UNIDAD 8 ONTENIDOS NOIONES QUIMIA ORGANIA. arbono. Enlaces del carbono. ompuestos orgánicos. Alifáticos. íclicos. Nomenclatura. idrocarburos aromáticos. Grupos funcionales. Alcohol. Aldehído. etona. Acido. Éter. Ester. Funciones nitrogenadas. Fenoles. ompuestos polifuncionales. Isomerías. lasificación. NOIONES ELEMENTALES SOBRE ESTRUTURA Y FUNION DE SUSTANIAS BIOLOGIAS. Glúcidos. Lípidos. Proteínas. Ácidos nucleicos. Introducción QUIMIA ORGANIA La Química Orgánica se designa también Química del arbono, dado que, todos los compuestos que la forman poseen arbono como elemento fundamental. En los primeros análisis químicos se había observado un conjunto de compuestos que se hallaban en los objetos inanimados (sin vida), y que pertenecían al reino mineral, a los que se los denominó ompuestos Inorgánicos, mientras que otros se encontraban en objetos con vida o que habían tenido vida (materia organizada) y que pertenecían al reino animal o vegetal; a estos se los denomina ompuestos Orgánicos. En la antigüedad, era creencia de los químicos, la obligatoriedad de la vida (misteriosa fuerza vital) para la síntesis (producción) de compuestos orgánicos. No obstante, algunos investigadores sostenían que los compuestos orgánicos podían ser fabricados en el laboratorio in vitro (en el tubo de ensayo) al igual que los inorgánicos. Muchos años se discutió este tema. En 1828, Wöhler sintetiza por primera vez urea (sustancia orgánica) a partir de compuestos inorgánicos, dejando sentadas las bases de la síntesis Orgánica, in vitro. De allí en más, el químico no solamente pudo sintetizar en el laboratorio sustancias orgánicas existentes en la naturaleza, sino que también ha logrado producir compuestos totalmente desconocidos, algunos muy complejos, que prestan gran utilidad en la Industria Farmacéutica, Textil, de olorantes, Resinas, Insecticidas, erbicidas, Plásticos, etc. Todas esas adquisiciones produjeron un gran impacto en la vida humana, y se deben al conocimiento de las propiedades de los compuestos del carbono. 155
A pesar de que la Química es una sola, está perfectamente justificada la consideración de los compuestos del carbono en una disciplina separada. El carbono presenta particularidades que lo distinguen de todos los otros elementos de la Tabla Periódica. Se destaca la extraordinaria capacidad del carbono para formar compuestos diferentes. Esto se traduce en el hecho de que más del 95 % de todas las sustancias conocidas contienen carbono. Además de agua y pequeñas cantidades de minerales, los compuestos fundamentales de todos los sistemas biológicos son sustancias orgánicas. La Química Biológica comprende el estudio de la estructura, funciones y transformaciones de los compuestos presentes en los seres vivos. Por lo tanto es imposible iniciar su estudio sin una revisión de las nociones básicas de Química Orgánica. ÁTOMO DE ARBONO Estructura y Propiedades El gran número de compuestos orgánicos siempre intrigó a los químicos. Se conocen en la actualidad numerosos compuestos orgánicos (del orden de millones) y cada año se informa sobre la preparación de miles de sustancias nuevas. En contraposición, los compuestos inorgánicos suman alrededor de cincuenta mil. La explicación de este hecho se encuentra en la peculiar estructura del átomo de carbono, que le permite, más que a ninguno, establecer enlaces covalentes con otros carbonos dando origen a largas cadenas, o formando anillos de cualquier tamaño, o estableciendo ramificaciones sobre esas cadenas y anillos. Esta capacidad de unión origina una serie, al parecer infinita, de combinaciones posibles. Por otra parte, en los compuestos orgánicos se da la posibilidad de combinarse en más de un diseño molecular. Estos compuestos, donde cada uno de los cuales, posee el mismo número y la misma clase de átomos, pero ordenados de distinto modo, se llaman isómeros. Otra propiedad del arbono que contribuye a multiplicar las combinaciones posibles, es su capacidad para establecer enlaces covalentes con muchos otros átomos formando estructuras denominadas grupos funcionales. 156
Las características, anteriormente mencionadas, están relacionadas con la distribución electrónica del átomo de carbono en su estado fundamental (o basal) y la que es capaz de adquirir cuando establece combinación con otros átomos que es su estado excitado. Estado fundamental o basal del carbono El carbono en su estado fundamental o basal tiene asignada la siguiente distribución de sus seis electrones: 1s 2s 2p x 2p y 2p z Aquí sólo dos electrones estarían en condiciones de formar enlaces (los electrones desapareados). Sin embargo, se sabe que cuando un átomo de carbono se combina, siempre lo hace poniendo en juego cuatro valencias (para lo cual deja cuatro orbitales desapareados). Esto se explica porque el carbono, al entrar en reacciones químicas, adquiere el estado excitado. El carbono excitado desaparea los electrones 2s y promueve uno de ellos al orbital 2p z vacante. Esto es energéticamente favorable; quedan así cuatro electrones no apareados en condiciones de formar sendos enlaces. Su distribución ahora es la siguiente: 1s 2s 2p x 2p y 2p z Los cuatro orbitales desapareados son idénticos entre sí y se disponen espacialmente formando ángulos de 109,28º (ángulo tetraédrico normal) La identidad de los cuatro orbitales es posible gracias a la combinación o mezcla que surge de ellos (uno 2s y tres 2p) para dar cuatro nuevos orbitales idénticos, simétricamente dispuestos y orientados espacialmente de modo que forman un tetraedro regular Estado basal Estado de hibridación sp 3 Orbitales "híbridos" sp 3 157
Esta combinación o mezcla de orbitales se denomina hibridización o hibridación. Los cuatro nuevos orbitales híbridos se denominan orbitales atómicos híbridos sp 3. Este tipo de hibridización se produce para formar cuatro enlaces simples equivalentes, por ej: metano Pueden darse otras clases de hibridación diferentes. Por ejemplo cuando el carbono se une a otro átomo por enlaces dobles o triples. A continuación se representa la distribución de electrones en los distintos tipos de hibridación que sufre el carbono cuando se combina: Estados de ibridación La repulsión entre pares de electrones hace que estos orbitales híbridos tengan los ángulos de enlace máximos y la geometría que se resume en la siguiente Tabla: ibridación Angulo de Enlace Geometría sp 3 109,5º Tetraédrica sp 2 120º Triangular plana sp 1 180º Lineal 158
