1. NOCIONES GENERALES DE LA QUÍMCA ORGÁNICA

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1 QUÍMICA INTRODUCCIÓN Los contenidos desarrollados en este tabloide de Química se corresponden con el programa para CSIPJ y FOC, en el 1º semestre. En él se amplían y sistematizan los conocimientos adquiridos sobre las sustancias y las reacciones químicas en el nivel precedente. El tabloide está dividido en dos capítulos: el primero contiene algunas nociones sobre la Química Orgánica, el segundo trata sobre las sustancias y las reacciones químicas Los capítulos están divididos en epígrafes numerados consecutivamente que están constituidos por textos, ejemplos, esquemas y tablas, y al final de cada uno aparece una relación de preguntas, identificadas con tres signos de interrogación (???). Las respuestas a estos ejercicios permiten el autocontrol del aprendizaje. El texto constituye un complemento para el sistema de tele clases y para las notas tomadas en clases, por lo que debe emplearse en el trabajo diario en el aula. La selección del texto fue realizada por las profesoras Lic. Zoila M. Piedra Hernández y Lic. Sylvia Calviño Peña. ÍNDICE Introducción Capítulo 1. NOCIONES GENERALES DE LA QUÍMCA ORGÁNICA 1. Importancia y objeto de estudio de la Química Orgánica. Teoría de la estructura química de los compuestos orgánicos 2. Estructura electrónica del átomo. Representación de la distribución de los electrones en los átomos 3. Propiedades generales de los compuestos orgánicos. Clasificación 4. Hidrocarburos. Compuestos heterocíclicos 5. Compuestos oxigenados de los hidrocarburos 6. Compuestos nitrogenados de los hidrocarburos 7. Aplicaciones de las sustancias orgánicas Capítulo 2. LAS SUSTANCIAS Y LAS REACCIONES QUÍMICAS 1

2 8. Las sustancias 9. Nomenclatura y notación química de las sustancias inorgánicas y orgánicas 10. Las reacciones químicas 11. Relaciones entre las masas de las sustancias que intervienen en una reacción química CAPÍTULO 1 NOCIONES GENERALES DE LA QUÍMICA ORGÁNICA 1. IMPORTANCIA Y OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA ORGÁNICA. TEORÍA DE LA ESTRUCTURA QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS. En la actualidad existen aproximadamente cuatro millones y medio de sustancias químicas y de ellas cuatro millones contienen carbono. Los átomos de carbono poseen la propiedad de unirse entre sí y con átomos de otros elementos, como el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno y esta es la causa de la gran cantidad de compuestos de este elemento que se conocen. Entre ellos se encuentran los hidrocarburos, los alcoholes, los carbohidratos y las proteínas. La química orgánica es la rama de la ciencia química que estudia las estructuras, propiedades y métodos de obtención de estas sustancias. La química orgánica también recibe el nombre de química del carbono, pues todos los compuestos orgánicos poseen como elemento común el carbono. En el siglo XIX la química orgánica adquiere el carácter de ciencia con los trabajos, entre otros, de F. Wöhler y de A.M. Butlerov; el primero, en 1828, demostró que podían obtenerse sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas sin la intervención de organismos vivos, en tanto que Butlerov desarrolló trabajos sobre la estructura química y planteó dos hipótesis básicas que de manera breve pueden formularse como sigue: - En las moléculas los átomos están unidos mutuamente en una secuencia determinada de acuerdo con su valencia. - Las propiedades de las sustancias no sólo dependen de los elementos que las forman ni de la cantidad de átomos sino también de la secuencia de unión de dichos átomos en las moléculas, es decir, del orden de la influencia mutua y de su estructura química. 2

3 El estudio de la química orgánica ofrece infinitas posibilidades de solución a diversos problemas que constituyen necesidades del mundo moderno.??? 1.1 Critique la siguiente afirmación: Entre las sustancias inorgánicas y orgánicas no existe relación alguna. 2. ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL ÁTOMO. LA REPRESENTACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN LOS ÁTOMOS. Para explicar con mayor facilidad cómo se comportan los átomos en las reacciones químicas, ha sido conveniente crear algunos modelos de átomos. Como modelo entendemos una idea, una imagen que con intuición creadora nos ayuda a describir lo que investigamos. No debemos olvidar, sin embargo, que nadie ha visto jamás un átomo, por lo que un modelo atómico no representa mas que una conjetura basada en hechos experimentales. Al proponer un modelo, intentamos que éste incluya las características esenciales de los sistemas que estamos investigando, aunque estemos seguros de que no puede explicar todas las características. Ningún modelo es prefecto. A continuación se presentarán los aspectos más relevantes del modelo aceptado actualmente que describe el comportamiento del electrón en la envoltura del átomo. La energía del electrón en los átomos puede tomar solo ciertos valores fijos que se denominan niveles de energía, se representan por n y se les asignan los números enteros 1, 2, 3 (Fig. 1.1) (Figura 2.7, Pág. 22 Química 10º grado, segunda edición corregida 2000) El modelo atómico actual también describe el complejo movimiento del electrón en la envoltura del átomo. La región de la envoltura atómica donde con mayor probabilidad puede encontrarse el electrón se identifica mediante el orbital atómico. El orbital atómico está relacionado con la energía del electrón (n) y se representa por (nl) donde l se identifica por las letras s, p, d y f. Cada nivel de energía tendrá tantos tipos de orbitales como valores tenga de n y el número total de orbitales en un nivel de energía será (n 2 ). 3

4 Cada tipo de orbital atómico se representa por formas determinadas, pero su forma varía de acuerdo con el valor de n, por ejemplo los orbitales s se representan por esferas (Fig. 1.2) (Figura 2.8 Pág. 23 Química 10º grado, segunda edición corregida 2000) En cada nivel de energía solo hay un orbital s, a partir del segundo nivel de energía, además, aparecen orbitales p que son diferentes a los s en forma y número. Cada uno de lo tres orbitales p de cada nivel de energía se representan por los lóbulos ubicados en la dirección de uno de los tres ejes de coordenada (Fig. 1.3) (Fig.2.9, Pág. 23 Química 10º grado, segunda edición corregida 2000) Además de los orbitales s y p, en el tercer nivel de energía aparecen hasta cinco orbitales d y en el cuarto nivel, conjuntamente con los anteriores pueden existir hasta 7 orbitales f. Por lo anterior, se puede concluir que los niveles de energía y los orbitales atómicos describen aproximadamente el complejo movimiento del electrón en la envoltura del átomo. Para representar la distribución de los electrones en los átomos es muy común emplear la notación nl x, donde nl simboliza el orbital atómico y x es el número de electrones en cada orbital. Por ejemplo, como el hidrógeno tiene número atómico 1, la representación de su distribución electrónica es 1s 1. Por lo anterior, la distribución de los electrones en los átomos multielectrónicos puede representarse empleando los niveles de energía y orbitales atómicos propuestos. Para ello es necesario tener en cuenta dos reglas fundamentales, que son: - el número máximo posible de electrones en un orbital atómico es 2 - Los electrones se distribuyen en un conjunto de orbitales del mismo tipo, de forma tal, que ocupen el mayor número de ellos. Esta última se conoce como regla de máxima. multiplicidad Ejemplos: Carbono (C) Z=6 1s 2 2s 2 2p 2 (2p 1 2p 1 2p 0 ) texto. Las representaciones de los orbitales d y f están fuera del nivel de este Esta regla es una adaptación práctica del Principio de Exclusión de Pauli que se estudia en cursos superiores. Hund. Fue propuesta por Friedrich Hund, por lo que también se conoce como regla de 4

