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QUIMICA ORGANICA

jorge amaya

Created on October 7, 2021

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QUIMICA ORGANICA

Docente: Ing. Jorge Amaya PhD

Prof. Ing. Jorge Amaya PhD

CAPITULO 1

1.1. Alcanos y ciclo alcanos estructura, propiedades, nomenclatura, reacciones y aplicaciones 1.2. Alquenos: estructura, propiedades, nomenclatura, reacciones y aplicaciones 1.3. Alquinos: estructura, propiedades, nomenclatura, reacciones y aplicaciones 1.4. Compuestos aromáticos, estructura, propiedades, nomenclatura, reacciones y aplicaciones 1.5. Compuestos herocíclicos: estructura, propiedades, nomenclatura, reacciones y aplicaciones

Prof. Ing. Jorge Amaya PhD

Concepto

La Química Orgánica se ocupa del estudio de las propiedades y transformaciones de los compuestos que contienen el elemento CARBONO.

Carbono forma enlaces estables
Las cadenas y anillos de átomos de carbono presentan características muy particulares
Carbono puede formar diferentes tipos de enlaces

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El átomo de carbono

Explicar la geometría molecular de los compuestos del carbono y la formación de enlaces con base en la hibridación del átomo de carbono.

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El átomo de carbono forma como máximo cuatro enlaces covalentes compartiendo electrones con otros átomos.

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El átomo de carbono

Siendo el átomo de carbono la base estructural de los compuestos orgánicos, es conveniente señalar algunas de sus características.

Característica

Número atómico

Configuración electrónica

Nivel de energía más externo (periodo)

Electrones de valencia

Masa atómica promedio

12.01 g/mol

Propiedades físicas

Es un sólido inodoro, insípido e insoluble en agua

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HIBRIDACIÓN

Se conoce como hibridación a la combinación de orbitales atómicos dentro de un átomo para formar nuevos orbitales híbridos. Los orbitales atómicos híbridos son los que se superponen en la formación de los enlaces, dentro de la teoría del enlace de valencia, y justifican la geometría molecular.

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HIBRIDACIONES DEL CARBONO

sp3

sp2

Hibridación

Un orbital atómico es la región del espacio donde se mueven los electrones, los cuales no tienen una trayectoria definida, ya que es imposible conocer la posición de un electrón de un orbital en un momento determinado.

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Hibridación sp3

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Hibridación sp3

La hibridación sp3 o tetragonal, consistente en la mezcla o hibridación del orbital 2s con los tres orbitales 2p para originar cuatro orbitales híbridos idénticos, llamados orbitales híbridos sp3.

El carbono hibridado sp3 da lugar a la serie de los alcanos.

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La configuración electrónica desarrollada para el carbono es:

El primer paso en la hibridación, es la promoción de un electrón del orbital 2s al orbital 2p.

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Hibridación sp2

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Hibridación sp2

La hibridación sp2 tiene lugar únicamente entre el orbital s y dos orbitales p, quedando el tercer orbital p sin hibridar. El átomo de carbono forma un enlace doble y dos sencillos.

Forman un ángulo de 120 y su molécula es de forma plana. A los enlaces simples se les conoce como enlaces sigma (σ) y los enlaces dobles están compuestos por un enlace sigma y un enlace pi(π).

El carbono hibridado sp2 da lugar a la serie de los alquenos.

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Hibridicación sp

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Hibridación sp

En este tipo de hibridación sólo se combina un orbital “p” con el orbital “s”. Con este tipo de hibridación el carbono puede formar un triple enlace. El ejemplo más sencillo de hibridación sp lo presenta el etino.

Este es el tipo de enlace híbrido, con un ángulo de 180º y que se encuentra existente en compuestos con triples enlaces como los alquinos (por ejemplo el acetileno).

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Geometría molecular

El tipo de hibridación determina la geometría molecular la cual se resume en el siguiente cuadro.

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Geometría molecular tetraédrica.: El carbono se encuentra en el centro de un tetraedro y los enlaces se dirigen hacia los vértices.

Geometría triangular plana.: El carbono se encuentra en el centro de un triángulo. Se forma un doble enlace y dos enlaces sencillos.

Geometría lineal.: Se forman dos enlaces sencillos y uno triple.

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Ejemplos

Hibridación sp3

Metano

Es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4. Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace covalente.

Estructura tridimensional.

Estructura química.

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Hibridación sp2

Etileno

El etileno o eteno es un compuesto químico orgánico formado por dos átomos de carbono enlazados mediante un doble enlace.

La molécula no puede rotar alrededor del doble enlace y todos los átomos están en el mismo plano. El ángulo entre los dos enlaces carbono-hidrógeno es de 117°, muy próximo a los 120° correspondientes a una hibridación sp2.

Fórmula molecular: C2H4

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Hibridación sp

Acetileno

El acetileno o etino es el Aquino más sencillo.

Fórmula: C2H2

Estructura química.

Estructura tridimensional.

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Tipos de cadenas carbonadas

Dado que los átomos de carbono pueden unirse muy fácilmente entre si, el esqueleto básico de casi todos los compuestos orgánicos son cadenas de carbono de diversas longitudes y formas
La longitud de la cadena determina el comportamiento químico de la sustancia y la mayoría de sus propiedades químicas (punto de ebullición, punto de fusión, solubilidad)

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Normales

Saturadas

Arborescentes

Normales

No saturadas

Arborescentes

Normales

Saturadas

Arborescentes

Alicíclicas o Alifáticas Cíclicas

Normales

Homocíclicas o Isocíclicas

No saturadas

Arborescentes

Normales

Aromáticas

Arborescentes

Normales

aturadas

Arborescentes

Heterocíclicas

Normales

No saturadas

Arborescentes

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Cadenas homocíclicas

Son aquellas cadenas carbonadas cerradas si todos los átomos que constituyen el anillo son carbonos.
Los anillos Homocíclicos se clasifican en alicíclicos y aromáticos.
Los Alicíclicos son aquellos compuestos que presentan propiedades semejantes a los de una cadena abierta.

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Cadenas abiertas o acíclicas

Es cuando las cadenas presentan dos extremos (son continuas).

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Las cadenas aromáticas se relacionan con el benceno y la mayoría tiene un olor agradable, de ahí el origen de su nombre.

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Las cadenas heterocíclicas

Se forman cuando por lo menos uno de los átomos de carbono del anillo se encuentra sustituido por otro elemento, generalmente oxígeno, nitrógeno o azufre.

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Cadenas abiertas heterogéneas

Es cuando entre los átomos que constituyen una cadena abierta participan otros elementos distintos del carbono (oxígeno o nitrógeno).

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Cadenas saturadas e insaturadas

Si todos los enlaces entre carbonos de una cadena abierta o cerrada son sencillos, se dice que la cadena es saturada.
Si en la cadena existe uno o varios enlaces dobles o triples se le llama no saturada.

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Cadenas sencillas o ramificadas

Cuando las cadenas carbonadas no tienen ninguna ramificación se les llama sencillas o normales.
Cuando las cadenas carbonadas tienen una ramificación se les llama ramificadas o arborescentes.

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Tipo de formulas en orgánica

1. Fórmulas estructurales desarrolladas

Con ellas se muestran todos los enlaces existentes en la molécula

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2. Fórmulas estructurales semidesarrolladas

Sólo se muestran los enlaces entre átomos de carbono

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3. Fórmulas empíricas y fórmulas moleculares.

Indican, respectivamente la proporción relativa entre átomos de cada clase

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Ejercicios

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Fórmula semidesarrollada lineal o taquigráfica

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Tipos de carbono

- Primario: cuando el carbono esta saturado con cuatro átomos de hidrógeno o tres de hidrógeno y uno de carbono o cualquier otro elemento. CH4 - Secundario: si está unido a dos átomos de carbono y dos de hidrógeno. CH2-CH2 - Terciario : si esta unido a tres átomos de carbono y a un hidrógeno - Cuaternario: si esta unido a cuatro átomos de carbono

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Ejercicios

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Tipos de Grupos funcionales

Funciones oxigenadas

Presencia de algún enlace carbono-oxígeno: sencillo (C-O) o doble (C=O)

Funciones nitrogenadas

Presencia de enlaces carbono-nitrógeno, simples (C – N), dobles (C = N) o triples (C ≡ N)

Funciones halogenadas

Compuestos por carbono, hidrógeno y halógenos

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Grupo Funcional

Grupo de átomos enlazados y que presentan propiedades Físico – químicas particulares.
Pueden sustituir al hidrógeno en una cadena de hidrocarburos y estos grupos pueden aparecer conjuntamente en una misma cadena carbonada

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Funciones orgánicas

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UNIDAD 1 - Hidrocarburos alifáticos, aromáticos y heterocíclicos

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Definición de hidrocarburos.