Formación de enlaces en los compuestos del carbono La formación de un enlace entre dos átomos puede imaginarse como una progresiva superposición de los orbitales atómicos de los átomos participantes. uando mayor sea la superposición de los orbitales, la unión resultará más fuerte. En las uniones estables, los dos electrones de enlace tienden a disponerse a lo largo de la línea de unión de los núcleos de los dos átomos. Se dice que el orbital molecular que se originó se encuentra localizado. Tales electrones localizados se denominan electrones sigma ( ) y la unión covalente formada, enlace sigma. Esto ocurre, por ejemplo, en la formación de la molécula de metano, en la cual se establecen cuatro enlaces sigma entre el carbono y lo cuatro hidrógenos. Enlace simple carbono-carbono En la molécula de etano: 3-3 se forma un enlace sigma entre los dos átomos de carbono por la superposición de dos orbitales atómicos sp 3, uno de cada uno de los átomos de carbono. Se ha demostrado que la longitud de enlace de la unión simple carbono-carbono en los compuestos saturados es constante y tiene un valor de 1,54 Å. Los conocimientos actuales sugieren que en ciertas condiciones (baja temperatura, por ej.), la rotación alrededor de la ligadura - no resulta enteramente libre (existiría una barrera de energía que se opone a tal rotación y que es necesario superar para que se produzca la rotación). De todas las disposiciones posibles de los átomos en el etano 159
(conformaciones) dos son de particular interés: la disposición llamada eclipsada y la alternada. Eclipsada Alternada Sin embargo, en el estado líquido y a la temperatura ambiente, casi todas las disposiciones posibles se encuentran en rápido equilibrio, debido a la barrera de energía relativamente baja entre ellos. Por ese motivo no es posible separarlos. Por consiguiente, y a los efectos del tratamiento de los compuestos biológicos, vamos a aceptar (aunque en forma relativa) la libre rotación de los átomos alrededor de una ligadura simple. Doble enlace carbono-carbono Para la formación de la molécula de eteno o etileno ( 2 4 ), el carbono sufre hibridización sp 2. Los tres orbitales híbridos se disponen en un plano y se encuentran separados entre sí por ángulos de 120º (disposición trigonal plana). Dos de estos orbitales (en cada carbono) se superponen con los orbitales 1s de dos átomos de hidrógeno, para formar dos fuertes uniones sigma -. El tercer orbital sp 2 de cada carbono se utiliza para formar un fuerte enlace - entre ambos. De este modo, cada uno de los carbonos deja un orbital atómico no hibridizado 2p dispuesto en ángulo recto al plano que contiene los átomos de e. arbonos hibridizados sp 2 Enlace 160
Estos orbitales son paralelos y pueden superponerse lado a lado para formar un orbital molecular que se dispersa sobre ambos carbonos y se sitúa por arriba y por abajo del plano que contiene los dos carbonos. Los electrones que ocupan esos orbitales moleculares se denominan electrones pi ( ) y los orbitales que los contienen, orbitales pi ( ). El nuevo enlace es un enlace. Se infiere que el efecto que producirá este enlace adicional será un mayor acercamiento de los átomos de carbono. Esto es un hecho comprobado, pues la distancia - en el eteno es de 1,33 Å. El enlace es diferente al sigma ( ) en naturaleza, fuerza y posición. El grado de superposición de los orbitales atómicos 2p y y por lo tanto, la fuerza del enlace puede ser diversa y llegará a su máximo cuando los dos y los 4 unidos por enlaces sigma estén situados estrictamente en un plano. Esto permitirá que los orbitales atómicos p resulten exactamente paralelos y por consiguiente, capaces de adquirir la máxima superposición. ualquier alteración en la estado de coplanaridad, por torsión o movimiento alrededor del enlace sigma que une los dos carbonos, conducirá a disminuir la superposición y por lo tanto tenderá a reducir la fuerza del enlace. Pero esto no ocurre con facilidad, pues el sistema ofrece resistencia; debe superarse una barrera de energía para alterar esa situación. Esto da una explicación teórica a un hecho observado hace mucho tiempo y es la resistencia a la rotación alrededor del doble enlace =. La distribución de los electrones en dos capas, por encima y por debajo del plano de la molécula y extendidos fuera del eje de unión - significa que hay una región de carga negativa con capacidad para actuar con reactivos ávidos de electrones (agentes oxidantes). Esto provee una explicación a las características reacciones de los compuestos con doble enlace =. Disposición espacial de los enlaces en el eteno De todo los expuesto se puede concluir que la clásica figura (aunque útil todavía) de los dos enlaces que unen a los carbonos ha quedado inadecuada para explicar el comportamiento de los compuestos no saturados. 161
Triple enlace carbono-carbono Tomaremos como ejemplo para explicar este tipo de enlace al acetileno o etino: ada carbono aporta dos orbitales híbridos sp 1. on uno de ellos se establece un fuerte enlace entre ambos carbonos. on el otro orbital híbrido sp 1 que le queda a cada carbono se originan sendos enlaces sigma con hidrógenos. La molécula así formada tiene simetría lineal. A cada uno de los dos carbonos le restan dos orbitales atómicos 2p no hibridizados, que se disponen en forma ortogonal (en ángulos recto uno del otro y ambos con respecto a la línea que une los dos carbonos). Los orbitales atómicos de cada carbono son paralelos a aquellos del otro carbono y pueden superponerse uno con otro. Pueden imaginarse los carbonos del acetileno o etino como dispuestos en un cilindro de carga negativa. arbonos hibridizados sp 1 : Disposición de los enlaces en el etino: La distancia del triple enlace es de 1,20 Å, de modo que los carbonos están más cerca que en la unión doble. 162
