alrededor del ncleo.
Para elementos que existen como molculas diatmicas simples, el radio atmicoes la mitad de la distancia entre los ncleos de los dos tomos.
Radios atmicos (en picmetros) de elementos representativos
Aumenta el radio atmico
Aum
enta
el r
adio
at
mic
o 1 2 3 4 5 6 7 8
H: 32 He: 50
Ne: 70F: 72O: 73N: 92C: 91B: 98Li: 152
Ar: 98Cl: 99S: 127P: 128Si: 132Al: 143
Cs: 265
ElectronegatividadElectronegatividad
Es la habilidad de un tomo para atraer hacia s los electrones de un enlace qumico.
Electronegatividad de algunos elementos representativos
H C N O F
2.2 2.5 3.0 3.5 4.0
Si P S Cl
1.9 2.2 2.5 3.0
Br
2.8
I
2.5
Aum
enta
la e
lect
rone
gativ
idad
Aumenta la electronegatividad
Enlaces quEnlaces qumicosmicosLos tomos se unen porque el compuesto resultante es ms estable que lostomos por separado.
Enlace inicoEnlace covalente
Enlace iEnlace iniconico
Enlace qumico entre partculas con cargas opuestas como resultado de laatraccin electrosttica entre ellas
Ejemplo: fluoruro de litio (LiF)
3Li 9F1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz
3Li+1s 2s 2px 2py 2pz
9F-1s 2s 2px 2py 2pz
(configuracin del He) (configuracin del Ne)
1 e-
Ejercicios: 1) Describir, en trminos de configuracin electrnica, el enlace inico para:
a) Hidruro de sodio (NaH)
b) Cloruro de aluminio (AlCl3)
1s1H
3s11Na [Ne]
1s1H-
3s11Na+ [Ne](configuracin del Ne) (configuracin del He)
13Al [Ne] 3s2 3p1 17Cl [Ne] 3s2 3p5
17Cl [Ne] 3s2 3p5
17Cl [Ne] 3s2 3p53 e-
13Al 3+ [Ne]3 X 17Cl- [Ne] 3s2 3p6
(configuracin del Ne) (configuracin del Ar)
1 e-
2) Indicar que tomo es el anin y cul es el catin en:
a) Li2S b) MgCl2 S y Cl son los aniones porque son los tomos ms electronegativosde los respectivos compuestos.
IntroducciIntroduccin al enlace covalenten al enlace covalente
Enlace qumico entre dos tomos que resulta de compartir dos electrones
El enlace ocurre por la atraccin de los ncleos positivos con el par de electrones.
Los 2 tomos unidos experimentan al par electrnico como si fuera parte desu propia capa externa.
Los electrones no son removidos de los tomos y no se desarrolla una carganeta sobre el tomo.
Ejemplo: molcula de hidrgeno (H2)
1s1H 1H 1s1 H .a) tomo de hidrgeno
b) Molcula de hidrgeno (H2) H . . HCada tomo tiene 2 e- en su capa de valencia (como el He)
Ejercicios:1) Porqu el tomo de carbono forma enlaces covalentes y no inicos?
Para formar enlaces inicos el tomo de carbono necesitara ganar o perder 4 e-
para adquirir la configuracin electrnica de un gas noble (He o Ar, segn pierda o gane e-, respectivamente). Esto implica la formacin de una carga 4+ o 4- que producen inestabilidad. Al formar enlaces covalentes, el tomo de carbono adquiere una configuracin estable sin generarse una carga 4+ o 4-.
2) Cul de las siguientes sustancias esperara que tuvieran enlaces covalentes y cules inico?
CH4 Enlaces covalentesAunque el hidrgeno puede perder 1 e- para formar enlaces inicos, el tomo de carbono no gana 4e- porque formara una especie muy inestable.
LiI Enlace inicoEl yodo es un tomo muy electronegativo y el litio muy poco electronegativo. Esfcil que el litio pierda un electrn para que lo gane el yodo.
Cl2 Enalce covalenteLos dos tomos, con la misma electronegatividad, comparten electrones.
Orbitales molecularesOrbitales moleculares
Un orbital molecular (OM) es el resultado de traslapar dos o ms
orbitales
atmicos (OA).
El nmero de OM formados es igual al nmero de OA que se traslapan.Ejemplo:Cuando 2 tomos de hidrgeno se unen, los 2 orbitales atmicos se traslapan y forman 2 orbitales moleculares: uno de enlace y otro de antienlace:
H .
OA1s1
+ H .
OA1s1
H H + HHHH :
Orbitales moleculares de H2
OM de enlace OM de antienlace
1s1H 1s
1H
Ene
rga
OM de enlaceH H
HH OM de antienlace
Orbitales molecularesOrbitales moleculares
Los electrones disponibles se adicionan a los orbitales moleculares en la
misma forma en la que se adicionan a los orbitales atmicos (principios o
reglas de de Aufbau, Pauli y Hund).
Ejemplo:Diagrama de energa de los OM de la molcula de H2.
Ejercicio:Esquematizar en un diagrama energtico los OM de la molcula de He2. Inferir del diagrama la estabilidad de esta molcula.
La molcula He2 es inestable y no se observa en la naturaleza. Esto se puede explicar por la presencia de dos electrones en un orbital de anti-enlace. El helio existe en la naturaleza como molcula monoatmica.
1s2He
1s2He
Ene
rga
OM de enlace
OM de antienlace
He2
Orbital sigma (s)Orbital sigma (s)
Se forma por la superposicin frontal de dos orbitales.Se caracteriza porque tiene un eje de simetra rotacional alrededor de la
lnea que conecta los dos tomos (eje internuclear).
Ejemplos:Los OM de H2 son orbitales . El OM de enlace se denomina . El de antienlace *.
H . + H . H H + HH
Orbital Orbital *Eje internuclear
traslape frontal
Los orbitales tambin pueden formarse por la superposicin frontal de dos orbitales po de un orbital p con un orbital s.
+
Orbital p Orbital p Orbital
Orbital pi (p)Orbital pi (p)
Se forma por la superposicin lateral de dos orbitales.
+
Orbital p Orbital p Orbital
Orbital p Orbital d Orbital
+
RafaelFile AttachmentEstructura_molecular.pdfRafaelNoteAccepted set by RafaelRafaelNoteNone set by RafaelClase 4Abril 18, 2002Estructura atmica y molecular
Parte II
Contenido
Hibridacin del carbono y el enlace covalente
Estado hbrido sp3
Estado hbrido sp2
Estado hbrido sp
Hibridacin en otros tomos:
Nitrgeno
OxgenoEstructura atmica y
molecular II
Tarea 1
Qumica Orgnica IUnidad 2
Contenido
Hibridacin del carbono y el enlace covalente
Estado hbrido sp3
Estado hbrido sp2
Estado hbrido sp
Hibridacin en otros tomos:
Nitrgeno
Oxgeno
Estructura atEstructura atmica y molecularmica y molecularParte IIParte II
HibridaciHibridacin del carbono y el enlace covalenten del carbono y el enlace covalente
Para que los orbitales atmicos del carbono puedan traslaparse adecuadamente en la formacin de orbitales moleculares, se combinan primero entre s. El resultado son orbitales atmicos hbridos.
Si se combinan Orbitales hbridos % de carcter s y p
1 orbital s y 3 orbitales p 4 orbitales sp3 25% s y 75% p
1 orbital s y 2 orbitales p 3 orbitales sp2 33.3% s y 66.6% p
1 orbital s y 1 orbital p 2 orbitales sp 50% s y 50% p
Formacin de los orbitales atmicos hbridos sp3 del carbono
Geometra: tetradricangulo interorbital: 109.5
Formacin de los orbitales atmicos hbridos sp2 del carbono
3 orbitales sp2Un orbital 2p nose combina
Combinacin de un orbital 2s y dos 2p Geometra: planangulo interorbital: 120
Formacin de los orbitales atmicos hbridos sp del carbono
2 orbitales spCombinacin del
orbital 2s y uno 2pDos orbitales 2p no
se combinanGeometra: lineal
gulo interorbital: 180
Estado hEstado hbrido brido spsp33 del carbono del carbono
Los 4 orbitales sp3 son iguales en energa. Cada uno de ellos tiene unelectrn.
2px 2py 2pz
2sp3 2sp3 2sp3 2sp3
Ene
rga
2s
Estado electrnicofundamental del carbono
Estado hbrido sp3del carbono
En este estado hbrido, el carbono forma 4 enlaces covalentes .
En general, se puede esperar que el carbono tendr hibridacin sp3
cuando est enlazado directamente a 4 tomos.
Estado hEstado hbrido brido spsp33 del carbonodel carbono
Ejemplo: metano (CH4)Cada uno de los orbitales sp3 del carbono se traslapa con un orbital atmico1s del hidrgeno. Se forman 4 enlaces covalentes .
Estado hEstado hbrido brido spsp22 del carbono del carbono
Los 3 orbitales sp2 son iguales en energa. Cada uno de ellos tiene un electrn. El cuarto electrn ocupa un orbital p no hbrido.
