Material de apoyo para alumnos de 4º año de la EMMB Manuel Belgrano

1. Química Orgánica –Hidrocarburos Material de apoyo Materia: Introducción a la Química Año 4to A –B 2011 Escuela Municipal Manuel Belgrano Ing. Cristina Acuña Pasqualini Fuente : recopilación material publicado en Internet

2. ¿Qué es Química? Es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que ésta experimenta durante reacciones químicas ¿Qué es Química Orgánica? La Química orgánica o Química del carbono es la rama de la química que estudia una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, también conocidos como compuestos orgánicos

4. Símbolos de Lewis: Son una representación gráfica para comprender donde están los electrones en un átomo, colocando los electrones de valencia como puntos alrededor del símbolo del elemento:

5. Mientras que en las estructuras de Lewis un enlace se representa con dos puntos, en la fórmula desarrollada se representa con una línea. Cada línea cuenta con dos electrones, por lo que un enlace sencillo es una línea (2 electrones), un enlace doble se representa mediante dos líneas (4 electrones) y un enlace triple a través de tres líneas (6 electrones).

12. Grupos funcionales

13. Grupos funcionales

15. Fuentes de Hidrocarburos

17. Los alcanos no son rígidos debido al giro alrededor del enlace C-C. Se llaman conformaciones a las múltiples formas creadas por estas rotaciones.

19. Alquenos. Conocidos con el nombre de hidrocarburos olefínicos, se caracterizan por estar formados por carbono e hidrógeno unidos por enlaces covalentes simples y presentar uno o más enlaces covalentes dobles carbono-carbono Fórmula General C n H 2n

23. El enlace  en el etileno está formado por el solapamiento de los orbitales p sin hibridar de los átomos de carbono con hibridación sp 2 . Este solapamiento requiere que los dos extremos de la molécula sean coplanares Los orbitales p sin hibridar (uno en cada carbono) contienen un electrón cada uno. Cuando se solapan forman el orbital molecular  enlazante

25. Si dos grupos iguales enlazados a los carbonos del doble enlace están al mismo lado del enlace, el alqueno es el isómero cis . Si los grupos iguales están a los lados opuestos del enlace, el alqueno es trans

26. No todos los alquenos son capaces de mostrar isomería cis-trans . Si cualquiera de los dos carbonos del enlace doble tiene dos grupos idénticos, la molécula no puede tener forma cis-trans . En la figura se muestran algunos alquenos cis y trans y otros alquenos que no pueden mostrar isomería cis-trans .

27. La nomenclatura cis-trans para los isómeros geométricos a veces falla, ya que da un nombre ambiguo; por ejemplo, los isómeros del 1-bromo-1-cloropropeno no son claramente cis o trans , ya que no es obvio a qué sustituyentes se refieren como cis o trans Como en el caso de cis y trans , si los grupos más importantes de cada carbono están en el mismo lado del enlace doble, el alqueno tendría una geometría Z . Si están en lados opuestos al enlace doble, la geometría es E

31. El triple enlace es relativamente corto debido al solapamiento de los tres pares de electrones y al elevado carácter s de los orbitales hidridos sp (50% de carácter s), lo que aproxima más a los átomos de carbono que forman el enlace σ del acetileno

40. El amoniaco tiene una estructura tetraédrica algo distorsionada, con una de las posiciones del tetraedro ocupada por un par de electrones no enlazantes. Esta geometría es debida a la hibridación sp 3 del nitrógeno, de forma que el par de electrones solitario hace que el ángulo H-N-H se comprima desde 109,5º (ángulo de la estructura tetraédrica perfecta) hasta 107º

41. Según se sustituyan uno, dos o tres hidrógenos, las aminas serán primarias, secundarias o terciarias, respectivamente. Amoníaco Amina primaria Amina secundaria Amina terciaria

42. Las aminas son fuertemente polares debido a que el gran momento dipolar del par de electrones solitario se suma a los momentos dipolares de los enlaces C-N y H-N El enlace de hidrógeno N-H es más débil que el enlace de hidrógeno O-H, por tanto las aminas tienen puntos de ebullición más bajos que los alcoholes con masas moleculares similares

44. La naturaleza polar del enlace N-H provoca la formación de puentes de hidrógeno entre las moléculas de las aminas Implicaciones: - Altos puntos de fusión y ebullición comparados con los alcanos - Alta solubilidad en medio acuoso Compuesto P.eb. P.f. Compuesto P.eb. P.f. CH 3 CH 2 CH 3 -42º -188º (CH 3 ) 3 N 3º -117º CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 48º -83º (CH 3 CH 2 CH 2 ) 2 NH 110º -40º CH 3 CH 2 CH 2 OH 97º -126º (CH 3 CH 2 CH 2 ) 3 N 155º -94º