ompuestos Orgánicos omo ya hemos expuesto, los compuestos orgánicos posibles son numerosísimos. afortunadamente se los puede dividir en grupos o familias. Los componentes de cada familia se separan por métodos similares y presentan propiedades físicas y químicas afines. Las numerosas familias de compuestos pueden agruparse, a su vez, en grandes categorías con similitud estructural. Adoptaremos la siguiente clasificación: IDROARBUROS ompuestos acíclicos o Alifáticos ompuestos cíclicos Alcanos Alquinos omocíclicos eterocíclicos Alquenos Alicíclicos Aromáticos Los compuestos acíclicos están constituidos por estructuras carbonadas formando cadenas abiertas, ya sean lineales o ramificadas: cadena lineal cadena ramificada Los compuestos cíclicos están constituidos por anillos formados exclusivamente por carbono (carbocíclicos u homocíclicos) o por carbono y otras clases de átomos (heterocíclicos). A su vez, los compuestos carbocíclicos pueden tener una estructura en anillo donde todas las uniones entre los carbonos son simples; este tipo de compuestos, denominados alicíclicos, tienen propiedades similares a las de los compuestos saturados de cadena abierta (alifáticos). 163
Otro grupo interesante lo constituye un gran número de compuestos carbocíclicos denominados aromáticos. Estos poseen estructura molecular en anillo, constituído por átomos de carbono dispuestos en un plano. Los átomos de carbono constituyentes del anillo se unen mediante un tipo particular de enlace, que confiere al compuesto notables propiedades químicas. Esta propiedad se denomina aromaticidad, y el principal compuesto de este grupo es el benceno. idrocarburos Alicíclicos Existen varias familias de compuestos orgánicos que contienen en sus moléculas únicamente carbono e hidrógeno. Se les conoce como hidrocarburos y se dividen, según el tipo de hibridación que posea el átomo de carbono, en alcanos, alquenos y alquinos. Alcanos Son hidrocarburos acíclicos y a los compuestos de esta familia se los denomina también hidrocarburos saturados o parafinas (todas las demás familias de la serie acíclica o alifática pueden considerarse derivadas de los alcanos). Responden a la fórmula general: n 2n+2 El compuesto más sencillo de este grupo tiene un solo átomo de carbono con sus cuatro valencias saturadas con cuatro átomos de hidrógeno. Se denomina metano: 4 El segundo miembro de la serie tiene un átomo de carbono más, unido al otro carbono por un enlace simple. Las tres valencias restantes se saturan con hidrógeno. Las características de los enlaces simples carbono - carbono, así como la de los enlaces carbono - hidrógenos fueron ya analizadas. Alcanos de cadena lineal (de 1 a 10 arbonos): Nombre Fórmula Fórmula Estructural Metano 4 164
Etano 2 6 Propano 3 8 n-butano 4 10 n-pentano 5 12 n-exano 6 14 n-eptano 7 16 n-octano 8 18 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - n-nonano 9 20 n-decano 10 22 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A partir del butano surge la posibilidad de la existencia de más de un compuesto que responda a la fórmula n 2n+2 pero que difieren en su fórmula estructural por la aparición de ramificaciones en la cadena carbonada. Ej.: 165
4 10 3 3 3 2 2 3 n- Butano (butano normal) 3 isobutano 5 12 3 2 3 3 2 2 3 2 3 n-pentano (pentano normal) isopentano 3 3 3 3 neopentano Estos son isómeros, tema que consideraremos más adelante. En las cadenas carbonadas, los carbonos extremos o terminales, que sólo intercambian una de sus cuatro valencias con otro átomo de carbono, reciben el nombre de carbonos primarios. Aquellos que se encuentran en el interior de la cadena pueden ser designados secundarios, terciarios o cuaternarios, según que intercambien dos, tres o cuatro de sus valencias con otros tantos carbonos. Primario Primario - - - - - Primario Secundarios Terciario En las fórmulas estructurales hasta aquí expuestas se ha representado la cadena carbonada siguiendo una línea recta. ablar de cadena lineal o recta no es correcto y sólo se utiliza esa representación por comodidad tipográfica puesto que se sabe que los enlaces entre carbonos forman ángulos de 109,5, lo cual da a la cadena, cuando se la extiende, una configuración en zig-zag: 166
Alquenos Los miembros de la segunda familia o serie homóloga de compuestos son los hidrocarburos denominados alquenos o etilenos. La fórmula general de los compuestos de esta serie es: n 2n omo puede observarse de la fórmula molecular expuesta, cada término de la serie contiene dos hidrógenos menos que el alcano correspondiente. omo no poseen la cantidad máxima de hidrógenos posibles, se los denomina no saturados ó insaturados, en contraposición a los alcanos, que son saturados. En la fórmula estructural aparecen dobles ligaduras o enlaces entre dos átomos de carbono vecinos y para nombrarlos cambiamos el sufijo del nombre del alcano correspondiente de ano a eno. eteno (o etileno) propeno 1-buteno 2-buteno Alquinos una tercera familia o serie homóloga la constituyen aquellos hidrocarburos que presentan en su estructura enlaces triples entre carbonos y que responden a la fórmula general n 2n-2. Son no saturados ó insaturados, por la misma razón expuesta en los alquenos, ya que dos carbonos de la cadena se unen por triple enlace covalente. Se los nombra con la misma raíz de los alcanos, pero con terminación ino. etino (o acetileno) 1-butino 167
idrocarburos cíclicos Dentro de los compuestos cíclicos existe un grupo importante: el de los denominados alicíclicos. En este grupo de sustancias se encuentran también hidrocarburos saturados que no son otra cosa que alcanos con estructura cíclica. Por tal motivo se los denomina también cicloalcanos. 2 2 2 3-2 - 2-2 - 2-3 2 2 n-hexano (alifático) 2 ciclohexano (alicíclico) Si los átomos estuvieran obligados a mantenerse en una cadena extendida, la probabilidad de ciclización (por reacción intramolecular) disminuiría de manera considerable. Sin embargo, la rotación en torno de los enlaces simples permite que la cadena pueda enrollarse en espiral y que dos carbonos, originalmente muy alejados en la cadena, se aproximen y puedan establecer un enlace. idrocarburos aromáticos El benceno es el compuesto más sencillo de un grupo de moléculas orgánicas conocidas como aromáticas. Es muy conocido y de extenso uso industrial. El término "aromático" hace alusión al aroma característico de algunos de los primeros compuestos de esta clase que se descubrieron y estudiaron. Sin embargo, hoy el olor no tiene significación para definir la naturaleza química de estas sustancias, sino que es la especial estructura molecular de estos compuestos la que les da características peculiares. El benceno es un hidrocarburo. Repetidos análisis y determinaciones de su peso molecular demostraron que tiene la fórmula 6 6. Esto implicaría que se trata de un compuesto de alto grado de insaturación. Sin embargo, su comportamiento químico difiere del de los hidrocarburos insaturados y presenta caracteres únicos, a los que se 168