2p2px 2py 2pz
Ene
rga
2sp2 2sp2 2sp2
2s
Estado electrnicofundamental del carbono
Estado hbrido sp2del carbono
En este estado hbrido, el carbono forma 3 enlaces covalentes y uno .En general, se puede esperar que el carbono tendr hibridacin sp2
cuando est enlazado directamente a 3 tomos.
Estado hEstado hbrido brido spsp22 del carbonodel carbono
Enlace
Cada carbono emplea un orbital sp2 para traslaparse con un orbital sp2 del otro carbono formando un enlace covalente .
Los orbitales p se traslapan entre s, en forma lateral, para formar un segundo enlace covalente tipo entre los carbonos.
Ejemplo: eteno o etileno (C2H4)Dos orbitales sp2 de cada
carbono se traslapan con 2 orbitales 1s del hidrgeno formando enlaces .
Enlace
Enlace
C CHH
H H
121.4
117.2
134 pm
110 pm
Estado hEstado hbrido brido spsp del carbono del carbono
Los 2 orbitales sp son iguales en energa. Cada uno de ellos tiene un electrn. Otros dos electrones ocupan, cada uno, un orbital p no hbrido.
2px 2py 2pz 2p 2p
Ene
rga
2sp2sp
2s
Estado electrnicofundamental del carbono
Estado hbrido spdel carbono
En este estado hbrido, el carbono forma 2 enlaces covalentes y 2 .En general, se puede esperar que el carbono tendr hibridacin sp
cuando est enlazado directamente a 2 tomos.
Estado hEstado hbrido brido spsp del carbonodel carbono
Ejemplo: etino o acetileno (C2H2)Un orbital sp de cada carbono
se traslapa con un orbital 1s del hidrgeno formando enlaces .
Cada carbono emplea un orbital sp para traslaparse con un orbital sp del otro carbono formando un enlace covalente .
Los 2 orbitales p de cada carbono se traslapan entre s, en forma lateral, para formar un segundo y un tercer enlace covalentes tipo entre los carbonos.
Enlaces
Enlace
Enlace
C CH H
106 pm106 pm120 pm
180180
Resumen de los estados hResumen de los estados hbridos del carbono bridos del carbono
Ejercicio: complete el siguiente cuadro:
Hibridacin sp3 sp2 sp
2p 2p 2pEstadoelectrnico 2sp32sp3 2sp3 2sp3
2sp2 2sp2 2sp2 2sp 2sp
Geometra Tetradrica Plana Lineal
ngulo interorbital 109.5 120 180
% Carcter s 25 33.3 50
Tipo de enlaces queforma (enlaces
= orbitales hbridos)4 3 + 1 2 + 2
C unido a2 tomos
C unido a4 tomos
Cuando se esperaesta hibridacin
C unido a3 tomos
Molcula ejemplo Metano Eteno Etino
Ejercicio: propronga la hibridacin que presenta cada carbono en los siguientes compuestos:
Dixido de carbono (O=C=O)sp. El carbono est directamente unido a dos tomos.
Formaldehdo (H2C=O)sp2
Cetena (H2C=C=O)El carbono del grupo CH2 es sp2, mientras que el carbono C=O es sp.
Propeno (CH3CH=CH2)Los dos carbonos doblemente enlazados son sp2, mientras que el carbonodel grupo CH3 es sp3.
HibridaciHibridacin en otros n en otros tomostomos
Nitrgeno
En el amoniaco (NH3) y en algunos compuestos orgnicos, el nitrgeno presentaun estado hbrido sp3: se combina un orbital s y tres p.Tres electrones ocupan tres orbitales sp3 y dos electrones un orbital sp3.Forma tres enlaces con un ngulo entre ellos de 107.1 (no tetraedro perfecto).
Ejercicio: indique cul es la configuracin electrnica del estado hbrido sp3 de N.
2sp3 2sp3 2sp3 2sp3
HibridaciHibridacin en otros n en otros tomostomos
Oxgeno
En el agua, el oxgeno presenta un estado hbrido sp3.
Dos pares electrnicos ocupan orbitales sp3.
Ejercicio: indique cul es la configuracin electrnica del estado hbrido sp3 de O.
2sp3 2sp3 2sp3 2sp3
RafaelFile AttachmentEstructura_molecular_II.pdfClase 5Abril 23, 2002Propiedades de los enlaces
Contenido
Rotacin alrededor de los enlaces
Longitudes
ngulos
Energa de enlace
Homlisis y heterlisis
Polaridad de enlaces y polaridad
de molculasPropiedades de los
enlaces
Qumica Orgnica IUnidad 2
Propiedades de los enlacesPropiedades de los enlaces
Contenido
Rotacin alrededor de los enlaces
Longitudes
ngulos
Energa de enlace
Homlisis y heterlisis
Polaridad de enlaces y polaridad de molculas
RotaciRotacin alrededor de los enlacesn alrededor de los enlaces
Los enlaces sencillos tienen libre rotacin (esto es consecuencia del eje de simetra internuclear del enlace ).
C C
H
Cl Cl
HHH
C C
H
Cl H
HClH
C C
H
Cl H
ClHH
Libre giro alrededor del enlace
Los dobles y triples enlaces son rgidos y no pueden rotar (como consecuencia de que el enlace no tiene eje de simetra internuclear)
HH
ClCl
El enlace impide el libre giro
Longitudes de enlaceLongitudes de enlace
Distancias internucleares representativas (en angstrons)a
Enlaces sencillos Enlaces dobles Enlaces triples
H-C
H-N
H-O
C-C
C-N
C-O
C-Cl
C-Br
C-I
1.09
1.00
0.96
1.54
1.47
1.43
1.76
1.94
2.14
C = C
C = N
C = O
1.35
1.30
1.22
C C
C N
1.20
1.16Enlaces sencillos de C, N, O, a H son ~1 A
Enlaces sencillos entre C, N, O, son ~1.5 A
Elementos ms grandes forman enlaces ms largos
Enlaces dobles y triples de C, N, O son ms cortos que los sencillos
Generalidades: La longitud de enlace de un tipo dado vara muy poco de un compuesto a otro.
Un enlace es ms fuerte entre su distancia sea menor.
a Hendrickson, J. B.; Cram, D. J. y Hammond, G. S. Organic Chemistry. McGraw-Hill Book Company, Nueva York, 1959. p. 58.
ngulos de enlacengulos de enlace
Se predicen por la hibridacin del carbono:
Hibridacin ngulo
Carbono unido a 4 tomos sp3 109.5
Carbono unido a 3 tomos sp2 120
Carbono unido a 2 tomos sp 180
Cuando todos los tomos son idnticos, los ngulos son iguales a los predichos. Cuando los tomos son diferentes, hay pequeas variaciones.
Metano (CH4) Tetracloruro de carbono (Cl4) Diclorometano (CH2Cl2)
109.5112
112
109.5
EnergEnerga de enlacea de enlace
Es la cantidad de energa que se consume o libera cuando se rompe o se formaun enlace.En reacciones qumicas se rompen enlaces y se forman nuevos enlaces. Para romper se debe adicionar energa (por ejemplo calor). Cuando se forma un nuevo enlace se libera energa.
Energas promedio de enlace (en kilocaloras por mol a 25C)a
H-CH-NH-OH-SN-NN-OO-OS-S
9993
1118339533554
C-CC-NC-OC-SC-FC-ClC-BrC-I
83738665
116816851
C=CC=NC=O*
C=S**
N=NN=O
146147179128100145
CCCN
200213
* En compuestos C-CO-C; C-CO-H es 176. ** En S=C=S
a Hendrickson, J. B.; Cram, D. J. y Hammond, G. S. Organic Chemistry. McGraw-Hill Book Company, Nueva York, 1959. p. 63.
EnergEnerga de enlacea de enlace
Las energas de los enlaces sencillos vara entre 50 - 100 kcal/mol.
Los enlaces entre tomos con pares de electrones no pareados son ms
dbiles (por jemplo N-N, O-O). Esto debido a la repulsin electrosttica entre
estos electrones.
Los dobles enlaces son ms fuertes que los sencillos. Los triples son an ms
fuertes.
Los enlaces ms largos (por ejemplo con S, Cl) son ms dbiles.
El orbital s tiene menor energa que el orbital p. Por tanto, un orbital hbrido
que tiene ms carcter s es ms estable. Esto se manifiesta en la mayor
estabilidad (menor energa) de pares electrnicos que ocupan los orbitales
hbridos: sp > sp2 > sp3
C C H C C
H H
H
C H
H
H
> >
Disminuye la estabilidad(Aumenta la energa)
HomHomlisislisis
Es la ruptura de un enlace en la que cada uno de los electrones que lo forman se quedan en cada fragmento.
A:B A. + B.
Energas de disociacin homoltica de enlaces seleccionados (en kilocaloras por mol )a
H-HH-FH-ClH-BrH-I
104136103
8871
F-FCl-ClBr-BrI-I
38584636
CH3-HCH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-I
104108
847056
a Morrison, R. T. y Boyd, R. N. Versin en espaol de Herranz, R. Z. y Fiedler, P. Qumica Orgnica. Addison-Wesley Iberoamericana, Delaware, 1990. p. 21.