5 Fósforo (P) Z= 15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 (3p 1 3p 1 3p 1 ) De estas representaciones es posible obtener las informaciones siguientes: - electrones en cada nivel de energía - electrones en cada orbital atómico de cada nivel de energía En ocasiones la distribución electrónica de los átomos de los elementos químicos se representa de forma simplificada, para ello se tiene en cuenta considerar la distribución de los electrones del gas noble que precede al elemento en la tabla periódica y a continuación se colocan los electrones más externos, que generalmente participan en el enlace químico. Ejemplos: Carbono (C) (He) 2s 2 2p 2 Aplicando la regla de Hund: (He) 2s 2 2p 1 2p 1 2p 0 Fósforo (P) (Ne) 3s 2 3p 3 Aplicando la regla de Hund: (Ne) 3s 2 3p 1 3p 1 3p 1??? 1.2 La distribución electrónica del átomo del elemento silicio se representa 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Responda: a) Cuántos niveles de energía tiene este átomo? b) Cuántos electrones tiene este átomo en el último nivel de energía? c) Qué relación existe entre los valores obtenidos en los incisos a y b con los números del período y el grupo de la Tabla Periódica en que se encuentra el silicio? 1.3 A partir de las distribuciones electrónicas simplificadas siguientes: (He) 2s 2 2p 4 (Ne) 3s 2 (He) 2s 2 2p 5 (Ar) 4s 1 (I) (II) (III) (IV) a) Cuántos niveles de energía tienen los átomos descritos en (I) y en (IV)? b) Cuántos electrones tiene el átomo representado en (III) en su último nivel de energía? c) Aplique la regla de máxima multiplicidad en los casos que sea necesario. d) Determine el grupo y el período en que se encuentran ubicados estos elementos en la Tabla Periódica. Identifique de qué elementos se trata. 3. PROPIEDADES GENERALES DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS. CLASIFI- CACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS. 5

6 Las sustancias orgánicas son moleculares y presentan entre sus átomos enlaces covalentes muy fuertes, por lo que sus reacciones son, generalmente, lentas. Tienen altas energías de activación y para su verificación, de manera apreciable, muchas de ellas requieren la presencia de catalizadores. Son generalmente apolares, por lo que son poco solubles en disolventes polares como el agua. Tienen, generalmente, bajas temperaturas de fusión y ebullición debido a que las interacciones entre sus moléculas son débiles. La mayoría son malas conductoras de la corriente eléctrica. Atendiendo a su composición los compuestos orgánicos se clasifican en hidrocarburos, compuestos oxigenados y compuestos nitrogenados. Ejemplos: CH 4 (metano) es un hidrocarburo; CH 3 CH 2 OH (etanol) es un compuesto oxigenado; CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 (propilamina) es un compuesto orgánico nitrogenado.??? 1.4 Resuma las características fundamentales de los compuestos orgánicos. 1.5 Analice las siguientes fórmulas correspondientes a compuestos orgánicos y clasifíquelos según el criterio estudiado: a) CH 2 = CH 2 b) CH 3 CH 2 NH 2 c) CH 3 CO 2 H 4. HIDROCARBUROS. CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS Los compuestos orgánicos que están constituidos solo por carbono e hidrógeno reciben el nombre de hidrocarburos. De acuerdo a su composición ellos son los compuestos orgánicos más sencillos. Los hidrocarburos se clasifican atendiendo a la estructura química de sus moléculas de la manera siguiente: a) Según el tipo de enlace entre los átomos de carbono - hidrocarburos saturados - hidrocarburos no saturados b) Según la forma de la cadena carbonada - hidrocarburos alifáticos o de cadena abierta 6

7 - hidrocarburos cíclicos, entre los que se encuentran los cicloalcanos y los hidrocarburos aromáticos En los hidrocarburos saturados los enlaces carbono-carbono son simples. H H H H C H C C H Alcano Cicloalcano H C C H H H H H En los hidrocarburos no saturados hay, al menos, un doble enlace o un triple enlace entre dos átomos de carbono de la cadena. Entre estos se encuentran los alquenos (poseen un doble enlace) y los alquinos (tienen un triple enlace). H H H C = C H Alqueno H C C H Alquino En los hidrocarburos alifáticos sus cadenas carbonadas son abiertas (lineales o ramificadas), como ocurre en los alcanos, alquenos y alquinos. Los hidrocarburos aromáticos son compuestos cíclicos cuyas estructuras poseen una forma especial de insaturación. El término aromático se debe a que en los inicios del estudio de la Química Orgánica se nombraron así las sustancias que tenían estructuras desconocidas y olor agradable, tales como el benjuí, el bálsamo de Tolú y el benceno, de fórmula C 6 H 6 que es el representante más sencillo de todos los hidrocarburos aromáticos. Su fórmula estructural se representa: HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS Los alcanos son compuestos con enlaces covalentes, de gran estabilidad. Son sustancias moleculares poco polares. Se encuentran en la naturaleza formando parte del petróleo y del gas natural. Serie homóloga Una serie de compuestos de una misma función química que tienen Los miembros estructuras de la y propiedades serie reciben semejantes, el nombre de y que homólogos. difieren en su composición en uno o varios grupos metileno (-CH 2 -) forman una serie homóloga. 7

8 En la tabla 1.1 se representan los cinco primeros miembros de la serie homóloga de los alcanos de cadena lineal y algunas de sus propiedades físicas. Tabla 1.1 Propiedades físicas de algunos alcanos de la serie homóloga del metano Fórmula global Fórmula semidesarrollada Nombre Densidad (g/ml) T. ebullición (ºC) T. fusión (ºC) CH 4 CH 4 metano ,5-182,5 C 2 H 6 CH 3 CH 3 etano ,6-183,5 C 3 H 8 CH 3 CH 2 CH 3 propano 0,501-42,1-187,7 C 4 H 10 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 butano 0,579-0,5-138,4 C 5 H 12 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 pentano 0,626 36,1-129,7 La fórmula general de los alcanos es C n H 2n+2, donde n es el número de átomos de carbono en la molécula. Propiedades físicas de los alcanos Si analizamos los datos que aparecen en la tabla 1.1 vemos que la densidad aumenta regularmente, con el aumento de la longitud de la cadena carbonada, en la serie homóloga. Los alcanos son menos densos que el agua, incluso los alcanos sólidos flotan en ella. A temperatura ambiente, los alcanos de cadena lineal que tienen de uno a cuatro átomos de carbono son gases incoloros, los de cinco a diecisiete átomos de carbono son líquidos incoloros y los que poseen dieciocho o más átomos de carbono son sólidos, también incoloros. De igual modo aumenta la temperatura de ebullición al aumentar la longitud de la cadena carbonada. El aumento de la temperatura de fusión es irregular y se observa que los compuestos cuyas moléculas tienen número impar de átomos de carbono funden a temperaturas más bajas. Nomenclatura y notación química de alcanos Los alcanos de cadena lineal se nombran utilizando un prefijo que indica el número de átomos de carbono en la cadena, seguido del sufijo ano. # de C Prefijo met et prop but pent hex hept oct non dec Los grupos alquilos se forman por la eliminación de un átomo de hidrógeno en la molécula de un hidrocarburo saturado 8