ha dado en llamar carácter aromático. Los compuestos que presentan el mismo tipo de comportamiento se dice que son compuestos con aromaticidad. La búsqueda de una fórmula estructural satisfactoria para el benceno es un ejemplo clásico del difícil camino que a menudo se requiere andar para asignar a una sustancia una fórmula estructural compatible con sus propiedades. En 1865, Kekulé propuso una estructura razonable para este compuesto. Representó la molécula de benceno como un anillo de seis átomos de carbono unidos por enlaces simples y dobles, alternados: Analizando la naturaleza química del benceno se puede inferir que esta estructura no es totalmente adecuada, pues implicaría para el mismo, propiedades tales como la insaturación que no posee. Sin embargo, esta notación todavía se usa mucho, pero su significación para los químicos de hoy es completamente diferente de la propuesta por Kekulé. Una de las formulaciones estructurales más útiles es la que se basa en la teoría de la resonancia. Esta teoría fue propuesta en la década de 1930-1940 y ha continuado desarrollándose hasta el presente. onforme a esta teoría, los enlaces simples y dobles no existen como tales en el anillo de seis miembros del benceno. Dichos enlaces simples y dobles se han condensado en la formulación actual en un nuevo tipo de enlace, que tiene propiedades intermedias entre las de uno simple y uno doble. La fórmula propuesta por Kekulé era fija. Para salvar algunas objeciones hechas a esta estructura, él mismo concedió que las posiciones de las dobles ligaduras no son fijas, sino que existe un equilibrio entre dos estructuras. Equilibrio tan móvil que no es posible aislar una de otra: 169
La opinión actual es que no existen estas formas, sino una especie molecular que es algo así como un híbrido de las dos estructuras (híbrido de resonancia). ada átomo de carbono está unido a otros dos átomos de carbono y a uno de hidrógeno por enlaces que forman ángulos de 120 entre sí y que están dispuestos en un mismo plano. Estos enlaces se indican en la figura siguiente A por trazos continuos. La teoría del orbital molecular trata de dar una explicación que conduce a resultados similares. En cada átomo de carbono queda un orbital p con un electrón no apareado. Estos orbitales p restantes en los seis carbonos se superponen mutuamente y se confunden en un gran orbital hexagonal (orbital ), que se ubica como una nube electrónica a ambos lados del plano formado por el anillo de seis carbonos (ver figura siguiente B). (A) (B) En resumen, todos los enlaces que unen a los átomos de carbono en el benceno son iguales, la molécula es un hexágono regular y resulta perfectamente simétrica. Propiedades físicas de los hidrocarburos El carbono y el hidrógeno son elementos de electronegatividad muy semejante. El par electrónico compartido en el enlace entre ambos no está significativamente desplazado (es sólo ligeramente atraído hacia el carbono). Por otra parte, en los alcanos los hidrógenos se disponen simétricamente en torno a los carbonos. Estas características estructurales hacen que las moléculas de estos hidrocarburos sean esencialmente no polares. Por esta razón son insolubles en agua. Las moléculas de agua, fuertemente polares, se adhieren entre sí y no permiten a las moléculas de alcano introducirse entre ellas. En cambio, los hidrocarburos son solubles en disolventes no polares, como el benceno, el éter, el tetracloruro de carbono y otros, derivados del petróleo. 170
Los hidrocarburos con dobles o triples enlaces son ligeramente más solubles en agua que los saturados, pero dicha solubilidad es muy pequeña. Los hidrocarburos aromáticos son todos insolubles en agua. ompuestos heterocíclicos Los compuestos heterocíclicos poseen estructura cíclica, constituída por carbono y uno o más átomos de otros elementos (heteroátomo). Estas sustancias pueden tener o no carácter aromático. Nos limitaremos a presentar las estructuras de los núcleos que forman parte de compuestos de interés biológico y médico. Anillos Pentagonales Anillos ondensados N O S N N Furano Tiofeno Pirrol Imidazol Indol N N N Anillos hexagonales N N Purina O S N N Pirano Tiopirano Piridina Pirimidina N 171
GRUPOS FUNIONALES Un grupo funcional se denomina a una agrupación de átomos que unida a un hidrocarburo le confiere al compuesto orgánico propiedades particulares, permitiendo incluirlo en familias de compuestos. Los grupos funcionales se clasifican en: Funciones arbonadas Funciones Oxigenadas Funciones Nitrogenadas Funciones arbonadas Si a cualquier hidrocarburo se le suprime un hidrógeno, la agrupación atómica resultante se denomina grupo alquílico o alquilo si dicho hidrocarburo es de la serie alifática y arilo si pertenece a la aromática. Se nombran suprimiendo la terminación ano del alcano con igual número de carbonos y añadiendo la terminación ilo. En la Tabla siguiente se dan algunos ejemplos representativos: Nombre Estructura del Grupo Metilo 3 - Etilo 3-2 - n-propilo 3-2 - 2-3 i-propilo 3 - - 3 ó ( 3 ) 2 - - ó - 3 n-butilo 3-2 - 2-2 - Fenilo 6 5 - ó La letra n- antepuesta al nombre del grupo significa normal, e i- significa iso (de isómero). 172
Funciones Oxigenadas a- Familia de los alcoholes Se considera derivada de los hidrocarburos por sustitución de un hidrógeno por un oxhidrilo (O - ). Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios, terciarios, según que la sustitución se haga en un carbono primario, secundario o terciario respectivamente. R R - 2 O.O R -.O R Alcohol Alcohol Alcohol primario secundario terciario R R uando se introducen dos o más oxhidrilos en diferentes átomos de carbono de un mismo hidrocarburo, se obtienen dialcoholes, trialcoholes, etc., a los cuales se los llama dioles, trioles, etc., Ej. 2 O O O 2 O O 2 O O O 2 O 2 O 2 O Glicol Glicerol Sorbitol (diol) (triol) (hexaol) Muchos alcoholes se conocen mejor por nombres comunes, especialmente los primeros de la serie. Pero siguiendo las reglas del sistema internacional de nomenclatura, se debe nombrar la cadena como un alcano, cambiando el final del nombre de o a -ol. 173