Los hidrocarburos son sustancias que están formadas sólo de carbono e hidrógeno.
Los hidrocarburos se clasifican de acuerdo con sus tipos de enlaces C-C.
Propiedades físicas:
Punto de ebullición, punto de fusión y densidad.
Los HC de bajo peso molecular se dan a presión normal
Los HC con mas de 20 atomos de carbono los puntos de ebullición se expresan tomando una determinada presión al vacío.
El compuesto mas bajo de los hidrocarburos son los alcanos

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Estructura de los Alcanos

Los alcanos son los compuestos orgánicos menos reactivos ya que carecen de grupos funcionales y, por tanto, de enlaces polarizados
Responden a la formula CnH2n+2

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1.2 Propiedades Físicas y Químicas

Punto de Ebullición
En el caso de los alcanos ramificados, éstos presentan un punto de ebullición más bajo que el del los lineales con el mismo número de átomos de carbono.

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Puntos de fusión

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Solubilidad y densidad
Los alcanos son apolares, por lo que se disuelven en disolventes orgánicos apolares o débilmente polares.
Son menos densos que el agua con un valor promedio de 0.7 g/ml para los líquidos, y son insolubles en ella.
Los alcanos se presentan en estado sólido, líquido o gaseoso. Hasta 4 carbonos son gases (metano, etano, propano y butano); a partir del pentano hasta el hexadecano (16 carbonos) son líquidos y los compuestos superiores a 16 carbonos se presentan como sólidos aceitosos (parafinas)

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Propiedades Químicas

Generalmente:
Los alcanos son inertes en fase liquida a temperatura y presiones moderadas
En fase vapor, si su temperatura aumenta reaccionaran con ayuda de un catalizador
Los alcanos inferiores reaccionan con mayor facilidad
Los alcanos ramificados son mas reactivos que los de cadena lineal

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Serie Homologa

Los siguientes miembros de la serie son:
etano (CH3 - CH3)
propano (CH3 - CH2 - CH3)
butano (CH3 - CH2 - CH2 - CH3)
pentano (CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3)
hexano (CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3)
heptano (CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3)
octano (CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3)

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ALQUENOS: Definición y estructura

Consecuencia del enlace π entre los dos átomos de carbono. Dicho enlace implica que uno de los pares de electrones de la unión “doble” C-C está situado en un orbital cuyos dos lóbulos están por encima y por debajo del plano en el cual están los núcleos de los átomos de C y H constituyentes del etileno. Este hecho trae las siguientes consecuencias:

1. Los electrones П son más influenciables por la acción de agentes externos. 2. Existe un impedimento a la rotación del enlace C-C, que da origen a la isomería cis-trans de los alquenos. 3. La fuerza de la unión П es más débil que la unión σ, puesto que los electrones П están menos sujetos a la influencia de los núcleos de C

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Estas distancias y ángulos de enlace se pueden explicar admitiendo que los dos átomos de carbono que forman el doble enlace presentan una hibridación sp2 y que el doble enlace está constituido por un enlace sigma y un enlace pi. El enlace sigma se forma por solapamiento de los orbitales sp2 de cada átomo de carbono. Cada uno de los enlaces C-H se forma por solapamiento de un orbital híbrido sp2 del carbono con el orbital 1s del hidrógeno

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olefinas

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Propiedades Fiscas y Químicas

Sus propiedades físicas son muy similares a la de los alcanos. Los primeros miembros de la serie hasta 6 átomos de carbono son gaseosos, y partir del heptadeceno son sólidos
El punto de ebullición de una serie homóloga de los alquenos va incrementándose en 30ºC por cada grupo –CH2-
Su densidad es ligeramente mayor que la de los alcanos, aunque la densidad de alquenos y alquinos es menor que la del agua.

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Propiedades químicas
A diferencia de los alcanos, los alquenos presentan una elevada reactividad química con diversos reactivos
Los alquenos son muy reactivos y gran parte de sus reacciones se caracterizan por la adición electrofílica al doble enlace. El esquema general de la reacción de un alqueno con un reactivo XY es:

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ALQUINOS: Estructura y propiedades

ESTRUCTURA.

El solapamiento de dos orbitales sp entre sí genera el enlace σ C-C. Por otra parte, el solapamiento del orbital sp con el orbital 1s del hidrógeno forma el enlace σ C-H
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, lo que aproxima más a los átomos de carbono que forman el enlace σ del acetileno
Se les denomina también hidrocarburos acetilénicos porque derivan del alquino más simple que se llama acetileno

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Nomenclatura de los Alcanos

1. Seleccionar la cadena más larga posible de átomos de carbono y numerarla, empezando por el extremo que tenga las ramificaciones o arborescencias más próximas.

2. Numerar los átomos de la cadena principal de tal modo que los localizadores de las cadenas laterales tengan los números más bajos posibles. El compuesto será un alquilalcano. Para nombrar a las cadenas laterales se cambia la terminación -ano, que le correspondería al hidrocarburo, por la terminación -ilo.

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3. Si en una cadena se encuentra más de una vez el mismo radical alquilo, se indica con los prefijos: di, tri, tetra, penta, etc. Unido al nombre del sustituyente.
4. Nombrar el alcano de la cadena principal con una sola palabra, separando los nombres de los números con guiones y los números con comas. El nombre del último radical se emplea como prefijo del alcano básico, formando con este una sola palabra.

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Nomenclatura de los alquenos

1. Se toma como base el prefijo que indica el número de átomos de carbono en el compuesto y se añade la terminación “-eno”; ejemplo:

2. Para nombrar a los alquenos lineales, se selecciona la cadena más larga de átomos de carbono que contenga el doble enlace y se enumera por el extremo donde esté más próximo el doble enlace. Ejemplo:

3. La posición del doble enlace se debe de indicar con el número menor del átomo de carbono que forme el doble enlace. Este número se coloca antes del nombre base, seguido de un guión, el número se coloca entre el nombre base y la terminación “-eno” separado por guiones:

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4. existen dos o más dobles enlaces, se anteponen a la terminación “-eno” los prefijos “di”, “tri”, etc.; correspondientes, precedidos por los números que indican la posición de esos dobles enlaces. Ejemplos:

5. Si los radicales son diferentes, se escriben las ramificaciones en orden de menor a mayor complejidad y el nombre del alcano que corresponda a la cadena principal, como una sola palabra junto con el último radical. Al ordenar alfabéticamente, los prefijos numerales y los prefijos, sec- y ter- no se toman en cuenta. Ejemplo:

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6. Indicar el número de grupos alquilo y su posición de unión a la cadena principal.7. Si el compuesto tiene dos enlaces dobles será un dieno. Un trieno contiene tres enlaces dobles, un tetraeno cuatro, etc. En alquenos que contienen más de un doble enlace la cadena principal es la que contiene el mayor número de enlaces dobles. La numeración de la cadena se efectúa de manera que a los enlaces dobles se les asigne los localizadores mas bajos posibles.

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Nomenclatura Alquinos

1. Se elige como cadena principal la cadena más larga que contenga el mayor número de enlaces triples.

2. Si el compuesto contiene enlaces dobles y triples la cadena principal será la que contenga el mayor número de enlaces dobles y triples.

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3. Si hay dos o más cadenas con igual número de insaturaciones e igual número de átomos de carbono la cadena principal es la que contiene el mayor número de enlaces dobles:

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ESCRIBA LAS SIGUIENTES FORMULAS:

4-Etil-2,5,5-trimetilheptano

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Ejercicios

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Ejercicios

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CICLOALCANOS

Los cicloalcanos son alcanos que contienen anillos de átomos de carbono. Muchos compuestos orgánicos presentes en la naturaleza son cíclicos, por ejemplo los monoterpenos, con 10 átomos de carbono.

Según el tamaño del anillo podemos establecer la estabilidad del ciclo alcanos

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Propiedades físicas y quimica de los ciclos alcanos

Propiedades Físicas

Tienen punto de fusión y ebullición mayores que los alcanos correspondientes.
Los puntos de fusión y ebullición se incrementan al aumentar la masa molecular de las moléculas.
Solubles en solventes apolares
Son insolubles en agua.
Las propiedades físicas son análogas a los de cadena abierta

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Propiedades Químicas

Los Ciclo alcanos dan compuestos de adición ya que pueden abrir su anillo con facilidad. Y Los demás Ciclo alcanos, a partir del ciclo butano, dan reacciones de sustitución.