HeterHeterlisislisis
Es la ruptura de un enlace en la que ambos electrones que lo forman se quedan en un mismo fragmento.
A:B A: + BEnergas de disociacin heteroltica de enlaces
seleccionados (en kilocaloras por mol )a
H-HH-FH-ClH-BrH-I
401370334324315
CH3-HCH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-I
313256227219212
a Morrison, R. T. y Boyd, R. N. Versin en espaol de Herranz, R. Z. y Fiedler, P. Qumica Orgnica. Addison-Wesley Iberoamericana, Delaware, 1990. p. 22.
La heterlisis simple de una molcula neutra genera un ion positivo y otro negativo.Las energas de heterlisis son considerablemente mayores (~ 100 kcal/mol) a las
energas de heterlisis: implica separacin de partculas con carga opuesta. En fase gaseosa, la ruptura de enlaces generalmente sucede por homlisis. En un
disolvente ionizante, la ruptura preferida es la heterlisis.
EnergEnerga de enlace y energa de enlace y energa de disociacia de disociacin de enlacen de enlace
Ambas son medidas de la fuerza de enlace.La energa de disociacin de enlace es caracterstica de un enlace especfico.La energa de enlace es un valor promedio.
Ejemplo:En el metano hay 4 energas de disociacin de enlace diferentes:
Energa de disociacinde enlace (kcal/mol)
CH4 CH3 + H.
CH3 CH2 + H.
CH2 CH + H.
CH C + H.
104
106
106
81
La energa de enlace C-H en el metano es un valor promedio:
CH4 C + 4H. 99 kcal/mol
Polaridad de enlacesPolaridad de enlaces
Cuando se unen covalentemente dos tomos de diferente electronegatividad, los electrones del enlace estn ms cercanos al tomo de mayor electronegatividad. Se forma un polo positivo y un polo negativo el enlace tiene polaridad el enlace es polar.
Polarizacin del enlace
Le proporciona al enlace un carcter inico parcial Cada tomo tiene una carga parcial local
H - F+ -
H - O - H+ - +
Se forma un dipolo(dos cargas opuestas separadas en el espacio)Se usa el smbolo : la flecha apunta desde el
extremo positivo al negativo
H F
Polaridad de molPolaridad de molculasculas
Una molcula con enlaces polares puede tener un momento dipolar . es una propiedad medible de la molcula.Los valores de indican las polaridades relativas de diversas molculas.
Trifluoruro denitrgeno (NF3)
Cloruro de metilo(CH3Cl)
Tetracloruro decarbono (Cl4)
Fluoruro dehidrgeno (HF)
= 1.75 Dedye (D)
NF F
F = 1.86 D = 0 D = 0.24 D
La polaridad de las molculas combina las polaridades de los enlaces individuales, los ngulos de enlace y los pares de electrones no compartidos.
RafaelFile AttachmentPropiedades_de_los_enlaces.pdfClases 6 y 7Abril 25 y 30, 2002Representaciones estructurales y
Carga Formal
ContenidoRepresentacin de estructuras qumicas en qumica orgnica
Tipos de frmulas qumicas Frmulas estructurales
Lewis Frmulas estructurales completas Frmulas condensadas Convencin enlace-lnea y frmulas poligonales Frmulas en tres dimensionesCarga formal
Estructuras y Carga Formal
Tarea 2
Qumica Orgnica IUnidad 2
Representaciones estructurales y Representaciones estructurales y Carga FormalCarga Formal
ContenidoRepresentacin de estructuras qumicas en qumica orgnica
Tipos de frmulas qumicas
Frmulas estructurales
Lewis
Frmulas estructurales completas
Frmulas condensadas
Convencin enlace-lnea y frmulas poligonales
Frmulas en tres dimensiones
Carga formal
Tipos de fTipos de frmulas qurmulas qumicasmicas
Hay 3 tipos de frmulas qumicas para representar compuestos orgnicos:
Frmula empricaIndica los tipos de tomos y su relacin numrica en una molcula.
Frmula molecularIndica el nmero real de cada tipo de tomo en una molcula.
Frmula estructuralIndica el orden en el que estn unidos los tomos en una molcula, esto es, su estructura.El orden en el cual los tomos de enlazan definen la constitucin o conectividad de la molcula.Es necesaria para explicar o predecir la reactividad qumica.
C C H
H
H
H
H
H
C2H6CH3
Frmula emprica para el etano
Frmula molecular para el etano
Frmula estructural para el etano
FFrmulas estructuralesrmulas estructurales
Lewis El smbolo atmico representa el ncleo y los electrones de las capas internas. Los electrones de la capa de valencia se representan con puntos.
C C FHH H
H HC C NHH H
H HHC C OH
H H
H HH
Frmulas estructurales completas Los pares electrnicos de las frmulas de Lewis se escriben como lneas rectas uniendo los dos smbolos atmicos.
Los pares electrnicos no compartidos no siempre se muestran.
C C F
H
H
H
H
H
C C O
H
H
H
H
H
HC C N
H
H
H
H
H
H
H
Par de e- de valenciano compartidos
Pares de e- de valenciano compartidos
Pares de e- de valenciano compartidos
Frmulas condensadas Para simplificar las frmulas estructurales completas, nicamente se unen entre
s los tomos diferentes a hidrgeno. Se escribe a la derecha de cada tomo el nmero de hidrgenos.
CH3 CH2 F CH3 CH2 O HO CH3 CH2 NH2
Una simplificacin an mayor implica quitar las lneas de enlace. Los tomos se escriben en una lnea.
CH3CH2NH2CH3CH2F CH3CH2OH
Si una molcula tiene 2 o ms grupos idnticos de tomos, se utilizan parntesis para agruparlos. El subndice despus del segundo parntesis indica el nmero de veces que el grupo se encuentra en esa posicin.
Para mayor claridad, los dobles y triples enlaces se muestran en la frmula.
(CH3)2CHOH es lo mismo que (CH3)3COH es lo mismo que CH3CCH es lo mismo que
CH3 C
CH3
CH3
OH H C
H
H
C C HCH3 C
H
CH3
OH
Convencin enlace-lnea y frmulas poligonales Solamente se muestra el esqueleto en forma de lneas. Cada lnea es un enlace y se asume que hay un carbono en cada vrtice a menos que se escriba otro elemento.
Los enlaces a hidrgeno no se dibujan pero se asume que estn presentes para completar los enlaces de cada tomo.
Los dobles y triples enlaces se tienen que indicar. Los compuestos cclicos (aquellos que contienen uno o ms anillos) se representan con polgonos (frmulas poligonales).
OH
CH3 CH
CH3
CH2 CH CH3
OHes lo mismo que
O
Br
CH3 C C CH2 O
CH3 Br
CH2 CH3es lo mismo que
CH2CH2
CH
CH2 CH2
CCH3Cl
Cl
CH3Cl
Cl
es lo mismo que
Frmulas en tres dimensionesUna forma de representarlas es: Escribir una lnea ( - ) para un enlace en el plano. Una lnea discontnua ( ) para un enlace que se encuentra detrs del plano. Una lnea gruesa ( ) para un enlace que se encuentra delante del plano.
Metano
C
H
HH
H
CH4
Etano
C
C
HH
H
H HHCH3 CH3
Carga formalCarga formalLa carga formal de un tomo es la diferencia entre los electrones de valencia del tomo aislado y el nmero de electrones de valencia en el tomo enlazado.
Nmero de electronesde valencia
Cargaformal
Nmero de electronesno compartidosNmero de enlaces
*- -=
* Es igual a la mitad de los electrones de enlace
No tiene carga formal (6 e- valencia 2 enlaces 4 e- no compartidos)
H C
H
H
N
O
O
-+ Carga formal = +1 (5 e- de valencia 4 enlaces)
Carga formal = -1 (6 e- valencia 1 enlace 6 e- no compartidos)
Se cumple: Un hidrgeno enlazado covalentemente no tiene carga formal. Un nitrgeno con 4 enlaces covalentes tiene una carga formal = +1. El oxgeno con dos enlaces covalentes y dos pares de electrones no compartidosno tiene carga formal.
El oxgeno con un enlace covalente y tres pares de electrones no compartidos tiene una carga formal = -1.