Nombres y fórmulas de algunos alcoholes Nombre SI Nombre omún Fórmula Metanol Alcohol Metílico 3 - O Etanol Alcohol Etílico 3-2 - O 1-propanol Alcohol n-propílico 3-2 - 2 - O 2-propanol Alcohol isopropílico ( 3 ) 2 - - O 1-butanol Alcohol n-butílico 3-2 - 2-2 - O Fenil metanol Alcohol Bencílico 2 --O Una propiedad física interesante de los alcoholes es su solubilidad. En cierto sentido, este tipo de compuestos tiene similitudes con el agua. En la molécula de agua, el oxígeno tiene dos enlaces simples (covalentes polares) con dos hidrógenos. Estos hidrógenos se disponen de tal manera que la molécula presenta un ángulo de 104 entre ambos enlaces. omo cada par electrónico está fuertemente atraído hacia el oxígeno, la molécula resulta fuertemente polar, pues los "centros de gravedad" de las cargas positivas y negativas no coinciden y, por lo tanto, se forma un dipolo. En los alcoholes se da una situación semejante. - - O O + + R El carácter polar de los alcoholes reside en el grupo oxhidrilo. La longitud de la cadena carbonada del grupo alquílico tiene influencia en esa polaridad. uanto más larga es la cadena, menos polar resulta el compuesto, pues va predominando en la molécula el resto no polar del hidrocarburo. 174
En resumen, los alcoholes comparten propiedades con alcanos y con el agua. La presencia del grupo alquilo los hace disolventes para ciertas sustancias semejantes a los alcanos. Se usan como disolventes de compuestos químicos orgánicos. Pero por su grupo oxhidrilo polar, los miembros menores de la serie son solubles en agua. Estos últimos se usan frecuentemente como disolventes para reunir en su seno agua y sustancias orgánicas insolubles en ella. b- Familia de los aldehídos Se origina mediante la sustitución de dos hidrógenos colocados sobre un carbono primario, por un átomo de oxígeno. R - = O Aldehído - = O Grupo Funcional aldehído La agrupación - = O se denomina grupo carbonilo. La función aldehído deriva de la oxidación de la función alcohol primario. De acuerdo al sistema internacional de nomenclatura, los aldehídos se denominarán sustituyendo en el nombre de los alcanos correspondientes la terminación ano por al. Así, el derivado del metano, será el metanal (nombre común: formaldehído o formol); el del etano será el etanal (nombre común: acetaldehído); el del propano será el propanal, etc. El grupo carbonilo es polar, de manera que su presencia en la molécula le confiere esta propiedad. omo para los alcoholes, la longitud de la cadena modifica esa polaridad. Una propiedad de interés es el poder reductor del grupo aldehído. iertos reactivos oxidantes suaves pueden utilizarse para oxidar este grupo. Los reactivos más utilizados son el de Fehling o Benedict, que son soluciones alcalinas de sulfato cúprico. La reacción final puede resumirse del siguiente modo y comprende un cambio en el color del reactivo. En presencia de aldehído, el color azul desaparece y se forma un precipitado rojo ladrillo de óxido cuproso: 175
R - O + 2 uo + O - R - OO - + u 2 O + 2 O aldehído óxido ion óxido cúprico carboxilato cúprico Esta reacción se utiliza frecuentemente para investigar la presencia de glúcidos (como glucosa, por ej.) en líquidos biológicos. La glucosa y otros compuestos del mismo tipo (glúcidos o azúcares) poseen un grupo aldehído en su molécula y por esa causa tienen carácter reductor. c- Familia de las cetonas La sustitución de dos hidrógenos de un carbono secundario por un átomo de oxígeno, da origen a la función cetona. R O R cetona O grupo Funcional cetona omo vemos, las cetonas tienen la agrupación carbonilo (- O), al igual que los aldehídos, pero en carbono secundario. De acuerdo al sistema internacional, las cetonas se nombran sustituyendo la terminación de los alcanos por ona. Así tendremos: del propano, la propanona (nombre común acetona). Este es el primer miembro de la serie, pues como esta función es exclusiva de carbono secundario, los alcanos metano y etano no dan origen a cetonas (no poseen carbono secundario). Del butano se originará butanona, etc. 3 O 3 propanona o acetona 176
Aquí se aprecia también la influencia del grupo carbonilo en la molécula pues confiere polaridad. La acetona es soluble en agua, pero por poseer también carácter orgánico, resulta un buen disolvente de otras sustancias de este tipo. A diferencia de los aldehídos, las cetonas no resultan fáciles de oxidar. Es necesario para ello agentes oxidantes más fuertes. Este resulta un buen criterio para diferenciarlas. d- Familia de los ácidos carboxílicos Resulta de sustituir en un carbono primario de una estructura hidrocarbonada, tres hidrógenos; uno por un oxhidrilo y dos por un oxígeno. O R - O Ácido carboxílico O - O - O ó - O grupo funcional carboxilo El carboxilo, grupo funcional de los ácidos orgánicos, está constituído por un carbonilo y un oxhidrilo. Los ácidos carboxílicos pueden contener uno o más grupos carboxílicos en la molécula. El número de grupos puede designarse por los prefijos mono, di, tri. El ácido acético ( 3 - O.O), por ejemplo, es un ácido monocarboxílico. Si se calientan hasta ebullición grasas animales en solución de hidróxido de sodio y luego se acidifica, precipitan ácidos monocarboxílicos que tienen cadenas lineales de 6 a 22 carbonos. La mayoría de los grupos R- de los ácidos obtenidos son cadenas de alcanos lineales. Debido a su origen, se les llama ácidos grasos. En el sistema oficial se designan cambiando la terminación del nombre del hidrocarburo del cual derivan por el sufijo oico y se antepone la palabra ácido. No obstante, es habitual el uso de nombres comunes. 177
Acidos Monocarboxílicos de cadenas lineales (ácidos grasos) Nombre SI Nombre omún Fórmula Acido metanoico Acido fórmico - O - O Acido etanoico Acido acético 3 - O - O Acido propanoico Acido propiónico 3-2 - O - O Acido butanoico Acido butírico 3 - ( 2 ) 2 - O - O Acido pentanoico Acido valérico 3 - ( 2 ) 3 - O - O Acido hexanoico Acido caproico 3 - ( 2 ) 4 - O - O Acido octanoico Acido caprílico 3 - ( 2 ) 6 - O - O Acido decanoico Acido cáprico 3 - ( 2 ) 8 - O - O Acido dodecanoico Acido láurico 3 - ( 2 ) 10 - O - O Acido tetradecanoico Acido mirístico 3 - ( 2 ) 12 - O - O Acido hexadecanoico Acido palmítico 3 - ( 2 ) 14 - O - O Acido octadecanoico Acido esteárico 3 - ( 2 ) 16 - O - O Acido tetracosanoico Acido lignocérico 3 - ( 2 ) 22 - O - O Otros ácidos orgánicos O-O 2 -O-O 2 -O-O-O O-O O-O 2 -O-O Acido malónico Acido cítrico Acido benzoico (dicarboxílico) (tricarboxílico) (monocarboxílico) Dada la polaridad del grupo carboxilo, estos compuestos resultan solubles en agua cuando la cadena carbonada es relativamente corta. En soluciones fuertemente alcalinas son aún más solubles. Esto se debe a su reacción con la base (neutralización con formación de sal de carácter iónico). 3 -O-O + NaO 3 -OONa + 2 O acetato de sodio 178