9 Estos grupos se encuentran unidos a otros átomos o grupos de átomos. Se nombran cambiando la terminación ano del alcano por il o ilo. Por ejemplo: metano (CH 4 ) al eliminar un átomo de hidrógeno (-CH 3 ) se obtiene metil o metilo etano (CH 3 CH 3 ) al eliminar un átomo de hidrógeno (-CH 2 CH 3 ) o (-C 2 H 5 ) se obtiene etil o etilo. Los alcanos de cadena ramificada se nombran siguiendo las reglas siguientes: 1º Se selecciona la cadena más larga o cadena principal y se numera empezando por el extremo que tenga más cerca una ramificación. Si hubiera dos ramificaciones igualmente distantes de los extremos, se comienza a numerar por el extremo más próximo a la más sencilla. 2º Se nombran los grupos alquilos en orden alfabético, indicando con un número, si es necesario, la posición en la cadena principal. 3º Los números se separan de los nombres de los radicales mediante guiones y cuando hay varios números se separan por comas. Los nombres de los grupos se colocan delante del nombre de la cadena principal. Ejemplo 1 CH 3 CH CH 3 CH 3 La cadena principal tiene 3 átomos de carbono, el grupo metil se encuentra enlazado al carbono 2 (única posición posible). El nombre del compuesto es metilpropano Ejemplo 2 CH 3 CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH 3 C 2 H 5 CH 3 La cadena principal tiene 7 átomos de carbono y dos ramificaciones, el grupo metilo es la ramificación más sencilla y está ubicado en el carbono 3, mientras que el grupo etilo está en el carbono 5. El nombre del compuesto es 5-etil-3-metilheptano 9

10 Veamos como se escribe la fórmula semidesarrollada si conocemos el nombre del alcano ramificado. Ejemplo 3 Para formular el compuesto 2,3-dimetilpentano 1º Se representa la cadena más larga C C C C C º Se representan los dos grupos metilo en las posiciones 2 y 3 C C C C C CH 3 CH 3 3º Se completa cada carbono con el número de átomos de hidrógeno que lo satura, es decir hasta completar la tetravalencia. CH 3 CH CH CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 Isomería de alcanos La isomería se manifiesta cuando dos o más sustancias poseen la misma composición cualitativa y cuantitativa, pero diferente estructura. Los compuestos con igual fórmula global y diferente estructura reciben el nombre de isómeros. Las propiedades físicas y químicas de los isómeros son disímiles, porque sus estructuras son diferentes. son: Existen dos hidrocarburos de fórmula global C 4 H 10 y sus fórmulas semidesarrolladas CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH CH 3 CH 3 butano metilpropano La diferencia estructural entre ellos radica en el orden de unión de los átomos de carbono en la molécula. A este tipo de isomería se le llama isomería de cadena. El butano y el metilpropano son isómeros de cadena. 10

11 La temperatura de ebullición del compuesto de cadena lineal es 0,5 ºC y la del que tiene cadena ramificada es 11,7 ºC. Los isómeros que poseen ramificaciones tienen menor temperatura de ebullición, porque disminuye el volumen de las moléculas y el valor de las fuerzas intermoleculares. En todos los compuestos orgánicos, un átomo de carbono unido solamente a otro átomo de carbono, recibe el nombre de carbono primario, si está unido a dos átomos de carbono, es secundario; si se encuentra enlazado a tres es terciario. 5 Ejemplo: CH 3 Los átomos de carbono 1,4 y 5 son primarios, CH 3 CH CH 2 CH 3 el 2 es terciario y el 3 secundario HIDROCARBUROS NO SATURADOS. ALQUENOS Y ALQUINOS Desde el punto de vista práctico, los compuestos no saturados forman un grupo amplio y muy importante entre los hidrocarburos. Los alquenos son hidrocarburos no saturados que tienen como característica esencial, desde el punto de vista de su estructura, la existencia de un doble enlace carbono-carbono en sus moléculas, mientras que los alquinos poseen un triple enlace carbono-carbono en sus moléculas. Series homólogas En la tabla 1.2 se recogen los primeros miembros de las series homólogas de alquenos y alquinos y varias de sus propiedades físicas. Tabla 1.2 Propiedades físicas de algunos hidrocarburos no saturados de las series homólogas del eteno y del etino. Fórmula Fórmula semidesarrollada Nombre Densidad T. ebulli- T. fusión global (g/ml) ción (ºC) (ºC) C 2 H 4 CH 2 = CH 2 eteno 0, C 3 H 6 CH 2 = CH CH 3 propeno 0, C 4 H 8 CH 2 =CH CH 2 CH 3 1-buteno 0,625-6,5-130 C 5 H 10 CH 2= CH (CH 2 ) 2 CH 3 1-penteno 0,641 30,1 --- C 6 H 12 CH 2= CH (CH 2 ) 3 CH 3 1-hexeno 0,675 63,

12 C 2 H 2 CH CH etino 0, C 3 H 4 CH C CH 3 propino 0, C 4 H 6 CH C CH 2 CH 3 1-butino 0, C 5 H 8 CH C (CH 2 ) 2 CH 3 1-pentino 0, C 6 H 10 CH C (CH 2 ) 3 CH 3 1-hexino 0, La fórmula general de los alquenos es C n H 2n y la de los alquinos es C n H 2n-2, donde n es el número de átomos de carbono en la molécula. A medida que se incrementa el número de grupos metileno (-CH 2 -) y, por tanto la masa molar, aumentan la densidad y la temperatura de ebullición de los homólogos, y de modo irregular la temperatura de fusión. Los alquenos y alquinos son poco solubles en agua y solubles en disolventes apolares. Nomenclatura y notación química de alquenos y alquinos Para nombrar los alquenos y alquinos de cadena lineal se utilizan los mismos prefijos que en los alcanos, seguidos del sufijo eno en los alquenos e ino en los alquinos. Para los hidrocarburos no saturados de cadena ramificada se tienen en cuenta las siguientes reglas: 1º Se selecciona la cadena más larga que contenga al doble o al triple enlace. 2º Se numera la cadena comenzando por el extremo más cercano al doble o al triple enlace. 3º Si el hidrocarburo no saturado contiene cuatro o más átomos de carbono, se indica la posición del doble o del triple enlace con un número, que se coloca antes del nombre de la cadena principal, separada por un guión. 4º Los grupos alquilo se nombran en orden alfabético, indicándose con un número, si es necesario, su posición en la cadena principal. 5º Los números se separan de los nombres de los radicales mediante guiones y si hubiera varios números, se separan por comas. Los nombres de los radicales se colocan delante del nombre de la cadena principal. Ejemplo 1 Ejemplo CH 2 = CH CH CH CH 2 CH 3 CH 3 CH CH 2 C CH 12