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NOMECLATURA DE LOS CICLOALCANOS

Sin grupos sustituyentes
Con monosustitudos
Cuando se comportan como radicales cicloalquilos

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1. El nombre del cicloalcano se construye a partir del nombre del alcano con igual número de carbonos añadiéndole el prefijo ciclo-.
2. En cicloalcanos con un solo sustituyente, se toma el ciclo como cadena principal de la molécula. Es innecesaria la numeración del ciclo

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Si el cicloalcano tiene dos sustituyentes, se nombran por orden alfabético. Se numera el ciclo comenzando por el sustituyente que va antes en el nombre

Si el anillo tiene tres o más sustituyentes, se nombran por orden alfabético. La numeración del ciclo se hace de forma que se otorguen los localizadores más bajos a los sustituyentes

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Nomenclatura de los cicloalquenos

En el caso de presentar varios enlaces dobles se numera de forma que los enlaces dobles presenten los menores numerales

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Nomenclatura de los cicloalquenos

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Ejercicios

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Compuestos aromaticos

El benceno es, en comparación con los alquenos y los polienos, un compuesto más estable y la estructura del 1,3,5-ciclohexatrieno no puede explicar esta estabilidad adicional.
La remarcable estabilidad del benceno se puede explicar si se admite la deslocalización de la densidad electrónica asociada a los orbitales p

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Como los átomos de carbono presentan hibridación sp2, cada átomo de carbono tiene un orbital p perpendicular al plano del anillo que se solapa con los orbitales p de los carbonos contiguos

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Comparación entre la reactividad química del benceno y la de los alquenos.

La especial estructura electrónica del benceno no sólo comporta una elevada estabilidad termodinámica, sino también una particular reactividad química

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Propiedades quimicas de los aromaticos

- los aromáticos tienen una estructura especial, el anillo aromático también llamado anillo bencénico - Los hidrocarburos aromáticos no tiene enlaces fuertemente polares, lo que les confiere propiedades físicas semejantes a las de los demás hidrocarburos - Son practicamente inmisibles al agua - Tienden a ser solubles entre sí y con los demás hidrocarburos en cualquier relación y tienden a solubilizar otros compuestos apolares. - Son líquidos o sólidos a temperatura y a presión ambiente. - Los hidrocarburos aromáticos son más resistentes a la reducción y a la oxidación que los alquenos. - No sufren reacciones de adición tan facilmente como los alquenos.

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PROPIEDADES FISICAS

El benceno es un líquido incoloro de olor fuerte, más denso que el agua (D=0.889 g/cm3).
El benceno hierve a 80.1°C y funde a 5.4°C
El benceno es tóxico. Se caracteriza por ser insoluble en agua, pero muy soluble en disolventes orgánicos como etanol, éter, disulfuro de carbono, ciclohexano, etc..
El benceno es un buen disolvente orgánico.

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Nomenclatura

En estos casos es necesario numerar el anillo bajo las siguientes reglas:
El número 1 corresponde al radical con menor orden alfabético.
La numeración debe continuarse hacia donde este el radical más cercano para obtener la serie de números más pequeña posible. Si hay dos radicales a la misma distancia, se selecciona el de menor orden alfabético; si son iguales se toma el siguiente radical más cercano.
Todos los átomos de carbono deben numerarse, no solo los que tengan sustituyente.
Al escribir el nombre se ponen los radicales en orden alfabético terminando con la palabra benceno.

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NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGANICOS POLISUSTITUIDOS.

Con este nombre se conocen los derivados aromáticos en los cual se han remplazado 3 o más hidrógenos por otros grupo o átomos. En estos casos es necesario numerar el anillo bajo las siguientes reglas:

El número 1 corresponde al radical con menor orden alfabético.
La numeración debe continuarse hacia donde este el radical más cercano para obtener la serie de números más pequeña posible..

Regla 1. En bencenos monosustituidos, se nombra primero el radical y se termina en la palabra benceno

Regla 2. En bencenos disustituidos se indica la posición de los radicales mediante los prefijos orto- (o-), meta (m-) y para (p-). También pueden emplearse los localizadores 1,2-, 1,3- y 1,4-.

Regla 3. En bencenos con más de dos sustituyentes, se numera el anillo de modo que los sustituyentes tomen los menores localizadores. Si varias numeraciones dan los mismos localizadores se da preferencia al orden alfabético.

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Reacciones de los alcanos y ciclo alcanos

a) Síntesis de Würtz

El método de Würtz nos permite obtener alcanos simétricos, (de número par de carbonos) consiste en hacer reaccionar derivados monohalogenados (haluros de alquilo) con sodio metálico.

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d. Reacciones de sustitución
En las reacciones de sustitución, hay ruptura y formación de enlaces sencillos; ocurren cuando un átomo o grupo atómico sustituye o reemplaza a otro.
Cuando el átomo que se sustituye es el hidrógeno, se presenta una reacción de sustitución electrofílica y cuando el desplazamiento es en un átomo diferente al hidrógeno, se presenta una reacción de sustitución nucleofílica
Sustitución electrófila: Tiene su máximo interés en los hidrocarburos aromáticos

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Sustitución nucleófila: El reactivo, como su nombre indica, es nucleófilo, es decir, que tiene tendencia hacia las cargas positivas. Son reactivos nucleófilos X–, OH–, CN–, y moléculas neutras en las que hay pares de electrones no enlazantes, como el H2O, NH3.

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b) Hidrogenación de los alquenos

En presencia de catalizadores de Pt, Pd o Ni, los alquenos forman alcanos de igual tamaño:

La reacción inversa se denomina PIROLISIS que es una reacción de un alcano en prescencia de calor o a temperaturas mayores a 200 °C. En esta reacción los enlaces C-H y C – C se rompen

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c) Síntesis de Grignard
El método de Grignard consiste en hacer reaccionar un derivado mono halogenado con limaduras de magnesio suspendidas en éter etílico anhídro (éter seco) para formar un derivado organometálico (halogenuro de alquil magnesio), conocido como reactivo de Grignard.

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e. Halogenación

La Halogenación de alcanos es un ejemplo típico de sustitución. En ella, un átomo de halógeno (cloro o bromo) sustituye a uno de hidrógeno. Esta reacción se lleva a cabo en presencia de luz ultravioleta o calor para producir halogenuros de alquilo

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f. Combustión

Como se mencionó anteriormente los alcanos son los compuestos orgánicos menos reactivos. Sin embargo, a temperaturas altas reaccionan vigorosamente con el oxígeno, produciendo bióxido de carbono, agua y energía calorífica.

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g. CRACKING O PIROLISIS

Las moléculas de alcanos se pueden romper por acción del calor (proceso de pirolisis). Los enlaces carbono-carbono se rompen generando radicales alquilo más pequeños. La ruptura se produce de forma aleatoria a lo largo de la cadena

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i. Nitración

La nitraciónde alcanos es una reacción de sustitución por radicales libre. Se realiza la reacción con ácido nítrico en fase de vapor a temperaturas superiores a 400ºC, produciéndose la sustitución de un hidrógeno del alcano por un grupo nitro, en presencia de ácido sulfúrico. Propano +Acido nítrico Nitropropano + agua, o Benceno más Ácido nítrico nos dará nitro benceno mas agua

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Reacciones de los cicloalcanos

Tratando derivados dihalogenados no vecinales de los alcanos con sodio, se obtiene el cicloalcano más sal
El ciclopropano se puede obtener calentando a reflujo una solución de 1,3 dibromopropano en alcohol etílico acuoso, con polvo de zinc.

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Los cicloalcanos sufren reacciones de sustitución al ser tratados con cloro o con bromo
El ciclopropano y el ciclobutano con hidrógeno, a temperatura elevada, se abre el anillo, obteniendo el alcano normal correspondiente.

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Síntesis de alcanos y ciclo alcanos

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Reacciones de alquenos y mecanismos: Halogenación, hidrogenación

Halogenación
Los alquenos reaccionan con los halógenos para formar dihaluroalcanos. Una de las reacciones específicas para la detección de los alquenos es la bromación, en la cual a una solución de bromo (color marrón) se le añade un alqueno y es rápidamente decolorada.

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Adiciones electrofílicas

adición de haluros de hidrógeno.
Hidratación catalizada por ácido

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adición de ácido sulfúrico.