e- Familia de los éteres Se la considera teóricamente derivada de la deshidratación de dos moléculas de alcohol: Ejemplos: R- 2 2 R- 2 -O O + 2 O R- 2 3 - O - 2-3 3-2 - O- 2-3 Eter metil-etílico Eter dietílico El éter dietílico es comúnmente llamado éter sulfúrico (este nombre se debe al hecho de que se usa ácido sulfúrico en su preparación), posee propiedades anestésicas por lo cual fue utilizado en cirugía. En la molécula de éter se forma un dipolo similar al que se había referido para los alcoholes. No obstante, en estos compuestos la presencia del átomo de oxígeno tiene menor influencia sobre las propiedades por encontrarse entre dos grupos alquilos o arilos. El efecto polar es significativo en moléculas de bajo peso molecular: por ello, los primeros miembros (hasta tres carbonos) son solubles en agua. f- Familia de los ésteres Se obtiene por reacción entre un ácido y un alcohol, con pérdida de una molécula de agua. La reacción se llama esterificación: R-O-O + R- 2 -O R-O-O- 2 -R + 2 O Los ésteres se designan primero con el nombre del ácido, cambiando la terminación oico por ato, seguido del nombre del alquilo o arilo correspondiente al alcohol que le dio origen. Ejemplos: 3 - O - O - 3 O - O - 2 5 acetato de metilo benzoato de etilo 179
Por extensión, también se denominan ésteres a los compuestos que se originan al sustituir los hidrógenos de los ácidos inorgánicos por restos carbonados. Así, también pueden considerarse ésteres el sulfato de metilo ( 3 ) 2 SO 4, etc. on el ácido fosfórico ( 3 PO 4 ) y compuestos orgánicos que poseen en su molécula grupos funcionales alcoholes, se forman ésteres de gran interés biológico. Son comúnmente intermediarios metabólicos muy importantes. Ej., el éster fosfórico del glicerol: 2 - O - O O 2 - O - P = O O -glicerofosfato Las grasas y aceites animales y vegetales son ésteres del glicerol y ácidos grasos. Funciones Nitrogenadas a- Familia de las aminas Se considera derivada del amoníaco (N 3 ) por sustitución de uno, dos o los tres hidrógenos por grupos alquilos o arilos. Se obtiene así aminas primarias, secundarias o terciarias: R R R- 2 -N 2 N R - N R R amina amina amina primaria secundaria terciaria El grupo amino -N 2 (monovalente), teóricamente derivado de la sustracción de un hidrógeno del N 3, engendra la función amina primaria indiferentemente de su colocación sobre un carbono primario, secundario o terciario: 180
R R R- 2 -N 2 -N 2 R - -N 2 R R amina primaria amina primaria amina primaria (en primario) (en secundario) (en terciario) Los nombres de las aminas se forman con los de los grupos unidos al átomo de nitrógeno seguidos por el término amina. Ej.: 3-2 3 N 2 N 2 N 3-2 N metil-amina fenilamina dietilamina difenilamina o anilina Basicidad de las aminas. Al igual que en el amoníaco, la basicidad de las aminas se debe a un par de electrones no compartido (libre) sobre el átomo de nitrógeno: -N: amoníaco 3 -N: metilamina Al tener un par de electrones libres, estas sustancias pueden fijar un protón (ion hidrógeno). Las cargas negativas representadas por ese par electrónico no compartido influye en las reacciones en las cuales participan las aminas. Por ejemplo, la metilamina reacciona con ácido clorhídrico y forma una sal llamada clorhidrato de metilamina. 3 N 2 + l 3 N 2 -l 3 -N + 4 :l - El nitrógeno de la amina tendrá tendencia a compartir su par de electrones libres con el protón cargado positivamente del l. La sal se llama cloruro de metilamonio o clorhidrato de metilamina. Las aminas aromáticas se comportan de modo similar aunque son menos básicas. 181
b- Familia de las amidas Se considera proveniente de la sustitución del -O de un ácido por el grupo -N 2 O N 2 R - O R - O ácido amida Al igual que en las aminas, la sustitución de dos o tres hidrógenos del N 3 por grupos acilos (R-=O) dará una amida secundaria o terciaria respectivamente. Las amidas se nombran con la raíz del ácido seguida de la terminación amida. Así, etanamida o acetamida, metanamida o formamida, etc. OMPUESTOS POLIFUNIONALES idroxiácidos Son compuestos orgánicos que poseen grupos oxhidrilos y carboxilos a la vez. 3 O-O 3 O-O 2 -O -O -O -O -O O-O O-O -O 2 2 O-O O-O O-O ácido ácido ácido ácido ácido glicólico láctico tartárico -hidroxi- málico butírico (Los carbonos de la cadena de un ácido se numeran a partir del que posee la función carboxilo. También se utilizan las letras del alfabeto griego, designando al carbono adyacente al de la función carboxilo y,, etc. a los siguientes. El ácido -hidroxibutírico puede también ser llamado 3-hidroxi-butírico). 182
etoácidos Son compuestos orgánicos que poseen grupos carboxilos y carbonilos. Ej.: 3 3 O-O O O 2 O O-O 2 2 O-O O-O O O-O ácido ácido ácido ácido pirúvico acetil-acético -ceto-glutárico glioxílico idroxialdehídos e idroxicetonas Son compuestos orgánicos que poseen grupos oxhidrilos y carbonilos. Estos grupos funcionales se encuentran en los Glúcidos. O -O 2 -O 2 -O O 2 -O gliceraldehído dihidroxiacetona Aminoácidos Son compuestos que poseen grupos carboxilo y amina. Este tipo de compuestos polifuncionales forman parte de las proteínas. 2 -N 2 3 OO -N 2 O-O glicina alanina 183
ISOMERIA Se denominan isómeros (del griego isos: igual, meros: partes) a los compuestos diferentes que tienen la misma fórmula molecular. ontienen igual número de la misma clase de átomos, pero éstos pueden estar unidos entre sí de manera distinta o bien presentan diferente disposición en el espacio. Por consiguiente, los isómeros podrán diferenciarse ya sea por su fórmula estructural, o por su configuración espacial, o por su conformación espacial. Aquí conviene aclarar el significado preciso de cada uno de estos términos, que no deben aplicarse indistintamente. Se entiende por estructura el ordenamiento de los átomos en la molécula que puede describirse en el plano (fórmulas estructurales o estructura plana). onfiguración espacial se refiere a la disposición espacial relativamente estable de los átomos, en los compuestos cuyos isómeros son separables en condiciones ordinarias. onformación hace alusión a la posición relativa real de los átomos en un instante cualquiera. El cambio de conformación está dado por la rotación en torno al enlace simple y por los cambios en los grados de hibridación de los ángulos de enlace. Las distintas disposiciones (confórmeros) no pueden separarse una de otra en condiciones normales. Todas las diferencias citadas proporcionarán a los isómeros propiedades distintas. Por ejemplo, el alcohol etílico y el éter metílico. En otros, las diferencias en la conformación o en la configuración espacial es tan sutil que sólo pueden describirse en función de modelos tridimensionales. Entre estos dos extremos, se ubica un gran número de isómeros diferentes. 184