13 4-etil-3-metil-1-hexeno CH 3 C 2 H 5 CH 3 4-metil-1-pentino Ejemplo 3. Para escribir la fórmula estructural del 2,3-dimetil-2-buteno Primero se representa la cadena principal y se ubica el doble enlace entre los carbonos 2 y 3 C C = C C A continuación se ubican los grupos alquilo C C = C C CH 3 CH 3 Por ultimo se completa cada carbono con el número de átomos de hidrógeno que lo satura CH 3 C = C CH 3 CH 3 CH 3 Isomería de cadena y de posición Los alquenos y alquinos presentan isomería de cadena análoga a la que manifiestan los alcanos. En los isómeros de cadena el orden de unión de los átomos en las moléculas es distinto. Ejemplos: CH 2 = CH CH 2 CH 3 CH 2 = C CH 3 1-buteno CH 3 metilpropeno CH C CH 2 CH 2 CH 3 CH C CH CH 3 1-pentino CH 3 metil-1-butino La isomería de posición consiste en la diferente posición que ocupa el doble o el triple enlace en la cadena carbonada de alquenos o alquinos con igual composición cualitativa y cuantitativa; esto determina que tengan diferentes estructuras. Ejemplos: : CH 2 = CH CH 2 CH 3 CH 3 CH = CH CH 3 1-buteno 2-buteno CH C CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 C C CH 2 CH 3 1-pentino 2-pentino NOCIONES SOBRE COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 13

14 Estos compuestos orgánicos constan de estructuras cíclicas cuyos anillos contienen uno o más átomos distintos del carbono heteroátomos- que pueden ser de nitrógeno, azufre y oxígeno. Ellos se presentan con gran abundancia en la naturaleza. Ejemplos: El pirrol se encuentra formando parte de algunos alcaloides (nicotina y cocaína), en los pigmentos biliares, la clorofila en los vegetales y del grupo hemina de la hemoglobina en la sangre de los mamíferos. Los derivados de la pirimidina forman parte de los ácidos nucleicos, que son sustancias de importancia biológica. La piridina es un líquido de olor desagradable y soluble en agua. Se presenta en muchas sustancias naturales de composición compleja. HC CH HC CH??? N H :N pirrol piridina pirimidina 1.6 A continuación se representan las cadenas carbonadas de tres hidrocarburos. :N :N H H H H H H a) H C C C H b) H C C C H c) C = C H H H H H Cuál de ellas corresponde a un hidrocarburo saturado? Explique. 1.7 Las fórmulas de cuatro hidrocarburos son: a) CH 3 CH = C CH 3 b) CH 3 CH CH 3 c) CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 d) CH 3 C C CH 3 - Clasifíquelos en alcanos, alquenos o alquinos. - Qué analogía y qué diferencia se manifiesta en las estructuras químicas de estos compuestos? 14

15 1.8 Son homólogos los pares de compuestos representados a continuación? Argumente. a) CH 2 = CH CH 2 CH 3 y CH 2 = CH 2 CH 3 b) CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 y CH Ξ CH 1.9 Los hidrocarburos son generalmente solubles en el disolvente orgánico tetracloruro de carbono, que tiene naturaleza apolar, pero no en agua. Explique este hecho Escriba el nombre de los hidrocarburos que se representan a continuación: a) CH 2 = CH CH CH 3 b) CH 3 c) CH 3 CH 3 CH 3 C CH 3 CH Ξ C C CH 2 CH 3 CH 3 C 2 H Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los hidrocarburos siguientes: a) 2-metilheptano b) 2,2,3-trimetilhexano c) 5-etil-3,3-dimetiloctano d)1- penteno e) 3,3-dimetil-1-hepteno f) 2-butino g) 3-etil-1-pentino 1.12 Escriba la fórmula estructural del alcano de cadena lineal de siete átomos de carbono. alcano. a) Represente, mediante fórmulas semidesarrolladas, dos isómeros de cadena de este b) Cuál de los isómeros tiene mayor temperatura de ebullición? Explique. c) Clasifique los carbonos, en las tres fórmulas, en primarios, secundarios o terciarios Escriba las fórmulas estructurales de dos homólogos y de dos isómeros de la sustancia cuya fórmula es: CH 2 =CH CH 2 CH 2 CH 3 a) Cuál de los homólogos tiene mayor temperatura de ebullición? b) Qué tipo de isomería presentan entre sí, los compuestos representados? c) Nómbrelos Haga un cuadro resumen en el que se incluyan los tipos de isomería estudiados para los hidrocarburos saturados y no saturados, su característica esencial y un ejemplo de cada uno. 5. COMPUESTOS OXIGENADOS DE LOS HIDROCARBUROS ALCOHOLES. CLASIFICACIÓN. Los alcoholes son compuestos oxigenados de los hidrocarburos, están constituidos por carbono, oxígeno e hidrógeno y presentan en su estructura uno o varios grupos hidroxilos (-OH) unidos a la cadena carbonada. 15

16 Atendiendo a su estructura, los alcoholes se clasifican según el número de grupos hidroxilos en la cadena carbona en alcoholes monohidroxilados (poseen un grupo -OH) y alcoholes polihidroxilados (tienen más de un grupo OH). Ejemplos: alcohol monohidroxilado CH 3 OH metanol (alcohol de madera) Alcohol polihidroxilado CH 2 CH 2 1,2 etanodiol (etilenglicol) OH OH Si en la cadena carbonada de un hidrocarburo se sustituye un átomo de hidrógeno por un grupo hidroxilo, resulta un alcohol monohidroxilado o monoalcohol. Los alcoholes polihidroxilados con dos grupos hidroxilo unidos a la cadena carbonada se nombran dioles o glicoles, y con tres, trioles. Estos se forman cuando ocurre la sustitución de dos o tres átomos de hidrógeno, respectivamente, en la molécula de un hidrocarburo, por igual cantidad de grupos hidroxilos. En los polialcoholes los grupos OH están unidos a diferentes átomos de carbono, ya que dos grupos hidroxilos enlazados a un mismo átomo de carbono dan lugar a un compuesto inestable. Según el tipo de carbono al cual está unido el grupo OH, los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios o terciarios. En los alcoholes primarios el grupo hidroxilo está unido a un carbono primario, en los alcoholes secundarios, a un carbono secundario, y en los terciarios, a un carbono terciario, los cuales se pueden representar de forma general así: H R R R C OH R C OH R C OH H H R Alcohol primario Alcohol secundario Alcohol terciario En las representaciones anteriores los grupos R (cadenas carbonadas) pueden ser iguales o diferentes. A continuación se representa un ejemplo de cada uno de estos alcoholes: Alcohol primario CH 3 CH 2 OH (etanol o alcohol etílico) Alcohol secundario CH 3 CH(OH) CH 3 (2-propanol) 16