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Reacciones de reducción: Hidrogenacion catalítica.

Los alquinos en presencia de un catalizador apropiado como el níquel, paladio o platino, reaccionan con el hidrógeno, formándo un alcano. O si tenemos un catalizador menos eficiente o “parcialmente envenenado” se obtendrán alquenos. Ejemplos:

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Hidrohalogenación

Este hecho se denomina regla de markovnikov[2] .Mecanismo de adición electrofílico de HX a alquenos.

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Hidratación

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Ruptura oxidativa de alquenos
Reacion con el KMnO4

Ozonolisis
Si la ozonolisis se realiza en un medio oxidante (H2O2) en lugar de en medio reductor (Zn/H2O ó (H3C)2S) en lugar del aldehído se obtendrá un ácido carboxílico

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Adición de alcanos - Alquilación

Método industrial que se emplea actualmente para producir grandes cantidades de 2,2,4-trimetilpentano (isooctano), consumidas en forma de gasolina de alto octanaje

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Reacciones de obtención de los Alquenos

1.- Deshidrohalogenación de haluros de alquilo

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2.- Deshidratación de alcoholes.
Estas reacciones tienen lugar a través de un carbocatión como intermediario, por lo que hay que tener en cuenta la posibilidad de transposiciones de Warner-Meerwein.

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3.- Deshalogenación de dibromuros vecinales

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Síntesis y reacciones de los alquinos

a) Adición de hidrácidos (H-X).

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b) Adición de halógenos.

c) Hidratación catalizada por sulfato mercúrico

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HIDRATACIÓN DE ALQUINOS
Los alquinos pueden adicionar agua en analogía con la hidratación de alquenos. Los alquinos simétricos internos dan solamente un compuesto carbonílico; los no simétricos conducen a mezclas de productos

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Hidroboración- oxidación (antimarkovnikov)

Ozonólisis

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Métodos de obtención de los alquinos

La Deshidrohalogenación de derivados halogenados da alquenos.

Deshalogenación de derivados tetrahalogenados

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Ejercicios

Realice la síntesis del 2 metilpenteno por hidratación
Obtenga el bromuro de butilo
Obtenga el propeno por deshalogenacion
Completar la reacción:
3-metil-2-penteno + Cl2
3-metil-2-penteno + H2O

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4.4 Propiedades Químicas del Benceno - reactividad

a) Nitración

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B) Sulfonacion

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c) Halogenación

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C) Alquilación

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Nitración del tolueno

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Reducción del nitrobenceno mediante hidrogenacion

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Ejercicios generales

a. Realizar la bromación (tetrabromoetano) del etano
b. Obtener el CCl4 a partir del metano por medio de la cloración (halogenación).
c. Realizar la síntesis de wurtz del 1- metil,2-etil pentano a partir del butano
d. Realizar la obtención del propano a partir del etano por medio de la síntesis de grignard y además por la síntesis de wurtz
e. Elaborar una ruta sintética para obtener el 2-metilbutano por el método de Grignard

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Obtener el cloroetano a partir del etano Obtener el clorobutano

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A partir de la reduccion de los haluros de alquilo obtenga:
Cloruro de 2 metilbutano
Bromuro de pentano
Bromuro de etilpropano
Por medio de la hidrogenación obtenga:
pentano
heptano
octano
propano
Obtenga:
Ciclo propano
Ciclo bromo heptano
Ciclo yodo pentano

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Escribir el(los) productos(s) esperados en la monocloración de las moléculas indicadas a continuación:
Proponga un método de síntesis para obtener 3,6-dimetiloctano como único producto de reacción, a partir del 1 cloro-2-metil butano

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Ejercicios.
Obtener el propino o el dimetilacetileno por Deshidrohalogenacion.
Obtener el 2 - butino o dimetilacetileno por eliminación de los halógenos
Efectuar la hidrogenación del 2 – butino
Efectuar la cloración del propino
Cual seria el producto de la reacción del 2,3 diclorobutano con el KOH en solucion alcohólica y calor?
Escribir la reacción del 2 – pentino y el bromo

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Dar los productos de las siguientes reacciones, indicando, y nombrar todos los compuestos que intervienen en las reacciones.
a) 2-penteno + O3 ->
b) Hidratación del 2-metil-1-propeno
c) Deshidrobromación del 2-bromo-2-metilbutano
e) 2-metil-2-penteno + H2O ->
f) 2-metilpropano + Br2 ->
g) 4-metil-1-pentino + HCl ->
h) Obtención de 4-metil-2-pentino a partir de etino
i) Obtención de 2,2,4-trimetilpentano a partir de metilpropano

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TUTORIAS

Cual será el producto de 2,3 - diclorobutano con KOH en solucion alcoholica y calor.
Escribir el producto de la reacción entre el 3,3,4,4 diyodo hexano y zinc.
Escribir la reacción entre el 2- pentino y el bromo
Escribir la reaccioon de halogenación del acetileno

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Ejercicios

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4.5 Hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAPS)

Los compuestos formados por dos o más anillos de benceno fusionados se denominan hidrocarburos aromáticos polinucleares

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Nomenclatura

Cuando los dos anillos están unidos por sólo dos átomos de carbono se dice que son ortocondensados. Cuando estos hidrocarburos tienen el mayor número posible de dobles enlaces no acumulados se les nombra utilizando el sufijo -eno, aunque de la mayoría se conserva el nombre vulgar.

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Consideraciones

En la numeración se omiten los átomos de carbono comunes a dos o más ciclos; estos átomos se designan agregando las letras “a”, “b”, “c”, etc. al locante inmediatamente precedente
A veces en el naftaleno las posiciones 1 y 2 se llaman α y β respectivamente
Si se hidrogena un hidrocarburo policiclíco (hidrogenar significa adicionar una o más moléculas de hidrógeno a cada molécula de hidrocarburo), el nombre del hidrocarburo resultante se formará con el prefijo “dihidro”, “tetrahidro”, etc. El prefijo “perhidro” significa hidrogenación máxima

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Escriba las formulas de:
fenantro [1,2 - a] pentaceno
Fenantro [2,1 - a] pentaceno
benzo [ c] piceno
Benz[a] antraceno
Dibenzo[a,n] nafto[2,3 -c]haxaceno

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CAPITULO II - COMPUESTOS HALOGENADOS

Contenido 2.1. Estructura, propiedades, y aplicaciones 2.2. Nomenclatura sistemática y tradicional 2.3 Reacciones de los halogenuros de alquilo 2.4 Reacciones de Compuestos Halogenados

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Estructura de los halogenuros de alquilo

El grupo funcional consiste de átomos de C hídridos sp3 énlazados a un halógeno, X, via un enlace s.
El enlace C-X es polar debido a la electronegatividad y la polarizabilidad del halógeno.
Los halógenos (Cl, Br y I) son buenos grupos salientes

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Estructura de los halogenuros de alquilo

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La polaridad hace al átomo de Carbono electrofílico y facilita el ataque por nucleófilos via reacciones de sustitución nucleofílicas SN1 o SN2 .

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Clasificación de los compuestos organohalogenados

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Propiedades físicas de los halogenuros de alquilo

A medida que descendemos en el grupo de los halógenos, el punto de ebullición del correspondiente haloalcano aumenta ya que, al descender, el peso atómico y la polarizabilidad del halógeno aumentan y así lo hacen las fuerzas de London.
La polaridad del enlace carbono halógeno hace que aparezcan fuerzas intermoleculares dipolo dipolo más fuertes

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Nomenclatura de los halogenuros de alquilo

Se nombran como haloalcanos.
Se elije la cadena más larga, aunque el X no esté unido a ninguno de estos C.
Use los números más bajos posible

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Ejercicios

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Preparación de haluros de Alquilo

Adición de HX a un alqueno

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Reacciones de Eliminación

Las reacciones de eliminación producen alquenos.
Los haluros de alquilo pierden un H y el X.
También se llaman reacciones de dehidrohalogenación (-HX).

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Reacciones de eliminación

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Transposiciones de carbocationes en las reacciones

El mecanismo que explica la formación de este compuesto es

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Preparación de compuestos organometálicos a partir de halogenuros de alquilo

Los más importantes de entre ellos son los compuestos de alquil-magnesio, conocidos también como reactivos de Grignard. Se preparan por reacción entre un haluro de alquilo y magnesio metálico, en éter etílico o tetrahidrofurano (THF), para formar lo que se representa por RMgX

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Reacciones de los compuestos orgánicos halogenados.