TIPOS DE ISOMERIA (lasificación) I. Isomería plana o de estructura. a. Isómeros de cadena b. Isómeros de posición c. Isómeros de función (o funcionales) II. Isomería espacial o estereoisomería. a. Enantiómeros (antípodas ópticos) b. Diasterómeros (diasteroisómeros) Los enantiómeros se caracterizan por ser imágenes especulares no superponibles entre sí. Los diasterómeros no son imágenes especulares entre sí. Isomería Plana o de Estructura Este tipo de isomería se denomina plana o de estructura porque puede explicarse gracias al empleo de las fórmulas ordinarias de estructura desarrolladas en un plano. Los isómeros estructurales tienen fórmulas moleculares idénticas, pero difieren en el orden en el cual están enlazados los átomos en la molécula. a. Los isómeros de cadena se originan cuando dos o más compuestos de igual fórmula molecular presentan distintas estructuras de las cadenas carbonadas. Por ej., el pentano, cuya fórmula molecular es 5 12. Los cinco átomos de carbono pueden hallarse unidos de diversas maneras, originándose varios isómeros: 3 3-2 - 2-2 - 3 3-2 - - 3 3 - - 3 3 3 pentano normal isopentano o metilbutano neopentano o dimetilpropano 185
Otro ejemplo lo constituyen los siguientes aminoácidos de fórmula molecular 6 13 O 2 N 3 3 3 2 2-3 2 N-- 2 N-- O-O O-O l e u c i n a ácido 2-amino-4-metilpentanoico i s o l e u c i n a ácido 2-amino-3-metil pentanoico b. Los isómeros de posición tienen la misma cadena carbonada y las mismas funciones, pero colocadas en posiciones diferentes. Por ejemplo, el pentanol ( 5 11 O) puede tener la función alcohol en las posiciones 1, 2 ó 3. 3 3 3 2 2 2 2 2 -O 2 -O 2 2 O 3 3 1-pentanol 2-pentanol 3-pentanol Otro ejemplo, el butirato de glicerilo: ( 7 14 O 4 ) 2 -O 2 -O -O -O-O- 2-2 - 3 2 -O-O- 2-2 - 3 2 -O 1-butanoil glicerol -butirato de glicerilo 2-butanoil glicerol ß-butirato de glicerilo 186
c. Los isómeros funcionales son aquellos que poseen distintas funciones. Veremos como ejemplos algunas sustancias de comportamiento químico diferente, cuya fórmula molecular es 2 4 O 2 3 2 O O O O O O - 3 ácido acético formiato de metilo aldehído glioxálico o etanoico o metanoato de metilo o 2-hidroxietanal Dos compuestos de importancia biológica, que son isómeros de función, son: O -O 2 -O Gliceraldehído 2 -O O 2 -O Dihidroxiacetona Estereoisomería o Isomería Espacial A medida que fueron avanzando las investigaciones sobre la estructura de los compuestos orgánicos, se descubrieron algunas sustancias que, a pesar de ser diferentes entre sí, tenían la misma fórmula estructural. Las fórmulas planas no podían aclarar estos nuevos tipos de isomería y se hizo necesario tomar en consideración la disposición espacial de los átomos en la molécula para llegar a explicarlos satisfactoriamente. El punto de partida de tales explicaciones fue la teoría del carbono tetrahédrico, que constituyó la base de la estereoquímica o química espacial. La estereoquímica estudia la forma de la molécula considerada en sus tres dimensiones. A esto se lo denomina configuración espacial o, en algunos casos, conformación, de los compuestos químicos. 187
La ubicación espacial de los átomos es de gran importancia en sistemas biológicos, en los cuales se mantiene un delicado equilibrio de interacciones moleculares. Por ejemplo, existen isómeros que difieren sólo en su configuración espacial y poseen muy distinta actividad biológica; en algunos casos, uno de los estereoisómeros puede servir como nutriente, o como antibiótico, o como estimulante cardíaco, y el otro ser totalmente inútil. Enantiómeros (Isomería Óptica) omo los cuatro enlaces del átomo de carbono son equivalentes e hipotéticamente orientados hacia los vértices de un tetrahedro regular, se da la posibilidad de tipo especial de estereoisomería (isomería óptica) en los casos en los cuales cada una de las cuatro valencias del carbono está saturada por un grupo diferente. Los carbonos unidos a cuatro elementos o grupos atómicos distintos se denominan carbonos asimétricos. omo ejemplo presentaremos al aminoácido alanina: O-O - * -N 2 3 El carbono señalado con un asterisco (*) es asimétrico pues sus cuatro valencias están saturadas por grupos diferentes. Las moléculas que poseen carbonos asimétricos tienen la propiedad de influir sobre cierta clase de rayos luminosos (luz polarizada) cuando esos rayos atraviesan el compuesto o una solución del mismo. Existen en dos formas isoméricas que se diferencian únicamente en el comportamiento frente a la luz polarizada. Se las representa como la imagen especular, no superponible, una de la otra. Se dice que estas sustancias son ópticamente activas. El carbono asimétrico se denomina así porque representa un centro de asimetría en la molécula; se habla también de centro quiral. El carbono asimétrico se denomina también carbono quiral. 188
on mayor frecuencia el carbono constituye un centro quiral, pero otros átomos pueden también serlo. Los dos isómeros ópticos de la alanina pueden representarse como si uno fuese la imagen especular del otro: 3 3 2 N N 2 OO OO Estos compuestos son enantiómeros, es decir, estereoisómeros caracterizados por ser uno imagen especular no superponible del otro. Luz Polarizada Un haz de luz ordinaria está formado por ondas que vibran en planos dispuestos en todas las direcciones perpendiculares al eje de propagación. uando se hace incidir un haz de luz ordinaria sobre cristales de ciertas sustancias (por ej. calcita o espato de Islandia), emerge de ellos un haz luminoso que vibra en un solo plano del espacio (luz polarizada). 189
