Primer Trimestre

Unidad Nro.1: Nociones Preliminares de Química Orgánica.

1.1 Introducción a la Química del Carbono.  

1.2 Carácteristicas de los Compuestos Orgánicos.

1.3 Estructura del Átomo del Carbono. Hibridaciones.

1.4 Cargas Formales

1.5 Resonanica

1.6 Tipos de Cadena Carbonadas y Grupos Funcionales.

1.7 Escritura de Estructuras Químicas ( Modelos Moleculares)

1.8 Isomería

Unidad Nro.2: Hidrocarburos saturados; Alcanos y Cicloalcanos.

2.1 Propiedades de los Alcanos

2.2 Nomenclatura de Alcanos

2.3 Reacciones de los Hidrocarburos Saturados (Síntesis)

2.4 Cicloalcanos (Reacciones)

2.5 Nomenclatura de Cicloalcanos

Unidad Nro. 3: Hidrocarburos Insaturados Alquenos y Alquinos

3.1 Preparación Industrial y Uso de los Alquenos

3.2 Isomería (Cis- Trans)

3.3 Nomenclatura de los Alquenos

3.4 Reacciones de Adicións Electrofílica

3.5 Preparación de Alquinos: Reacciones de Eliminación de Dihalogenuros

3.6 Nomenclatura de Alquinos

Evaluación:

Compentencia a Evaluar: Argumentativa, Interpretativa y Propositiva (Análisis)

Desarrollo del Plan Trimestral

UnidadNro1: Nociones preliminares de química orgánica

1.1 Introducción a la química del Carbono

Para entender la vida tal como la conocemos, primero debemos entender un poco de química orgánica. Las moléculas orgánicas contienen carbono e hidrógeno. Mientras que muchos químicos orgánicos también contienen otros elementos,  es la unión del carbono - hidrógeno lo que los define como orgánicos. La química orgánica define la vida. Así como hay millones de diferentes tipos de organismos vivos en este planeta, hay millones de moléculas orgánicas diferentes, cada una con propiedades químicas y físicas diferentes. Hay químicos orgánicos que son parte del pelo, piel, uñas, etc. La diversidad de químicos orgánicos tiene su origen en la versatilidad del átomo de carbono. ¿Porqué el carbono es un elemento tan especial? Miremos su química más detalladamente. 

El carbono (C) aparece en la segunda hilera de la tabla periódica  y tiene cuatro electrones de enlace en su envoltura de valencia.  Al igual que otros no metales, el carbono necesita ocho electrones para completar su envoltura de valencia. Por consiguiente, el carbono forma cuatro enlaces con otros átomos (cada enlace representa a uno de los electrones de carbono y uno de los electrones del átomo que se enlazan). Cada valencia de electrón participa en el enlace, por consiguiente el enlace del átomo de carbono se distribuirá parejamente sobre la superficie del átomo. 

Estos enlaces forman un tetradrón (una pirámide con una punta en la parte  superior), como se ilustra en el siguiente dibujo:

carbon bonds - El carbono forma 4 enlaces

El carbono forma 4 enlaces

Los químicos orgánicos toman su diversidad de muchas diferentes maneras en las que el carbono puede enlazarse con otros átomos. Los químicos orgánicos más simples, llamados hidrocarbonos, contienen sólo carbono y átomos de hidrógeno; el hidrocarbóno más simple (llamado metano contiene un sólo átomo de carbono enlazado a cuatro átomos de hidrógeno:

carbon-methane - Metano- un átomo de carbono enlazado a 4 átomos de hidrógenos

Metano- un átomo de carbono  enlazado a 4 átomos de hidrógenos

Pero el carbono puede enlazarse con otros átomos de carbono adicionalmente al hidrógeno tal como se ilustra en el siguiente dibujo de la molécula etano:

carbon-ethane - Etano- un enlace carbono-carbono 

Etano- un enlace carbono-carbono 

cadenas en rama:

carbon-hexane - Hexano- una cadena de 6 carbonos 

Hexano- una cadena de 6 carbonos 

cadenas en rama:

carbon-isohexane - Isohéxano- una cadena en ramas de carbono 

Isohéxano- una cadena en ramas de carbono 

anillos: 

carbon-cyclohexane - Cycloéxano- un hidrocarbono en forma de anillo 

Cycloéxano- un hidrocarbono en forma de anillo 

Parece ser que no hay límites al número de estructuras diferentes que el carbono puede formar. Para añadirle complejidad a la química orgánica, átomos de carbono vecinos pueden formar enlaces dobles o triples adicionalmente a los enlaces de carbono-carbono:

c-ethane c-ethene c-ethyne

Enlace sencillo

Enlace doble 

Enlace triple

Recuerde que cada átomo de carbono forma cuatro enlaces. A medida que el número de enlaces entre cualquiera de dos átomos de carbono aumenta, el número de átomos de hidrógeno en la molécula disminuye (tal como puede verse en la tabla de arriba).

Química Orgánica: Estudio de los compuestos relacionados con el carbono.  Implica los compuestos de carbono. Son compuesto relacionados con carbono e hidrógeno y esto forma los hidrocarburos que son los derivados de petróleo y este proceso se forma por la acumulación y transformación de plantas.  querosín, gasolina y vaselina son derivados del petróleo. Existen productos derivados del petróleo que no tienen hidrógeno, por lo tanto no son orgánico aunque tengan carbono. CO2 CO. CH4 primer compuesto que existió.