RafaelFile AttachmentRepresentaciones_y_carga_formal.pdfUNIDAD 5
INTERACCIONES INTERMOLECULARESY
PROPIEDADES FSICAS
Clase 8Mayo 2, 2002Interacciones intermoleculares y
Propiedades fsicas
ContenidoInteracciones intermoleculares
Interacciones de van der Waals Entre dipolos permanentes Entre dipolos inducidos (fuerzas de London)Puentes de hidrgenoIon-dipolo
Propiedades fsicasPunto de ebullicinPunto de fusinSolubilidad Interacciones
intermoleculares
Interacciones intermoleculares y Interacciones intermoleculares y Propiedades fPropiedades fsicassicas
ContenidoInteracciones intermoleculares
Interacciones de van der Waals Entre dipolos permanentes Entre dipolos inducidos (fuerzas de London)Puentes de hidrgenoIon-dipolo
Propiedades fsicasPunto de ebullicinPunto de fusinSolubilidad
Qumica Orgnica IUnidad 5
Interacciones entre molInteracciones entre molculasculas
Interacciones entre dipolos(fuerzas de van der Waals)
Puentes dehidrgeno
Ion-dipolo
Entre dipolospermanentes
Entre dipolosinducidos
(fuerzas de Londono de dispersin
Molculaspolares
Molculasno polares
Molculas polares en disolventes
inicos
Entre molculas con hidrgenos polares y
molculas con los tomos O, N o F
Fuerzas intermolecularesFuerzas intermolecularesSon las fuerzas de atraccin entre las molculas.
Fuerzas entre dipolos (fuerzas dipoloFuerzas entre dipolos (fuerzas dipolo--dipolo o de van dipolo o de van der Waalsder Waals)) Es la araccin entre el extremo positivo de una molcular polar y el negativo deotra, tambin polar.
La distancia entre molculas (o especias monoatmicas) en un slido o lquido est determinada por el balance entre las fuerzas de van der Waalsde atraccin y las fuerzas de repulsin entre los electrones y los ncleos.
-+
- +
-+ -+
Fuerzas de atraccin entre dipolos permanentes- Suceden entre molculas polares (con dipolos permanentes).
Fuerzas de atraccin entre dipolos inducidos (fuerzas de London o de dispersin)- Son las que se originan como resultado de los dipolos temporales inducidos entomos o molculas.
- Suceden si la molcula tiene un momento dipolar o no.- Aumentan conforme el el tamao de la molcula se incrementa. - La facilidad con la que se puede distorcionar la distribucin electrnica de untomo neutro o molcula se llama polarizabilidad.
Puentes de hidrPuentes de hidrgenogeno Es un tipo especial de interaccin dipolo-dipolo entre el tomo de hidrgeno de un enlace polar (O-H, N-H, H-F) y un tomo electronegativo (O, N, F).
El hidrgeno parcialmente positivo de una molcula es atrado por el parelectrnico no compartido de un tomo de otra molcula.
H O
H
.. .. H O
H
..
..
- +CH3 O
H
.. .. H O
CH3
..
..
- +
Puentes de hidrgeno
HO
H
..
..HN
CH3
..
H
Se pueden formar entre molculas del mismo compuesto o de diferentescompuestos (por ejemplo, entre CH3OH y H2O o entre CH3NH2 y H2O).
Compuestos o grupos que que contienen solamente carbono e hidrgenono pueden tener puentes de hidrgeno.
Puentes de hidrPuentes de hidrgenogeno La energa de disociacin es 5-10 kcal/mol, mucho menor que la de un enlacecovalente tpico (50-100 kcalmol) pero considerablemente ms fuerte que lasinteracciones dipolo-dipolo.
No todos los puentes de hidrgeno tienen la misma fuerza. Por ejemplo, elenlace O--HO es ms fuerte que N--HN.
Energa de disociacinaproximada (kcalmol)
Tipo de puentede hidrgeno
O H-----:N
7
O H-----:O
: 5
N H-----:N
N H-----:O
: 2
3
IonIon--dipolodipolo Es la atraccin de un ion positivo por el extremo negativo de las molculas deun disolvente polar, y de un ion negativo por el extremo positivo.
Cada ion, redeado de muchas molculas de disolvente, se dice que estsolvatado. Si el disolvente es agua, se dice que el ion est hidratado.
+
-+
-+
- +-
+
-+-
+
-
+-
+-
+-
+ -
+-
+-
Interaccin ion-dipolo:catin y anin solvatados
Algunos tipos de interacciones frmaco-receptor a
a Korolkovas, A. Essentials of Molecular Pharmacology. Wiley-Interscience.Nueva York, 1970. p. 139.
Propiedades fPropiedades fsicas: puntos de fusisicas: puntos de fusin y ebullicin y ebullicinn
MolculasUnidades estructurales de compuestos cuyos tomosestn unidos por enlaces covalentes
IonesUnidades estructurales de compuestos inicos
Fuerza intermoleculares pequeas (dipolo-dipolo)
Fuerza intermoleculares grandes (ion-ion)
Puntos de fusin bajos(CH4: -183C)
Puntos de fusin elevados(NaCl: 801C)
Puntos de ebullicin menor a 350C*(CH4: -161.5C)
Puntos de ebullicin muy elevados(NaCl: 1413C)
Puntos de fusiPuntos de fusin y ebullicin y ebullicinn Para que suceda la fusin se deben superar las fuerzas intermoleculares. La ebullicin implica la separacin de molculas individuales del seno del lquido. Los lquidos cuyas molculas se mantienen unidas por puentes de hidrgeno sedenominan lquidos asociados.
En general, cuanto ms grande es una molcula orgnica (mayor peso molecular),ms elevado es su punto de ebullicin porque aumentan las fuerzas de van derWaals.
Compuestos en forma de cadena lineal tienen puntos de ebullicin ms elevadosque compuestos con ramificaciones.
Punto de ebullicin: 126C
CH3C
CH3
CH3
CH3
Punto de ebullicin: 9.5CPunto de ebullicin: 36C
SolubilidadSolubilidad Cuando se disuelve un slido o un lquido, los iones o molculas se separany el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por molculas de disolvente.
La energa necesaria para lograr la separacin de iones o molculas provienede la formacin de enlaces ion-dipolo (entre partculas de soluto y molculasde disolvente).
La solubilidad de compuestos cuyos tomos estn unidos por enlaces covalentesest dereminada por la polaridad:- Las sustancias no polares o dbilmente polares se disuelven en disolventes nopolares o ligeramente polares.
- Los compuestos muy polares se disuelven en disolventes de alta polaridad. Los compuestos inicos se disuelven en agua o en disolventes muy polares. Tambin el disolvente tiene que tener una constante dielctrica alta (propiedadesaislantes elevadas).
El agua disuelve sustancias inicas debido a tres propiedades:- Polaridad- Constante dielctrica alta- Puede formar puentes de hidrgeno (debido al grupo OH).
Efecto de los puentes de hidrEfecto de los puentes de hidrgeno en las propiedades fgeno en las propiedades fsicassicas Sobre el punto de ebullicin: Un compuesto con puentes de hidrgeno tiene unpunto de ebullicin ms elevado que el predicho considerando nicamente el peso molecular. Esto se debe a que se necesita mayor energa para romper lospuentes de hidrgeno intermoleclares.
Puente de hidrgenoNo forma puentes de hidrgeno
CH3CH2O
H
H O
CH2CH3 O CH3
CH3
Etanol. Punto de ebullicin: 78.5C ter dimetlico. Punto de ebullicin: -23.6C
Sobre la solubilidad en agua: un compuesto que puede formar puentes dehidrgeno con agua tiende a ser mucho ms soluble en agua que uncompuesto que no tiene esta habilidad.
O
CH2OH
OH
H
H
OH
OH
H
H
OH
Ciclohexano:Insoluble en agua
Glucosa:soluble en agua
Algunas fuentes de informacin de propiedades fsicas de compuestos orgnicos
Budavari, S. (ed.) The Merck Index. Merck Research Laboratories. White House Station,NJ. 1996.
Dean, J. A. Lange's Handbook of Chemistry. McGraw-Hill, Inc., Nueva York, 1992.
RafaelFile AttachmentInteracciones_moleculares_prop_fisicas.pdfClase 9Mayo 7, 2002Primer exmen parcial
Unidad 2
Examen Parcial 1
Clase 10Mayo 9, 2002Purificacin y anlisis de
compuestos orgnicos
Contenido
Identidad y pureza de sustancias orgnicas
Purificacin de compuestos orgnicos
Anlisis elemental y la elucidacin de la frmula estructural
Purificacin y Anlisis de Compuestos
Tarea 3 y Exmen Parcial 2
Qumica Orgnica IUnidad 5
PurificaciPurificacin y Ann y Anlisis de Compuestos Orglisis de Compuestos Orgnicosnicos
Contenido
Identidad y pureza de sustancias orgnicas
Purificacin de compuestos orgnicos
Anlisis elemental y la elucidacin de la frmula estructural
Identidad y pureza de sustancias orgIdentidad y pureza de sustancias orgnicasnicas
Criterio de pureza
Una sustancia est pura si todas sus molculas son iguales.
Sustancias impuras son mezclas de molculas de dos o ms compuestos.
Mezclas de compuestos tienen propiedades fsicas diferentes de los
compuestos individuales.
Procedimiento de purificacin: separa compuestos de una mezcla.
El criterio que evala el procedimiento de purificacin es el cambio en las
propiedades fsicas conforme sucede la purificacin.
Cuando el valor numrico de la propiedad fsica permanece constante
cuando la sustancia se sigue purificando es una demostracin que la
sustancia es un compuesto puro (molecularmente homgnea).