17 CH 3 Alcohol terciario CH 3 CH 2 C OH (2-metil-2-butanol) CH 3 Serie homóloga Los alcoholes son compuestos de fórmula general ROH. El primer representante de la serie homóloga de los alcoholes monohidroxilados es el metanol. En la tabla 1.3 se ofrecen datos de algunos miembros de la serie homóloga del metanol. Tabla 1.3 Propiedades físicas de algunos alcoholes monohidroxilados de la serie homóloga del metanol Fórmula semidesarrollada Nombre del Densidad Temperatura de Temperatura alcohol (g/ml) ebullición (ºC) de fusión (ºC) CH 3 OH metanol 0,793 64,5-97 CH 3 CH 2 OH etanol 0,789 78,3-115 CH 3 CH 2 CH 2 -- OH 1-propanol 0, CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 OH 1-butanol 0, CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 OH 1-pentanol 0, ,5 CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 OH 1-hexanol 0, ,5-52 CH 3 (CH 2 ) 5 CH 2 OH 1-heptanol 0, Propiedades físicas De manera semejante a lo que ocurre en las series homólogas de los hidrocarburos estudiados, las propiedades físicas de los alcoholes varían con el aumento de la masa molar. La temperatura de ebullición y la densidad aumentan regularmente a medida que se incrementa el número de grupos metileno ( CH 2 -). Del análisis de los valores de las temperaturas de ebullición y de fusión se puede deducir que no existen alcoholes en estado gaseoso a temperatura y presión ambientes. En estas condiciones los alcoholes que poseen hasta 12 átomos de carbono son líquidos y el resto sólidos. Los alcoholes poseen una densidad mayor que los alcanos de masas molares semejantes, pero todavía son menos densos que el agua. 17

18 La solubilidad de los alcoholes en agua disminuye con el aumento de la masa molar. Los alcoholes de hasta cuatro átomos de carbono son solubles en agua. A medida que aumenta la cadena carbonada predomina la parte apolar en la molécula y, por eso, disminuye la solubilidad en agua y aumenta la solubilidad en disolventes apolares. Estructura El análisis de la estructura de la molécula de etanol o alcohol etílico nos servirá de base para el estudio de los alcoholes monohidroxilados. Esta sustancia, conocida comúnmente con el nombre de alcohol, tiene fórmula global C 2 H 6 O. La posición del átomo de hidrógeno del grupo OH en la molécula se diferencia de los otros átomos de hidrógeno por el hecho de estar unido al átomo de oxígeno. Todos los enlaces en la molécula son covalentes; sin embargo la distribución electrónica en esta molécula no es uniforme, debido a la alta electronegatividad del átomo de oxígeno. El grupo OH es polar. H H δ- δ+ H C C O H H H La asociación entre las moléculas de etanol se establece mediante puentes de hidrógeno, al igual que entre las moléculas de agua estudiadas con anterioridad. En la figura 1.4 se representan mediante líneas de punto estas asociaciones. Figura 1.4 Representaciones de puentes de hidrógeno entre moléculas de alcohol y entre moléculas de agua (Fig 3.2 LT Quim 12º 1ª parte, p.56) Estas asociaciones mediante puentes de hidrógeno son las causantes de las altas temperaturas de ebullición de los alcoholes en comparación con las de los hidrocarburos saturados de masas molares semejantes (tabla 1.4) Tabla 1.4: Temperaturas de ebullición de los alcoholes y los alcanos de aproximadamente la misma masa molar. Fórmula semidesarrollada de alcanos y alcoholes Masa molar (g.mol -1 ) Temperatura de ebullición (ºC) CH 3 CH ,5 18

19 CH 3 OH ,7 CH 3 CH 2 CH ,2 CH 3 CH 2 OH ,3 La energía del puente de hidrógeno es igual a 20,9 kj.mol -1, que es notablemente superior a la de las fuerzas intermoleculares de Van der Waals de los alcanos. Esto hace que sea necesario darles más calor a los alcoholes para pasar al estado de vapor, pues se necesita una energía extra para las rupturas de las atracciones intermoleculares dipolodipolo. En marcado contraste con los hidrocarburos, los alcoholes de bajas masas molares son solubles en agua, lo cual se debe a la formación de puentes de hidrógeno. Como las moléculas de los alcoholes se mantienen unidas por el mismo tipo de fuerzas intermoleculares que las de agua, puede existir la mezcla de las dos clases de moléculas Figura 1.5 Esquema de los puentes de hidrógeno entre moléculas de alcohol y de agua (Fig 3.3, LT Quim 12º 1ª parte, p.57) A medida que aumenta la longitud de la cadena carbonada de un alcohol, aumenta el carácter apolar de la molécula y por tanto disminuye su solubilidad en agua. son: Nomenclatura y notación química Las reglas que seguiremos para nombrar los alcoholes monohidroxilados saturados 1º Se selecciona la cadena más larga que contenga el grupo OH. 2º Se numera la cadena comenzando por el extremo más cerca del átomo de carbono que está unido al grupo hidroxilo. 3º Se indica la posición del grupo hidroxilo con un número (en los alcoholes de más de dos átomos de carbono), el cual se coloca antes del nombre de la cadena principal separado por un guión. 4º Si la cadena es ramificada se procede de igual forma que en el caso de los alcanos. 5º Se nombra la cadena principal utilizando el sufijo ol. Ejemplo 1: CH 3 CH CH 2 CH 3 Ejemplo 2: CH 3 CH CH 2 CH 2 CH 2 OH CH 3 OH 2-butanol 4-metil-1-pentanol 19