Un ejemplo de reacción de sustitución sobre los haluros de alquilo es la reacción del bromuro de etilo con el yoduro de potasio en disolución de acetona que da lugar a yoduro de etilo y a bromuro potásico

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Reacciones de sustitución nucleofílica

El átomo de carbono del cloruro de metilo es el átomo electrofílico porque está enlazado a un átomo de cloro electronegativo

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Indique cuales serán los productos de sustitución que se forman en las siguientes reacciones:
a) 2-Clorobutano + etóxido sódico en etanol
b) 2-Clorobutano + óxido de plata húmedo
c) 2-Cloro-2-fenilbutano + cianuro potásico en agua.
d) buteno + acido clorhídrico
e) bromuro de butilo + etanol

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Ejercicios

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4. ALCOHOLES Y ETERES

4.1 Estructura y clasificacion 4.2 Propiedades 4.3 Nomenclatura sistemática y tradicional 4.4 Reacciones de los Alcoholes, fenoles, éteres y tioles. 4.5 Aplicaciones

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4.1Estructura de los alcoholes

La estructura de un alcohol se asemeja a la del agua puesto que un alcohol procede de la sustitución formal de uno de los hidrógenos del agua por un grupo alquilo.
La presencia de un átomo de oxígeno más electronegativo que el C y el H polariza la molécula y facilita su reactividad con otras moléculas

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4.2 Clasificación de los Alcoholes

a) Alcoholes monohidroxilados Son los alcoholes que poseen un solo grupo funcional b) Polialacoholes Son los alcoholes que poseen dos grupos funcionales c) Trialcoholes. Son los alcoholes que llevan tres grupos hidroxilos

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Polialacoholes

Son los alcoholes que poseen dos grupos funcionales. Se nombran con el nombre del hidrocarburo respectivo terminado en diol.

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Trialcoholes.

Son los alcoholes que llevan tres grupos hidroxilos. Su nombre se compone del nombre del hidrocarburo y la terminación triol

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4.3 Propiedades Físicas

Desde el metanol hasta los butanoles son líquidos de olor agradable y de sabor ardiente. Desde C6 hasta C11 son líquidos oleosos de olor desagradable. Los superiores son sólidos, sin olor ni sabor.
Alto punto de ebullición del etanol y de sus propiedades como solvente similares a las del agua es la presencia de grupos –OH

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Punto de ebullición
Los alcoholes poseen puntos de ebullición altos comparados con otras sustancias de peso molecular similar, esto debido a su estructura polar y a la capacidad de formación de puentes de hidrogeno
Solubilidad
Los tres primeros alcoholes, metanol, etanol y propanol, son muy solubles en H2O (agua), mientras que a partir del butanol su solubilidad disminuye

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Estructura de los Éteres

El grupo funcional éter es – O – y la fórmula general es R – O – R’, donde R y R’ pueden ser radicales alquilos o arilos. Si estos son iguales, el éter es simétrico, cuando son distintos el éter es mixto.
El hecho de que el ángulo de enlace C-O-C tienda a 180° indica que son estructuras menos polares que el agua y que los alcoholes.
El oxígeno presenta un par de electrones libres, lo que facilita que sea protonado fácilmente por haluros de hidrógeno

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Una ventaja que presentan los éteres con respecto a los alcoholes es que aquellos no son ácidos
Los éteres carecen del grupo hidroxilo polar de los alcoholes pero siguen siendo compuestos polares
Los éteres tienen momentos dipolares grandes que causan atracciones dipolo dipolo. Sin embargo, estas atracciones son mucho más débiles que las interacciones por puentes de hidrógeno

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Propiedades físicas de los Éteres

Los éteres tienen momentos dipolares mas pequeños
Los éteres al ser menos polares que los alcoholes y por tanto, su capacidad de disolución de sustancias iónicas es bastante menor
Los de cadena corta, son más solubles en HOH que los hidrocarburos,
Son volatiles, incoloros y menos densos que el agua.

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4.4 Nomenclatura

Para nombrar a los alcoholes se elige la cadena más larga que contenga el grupo hidroxilo (OH) y se numera dando al grupo hidroxilo el localizador más bajo posible. El nombre de la cadena principal se obtiene cambiando la terminación –o del alcano por –ol.

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Nomenclatura común de los alcoholes:
Se deriva del nombre común del grupo alquilo anteponiendo la palabra alcohol y el sufijo ílico, por ejemplo:

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Ejercicios

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Tutorías

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Ejercicios

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4. Nomenclatura de los Éteres

La nomenclatura común nombra a los grupos R y Ar como palabras separadas y añade la palabra “éter”; o según nombres comunes específicos.
Si un grupo no tiene un nombre simple, puede nombrarse el compuesto como un alcoxi derivado
OXA: significa que un grupo - O- esta reemplazado por el grupo – CH2 –
Los éteres cíclicos se forman sustituyendo un -CH2- por -O- en un ciclo. La numeración comienza en el oxígeno y se nombran con el prefio oxa- seguido del nombre del ciclo.

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Ejemplos:

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Acidez de los alcoholes

Al igual que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo de un alcohol es débilmente ácido.

La acidez de los alcoholes disminuye a medida que aumenta el grado de sustitución en el resto alquílico.

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El pKa aumenta al aumentar el tamaño de la cadena carbonada (H menos ácidos)
Los grupos electronegativos (halógenos) disminuyen el pKa (H más ácidos) ya que estabilizan la base conjugada. Desplazamiento del equilibrio
El equilibrio entre el alcohol y el alcóxido se puede desplazar utilizando bases fuertes, como, amiduro de sodio, hidruro de sodio..
CH3OH + NH2- → CH3O-Na+ + NH3

pKa(CH3OH)=15.5 pKa(NH3)=35

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El equilibrio se desplaza hacia el ácido de mayor pKa, cuanto mayor sea la diferencia entre los pKa más desplazado se encuentra.

CH3OH + Na+OH- ↔ CH3O-Na+ + H2O pKa(CH3OH)=15.5 pKa(H2O)=15.7

Este equilibrio no se encuentra desplazado puesto que los valores de pKa del metanol y del agua son similares

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Propiedades Químicas

1. Deshidratación a alquenos

Todas las reacciones comienzan con la protonación del grupo hidroxilo (el alcohol actúa como base). La facilidad para la deshidratación de alcoholes es 3º > 2º > 1º (el mismo orden que la estabilidad de los carbocationes).

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2. Conversión a halogenuros de alquilo

Los alcoholes terciarios reaccionan a más velocidad (mecanismo SN1)
Los alcoholes primarios reaccionan lentamente (mecanismo SN2)
Los alcoholes secundarios presentan reacciones de velocidad intermedia entre los anteriores (SN1 y SN2)

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3. Oxidación Oxidación de fenoles

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Métodos de obtención

Hidratación de alquenos

Es un método para la preparación de alcoholes de bajo peso molecular que tiene su mayor utilidad en los procesos industriales. Los ácidos que se utilizan con más frecuencia para catalizar la hidratación de alquenos son: ácido sulfúrico y ácido fosfórico

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Reducción de compuestos carbonílicos
Los alcoholes primarios y secundarios se pueden sintetizar mediante la reducción de diversos compuestos que contienen al grupo carbonilo (C=O).

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Hidrólisis de haluros de alquilo
Se prepara un alcohol ya sea primario, secundario o terciario a partir de un halogenuro de alquilo

Reacción de reactivos de grignard y compuestos carbonílicos

Esta reacción es una adición nucleófila al enlace doble carbono-oxígeno. El reactivo de Grignard utiliza su par de electrones para formar un enlace con el carbono del carbonilo.

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Reaccion de grignard

Por fermentación

Su obtención se basa en que la glucosa (C6H12O6) fermenta por la acción de un enzima producto de un grupo de hongos microscópicos.

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A partir de halobencenos
Este proceso también es conocido como proceso Dow. El benceno se puede sulfonar, con ácido sulfúrico concentrado y altas temperaturas.

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Oxidación de los alcoholes

La oxidación de los primarios, producen aldehídos o ácidos carboxílicos, los secundarios dan cetonas y los terciarios no reaccionan en las mismas condiciones, pero se degradan si la oxidación es fuerte dando mezcla de ácidos.