Identidad y pureza de sustancias orgIdentidad y pureza de sustancias orgnicasnicas
Caracterizacin de un compuesto orgnico
Las propiedades fsicas se utilizan para caracterizar compuestos orgnicos.
Ejemplos: temperatura de fusin y ebullicin, propiedades pticas (ndice de
refraccin, intensidad de absorcin de luz a diferentes longitudes de onda).
Las propiedades fsicas observadas son una consecuencia de las
propiedades de las molculas.
En general, entre ms se parezcan las molculas de dos compuestos sus
propiedades fsicas van a hacer ms similares.
Comparacin de compuestos
Si muestras de dos sustancias tienen propiedades fsicas idnticas, sus
molculas son idnticas y pertenecen al mismo compuesto.
PurificaciPurificacin de compuestos orgn de compuestos orgnicosnicos
Los mtodos de separacin y purificacin ms importantes son:
Cristalizacin
Destilacin
Extraccin (distribucin)
Cromatografa
Cada uno est asociado con una propiedadfsica que tambin se usa para evaluar laidentidad de un compuesto
La purificacin requiere usualmente varias repeticiones de un procedimiento
porque en ningn mtodo la separacin es absolutamente completa. Solo se
logra enriquecer la mezcla en un compuesto.
AnAnlisis elemental y la elucidacilisis elemental y la elucidacin de la fn de la frmula estructuralrmula estructural
Anlisis elemental cualitativo:qu tipo de tomos contiene la molcula
Anlisis elemental cuantitativo:composicin porcentual de una sustanciaFrmula emprica
Peso molecular
Frmula molecular
Espectroscopa de infrarrojo (IR)
Frmula estructural Resonancia Magntica Nuclear (RMN)
Espectrometra de Masas (EM) Peso molecular Frmula molecular (EM de altaresolucin).
Anlisis elemental cualitativoEn una sustancia la presencia de carbono e hidrgeno se detecta por combustin:
Se calienta la muestra con xido de cobre
Se transforma el carbono de la muestras en dixido de carbono
Se transforma el hidrgeno del compuesto en agua
(C, H) + CuO Cu + CO2 + H2Ocalor
Un halgeno, el nitrgeno y el azufre (unidos covalentemente) se convierten en iones inorgnicos para poder ser detectados.La conversin se hace por: Fusin con sodio (un tratamiento con sodio metlico fundido).
Oxidacin de Schniger (con oxgeno gaseoso).
(C, H, X, N, S) + Na Na+X- + Na+CN- + Na+S--Na+calor
(C, H, X, N, S) + O2 Na+X- + Na+NO2- + Na+SO3--Na+NaOH
Anlisis elemental cuantitativoSe efecta el mismo anlisis que el anlisis elemental cualitativo pero se hace en forma cuantitativa.
Se hace pasar una muestra pesada del compuesto orgnico por un tren de combustin(tubo lleno de xido de cobre y calentado a 600-800 C, seguido de otro tubo con un agente desecante y otro con una base fuerte).
El agua formada se absorbe en el desecanteEl dixido de carbono se absorbe en la base (se forma carbonato de sodio).Al aumento de peso en cada tubo indica el peso del producto formado.El contenido de oxgeno, de estar presente, se asume que es la diferencia entre lasuma de los porcentajes de carbono e hidrgeno y el 100 porciento.
Aparato para anlisis por combustin
Los halgenos tienen que convertirse primero en ion halogenuro [con perxido de sodio o en un tubo sellado con cido ntrico (mtodo de Carius)]. El halogenuro se convierte en halogenuro de plata, el cual se pesa.
Frmula empricaLa frmula emprica se puede calcular a a partir del anlisis elemental cuantitativo siguiendolos siguientes pasos:I Se calcula el peso de cada elemento en la muestra.II Se calcula la composicin porcentual de cada elemento.III Los pesos relativos de los tomos se convierten en una relacin de nmeros enteros:
A Primero se divide entre el peso molecular.B Despus de divide entre el nmero ms pequeo para que uno de los nmeros sea 1.C Se multiplica por un nmero entero de manera que la relacin de todos los nmeros
sean enteros (las desviaciones de nmeros enteros son atribuidos al error experimentalque comnmente es menor a 0.3).
III
II
I
Frmula emprica:C10H16O3
RafaelFile AttachmentPurificacion_analisis.pdfUNIDAD 3
GRUPOS FUNCIONALES, CLASES YNOMENCLATURA DE
COMPUESTOS ORGNICOS
Clase 11Mayo 14, 2002Clasificacin de los compuestos orgnicos
de acuerdo a su grupo funcional
ContenidoI Definiciones iniciales
Grupo funcional Hidrocarburo Molcula o grupo saturado Molcula o grupo insaturado Heteroomo
II Clasificacin de los compuestos orgnicos de acuerdo asu grupo funcional Hidrocarburos Compuestos monoheterosustituidos Compuestos diheterosustituidos Compuestos triheterosustituidos Compuestos tatraheterosustituidos Grupos funcionales
ClasificaciClasificacin de los compuestos orgn de los compuestos orgnicos de nicos de acuerdo a su grupo funcionalacuerdo a su grupo funcional
I Definiciones iniciales Grupo funcional Hidrocarburo Molcula o grupo saturado Molcula o grupo insaturado Heteroomo
II Clasificacin de los compuestos orgnicos de acuerdo a su grupo funcional Hidrocarburos Compuestos monoheterosustituidos Compuestos diheterosustituidos Compuestos triheterosustituidos Compuestos tatraheterosustituidos
Qumica Orgnica IUnidad 3
II Definiciones inicialesDefiniciones iniciales
Grupo funcional Es el tomo o grupo de tomos que define la estructura de una familia
particular de compuestos orgnicos y, al mismo tiempo, determina sus propiedades.
Es la parte de la estructura de una molcula en donde ocurren lamayora de las reacciones.
HidrocarburoEs una molcula compuesta solamente por carbono e hidrgeno. Sus grupos funcionales son los enlaces dobles y triples (si los tiene). Los enlaces son esencialmente no reactivos.Molcula o grupo saturadoEs una molcula o grupo sin enlaces .Molcula o grupo insaturadoEs una molcula o grupo con enlaces mltiples (dobles o triples).HeterotomoSe dice de un tomo diferente a C e H: O, N, S, P, halgenos (X).
IIII ClasificaciClasificacin de los compuestos orgn de los compuestos orgnicos de acuerdo a su nicos de acuerdo a su grupo funcionalgrupo funcional
Hidrocarburos
Estructura del grupo funcional Nombre de la familia
(Slo contiene enlaces sencillosCC y CH)
Alcanos
Alquenos
Alquinos
Arenos (bencenocon sustituyenteshidrocarbonados)
C C
C C
C C
C
CC
C R
Frecuentemente un grupo hidrocarburo se abrevia con la notacin R. Ejemplo: R puede significar CH3 , CH3CH2 , CH2=CH2 , etc.
Compuestos monoheterosustituidos: en donde el carbono est unido conun heterotomo.
Heterotomo = oxgeno
CC
C
C
OHCC
C
H
OHCC
H
H
OH
C OHR
R'
R'''CH OHR
R'R OH
Alcoholes primarios Alcoholes secundarios Alcoholes terciarios
C C
C
CC
C OH
Fenoles teres
R O R''
Compuestos monoheterosustituidos: en donde el carbono est unido conun heterotomo (continuacin).
Heterotomo = azufre
Tioles(mercaptanos o tioalcoholes)
R S R'
OR S R'R SH
SulfxidosTioteres(disulfuro)
R S R'
O
OR S OH
O
OR S NH2
O
O
SulfonamidasSulfonas cidos sulfnicos
Compuestos monoheterosustituidos: en donde el carbono est unido conun heterotomo (continuacin).
Heterotomo = nitrgeno
Aminas primarias
R N
R'
R''R NH
R'R NH2
Aminas terciariasAminas secundarias
R N
R'
R''
R''' X XH NH
H
H R NO2 R NO
Derivadosnitro
Derivadosnitroso
Sales de amoniocuaternarias
Una sal de amonio
Compuestos monoheterosustituidos: en donde el carbono est unido conun heterotomo (continuacin).
Heterotomo = halgeno
Halogenuros de alquiloX = F, Cl, Br o I
77
R X
Compuestos diheterosustituidos: en donde el carbono tiene dos uniones con heterotomos.
(R') H C
R
N OH (R') H C
R
N NH2R CO
H R C
R'
N R''R CO
R''
Aldehdos Cetonas HidrazonasIminas Oximas
CR
R'
O R''
O R''C
R
H
O R'
O RC
R
H
O R'
OH
AcetalesHemicetales Cetales
Compuestos triheterosustituidos: en donde el carbono tiene tres uniones con heterotomos.
R C
O
X R C
O
O R' R C
O
O C R'
O
R C
O
OH
cidoscarboxlicos
Halogenurosde cido
steres Anhdridos
R C
O
N C R'
O
H
Lactama(amida cclica)R C
O
NH2R CN
Nitrilos Imidas Lactona(ster ccico)
Amidas
Compuestos tetraheterosustituidos: en donde el carbono tiene cuatro uniones con heterotomos.