45. Compuesto Tipo Peso molecular Punto de ebullición (°C) (CH 3 ) 3 N Amina terciaria 59 3 CH 3 -NH-CH 2 -CH 3 Amina secundaria 59 37 CH 3 -O-CH 2 -CH 3 Éter 60 8 CH 3 CH 2 CH 2 -NH 2 Amina primaria 59 48 CH 3 CH 2 CH 2 -OH Alcohol 60 97

49. La mayoría de las aminas, que contienen más de seis átomos de carbono, son relativamente insolubles en agua. En presencia de ácido diluido (en disolución acuosa), estas aminas forman las sales de amonio correspondientes, por lo que se disuelven en agua. Cuando la solución se transforma en alcalina, se regenera la amina La amina regenerada o bien se separa de la solución acuosa, o se extrae con un disolvente orgánico

51. El grupo carbonilo consiste en un átomo de carbono trigonal unido a un átomo de oxígeno a través de un enlace doble, C=O , por lo que los dos enlaces sobrantes pueden usarse para conectarse a una o a dos ramas de hidrocarburo En los aldehídos un grupo unido al carbonilo es el hidrógeno, y el otro un grupo alquil o aril. La única excepción es el formaldehído, los dos grupos unidos al carbonilo son hidrógenos En las cetonas , siempre van unidos dos grupos alquil o aril

52. El orbital sin hibridar p del carbono se solapa con un orbital p del oxígeno para formar un enlace pi. El doble enlace entre el carbono y el oxígeno es similar al doble enlace C=C en un alqueno, excepto en que el doble enlace carbonilo es más corto, más fuerte y está polarizado El enlace C=O es más corto porque está polarizado. Esta polarización también es responsable de la reactividad del grupo carbonilo

54. El doble enlace del grupo carbonilo tiene mayor momento dipolar debido a que el oxígeno es más electronegativo que el carbono y los electrones enlazantes no están igualmente compartidos Los nucleófilos atacarán al grupo carbonilo porque es electrofílico, como sugiere la estructura de resonancia minoritaria

56. La cetona y el aldehído son más polares, y tienen puntos de ebullición más altos que el éter y el alcano, pero puntos de ebullición más bajos que los de los alcoholes, los cuales forman enlaces de hidrógeno El momento dipolar del grupo carbonilo es responsable de los puntos de ebullición más altos para los aldehídos y las cetonas. El enlace de hidrógeno tiene una interacción más fuerte, por lo que los alcoholes tendrán una ebullición a temperaturas más elevadas

57. La molécula es prácticamente plana. El átomo de carbono carbonílico tiene hibridación sp 2 , con ángulos de enlace prácticamente trigonales. El enlace O-H también se encuentra en este plano, eclipsado con el enlace C=O El átomo de oxígeno sp 3 tiene un ángulo C-O-H de 106°

58. Uno de los pares de electrones no compartidos del átomo de oxígeno del grupo hidroxilo está deslocalizado en el sistema electrofílico  del grupo carbonilo La estructura de resonancia mayoritaria es neutral, mientras que las formas minoritarias tienen separación de carga

59. Los puntos de ebullición de los ácidos carboxílicos son el resultado de la formación de un dímero, con enlace de hidrógeno, estable. Este dímero contiene un anillo de ocho miembros con dos enlaces de hidrógeno, que en efecto dobla el peso molecular de las moléculas que abandonan la fase líquida. Para romper los enlaces de hidrógeno y vaporizar el ácido es necesario que la temperatura sea más elevada.

60. Un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar lugar a un protón y a un ión carboxilato. A la constante de equilibrio de esta reacción, K a , se le denomina constante de disociación ácida . El ácido se disociará mayoritariamente si el pH de la disolución es mayor que el p K a del ácido

61. Cada enlace C-O tiene un orden de enlace de 3/2 (un enlace σ y la mitad de un enlace π ). Cada átomo de oxígeno tiene la mitad de la carga negativa La deslocalización de la carga negativa sobre los dos átomos de oxígeno hace que el ión acetato sea más estable que un ión alcóxido

62. Las cetonas, los aldehídos y los ácidos carboxílicos contienen el grupo carbonilo, a pesar de que las reacciones de los ácidos son bastante diferentes de las de las cetonas y los aldehídos. Las cetonas y los aldehídos generalmente reaccionan mediante adición nucleofílica al grupo carbonilo, pero los ácidos carboxílicos lo suelen hacer por sustitución nucleofílica en el grupo acilo, donde un nucleófilo reemplaza a otro en el átomo de carbono carboxílico Los derivados de los ácidos carboxílicos incluyen haluros de acilo, anhídridos, esteres y amidas

63. La reactividad de los derivados de ácido respecto al ataque nucleofílico depende de su estructura y de la naturaleza del nucleófilo atacante Los cloruros de ácido son los derivados más reactivos, mientras que el ión carboxilato es el derivado menos reactivo