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Propiedades quimicas de los eteres

Son menos densos que los alcoholes
Los eteres no reaccionan con el Na y esto les diferencia de los alcoholes
Son solubles en acido sulfurico
Los epoxidos son muy reactivos por su tensión y sus éteres son menos reactivos

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REACCIONES DE LOS ETERES

De ruptura

La unión éter es muy estable en relación con las bases. Pero con respecto a la unión éter, estas sustancias sólo dan un tipo de reacción y en condiciones bastante enérgicas. Debido a la baja reactividad del enlace entre el oxígeno y el anillo aromático, produciendo un fenol y un halogenuro de alquilo.

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De Oxidación

Cuando se almacenan los éteres en presencia de oxígeno atmosférico, se oxidan lentamente para producir hidroperóxidos y peróxidos de dialquilos

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OBTENCIÓN DE LOS ÉTERES

Se forman por condensación de dos alcoholes, con pérdida de una molécula de agua

Método de Williamson: útil para obtener éteres mixtos

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Ejercicios de reacciones

Mediante el reactivo de grignard obtenga:

Que productos se obtendran al tener los siguientes reactivos

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Escriba ecuaciones para las siguientes reacciones:
a. Etanol y Na
b. Fenol y NaOH
c. Etanol y ácido acético
d. Etanol y ácido sulfúrico concentrado a 180ºC
e. n-propanol y permanganato de potasio en ambiente ácido
f. 2-butanol y permanganato de potasio en ambiente ácido
g. 2-metil-2-propanol y permanganato de potasio en ambiente ácido
h. n-pentanol y HCl
i. 2-pentanol y yodo en presencia de NaOH
j. fenol y ácido nítrico

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Obtenga:

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a) Butil etil éterb) Etil fenil éter c) Difenil éter d) Divinil éter e) Isopropoxibutano f) Bencil fenil éter g) Metoxiciclohexano h) 4-Metoxipent-2-eno i) 4-Etoxibut-1-ino j) Ciclohexil fenil éter

k) 2-Clorofenil fenil éterl) tert-butil isopropil éter m) 2-Metoxi-3-fenilbutan-1-ol n) Dietil éter o) m-Etoxifenol p) 2,3-Dimetiloxaciclopropano q) 3-Metoxioxaciclohexano r) 2-Etil-3-metiloxaciclopentano s) Ciclohexil ciclopropil éter t) 2-Metoxipentano

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Escriba las ecuaciones

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CAPITULO V Compuestos carbonílicos.

Estructura
Propiedades
Nomenclatura sistemática y tradicional
Reacciones de los compuestos carbonílicos

5. Aplicaciones

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Estructura del grupo carbonilo

Los aldehídos y cetonas son función del grupo carbonilo. Por su mayor electronegatividad, el oxígeno atrae el par electrónico mas hacia él alejándolo del carbono.
La insaturación en el enlace carbono-oxígeno unida a la mencionada polaridad del enlace permite la adición de un nucleófilo

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Estructuras

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La reactividad del grupo carbonilo es consecuencia de la diferencia de electronegatividad entre el átomo de carbono y el átomo de oxígeno

Because of the greater electronegativity of oxygen, the carbonyl group is polar, and aldehydes and ketones have larger molecular dipole moments

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Compuestos carbonílicos

Para los aldehidos, el carbono carbonilo siempre es un carbono terminal y se encuentra enlazado a un hidrógeno, mientras que en las cetonas nunca será un carbono terminal ya que debe estar enlazado a otros dos átomos de carbono

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Propiedades físicas

El formaldehído que es un gas
Los miembros inferiores son de olor agradable
El formaldehído y el acetaldehído son infinitamente solubles en agua, los homólogos superiores no son hidrosolubles
Las cetonas tienen propiedades casi idénticas a los aldehídos y se diferencian de estos por su suave olor
Los aldehídos y las cetonas poseen temperaturas de ebullición mayores que las de los hidrocarburos

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El átomo del oxígeno del carbonilo permite que las moléculas de aldehídos y cetonas formen enlaces de hidrógeno fuertes con las moléculas de agua
Como resultado los aldehídos y cetonas de bajo peso molecular, presentan solubilidades apreciables en agua. La cetona y el acetaldehído se disuelven en agua en cualquier proporción.
Todos los aldehidos y cetonas son solubles en éter.
Los compuestos con un solo grupo funcional son incoloros

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Nomenclatura.

Aldehidos

Se toma la cadena más larga que contiene el C del grupo –CHO y se sustituye la terminación –o del alcano por el sufijo –al Cuando otros grupos funcionales tienen prioridad en la nomenclatura, el grupo –CHO se denomina formilo

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Nomenclatura.

Aldehidos

El grupo -CHO se denomina -carbaldehído o -formil. Este tipo de nomenclatura es muy útil cuando el grupo aldehído va unido a un ciclo. La numeración del ciclo se realiza dando localizador 1 al carbono del ciclo que contiene el grupo aldehído.

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Nomenclatura.

Aldehidos

Cuando en la molécula existe un grupo prioritario al aldehído, este pasa a ser un sustituyente que se nombra como oxo- o formil-.

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Nomenclatura.

Aldehidos

Algunos nombres comunes de aldehídos aceptados por la IUPAC son:

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Nombres mas comunes de los Aldehidos

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El compuesto se nombra como aldehído (o carbaldehído) cuando el –CHO está unido a un anillo aromático

CETONAS.

Las cetonas se nombran sustituyendo la terminación -ano del alcano con igual longitud de cadena por -ona. Se toma como cadena principal la de mayor longitud que contiene el grupo carbonilo

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Existe un segundo tipo de nomenclatura para las cetonas, que consiste en nombrar las cadenas como sustituyentes, ordenándolas alfabéticamente y terminando el nombre con la palabra cetona.

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Cuando la cetona no es el grupo funcional de la molécula pasa a llamarse oxo-.

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Nombre comunes

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Ejercicios

Propionaldehído
Formaldehído
Acetona
2-clorobutiraldehído
benzaldehído
dietilcetona
acetaldehído
metil-isopropilcetona
3-metil-butanal
2,4-hexanodiona
2-bromo-ciclohexanona
3-butinal

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Reacciones de los aldehidos y cetonas

Reacciones de oxidación

Los aldehídos oxidan fácilmente y se convierten en el ácido carboxílico respectivo, en contraste con las cetonas que son difíciles de oxidar

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a) Hidrogenación

Los aldehídos y cetonas se transforman en alcoholes al hacerlos pasar sobre Cu a 300 °C en un proceso inverso al de deshidrogenación de alcoholes

b) Reacción bisulfítica

Los aldehídos y metilcetonas (con un grupo metilo en posición ), reaccionan con bisulfito

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c) Adición de CNH

Aldehídos y cetonas adicionan cianuro de hidrógeno para dar lugar a la formación de cianhidrinas (hidroxinitrilos).

d) Condensación aldólica Los aldehídos en presencia de disoluciones diluidas de hidróxidos alcalinos sufren la denominada «condensación aldólica», con formación de un aldol (molécula que contiene simultáneamente las funciones aldehído y alcohol).

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e) Polimerización

En presencia de ácidos inorgánicos diluidos, los aldehídos sufren una autoadición con ciclación simultánea en la que se forman trímeros cíclicos; así en el caso del formaldehído se forma trioxano:

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METODOS DE OBTENCION 1.° Métodos de obtención comunes a aldehídos y cetonas a) Oxidación de alcoholes La oxidación de alcoholes primarios produce en una primera etapa, aldehídos; mientras que la oxidación de alcoholes secundarios conduce a cetonas.

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b) Hidratación de alquinos En presencia de sulfato mercúrico y ácido sulfúrico diluido, como catalizadores, se adiciona una molécula de agua al triple enlace de un alquino, con lo que se forma primero un enol que, al ser inestable, se isomeriza por reagrupamiento en un compuesto carbonílico. Únicamente cuando se utiliza acetileno como producto de partida se obtiene acetaldehído, según la reacción.