C
O
NHHN
R'RC
O
OHHO CO
ClCl O C
O
O R'R
cido carbnico Fosgeno Ureas Carbonatos
N C
O
O R'R
H
C
N
NHHN
R'R
R''
Cl C
O
O R'CO O
Cloroformiatos Carbamatos(uretanos)
Guanidinas Dixido decarbono
CN OR CN SR CN N R'R
Isocianatos Isotiocianatos Carbodiimidas
RafaelFile AttachmentClasificacion_compuestos_organicos_segun_grupo_funcional.pdfClases 12 - 16Mayo 16 - 30, 2002Nomenclatura de compuestos
orgnicos
ContenidoI Nomenclatura de:
Hidrocarburos: alcanos, alquenos, alquinos, arenos Compuestos monoheterosustituidos: alcoholes, teres, tioles
tioteres, aminas, sales de amonio, nitrocompuestos Compuestos diheterosustituidos: aldehdos, cetonas Compuestos triheterosustituidos: cidos carboxlicos,
halogenuros de cido, steres, anhdridos, nitrilos, amidasII Orden de prioridad entre grupos funcionalesIII ndice de insaturacin
UNIDAD 4
ISOMERA Y ESTEREOQUMICA
Objetivos Diferenciar entre ismeros y estructuras equivalentes. Determinar el tipo de isomera que relacionan a dos molculas. Representar correctamente la estructura de las molculas en el espacio. Distinguir los diferentes tipos de estereoismeros. Utilizar las reglas de Cahn, Ingold y Prelog para la asignatura de
configuracin absoluta. Definir el concepto de carbono asimtrico. Indicar cuando un compuesto presenta actividad ptica. Explicar los cambios de energa involucrados en los diferentes confrmeros,
e indicar el ms estable. Escribir y dar nombre a los compuestos orgnicos utilizando la nomenclatura
estereoqumica.
Clase 17Junio 4, 2002Isomera e introduccin a la
estereoqumica
Contenido
I Representacin tridimensional de las molculas en un planoII IsmerosIII Importacia de la estereoqumicaIV Clasificacin de los ismeros
Ismeros estructurales Estereoismeros
V Isomera geomtrica Sistema de nomenclatura (E) y (Z) Reglas secuenciales Compuestos cclicos
Isomera Introduccin a la Estereoqumica
Qumica Orgnica IUnidad 4
IsomerIsomera e introduccia e introduccin a la estereoqun a la estereoqumicamica
ContenidoI Representacin tridimensional de las molculas en un planoII IsmerosIII Importacia de la estereoqumicaIV Clasificacin de los ismeros
Ismeros estructurales Estereoismeros
V Isomera geomtrica Sistema de nomenclatura (E) y (Z) Reglas secuenciales Compuestos cclicos
II RepresentaciRepresentacin tridimensional de las moln tridimensional de las molculas en un planoculas en un plano
Metano 1,2-Dicloroetano
Representacin tridimensional(bolas y varillas)
Cl
Cl
Cl
Cl
Proyeccin de cua
Proyeccin de caballete
II RepresentaciRepresentacin tridimensional de las moln tridimensional de las molculas en un planoculas en un plano
Metano 1,2-Dicloroetano
Proyeccin de Fischer
Proyeccin de Newman
Fischer Fischer
Cl
HH
Cl
H H
Cl
HH
Cl
H H
Cl
Cl
H
H H---
H
II RepresentaciRepresentacin tridimensional de las moln tridimensional de las molculas en un planoculas en un plano
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D-glucosa(C6H12O6)
Representacin tridimensional(bolas y varillas) Proyeccin de Fischer
O
OH
H
OHHOH
H
OHH
CH2OH
H
Proyeccin de Haworth
IIII IsIsmerosmeros Los ismeros son compuestos diferentes que tienen la misma frmula molecular.
Los modelos moleculares de dos ismeros no se pueden superponer.
IsmerosIsmeros
EstructuralesEstructurales EstereoismerosEstereoismeros
PosicinPosicin
CadenaCadena
FuncionalesFuncionales
TautmerosTautmeros
Geomtricos(cis-trans)
Geomtricos(cis-trans)
pticos(enantimeros)
pticos(enantimeros)
EnantimerosEnantimeros
DiastereoismerosDiastereoismeros
IIIIII Importancia de la estereoquImportancia de la estereoqumicamica
CO2H
C
CH2
H2N H
CH2
CO2- Na+
CO2H
C
CH2
H NH2
CH2
CO2- Na+
N N
O
O O
HCH3
Ph Bu-n
N N
O
O O
CH3H
n-Bu Ph
(narctico) (anticonvulsivo)(-) (+)
(-)-Monoglutamato de sodioSe usa para dar sabor a la carne. El ismero (+) no tiene sabor.
Derivados del cido barbitrico
H2NOH
O
O
H2N H
NH2HO
O
O
NH2H
Sntesis orgnica Bioqumica Farmacolgica En alimentos (amarga) (dulce)
Asparagina
IVIV ClasificaciClasificacin de los isn de los ismerosmeros1. Ismeros estructurales (ismeros constitucionales)
Son aquellos que difieren en el orden de unin de los tomos. De cadena: difieren en el arreglo de la cadena de carbonos. De posicin: difieren en la posicin del grupo funcional a lo largo de la cadena. Funcionales: difieren en la naturaleza del grupo funcional presente. Tautmeros: estn en equilibrio rpido. En casi todos los casos, un protn se
desplaza de un tomo de la molcula a otro.
Frmula molecular Ismeros estructurales
C4H10
C3H7Cl
C2H6O
CH3CH2CH2CH3 CH3 CHCH3
CH3
CH3CH2CH2Cl CH3 CH3
CH3
Cl
CH3CH2OH CH3OCH3
Tipo
cadena
posicin
funcionales
TautTautmerosmeros
Tautomerismo ceto-enlico
RR'
O
RR'
OH
Forma ceto Forma enlica
Tautomerismo imina-enamina
R2CH-CR=NR R2C=CR-NHR
Imina Enamina
Tautomerismo nitroso-oxima
R2CH-N=O R2C=N-OH
Nitroso Oxima
2. Estereoismeros
Son aquellos que muestran el mismo orden de unin de los tomos y
difieren solamente en el arreglo tridimensional de los tomos.
A las estructuras tridimensionales diferentes se les llama configuraciones.
Se caracterizan porque no pueden convertirse una en la otra.
Clasificacin 1.
Ismeros geomtricos (ismeros cis-trans).
Ismeros pticos (enantimeros).
Clasificacin 2.
Enantimeros: son imgenes especulares no superponibles.
Diastereoismeros: no son imgenes especulares.
VV IsomerIsomera geoma geomtricatricaLos ismeros geomtricos o ismeros cis-trans: Difieren en que los grupos estn del mismo lado o de lados opuestos en un lugar de rigidez de la molcula (por ejemplo, un doble enlace).
Resultan de la rotacin impedida en torno a dobles enlaces y en ciclos. Tienen propiedades fsicas diferentes. Se presentan en dos clases de compuestos: alquenos y compuestos cclicos. Para que se d la isomera geomtrica en los alquenos cada tomo de carbono unido por el enlace debe tener dos grupos diferentes unidos a l.
2121
Dos grupos del mismo lado del enlace estn en cis (del latn, en este lado)
Dos grupos de lados opuestos del enlace estn en trans (del latn, al otro lado)
Cl
H
Cl
H
H
Cl
Cl
H
Cis-1,2-dicloroeteno(p.eb. 60 C)Ismero cis
Trans-1,2-dicloroeteno(p. eb. 48 C)Ismero transLa palabra cis o trans
se adiciona al nombre de la molcula
IsomerIsomera geoma geomtrica: sistema de nomenclatura (trica: sistema de nomenclatura (EE) y () y (ZZ)) No todos los ismeros geomtricos pueden nombrarse con el sistema cis-trans. El sistema (E) y (Z) se basa en la asignacin de prioridades a los tomos o grupos
unidos a cada carbono del doble enlace. Si los tomos o grupos de mayor prioridad estn de lados opuestos el ismero es (E). Si los tomos o grupos de mayor prioridad estn del mismo lado el ismero es (Z). La prioridad se basa en los nmeros atmicos de los tomos unidos directamente a
los carbonos del doble enlace. El nmero atmico mayor, tiene prioridad sobre los menores:
F
Cl
I
Br
Cl
F
I
Br(Z)-1-Bromo-2-cloro-2-flor-1-yodoeteno
(E)-1-Bromo-2-cloro-2-flor-1-yodoeteno
F Cl Br I9 17 35 53Nmero atmico:
Prioridad creciente
Los ismeros geomtricos frecuentemente se nombran, si es posible, con los prefijos cis y trans; el sistema (E) y (Z) generalmente slo se usa para los compuestos que no se pueden designar con los prefijos cis y trans.