Actividad Óptica Las soluciones o cristales de sustancias ópticamente activas rotan el plano de vibración de la luz polarizada que los atraviese. Actividad óptica (las ondas representan el plano de vibración de luz polarizada). El plano de vibración de luz polarizada puede ser rotado a su paso por el seno de un cristal o de una solución de una sustancia con actividad óptica. Si esa rotación se realiza en el sentido de las agujas del reloj, por convención se considera que el giro es hacia la derecha o positivo (+); la rotación hacia el sentido contrario será izquierdo o negativo (-). En el caso en el cual el compuesto desvía el plano de vibración de la luz polarizada hacia la derecha, se dice que es dextrorrotatorio o dextrógiro, mientras que si lo hace hacia la izquierda, se le llama levorrotatorio o levógiro. Isómeros Ópticos Se había observado que ciertas sustancias con la misma composición molecular, con la mayor parte de las propiedades químicas iguales y con idénticas propiedades físicas, a excepción de que una de ellas desviaba el plano de la luz polarizada hacia la 190
derecha (dextrógira), y la otra, la desviaba hacia la izquierda (levógira). A esas sustancias se las considera isómeros ópticos. omo se ha dicho, la isomería óptica es posible cuando una estructura molecular es asimétrica. Si se analiza la estructura espacial del aminoácido alanina, que se ha presentado como ejemplo de compuesto asimétrico, se comprueba que hay dos maneras de disponer los cuatro grupos atómicos en torno del átomo de carbono central. De ello resultan moléculas que son como un objeto y su imagen en el espejo. Estos isómeros ópticos, no superponibles, se conocen como antípodas ópticos, enantiomorfos o enantiómeros. La siguiente figura representa esquemáticamente un polarímetro: Esquema de un polarímetro Mediante el polarímetro puede detectarse si una sustancia es ópticamente activa, y medir el ángulo de rotación de la luz polarizada. La magnitud del giro se mide en grados y es característico para cada sustancia activa en condiciones determinadas de concentración de sustancia, espesor de sustancia atravesada por la luz, longitud de onda de ésta, etc. Se habla entonces de índice de rotación específico. Los enantiómeros son sustancias ópticamente activas que se distinguen sólo porque desvían la luz polarizada en direcciones opuestas, en igual número de grados en uno u otro sentido. Ej.: (+) 2-metil-1-butanol : rotación específica + 5,756 (-) 2-metil-1-butanol : rotación específica - 5,756 191
Un compuesto de interés biológico, 2,3-dihidroxipropanal, cuyo nombre común es gliceraldehído, tiene dos isómeros: O O gliceraldehído -*-O O-*- gliceraldehído dextrógiro levógiro 2 -O 2 -O I II Estas moléculas son quirales, por presentar un carbono quiral o asimétrico, el carbono 2, indicado con un asterisco (*); en consecuencia, son ópticamente activas y las dos estructuras presentadas arriba son enantiómeros o antípodas ópticos. Para conocer el sentido y la magnitud de la rotación que imprimen a la luz polarizada es necesario estudiarlas con un polarímetro. Por convención, se representa con la fórmula I, arriba indicada, al isómero dextrógiro que posee el oxhidrilo a la derecha, y con la fórmula II, al levógiro que tiene el oxhidrilo a la izquierda. Existen sustancias ópticamente activas que presentan más de un carbono asimétrico. Algunas son sustancias de gran importancia biológica, como la glucosa: O - * - O O - * - - * - O - * - O 2 - O glucosa (*) carbonos quirales La mezcla equimolecular de dos enantiómeros se denomina mezcla racémica y resulta ópticamente inactiva. Para indicar que estamos en presencia de una mezcla de este tipo se utiliza el signo ± antes del nombre del compuesto. 192
Los enantiómeros tienen propiedades químicas iguales, excepto frente a reactivos ópticamente activos. Por consiguiente, la velocidad de reacción de un isómero frente a una sustancia que tiene actividad óptica puede ser muy diferente a la de su enantiómero. En algunos casos difieren tanto, que uno de ellos puede ser prácticamente no reactivo. En los sistemas biológicos se encuentran muchas sustancias que son ópticamente activas y pueden reaccionar entre sí. La especificidad estereoquímica permite entender, por ejemplo, por qué uno de los componentes del par de enantiómeros tiene mayor actividad biológica que el otro. La actividad hormonal de la (-) adrenalina es mucho mayor que la de su antípoda (+); solamente un estereoisómero de la cloromicetina es un antibiótico, etc. Diasterómeros Aunque es un grupo numeroso, analizaremos un tipo específico de diasterómeros que se conocen con el nombre de isómeros geométricos. Isomería Geométrica Se da en determinados tipos de moléculas: Las que presentan doble enlace carbono-carbono en compuestos de cadena abierta. Las de compuestos cíclicos Las que presentan doble enlace carbono-nitrógeno Trataremos los dos primeros casos. Moléculas que presentan doble enlace carbono-carbono Se observó que la geometría de los enlaces en torno de un átomo de carbono involucrado en un doble enlace es triangular plana, debido al tipo de hibridación sp 2 que sufre el carbono en ese caso (ver pág. 160). Por otra parte, la rotación en torno del enlace que une los carbonos se ve restringida. Esto sirve de base para una explicación de la existencia de isómeros en algunas moléculas que presentan esta característica. 193
Se observa en la molécula de etileno o eteno ( 2 4 ) la distribución espacial de los átomos que forman esta molécula con todos los átomos en un mismo plano: Si se reemplaza uno de los átomos de hidrógeno de cada carbono por sendos átomos de cloro, se obtiene el 1,2-dicloroeteno (l=l). Los datos experimentales demuestran que existen dos compuestos que responden a esa misma fórmula y difieren en algunas propiedades. Este hecho puede explicarse teniendo en cuenta la geometría molecular de este compuesto. onsiderando fija la doble ligadura carbono-carbono, podemos imaginar un plano que pasa por el doble enlace y es perpendicular al plano que contiene los átomos. De esta manera, los dos átomos de cloro podrían situarse del mismo lado o en lados opuestos al plano que pasa por el doble enlace. Si están del mismo lado, el compuesto es llamado cis, si están en lados opuestos, trans. l l l l cis-1,2 dicloroeteno trans-1,2 dicloroeteno Estos dos isómeros presentan diferentes propiedades: cis 1,2-dicloroeteno trans 1,2-dicloroeteno Punto de fusión - 80,5-50 Punto de ebullición 60,3 47,5 Densidad 1,284 1,256 Otros ejemplos: en el 2-buteno ( 3 -=- 3 ), existe la posibilidad de dos ordenamientos alrededor del doble enlace: 3 3 cis-2 buteno cis-2-buteno 3 3 trans-2 buteno trans-2-buteno 194