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c) Oxidación de alquenosSe pueden clasificar en 2 tipos, el primer tipo corresponde a la oxidación del enlace pi sin ruptura del enlace, el segundo tipo se refiere a la oxidación del enlace pi con ruptura del enlace sigma

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2.º Métodos de obtención de aldehídos a) Reducción de cloruros de acilo Los cloruros de acilo o cloruros de ácido, son derivados reactivos de los ácidos carboxílicos en los cuales, el grupo hidroxilo o ácido se reemplaza por un átomo de cloro Por ello, el procedimiento utilizado es convertir primero el ácido en su cloruro (cloruro de acilo) que se reduce fácilmente a aldehído:

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3.º Métodos de obtención de cetonasa) Reacción de nitrilos con reactivos de Grignard Los reactivos de Grignard o magnesianos, R—MgX, se adicionan fácilmente a los enlaces múltiples polares, formando compuestos de adición que se hidrolizan con gran facilidad. b) Síntesis de Friedel-Crafts Se pueden obtener cetonas a partir de hidrocarburos, empleando como reactivo atacante un halogenuro de acilo, R—CO—X

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Sustitución de halógenos

Los hidrógenos α de los aldehídos y cetonas se reemplaza por algún halógeno cuando esta en una reacción alcalina hasta formar una reaccion del haloformo o cloruro de acido Oxidación de alcoholes secundarios Los alcoholes secundarios pueden oxidarse a cetonas. La oxidación de un alcohol secundario o primario se puede llevar a cabo con un gran número de reactivos como el KMnO4, CrO3 y Na2Cr2O7

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Formación de acetales(ó cetales). Los aldehídos y las cetonas pueden reaccionar con los alcoholes en presencia de ácido (HCl) dando lugar a la formación de acetales y cetales respectivamente.

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Ejercicios

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Butiraldehído + Bisulfito de sodio -> SUSTITUCION POR HALOGENOS DEL BENZOALDEHIDO

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Qué productos se obtendrán en la reacción del HCN con los siguientes compuestos carbonílicos?

Prediga los productos de la oxidación de las moléculas que se señalan en este ejercicio

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Capitulo VI- ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

6.1 Estructura 6.2 Propiedades 6.3 Nomenclatura sistemática y tradicional 6.4 Reacciones de los Ácidos carboxílicos y sus derivados

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6.1 Estructura de los ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos presentan un átomo de carbono primario unido a un átomo de oxígeno mediante enlace doble y, simultáneamente, a un grupo alcohol Se caracterizan por tener el grupo "carboxilo" -COOH en el extremo de la cadena, doble enlace y por tanto hibridación sp2 en dicho carbono Puede actuar tanto con ácidos como bases: el protón del grupo OH o todo el grupo OH pueden ser reemplazados por otros sustituyentes y la función carbonilo es susceptible al ataque nucleófilo sobre el carbono

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6.1 Estructura de los ácidos carboxílicos

En el ácido fórmico la longitud del enlace C=O es de 1,202 A en tanto que la longitud del enlace C - OH es de solo 1,343 A. El átomo de carbono emplea tres orbitales híbridos sp2 y un orbital p para formar sus enlaces. De acuerdo con esto, puede predecirse que el anión carboxilato es plano y con ángulos de aproximadamente 120º entre sus átomos

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6.1 Estructura de los ácidos carboxílicos

El grupo carboxilo es el origen de una serie de compuestos orgánicos entre los que se encuentran los haluros de ácido (RCOCl), los anhidridos de ácido (RCOOCOR), los ésteres (RCOOR´), y las amidas (RCONH2).
El ácido carboxílico más simple, el ácido fórmico, es el causante de la irritación causada por la picadura de las hormigas (del latín formica, hormiga)
El anión carboxilato posee híbridos de resonancia

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Son más ácidos los ácidos carboxílicos que los alcoholes por dos factores:

1.- La resonancia que estabiliza al anión carboxilato, lo que no ocurre en el anión alcóxido.

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2.- El efecto inductivo del grupo carbonilo adyacente al enlace –OH, hace que la densidad electrónica se aleje del grupo –OH de tal manera que el hidrógeno pueda cederse a una base más fácilmente

Enlace -OH

O-H

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Acidez

Cuanto más cerca estén del grupo carboxilo los sustituyentes con efecto inductivo –I, más se incrementará la acidez. También será mayor la acidez, cuanto más electronegativo sea el elemento.

3.18

2.90

4.76

2.86

2.59

Aumenta la acidez

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Clasificación de los ácidos

Ácidos Monobásicos o Monocarboxilicos

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Ácidos Bibásicos o Dicarboxílicos
Ácidos Polibásicos

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Ácidos Grasos

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Propiedades Físicas

Puede formar Puente de Hidrógeno El grupo carboxílico le da carácter polar a estos ácidos, pero según aumenta la longitud de la cadena, su polaridad disminuye. Cuánto más larga sea la cadena, más sólidos y más estables son (más enlaces intermoleculares) y menos solubles. Los ac. Monocarboxílicos más cortos “huelen mal” y son solubles en agua, los largos no huelen y tienen forma de cera, no se disuelven tan bien.

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Propiedades Físicas

En los ácidos aromáticos monocarboxílicos, la relación carbono-carbono es de 6:1 lo que provoca que la solubilidad se vea disminuida con respecto a los ácidos monocarboxílicos alifáticos. Punto de ebullición: Los ácidos carboxílicos presentan puntos de ebullición elevados debido a la presencia de doble puente de hidrógeno. Punto de fusión: El punto de fusión varía según el número de carbonos, siendo más elevado el de los ácidos fórmico y acético, al compararlos con los ácidos propiónico, butírico y valérico de 3, 4 y 5 carbonos, respectivamente.

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NOMENCLATURA

Regla 1. La IUPAC nombra los ácidos carboxílicos reemplazando la terminación -ano del alcano con igual número de carbonos por -oico.

Se tiene en cuenta la cadena más larga que contenga al grupo carboxilo.
Al dar el nombre, el grupo carboxilo tiene prioridad sobre cualquier grupo funcional.

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NOMENCLATURA

Regla 2. Cuando el ácido tiene sustituyentes, se numera la cadena de mayor longitud dando el localizador más bajo al carbono del grupo ácido. Los ácidos carboxílicos son prioritarios frente a otros grupos, que pasan a nombrarse como sustituyentes.

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El grupo carboxilo manda a los grupos carbonilos e hidroxilos para enumerar en una cadena.

ácido: 7 -hidroxi, 6-etil. 3-ceto - octanoico

Los ácidos carboxílicos también son prioritarios frente a alquenos y alquinos
Si hay dos grupos carboxilicos en los extremos, llevan la terminación dioico

COOH - CHOH - CHOH - CHOH - COOHácido 2,3,4-triol-pentanodioico

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Regla 3. Los ácidos carboxílicos también son prioritarios frente a alquenos y alquinos. Moléculas con dos grupos ácido se nombran con la terminación -dioico. Regla 4. Cuando el grupo ácido va unido a un anillo, se toma el ciclo como cadena principal y se termina en -carboxílico.

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Ejercicios

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a) Ácido 3-ter-butil-5-isobutilnonanoico
b) Ácido fórmico
c) Ácido 5-cloro-4-etilpentanoico
d) Ácido 3-isopropil-3-propilheptanoico
e) Ácido Pentanoico
f) Ácido Acetico
g) ácido 4-bromo-3-isobutil pentanoico
h) ácido 2,3,6-tricloro-2-sec-butilheptanoico
i) ácido 2-ter-butil-4-metilhexanoico

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Derivados de los ácidos carboxílicos

Esteres
Los nombres de los ésteres, consisten en tres palabras que reflejan su estructura. La primera se deriva del ácido carboxílico, en donde la terminación ico se sustituye por ato, la segunda es de y la tercera se deriva del grupo alquilo del alcohol

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Ejemplos de nomenclatura de los ésteres

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Haluros de ácido
Los radicales acilo se nombran sustituyendo la terminación -oico o -ico del ácido por -oilo o -ilo. Para los radicales derivados de los ácidos que se nombran mediante el sufijo -carboxílico, se emplea la terminación -carbonilo

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Ejemplos de nomenclatura de Haluros de ácido

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Sales

Se sustituye la terminación -ico del ácido por la terminación -ato. En caso de que se haya utilizado el sufijo - carboxílico para nombrar el ácido se sustituye por - carboxilato. A continuación el nombre del metal correspondiente.

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Anhídridos
La nomenclatura de los anhídridos es muy simple: se cambia la palabra ácido por anhídrido tanto en el nombre común se mantiene

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Ejemplos de nomenclatura de los esteres

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Amidas

Para dar el nombre a una amida primaria, se menciona primero el ácido correspondiente. Se elimina la palabra ácido y el sufijo ico, o el sufijo oico del nombre del ácido carboxílico y se agrega el sufijo amida. Las amidas secundarias y terciarias se nombran tratando a los grupos alquilo en el nitrógeno como sustituyentes, especificando su posición mediante el prefijo N.

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Ejemplo de nomenclatura de las Amidas.