IsomerIsomera geoma geomtrica: reglas secuencialestrica: reglas secuenciales
Con el nmero atmico no siempre se puede determinar el orden de prioridades:
Para estos casos se han desarrollado un conjunto de Reglas secuenciales:
1. Si los tomos son diferentes tiene la prioridad el de mayor nmero atmico.
2. Si estn presentes dos istopos del mismo elemento, tiene prioridad el de masa
superior.
3. Si dos tomos son idnticos, se usa el nmero atmico de los tomos siguientes
hasta que se encuentre el primer punto de diferencia en la cadena.
4. En las estructuras con tomos unidos por dobles o triples enlaces, cada tomo se
duplica, (por un doble enlace), o se triplica, (para los triples enlaces).
CH3
CH2CH3
H
CH3(E) o (Z)?
IsomerIsomera geoma geomtrica: compuestos ctrica: compuestos cclicosclicos Dos sustituyentes en un compuesto cclico pueden estar del mismo lado del
anillo o del lado opuesto.Cuando dos grupos estn en lados opuestos estn en trans.Cuando dos grupos estn del mismo lado estn en cis.
CH3
OH
CH3OH
trans-2-metil-ciclohexanol cis-2-metil-ciclohexanol
RafaelFile AttachmentIsomeria_estereoquimica.pdfClases 18 - 21Junio 6 - 18, 2002Ismeros pticos y
anlisis conformacional
Contenido
I Ismeros pticos Elementos de simetra Molculas simtricas, disimtricas y asimtricas Carbono asimtrico y quiralidad Nomenclatura R y S Actividad ptica
II Anlisis conformacional De compuestos de cadena abierta En anillos de 3, 4 y 5 miembros De ciclohexano Compuestos policclicos Anlisis
Conformacional
Qumica Orgnica IUnidad 4
AnAnlisis lisis ConformacionalConformacional
ContenidoI Conformaciones de compuestos de cadena abierta
Conformacin
Confrmeros o ismeros conformacionales
II Conformaciones de los compuestos cclicos
Tensin anular
Plegado del ciclohexano y repulsiones hidrgeno-hidrgeno
III Confrmeros del ciclohexano
Sustituyentes ecuatoriales y axiales
Ciclohexanos disustituidos
II Conformaciones de compuestos de cadena abiertaConformaciones de compuestos de cadena abierta
ConformacinSon los ordenamientos atmicos diferentes que pueden intercambiarse
por rotacin en torno a enlaces simples.
1,2-Dicloroetano
Cl
ClH
H
H H Cl
HH
H
HCl Cl
HH
H
Cl H
Proyeccin de cua
Cl
H H
H
Cl
HH Cl
HHH
Cl
Cl Cl
HHH
H
Representacin tridimensional(bolas y varillas)
Proyeccin de Newman
Confrmeros o ismeros conformacionales Son las conformaciones diferentes que corresponden a mnimos de energa. Aunque una molcula puede adoptar cualquier nmero de conformaciones, algunas son ms estables que otras. Estas conformaciones se llaman confrmerosque son tambin estereoismeros.
Confrmeros alternadosSon aquellos en la que los grupos unidos estn lo ms alejados posible unos de otros.
Confrmeros eclipsadosSon aquellos en la que los grupos estn tan prximos como sea posible.
Diagrama de energa de las conformaciones del etano La conformacin eclipsada del etano es aproximadamente 3 kcal/mol menos estable que el confrmero alternado, debido a pequeas repulsiones entre los electrones de enlace de los tomos de hidrgeno.
A temperatura ambiente las conformaciones del etano son interconvertibles. Sin embargo, se esperara que un mayor porcentaje de molculas estuvieran en la conformacin alternada.
Escalonada = alternada
Anlisis conformacional del butano Fijando la atencin en el enlace C-C central, es una molcular similar al etano pero con un grupo metilo reemplazando dos hidrgenos en cada carbono.
Puede existir en conformaciones eclipsadas y alternas (como el etano). Los grupos metilo dan lugar a dos tipos de conformaciones alternadas que difieren en las posiciones relativas de dichos grupos:
Confrmeros anti (del griego anti, contra)Es la conformacin alternada en la cual los grupos metilo estn separados por la mxima distancia.
Confrmeros gauche (del francs gauche, torcido)Es la conformacin alternada en la cual los grupos metilo estn ms prximos.
Oblicuas = gauche
Diagrama de energa de las conformaciones del butanoEn la Figura se muestran las relaciones energticas de la rotacin completa alrededor del enlace carbono 2 carbono 3.
IIII Conformaciones de compuestos cConformaciones de compuestos cclicosclicos
Tensin anular En 1885 Adolf von Baeyer propuso que todos los compuestos cclicos, excepto el ciclopentano, presentaran tensin debido a que sus ngulos de enlace no se aproximan al ngulo tetrahdrico de 109.5.
Propuso que el ciclopentano debera ser el anillo ms estable.
Ciclopropano
El ciclopropano presenta tensin anular. Es el ms reactivos de los alcanos. Los orbitales sp3 de los carbonos no se pueden superponer completamente entre s debido a que los ngulos entre los carbonos geomtricamente deben ser de 60.
Ciclobutano y ciclopentano
El ciclobutano es menos reactivo que el ciclopropano pero ms reactivo que el ciclopentano.
De acuerdo con Baeyer, el anillo de ciclopentano es estable y mucho menos reactivo que los anillos de tres y cuatro miembros.
Ciclohexano
El ciclohexano y los anillos ms grandes se encuentran en conformaciones plegadas y no son particularmente reactivos.
En la naturaleza, los anillos ms comunes son los de cinco y seis tomos de carbono. Esto no se debe a la tensin anular sino que al aumentar el tamao de la cadena disminuye la probabilidad de que sus extremos se encuentren para formar el anillo.
Plegado del ciclohexano y repulsiones hidrgeno-hidrgeno
Si el anillo de ciclohexano fuera plano, todos los tomos de hidrgeno sobre los carbonos del anillo estaran eclipsados.
El ciclohexano es un anillo plegado con ngulos de enlace prximos a 109. Hay menos repulsiones hidrgen-hidrgeno.
Plegado de otros anillos y repulsiones hidrgeno-hidrgeno
El ciclopentano est ligeramente plegado de manera que los tomos de hidrgeno estn alternados.
El ciclobutano tambin est plegado.
El ciclopropano deber ser plano (geomtricamente, tres puntos, tres tomos de
carbono) definen un plano. Los tomos de hidrgeno estn eclipsados.
IIIIII ConfConfrmerosrmeros del ciclohexanodel ciclohexano
Un anillo de ciclohexano est es un estado de continua flexin entre formas
diferentes. Sin embargo, la forma de silla es la ms estable por tener a los
hidrgenos alternados.
La conformacin ms estable
Energas potenciales relativas de las conformaciones del ciclohexano
Sustituyentes ecuatoriales y axiales
Aunque el anillo de ciclohexano no es un plano, se puede considerar que los carbonos (en la conformacin de silla) forman aproximadamente un plano. Si se considera a la molcula de esta manera se pueden distinguir dos tipos de enlaces: Enlaces ecuatoriales: son los que unen a los tomos que se encuentran en el plano, en un cinturn alrededor del ecuador del anillo.
Enlaces axiales: son los que unen a los tomos que de encuentran paralelos a un eje perpendicular al plano.
En la conformacin de silla, cada carbono posee un enlace ecuatorial y otro axial. En la interconversin entre los confrmeros, los hidrgenos axiales se convierten en ecuatoriales, mientras que los ecuatoriales se convierten en axiales.
Anlisis conformacional del metilciclohexano. Interacciones axial-axial
Cuando el metilo en el metilciclohexano est en posicin axial, hay una interaccin entre este grupo y los hidrgenos axiales en el mismo lado del anillo: se repelen mutamente. A estas interacciones entre grupos axiales se les llama interacciones axial-axial.
Cuando el grupo metilo est en posicin ecuatorial, las repulsiones son mnimas. A temperatura ambiente, aproximadamente el 95% de las molculas estn en la conformacin en donde el metilo es ecuatorial.
Fig 134 fessenden, al final
Anlisis conformacional del t-butilciclohexanoLa diferencia de energa entre un confrmero axial y otro ecuatorial es mayor cuanto ms voluminoso es el grupo sustituyente.
Se dice que el t-butilciclohexano estcongelado o anclado en esta conformacin
Aunque el anillo no est realmente congelado, la diferencia de energa (5.6 kcalmol)entre ambas conformaciones implica que slo 1 en 10,000 molculas tiene el grupot-butilo en posicin axial en un momento dado.
Ciclohexanos disustituidosDos sustituyentes en un anillo de ciclohexano pueden ser cis o trans. Ambos ismeros geomtricos pueden tener una variedad de conformaciones.