20 Isomería de cadena, de posición y de función La isomería de cadena de los alcoholes se manifiesta entre compuestos de igual composición cualitativa y cuantitativa, cuando el orden de unión de los átomos en las moléculas es diferente. Por ejemplo: CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH CH 3 CH 2 CH CH 2 OH 1-pentanol 2-metil-1-butanol CH 3 La isomería de posición consiste en la diferente ubicación del grupo funcional OH en la cadena carbonada de alcoholes con igual composición cualitativa y cuantitativa. Ejemplos: CH 3 CH 2 CH 2 OH CH 3 CH CH 3 1-propanol OH 2-propanol La isomería de función se presenta entre compuestos de igual composición cualitativa y cuantitativa con diferente función química. Los alcoholes monohidroxilados son isómeros de función de los éteres de igual fórmula global. Por ejemplo, para la fórmula C 2 H 6 O tenemos: CH 3 CH 2 OH (etanol) Función química alcohol CH 3 O CH 3 (metoximetano) Función química éter Los éteres tienen fórmula general R-O-R donde R y R son restos de hidrocarburos que pueden o no ser iguales. Estos compuestos se nombran con el prefijo que indica cantidad de átomos de carbono del radical más pequeño, oxi y a continuación el radical más largo como si fuera el hidrocarburo original. Ejemplos: CH 3 O CH 2 CH 3 se nombra metoxietano CH 3 CH 2 CH 2 O CH 2 CH 3 se nombra etoxipropano ALDEHÍDOS Y CETONAS Los aldehídos y las cetonas son compuestos que poseen el grupo carbonilo C=O, por lo que frecuentemente se les denomina compuestos carbonílicos. Los aldehídos presentan el grupo carbonilo enlazado a un átomo de carbono primario, mientras que en las cetonas se encuentra en un átomo de carbono secundario. 20

21 H R C=O C=O R R Aldehído Cetona La fórmula general de los aldehídos es RCHO y la de las cetonas RCOR. Series homólogas Tabla 1.5: Algunos miembros de las series homólogas del metanal y de la propanona Fórmula semidesarrollada Nombre del compuesto ALDEHÍDOS H CHO metanal CH 3 CHO etanal CH 3 CH 2 CHO propanal CH 3 CH 2 CH 2 CHO butanal CETONAS CH 3 CO CH 3 propanona CH 3 CH 2 CO CH 3 butanona CH 3 (CH 2 ) 2 CO CH 3 2-pentanona CH 3 (CH 2 ) 3 CO CH 3 2-hexanona Nomenclatura y notación química Los nombres de los aldehídos alifáticos se forman sustituyendo la o final del nombre del alcano por la terminación al. Como el grupo carbonilo está en uno de los extremos de la cadena carbonada, no es necesario indicar su posición, ya que es propia de un carbono primario al que se le asigna el número 1. Cuando se encuentran presentes otros sustituyentes es necesario señalar la posición que estos ocupan. Ejemplos: O CH 3 O CH 3 O ΙΙ Ι ΙΙ Ι ΙΙ H C H CH 3 CH CH 2 C H CH 3 (CH 2 ) 2 CH C - H metanal 3-metilbutanal 2-metilpentanal 21

22 Los nombres de las cetonas alifáticas se forman sustituyendo la o del nombre del alcano correspondiente por la terminación ona. Entonces se numera la cadena comenzando por el extremo más cercano al carbono del grupo carbonilo y se indica con un número su posición en la cadena principal, a partir de las cetonas de cinco átomos de carbono. Se nombran los sustituyentes de forma análoga a las otras funciones químicas estudiadas. Ejemplos: O O CH 3 O ΙΙ ΙΙ Ι ΙΙ CH 3 C CH 3 CH 3 CH 2 C CH 2 CH 3 CH 3 CH C CH 2 CH 3 propanona 3-pentanona 2-metil-3-pentanona Isomería de aldehídos y cetonas Isomería de cadena: Se manifiesta entre sustancias de igual composición cualitativa y cuantitativa, en las que el grupo carbonilo se mantiene en la misma posición, pero en sus cadenas el orden de unión de los átomos es diferente. Existe entre los aldehídos de más de tres átomos de carbono y entre cetonas de más de cuatro átomos de carbono. Ejemplos: CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CHO CH 3 CH 2 CH CHO CH 3 CH CH 2 CHO Ι CH 3 CH 3 Pentanal 2-metilbutanal 3-metilbutanal Estos tres aldehídos responden a la fórmula global C 5 H 10 O. CH 3 (CH 2 ) 3 CO CH 3 CH 3 CH CH 2 CO CH 3 CH 3 CH 2 CH CO CH 3 CH 3 CH 3 2-hexanona 4-metil-2-pentanona 3-metil-2-pentanona Estas tres cetonas tienen igual fórmula global (C 6 H 12 O) Isomería de posición: Este tipo de isomería se manifiesta entre las cetonas de más de cuatro átomos de carbono, de igual formula global, en las que el grupo carbonilo se encuentra en diferentes posiciones en la cadena carbonada. Ejemplos: CH 3 CH 2 CH 2 CO CH 3 CH 3 CH 2 CO CH 2 CH 3 2-pentanona 3-pentanona La fórmula global para ambas cetonas es C 5 H 10 O. 22

23 Isomería de función: Los aldehídos y las cetonas de igual composición cualitativa y cuantitativa son isómeros de función. Ejemplos: CH 3 CH 2 CHO propanal (aldehído) ; CH 3 CO CH 3 propanona (cetona) ÁCIDOS MONOCARBOXÍLICOS Los ácidos monocarboxílicos son sustancias orgánicas de gran importancia. El ácido acético lo utilizamos en forma de vinagre, el ácido tartárico se encuentra en el jugo de las uvas y el ácido cítrico está contenido en el jugo de limón. Los ácidos orgánicos se utilizan como condimento alimentario, reactivo de laboratorio, para producir tejidos, etc. Los ácidos orgánicos monocarboxílicos son compuestos que poseen un grupo carboxilo O C se representan por la fórmula general R C OH donde R representa el resto de cadena carbonada. Serie homóloga En la tabla 1.8 se representan los cinco primeros ácidos de cadena lineal. Tabla 1.8 Serie homóloga del ácido metanoico Fórmula semidesarrollada HCOOH CH 3 COOH CH 3 CH 2 COOH CH 3 CH 2 CH 2 COOH Nombre ácido metanoico ácido etanoico ácido propanoico ácido butanoico CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 COOH ácido pentanoico O OH Nomenclatura y notación química de los ácidos monocarboxílicos Para nombrar ácidos monocarboxílicos de cadena lineal se antepone la palabra ácido al nombre del hidrocarburo y se sustituye la o final de este por la terminación oico. El grupo carboxilo define la cadena más larga y a su carbono le corresponde el número 1, la posición de los sustituyentes se indica por un número, si es necesario. 23