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Ejercicios

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Ejercicios

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Propiedades físicas

Los puntos de ebullición de derivados de ácidos simples estan en función de sus pesos moleculares; para comparar, se incluyen los n-alcanos. Los ésteres y los cloruros de acilo tienen sus puntos de ebullición cercanos a los de los alcanos de cadena recta y peso molecular semejante
La principal característica de los ácidos carboxílicos, como su propio nombre indica, es la acidez.
Los ácidos carboxílicos forman puentes de hidrógeno fuertes en fase líquida, lo que ocasiona puntos de ebullición altos
El orden de reactividad de los compuestos carboxílicos es

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Esto hace que los primeros cuatro ácidos monocarboxílicos alifáticos sean líquidos completamente solubles en agua. La solubilidad disminuye a medida que aumenta el número de átomos de carbono. A partir del ácido dodecanóico o ácido láurico los ácidos carboxílicos son sólidos blandos insolubles en agua.

En los ácidos aromáticos monocarboxílicos, la relación carbono-carbono es de 6:1 lo que provoca que la solubilidad se vea disminuida con respecto a los ácidos monocarboxílicos alifáticos.

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MÉTODOS DE OBTENCIÓN

Por oxidación de alcoholes primarios
El permanganato de potasio es uno de los mejores reactivos para convertir un alcohol primario a un ácido carboxílico.

Oxidación de alquenos y alquinos con KMnO4 en caliente

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Ozonólisis de alquinos

Oxidación de aldehídos

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Síntesis de cloruros de ácido.
Los cloruros de ácido se preparan mediante la reacción de los ácidos carboxílicos con PCl5 (un cloruro de ácido del ácido fosfórico), PCl3 (un cloruro de ácido del ácido fosforoso) o con SOCl2 (un cloruro de ácido del ácido sulfuroso).

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Síntesis de anhidridos de ácido.
Los anhidridos de ácido se preparan por reacción de los ácidos carboxílicos con cloruros de ácido en presencia de una base no nucleofílica

}

Síntesis de ésteres
Los ácidos carboxílicos reaccionan con alcoholes, en presencia de un catalizador ácido, formando ésteres y agua

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Hidrolisis

Cloruros de ácido
La hidrolisis ocurre rápidamente, incluso con el aire húmedo sin catálisis ácida o básica.

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Hidrólisis de Ésteres en medio ácido
Hidrólisis de Amidas en medio básico

Hidrolisis de Amidas en medio ácido

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Hidrolisis de Nitrilos en medio básico
Hidrolisis de Nitrilos en medio ácido

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EJERCICIOS
Realice la reacción para la obtención de acido benzoico a partir del alcohol bencílico
Realice la reacción para la obtención de acido benzoico a partir de la benzamida
Desarrolle la reacción entre el acido acético y el hidróxido de potasio
Desarrolle la reacción entre el acido acético y el alcohol metílico
Desarrolle la reacción entre el acido acético y el amoniaco
Escriba la oxidación del alcohol isobutilico

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EJERCICIOS

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EJERCICIOS

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Ejercicios

Obtención del éter etilico
Obtenga el isopropanoato de terbutilo
Mediante la sintesis d grignard obtener el 3 metil pentanol
Mediante hidrogenacion obtenga el 2 - butino

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Completar

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Capitulo VII AMINAS

Estructura de las aminas
Clasificación de las aminas
Propiendas físicas de las aminas
Nomenclatura de las aminas
Basicidad de las aminas
Ejercicios

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7.1 Estructura de las aminas

La forma de esta molécula, considerando en es tetraédrica ligeramente distorsionada.
Una amina con tres sustituyentes diferentes no presenta actividad óptica debido a la interconversión de enantiómeros

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Interconversión de aminas.

La inversión del nitrógeno interconvierte los dos enantiómeros de una amina sencilla quiral. El estado de transición tiene una estructura híbrida sp2, plana, con el par solitario en un orbital p.

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Puentes de hidrógeno

Las aminas primarias y secundarias tienen enlaces N-H que les permiten formar puentes de hidrógeno. Las aminas terciarias, como no tienen enlace N-H, no pueden formar este tipo de enlaces intermoleculares. Sin embargo, pueden aceptar puentes de hidrógeno con moléculas que tengan enlaces O-H o N-H.

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7.2 Clasificación de las aminas

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Las aminas terciarias, que no pueden formar puentes de hidrógeno, tienen puntos de ebullición más bajos que los de las aminas primarias o secundarias de pesos moleculares semejantes.

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7.3 Propiendas físicas de las aminas

En términos generales los puntos de fusión y ebullición aumentan con el peso molecular.
La solubilidad (en agua) es relacionada con la disminución del peso molecular, es decir, la capacidad de formar puentes de hidrogeno.
La metilamina tiene un mayor punto de eb. Mayor que el etano pero no tan alto como el etanol, debido a que el enlace N-H no es tan polar como el O-H

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Por esta razón, las aminas de bajo peso molecular (hasta 6 átomos de carbono) son relativamente solubles en agua y en alcoholes.
La propiedad más característica de las aminas es su olor a pescado descompuesto
La dimetilamina es la única amina secundaria gaseosa y la trimetilamina es la única amina terciaria gaseosa.

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7.4. Nomenclatura

Las aminas se pueden nombrar mencionando primero los grupos alquilo unidos al nitrógeno, seguidos del sufijo -amina.
Las aminas con estructura más complicada se pueden nombrar llamando al grupo -NH2 como amino

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Nomenclatura. Aminas Aromáticas
Nomenclatura. Aminas heterocíclicas

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Ejemplos:

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Ejercicios

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Ejercicios

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7.5 Basicidad de las aminas

Una amina es un nucleófilo (una base de Lewis) debido a que el par solitario de electrones no enlazantes pueden formar un enlace con un electrófilo del nitrógeno puede aceptar un protón de un ácido.
Puede actuar como base de Bronsted-Lowry aceptando un protón de un ácido.
Aminas alquílicas son bases más fuertes que el amoniaco. Al aumentar el número de grupos alquilo, la solvatación disminuye y las aminas 2ª y 3ª son parecidas a las aminas 1ª en basicidad.

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Reacciones de las aminas

Aminas primarias
Aminas Secundarias

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Aminas terciarias
Aminas cuaternarias

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Obtención por aminaciónreductiva

Formación de sales

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Acilación

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Ejercicios

Obtenga:
Metilamina
Propilamina
Etilmetilamina
Dimetilamina
Metilisopripilamina
Trimetilamina
tetrametilamonio
A partir de la acetona obtenga el metilisopropilamina

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n-pentil amina + ácido clorhídrico ->
trimetil amina + ácido sulfúrico ->
pirrol + ácido acético ->
Realizar la reacción entre la anilina y tres moles de bromuro de metilo
Realizar la reacción entre la trimetilamina y cloruro de etilo.
Realizar la reacción entre la hexanamina y el bromuro de metilo
Realizar la reacción entre amoniaco y el cloruro de metilo

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Ejercicios

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9.6 Aldolización

En presencia de bases, la mayoría de los aldehídos y cetonas se convierten en dímeros llamados aldoles de la siguiente manera:
Al unirse se forma una molécula que tiene una función alcohol y otra función aldehído en la misma molécula

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9.7 Tautomería

Los tautómeros son compuestos diferentes que normalmente se interconvierten a gran velocidad, pero que en principio se pueden aislar como compuestos separados y demostrar que su estructura es distinta

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9,8 Reacción de Tollens

Un caso especial de oxidación de los aldehídos es la Reacción de Tollens, también conocida como Ensayo de Tollens, donde como oxidante se emplea el complejo Ag(NH3)+2, siendo un ensayo específico de los aldehídos, lo que nos permite determinar la presencia de un aldehído en una muestra.

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9,10 Reacciones de reducción.

Mediante el empleo de hidruros como el NaBH4 y LiAlH4 los aldehídos se reducen a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios

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Ejercicios

Obtener:
3-hidroxi-2-metil pentanal
4-hidroxi-4-metil-2-pentanona
4,4 – dimetil-2-pentenal
3 – hidroxibutanal a partir del etanal
Proponga una síntesis para la desidratación aldolica

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A partir de 4-pentin-1-ol obtener:
Síntesis del 2-metil propanal a partir del alcohol correspondiente
Síntesis de la propanona a partir del alcohol correspondiente
Oxidación contralada de ciclo butanol
*Hidrogenación de la propanona
Formación del 2 butanol, a partir de una cetona

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Y POR FIN SE ACABO LA QUIMICA ORGANICA

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QUIMICA ORGANICA

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