En un ciclohexano 1,3-disustituido, el ismero cis es ms estableque el ismero transdebido a que en cisambos sustituyentespueden ser ecuatoriales.
a,a e,e
e,a a,e
RafaelFile AttachmentAnalisis_conformacional.pdfClases 22 - 27Junio 20 Julio 9, 2002
Resonancia, aromaticidad
Qumica Orgnica IUnidad 6
Resonancia, tautomerResonancia, tautomera y aromaticidada y aromaticidadContenidoContenidoII TautomerTautomeraa
Tipos de tautTipos de tautmerosmeros
Predominio de los tautPredominio de los tautmeros en el equlibriomeros en el equlibrio
Factores que afectan el equiilibrio tautomFactores que afectan el equiilibrio tautomricorico
IIII ResonanciaResonancia
IIIIII AromaticidadAromaticidad
Condiciones para que una molCondiciones para que una molcula sea aromcula sea aromticatica
CaracterCaractersticas generales de las molsticas generales de las molculas aromculas aromticas ticas
Compuestos aromCompuestos aromticos y no aromticos y no aromticosticos
EnergEnerga de resonanciaa de resonancia
Grupos electroatractores y electrodonadoresGrupos electroatractores y electrodonadores
II TautTautmerosmeros
La tautomera o equilibrio tautomrico implica: Dos ismeros que estn en equilibrio rpido. Movimiento de un tomo, usualmente un protn.
Tautomerismo ceto-enlico
RR'
O
RR'
OH
Forma ceto Forma enlica
Tautomerismo imina-enamina
R2CH-CR=NR R2C=CR-NHR
Imina Enamina
Predomina enel equilibrio
Predomina enel equilibrio
II TautTautmerosmeros
Tautomerismo nitroso-oxima
R2CH-N=O R2C=N-OH
Nitroso Oxima
Tautomerismo fenol-ceto
Fenol Ceto
OH OH
H
Predomina enel equilibrio
Predomina enel equilibrio
II TautTautmerosmeros
Ejemplos del predomino del tautmero ceto en el equilibrio
O OH
H
O
H
OH
6x10-7 % 1x10-3 %
O
O
O
OH
Menos de 1 parte en10 millones
O OO OH O OH
El enol se estabiliza porpuentes de hidrgeno
76.4 %
II TautTautmerosmeros
Factores que afectan el equilibrio tautomrico
Temperatura Disolvente Concentracin
Efecto del disolvente:
O O
O O
O OH
Acetoacetato de etilo 0.4 % en agua19.8 % en tolueno
El agua compite por la formacinde puentes de hidrgeno
IIII ResonanciaResonancia
1. La molcula real es un hbrido de resonancia de las formas cannicas.
2. Algunas de las formas cannicas tienen mayor contribucin.
Neutras
Con cargas formales opuestas prximas
Con cargas formales opuestas separadas
3. El hbrido de resonancia es ms estable que las formas cannicas.
Con
tribu
cin
Ejemplos:
A. Benceno
IIII ResonanciaResonancia
R OH
O
R OH
O-
+ R OH
O-
+
B. Grupo cido carboxlico
C. Grupo nitro
R N
O
O
+
-R N
O
O+
-
D. Anion carbonato
O
C
O
O-
-O
C
O
O
-
-O
C
O
O
-
-
IIIIII AromaticidadAromaticidad
Condiciones para que una molcula sea aromtica
Debe tener (4n + 2) electrones (regla de Hckel), donde n es un nmero entero. Esto es, la molcula debe tener 2, 6, 10, 14 ... electrones (n = 0, 1, 2, 3 ..., respectivamente). Los electrones deben estar formando un ciclo de manera que se forma una corriente cerrada de electrones. La estructura de la molcula debe ser plana. Los electrones forman una nube continua por encima y por debajo de esta estructura.
Carcatersticas generales de las molculas aromticas
Son estables: tienen calores de hidrogenacin y combustin bajos. Presentan resistencia a las reacciones de adicin. Las sustancias aromticas son cclicas: por lo general son anillos decinco, seis y siete tomos.
IIIIII AromaticidadAromaticidadEjemplos de molculas aromticas (elecrones y energa de resonancia):
Benceno6 (n=1)36 kcal
Naftaleno10 (n=2)61 kcal
Antraceno14 (n=3)92 kcal
Fenantreno14 (n=3)92 kcal
Pirrol6
Furano6
Tiofeno6
Anion cilopentadienilo6
Catin cicloheptatrienilo(ion tropilio)
6
NH S
O
IIIIII AromaticidadAromaticidad
Ejemplos de molculas no aromticas
Ciclobutadieno Ciclooctatetraeno
Estructura del benceno y aromaticidadTodos los enlaces del benceno son iguales. Su longitud es intermedia entreenlaces simples y dobles.
Esperado Real
1.34 Angtrons
1.48 Angtrons 1.39 AngstronsLongitudesde enlace
IIIIII AromaticidadAromaticidad
Energa de resonancia
Ciclohexatrieno
Ciclohexano
Benceno
36kcal
Energa de resonancia:el benceno libera 36 kcalmenos de lo esperado.
85.8kcal
Energapotencial
(kcal)49.8kcal
IIIIII AromaticidadAromaticidad
Grupos electrodonadores
- NR2- NH2- OR
- OH
- OCOR
- SR
- SH
- F
- Cl
- Br
- I
Grupos electroatractores
- NO2- CN
- COOH
- COOR
- CONH2- CONHR
- CONR2- COH
- SO2R
RafaelFile AttachmentResonancia_aromaticidad.pdfClase 9Mayo 7, 2002Tercer y cuarto exmenes parciales
Unidades 2
Examen Parcial 3 Examen Parcial 4
cidos y Bases
Qumica Orgnica IUnidad 7
cidos y Basescidos y Bases
Contenido
I Clasificacin de cidos y bases
Brnsted-Lowry
Lewis
II pKa y pKb
Constantes de acidez y basicidad
Efectos de la estructura sobre la fuerza de los cidos y
bases
II ClasificaciClasificacin de n de cidos y basescidos y basesBrnsted-Lowry Un cido es una sustancia que entrega un protn. Una base es una sustancia que acepta un protn.
cidoscidos BasesBasesH2SO4 H2O
HCl NH3
Reacciones entre un cido y una base (reacciones cido-base)
Forma uncido (conjugado)
Acepta un protndel cido
HSO4-H3O+ +H2SO4 H2O+Basefuerte
cidofuerte
Basedbil
cidodbil
Entrega un protna la base
Forma una base(conjugada)
Reacciones entre un cido y una base (reacciones cido-base)
Forma uncido (conjugado)
Acepta un protndel cido
Cl-NH4+ +HCl + NH3Basefuerte
cidofuerte
Basedbil
cidodbil
Entrega un protna la base
Forma una base(conjugada)
Fuerza de cidos y bases Un cido es fuerte si tiende a entregar su protn con facilidad. Los cidos fuertes forman bases (conjugadas) dbiles. Una base es fuerte si tiende a aceptar su protn con facilidad. Las bases fuertes forman cidos (conjugados) dbiles.
H2SO4HCl
H3O+ NH4+ H2OFuerza cida
HSO4-
Cl-H2O NH3 OH-Fuerza bsica
Lewis Un cido es una sustancia que puede recibir un par de electrones paraformar un enlace covalente.
Una base es una sustancia que puede suministrar un par de electronespara formar un enlace covalente.
cidoscidos BasesBasesH+ H2O
AlCl3 NH3
OH-BF3
IIII pKa pKa yy pKbpKb
Constantes de acidez y basicidad Son una medida de la fuerza relativa de los cidos y las bases. cidos fuertes tienen valores de pKa bajos. Bases fuertes tienen valores de pKb bajos. Para un par cido-base se cumple: pKa + pKb = 14
Efectos de la estructura sobre la acidez y la basicidad Inductivos
OH
O
OH
O
O2N
pKa = 4.76 pKa = 1.68
Resonancia
R OH
O
R OH
pKa = 4 - 5 pKa = 16
NH2
NH2
NO2
pKa = 4.60 pKa = 1.11
R O
O O
R' R O
O
R'
pKa = 11 pKa = 19 - 20
Tabla peridica
En un periodo: la acidez aumenta a la derecha y la basicidad a la izquierda.Esta tendencia puede atribuirse a la electronegatividad de los tomos.
Acidez: CH4 < NH3 < H2O < HF
pKa 48 38 15.74 3.17
En un grupo: la acidez aumenta hacia abajo y la basicidad hacia arriba.Esta tendencia puede atribuirse al tamao de los tomos.
HF 3.17
HCl -7
HBr -9
HI -10
pKa
H2O 15.74
H2S 7.00
pKa
Aci
dez
HibridacinEnerga de los orbitales: s < p
sp < sp2 < sp3
R R
OH+
RO
+
R
H
R OH2+
- 7 - 3.5 - 2pKa
RO
RR R
O R OH
Oxgeno sp3:ms bsicoOxgeno sp2:
menos bsico
Otros efectos Puentes de hidrgeno Estricos
RafaelFile AttachmentAcidos_bases.pdfClasesJulio 23, 2002
Exmen Parcial 5
Exmenes ordinariosJulio 30 y Agosto 26, 2002
Ordinario A Ordinario A Version 2
Ordinario B