24 Ejemplos: H COOH CH 3 CH CH 2 COOH CH 3 CH COOH CH 3 CH 3 ácido metanoico ácido 3-metilbutanoico ácido metilpropanoico ÉSTERES Y LÍPIDOS Los ésteres se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. Son compuestos apolares que le confieren el olor agradable a muchas frutas y flores. Por ejemplo el olor a rosas lo confiere, entre otros, el butanoato de etilo y el olor de la piña se debe al etanoato de etilo. Cuando se calienta glicerina, que es un alcohol polihidroxilado, con un ácido orgánico superior (que tiene más de doce carbonos en la cadena lineal) se obtiene un éster, que recibe el nombre de glicérido o grasa. Por ejemplo: CH 3 (CH 2 ) 16 COOH H O CH 2 CH 3 (CH 2 ) 16 COO CH 2 CH 3 (CH 2 ) 16 COOH + H O CH CH 3 (CH 2 ) 16 COO CH + 3 H 2 O CH 3 (CH 2 ) 16 COOH H O CH 2 CH 3 (CH 2 ) 16 COO CH 2 ácido octadecanoico o glicerina triestearato de glicerilo ácido esteárico (grasa o lípido) La reacción directa es la formación del lípido y la inversa es la hidrólisis del lípido, que produce el ácido y la glicerina nuevamente. Los lípidos son ésteres de composición química muy variada, que desempeñan importantes funciones en los organismos animales. CARBOHIDRATOS O SACÁRIDOS Los carbohidratos o sacáridos son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas o compuestos que por hidrólisis se convierten en estos. Los carbohidratos son sustancias orgánicas sintetizadas en las plantas al combinar el dióxido de carbono y el agua, en presencia de la clorofila y con la energía en el proceso de fotosíntesis. Clasificación: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos 24

25 Los carbohidratos se clasifican atendiendo al número de moléculas que producen en su hidrólisis (tabla 2.9) Tabla 2.9 Clasificación de carbohidratos Clasificación Características Ejemplos Monosacáridos o azúcares simples No se hidrolizan a moléculas más sencillas Glucosa Ribosa Desoxirribosa Oligosacáridos Al hidrolizarse se obtiene entre 2 y 10 Sacarosa moléculas de monosacáridos Polisacáridos Al hidrolizarse se obtiene un número elevado de de moléculas de monosacáridos Celulosa Almidón Glucosa. Ribosa. Desoxirribosa Los monosacáridos son compuestos que tienen asociados a la cadena carbonada varios grupos hidroxilo (-OH) y el grupo carbonilo (C=O) en carbono primario o en carbono secundario, por lo que pueden ser polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Ejemplos de monosacáridos son la glucosa, la ribosa y la desoxirribosa. La fórmula global de la glucosa es C 6 H 12 O 6 hidroxilo (-OH) y un grupo aldehído (-CHO), fórmula estructural puede representarse: y en cada molécula hay cinco grupos por lo que es un polihidroxialdehído. La OH O CH 2 CH CH CH CH C H OH OH OH OH La glucosa tiene gran importancia para la vida del hombre, se encuentra en muchos frutos como la uva; en disacáridos como la sacarosa o azúcar de caña y en polisacáridos como el almidón y la celulosa. La ribosa es otro ejemplo de monosacárido simple. Su fórmula global es C 5 H 10 O 5 y en cada molécula hay cuatro grupos hidroxilos (-OH) y un grupo aldehído (-CHO); es también un polihidroxialdehído. La fórmula estructural puede representarse: 25

26 O CH 2 CH CH CH C H OH OH OH OH Cuando el grupo -OH en la posición 2 de la ribosa se reduce a un grupo -CH 2 estamos en presencia de la desoxirribosa de fórmula global C 5 H 10 O 4. La fórmula estructural puede representarse: CH 2 CH CH CH 2 C H OH OH OH O Sacarosa La sacarosa es un disacárido, que al hidrolizarse produce glucosa y fructosa. Se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha, también se encuentra en el melón y la zanahoria. Su fórmula global es C 12 H 22 O 11. Es un sólido cristalino a temperatura ambiente, de color blanco, sabor dulce y muy soluble en agua. Funde a 185 ºC, y cuando se solidifica lo hace en forma de masa amorfa, llamada caramelo. En cada molécula de sacarosa se encuentran unidas dos unidades estructurales, una de glucosa y otra de fructosa mediante un átomo de oxígeno, que recibe el nombre de enlace glicosídico. Figura 1.6 Fórmula estructural de la sacarosa (Fig 7.2 Estructura de la sacarosa p.110 LT 12º 1ª parte) Celulosa. Almidón Los polisacáridos están formados por muchas unidades de monosacáridos, unidas mediante enlaces glicosídicos, que forman una molécula gigante o macromolécula, de estructura compleja. Los polisacáridos son compuestos abundantes en la naturaleza; son sustancias no cristalinas y muy poco solubles en agua. Entre los más importantes se encuentran el almidón y la celulosa, de fórmula global (C 6 H 10 O 5 ) n. El almidón está ampliamente distribuido en los vegetales y es almacenado en todos los granos y tubérculos como reserva alimenticia para la semilla en germinación. Se encuentra en los cereales tales como el arroz y el trigo, en los tubérculos como las papas y en raíces, 26

27 como por ejemplo, la yuca y los boniatos. El almidón es un polvo de color blanco muy poco soluble en agua. La celulosa se considera un polímero natural formado por un gran número de unidades de glucosa y su masa molar es elevadísima. Es una sustancia blanca, muy poco soluble en agua y en otros disolventes. La celulosa es el material estructural y de sostén de los vegetales.??? 1.15 Cuál es el grupo funcional que caracteriza a los alcoholes? 1.16 Cómo se clasifican los alcoholes, según el número de grupos hidroxilos en la cadena carbonada? Ponga ejemplos de cada uno Por qué el 1-butanol tiene mayor temperatura de ebullición que el metanol? 1.18 A qué se debe la gran diferencia entre las temperaturas de ebullición de los alcanos y los alcoholes de masas molares parecidas? 1.19 Qué explicación puede darle al hecho de que el 1-hexanol sea muy poco soluble en agua y el etanol sea soluble en dicho disolvente en todas proporciones? 1.20 A continuación se representan las fórmulas estructurales de varios alcoholes: a) CH 3 OH b) CH 3 CH 2 CH CH 2 CH 3 OH c) CH 3 CH 2 CH CH 2 OH d) CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 OH CH 3 e) CH 3 f) CH 3 CH 2 CH 2 OH CH 3 C OH CH 3 1. Nómbrelos. 2. Clasifíquelos atendiendo a los dos criterios estudiados Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los alcoholes siguientes: a) 2-pentanol b) 1-butanol c) 2-metil-2-heptanol d) metil-1-propanol 1.22 Identifique tres pares de isómeros y clasifique el tipo de isomería: a) CH 3 CH CH 2 CH CH 3 b) CH 3 CH (CH 2 ) 4 CH 3 27

28 OH CH 3 OH CH 3 c) CH 3 CH C CH 3 d) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH CH 3 OH e) CH 3 CH 2 CH (CH 2 ) 3 CH 3 f) CH 3 OH CH 3 C CH 2 OH CH Escriba las fórmulas semidesarrolladas y los nombres de: a) Los isómeros de cadena del alcohol monohidroxilado primario de cinco átomos de carbono. b) El isómero de posición del alcohol monohidroxilado secundario de tres átomos de carbono. c) El isómero de función del alcohol monohidroxilado de dos átomos de carbono A partir de las fórmulas estructurales siguientes: O (c) CH 3 CH 2 C CH 3 (d) CH 3 CH 2 CH 2 C ΙΙ H O 1. A qué función química pertenecen los compuestos representados? 2. Formule un homólogo del compuesto representado en (d). 3. Nombre cada compuesto Escriba las fórmulas semidesarrolladas de: (a) hexanal (b) 2-hexanona (c) 3-metil-2-pentanona (d) metilpropanal 1.26 Teniendo en cuenta las siguientes fórmulas semidesarrolladas: O CH 3 CH 2 CH 2 C CH 3 CH 2 C CH 3 H O a) Qué tipo de isomería presentan los compuestos representados? b) Nómbrelos. 28

29 1.27 Escriba las fórmulas semidesarrolladas y los nombres de: a) dos isómeros de cadena de fórmula C 4 H 8 O. b) dos isómeros de posición de fórmula C 6 H 12 O. c) dos isómeros de función de fórmula global C 5 H 10 O Escriba los nombres o las fórmulas semidesarrolladas según convenga: a) CH 3 CH 2 COOH b) ácido 3,3-dietilhexanoico c) ácido butanoico d) CH 3 e) CH 3 C 2 H 5 f) ácido etanoico CH 3 CH CH CO 2 H CH 3 CH CH CH 2 CO 2 H CH Resuma las principales propiedades físicas de los sacáridos analizados Compare las solubilidades en agua de la glucosa y de la celulosa. 6. COMPUESTOS NITROGENADOS DE LOS HIDROCARBUROS AMINAS Existen compuestos orgánicos nitrogenados y entre ellos las aminas, que se encuentran en pequeñas cantidades en la naturaleza y se originan, fundamentalmente, durante la descomposición del pescado, de la carne y de los desperdicios orgánicos. Las aminas son compuestos orgánicos nitrogenados que pueden considerarse como derivados del amoníaco, en el que se han sustituido uno o más átomos de hidrógeno por radicales. Las aminas pueden clasificarse en primarias, secundarias o terciarias en dependencia del número de átomos de hidrógeno sustituidos en la molécula de amoníaco. Las aminas primarias presentan un radical carbonado unido al átomo de nitrógeno, las secundarias dos y las terciarias tres (tabla 1.5). Tabla 1.5 Representación del amoníaco y de aminas primaria, secundaria y terciaria Amoníaco Amina Amina Amina primaria secundaria terciaria Fórmula global NH 3 RNH 2 R 2 NH R 3 N 29

30 Fórmula Estructural H H N H R H N H R R N H R R N R Ejemplo CH 3 H N H CH 3 C 2 H 5 N H CH 3 C 2 H 5 N CH 3.Nomenclatura y notación química de las aminas primarias Las aminas primarias se nombran añadiendo el sufijo amina al nombre del grupo alquilo unido al átomo de nitrógeno. Ejemplos: CH 3 CH 2 NH 2 etilamina CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 propilamina AMINOÁCIDOS. Los aminoácidos son compuestos que como su nombre lo indica, contienen dos grupos funcionales: el grupo amino (-NH 2 ) y el grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos más sencillos contienen un solo grupo de cada función. El representante más simple de los aminoácidos es el ácido aminoetanoico o glicina, cuya fórmula estructural podemos representar: H O H C C OH NH 2 Generalmente el grupo amino se encuentra en el átomo de carbono contiguo al grupo carboxilo, el cual se identifica como carbono alfa (α) o carbono 2. Si el grupo amino está situado en otros carbonos (tres, cuatro, etc.) también se les denomina con las letras griegas correspondientes (beta β, gamma γ, etc.). Propiedades físicas Los aminoácidos son sólidos cristalinos no volátiles, solubles en agua y prácticamente insolubles en disolventes apolares. Presentan altas temperaturas de fusión y en general se descomponen al fundirse. Tienen importancia para la vida; algunos de ellos esenciales para 30

31 lograr el desarrollo normal de niños y jóvenes y para mantener un buen estado de salud en los adultos. En el sistema IUPAC estos compuestos se nombran como aminoderivados de los ácidos correspondientes. Los aminoácidos tienen, además, nombres comunes que son los que se utilizan con más frecuencia, y se refleja entre paréntesis en la tabla 1.6, en la que aparecen las fórmulas de algunos aminoácidos sencillos que forman las proteínas. Tabla 1.6 Fórmulas estructurales y nombres de algunos aminoácidos Fórmulas semidesarrolladas NH 2 CH 2 COOH CH 3 CH COOH NH 2 CH 3 CH CH COOH Nombres Ácido aminoetanoico (glicina) Ácido 2-aminopropanoico Ácido α-aminopropanoico (alanina) Ácido 2-amino-3-metilbutanoico Ácido α-amino-β-metilbutanoico (valina) CH 3 NH 2 CH 3 CH CH 2 CH COOH CH 3 NH 2 Ácido 2-amino-4-metilpentanoico Ácido α-amino-γ-metilpentanoico (leucina) Los aminoácidos valina y leucina, que aparecen en la tabla, están entre los considerados indispensables para el hombre y todas las especies animales ensayadas. Se consideran esenciales porque el organismo humano no es capaz de sintetizarlos y por tanto deben estar contenidos en la alimentación. Estructura El grupo carboxilo de los aminoácidos tiene tendencia a ceder un protón (H + ) por su carácter ácido, mientras que el grupo amino tiene tendencia a aceptarlo, debido a un par de electrones no compartidos del átomo de nitrógeno que le confiere carácter básico. Los aminoácidos tienen una estructura de ion dipolar. NH 3 + R CH COO - El ion dipolar contiene un grupo básico negativo, carboxilato (-COO - ) y un grupo ácido positivo (-NH 3 + ). 31

32 PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS Las proteínas están compuestas por 20 aminoácidos, denominados naturales. Estos aminoácidos poseen diferentes estructuras en dependencia del tipo de cadena carbonada unida al carbono alfa. Los aminoácidos pueden unirse entre sí mediante un enlace covalente denominado peptídico, que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, con la pérdida de una molécula de agua. Cuando se unen dos aminoácidos se forma un dipéptido; si se unen tres recibe el nombre de tripéptido y cuando se unen muchos aminoácidos se forman polipéptidos o proteínas. O H C N Las proteínas son las sustancias que constituyen las células de las materias vegetales y animales. Las semillas de las plantas contienen proteínas y todas las células de los mamíferos están constituidas en buena parte por ellas; por ejemplo, la piel, el pelo, las uñas y la hemoglobina. Las enzimas, que son catalizadores biológicos y algunas hormonas son proteínas; así mismo los anticuerpos y los virus tienen naturaleza proteica. Las proteínas son polímeros de elevadas masas molares que poseen estructuras muy complejas y muy variadas, por lo que difieren en sus comportamientos. Para estudiar las estructuras de las proteínas se determina la secuencia con que se suceden los aminoácidos en la cadena y esto se conoce como estructura primaria. Figura 3.1 Estructura primaria de proteína 32