1.2 Características de los Compuestos Orgánicos

 

Las características más importantes de los compuestos orgánicos son las relativas a su composición, naturaleza covalente de sus enlaces, combustibilidad y abundancia.

Composición

Es la característica más importante que se deduce de la definición 

dada. Todos los compuestos orgánicos contienen carbono y prácticamente siempre hidrógeno. También es frecuente que posean oxígeno o nitrógeno. Existen grupos importantes de compuestos orgánicos que poseen azufre, fósforo o halógenos y hasta algunos metales. No obstante, aunque la inmensa mayoría de los compuestos orgánicos poseen además de carbono e hidrógeno sólo uno o dos de los elementos mencionados, se han preparado y descrito compuestos orgánicos con casi todos los elementos químicos conocidos.

Carácter covalente

Aunque existen muchos compuestos orgánicos iónicos, la inmensa mayoría son covalentes, lo que se traduce en que poseen las características de este tipo de sustancias: muchos son gaseosos o líquidos y, si sólidos, sus puntos de fusión son relativamente bajos; no son conductores y, en general, son solubles en disolventes no polares.

Combustibilidad

Los compuestos orgánicos se caracterizan por su facilidad de combustión, transformándose en dióxido de carbono y agua y su sensibilidad a la acción de la luz y del calor, experimentando descomposición o transformación química.

Abundancia

El número de compuestos de carbono es enorme y sobrepasa con mucho al del conjunto de los compuestos del resto de los elementos químicos. Contrariamente a lo que se pensaba a principios del siglo XIX, la síntesis de un nuevo compuesto orgánico es una tarea fácil y anualmente se preparan cientos de miles de nuevos compuestos. Como consecuencia de ello, mientras que el número de compuestos inorgánicos conocidos apenas sí sobrepasa el medio millón, de los 12.000 compuestos orgánicos que se conocían en 1880, en 1910 se había pasado a los 150.000, al medio millón en 1940 y a los 5.000.000 en 1980. En la actualidad se debe haber duplicado la última cantidad, ya que el ritmo de aumento anual es de aproximadamente unos 500.000 nuevos compuestos.

La causa de la existencia de un número tan elevado de compuestos de carbono se debe al carácter singular de este elemento, que puede:

  • Formar enlaces fuertes con los más variados elementos, tanto con los muy electronegativos como con los de carácter metálico más acentuado.
  • Unirse consigo mismo con enlaces covalentes fuertes, formando largas cadenas lineales, ramificadas o cíclicas.
  • Formar enlaces múltiples (dobles y triples) consigo mismo o con otros elementos.

Como consecuencia de estas características existen muchos compuestos con la misma composición pero distinta estructura, fenómeno muy frecuente en química orgánica que se conoce con el nombre de isomería .

 Otras características son: 

  • Poco Densos
  • Electro conductores
  • Poco Hidrosolubles
  • Pueden ser de origen natural u origen sintético
  • Tienen carbono
  • Casi siempre tienen hidrogeno
  • Componen la materia  viva
  • Su enlace mas fuerte en covalente
  • Presentan isomería
  • Existen mas de 4 millones
  • Presentan concatenación

1.3 Estructura del átomo del carbono, hibridaciones.

La hibridación del carbono consiste en un reacomodo de electrones del mismo nivel de energía (orbital s) al orbital p del mismo nivel de energía. Esto es con el fin de que el orbital p tenga 1 electrón en "x", uno en "y" y uno en "z" para formar la tetra valencia del carbono. Se debe tomar en cuenta que los únicos orbitales con los cuales trabaja el Carbono son los orbitales "s" y "p". 

Características: El carbono tiene un número atómico 6 y número de masa 12; en su núcleo tiene 6 protones y 6 neutrones y está rodeado por 6 electrones, distribuidos de la siguiente manera:

  • Dos en el nivel 1s
  • Dos en el nivel 2s
  • Dos en el nivel 2p 

Estado Basal y Estado Excitado: Su configuración electrónica en su estado natural es:

  • 1s² 2s² 2px¹ 2py¹ 2pz (estado basal).

Se ha observado que en los compuestos orgánicos el carbono es tetravalente, es decir, que puede formar 4 enlaces.

Cuando este átomo recibe una excitación externa, uno de los electrones del orbital 2s se excita al orbital 2pz , y se obtiene un estado excitado del átomo de carbono:

  • 1s² 2s¹ 2px¹ 2py¹ 2pz¹ (estado excitado).  



Hibridación sp³ (enlace simple C-C)  

En seguida, se hibrida el orbital 2s con los 3 orbitales 2p para formar 4 nuevos orbitales híbridos que se orientan en el espacio formando entre ellos, ángulos de separación 109.5°. Esta nueva configuración del carbono hibridado se representa así:

A cada uno de estos nuevos orbitales se los denomina sp³, porque tienen un 25% de carácter S y 75% de carácter P. Esta nueva configuración se llama átomo de carbono híbrido, y al proceso de transformación se llama hibridación.

De esta manera, cada uno de los cuatro orbitales híbridos sp³ del carbono puede enlazarse a otro átomo, es decir que el carbono podrá enlazarse a otros 4 átomos, así se explica la tetra valencia del átomo de carbono.

Debido a su condición híbrida, y por disponer de 4 electrones de valencia para formar enlaces covalentes sencillos, pueden formar entre sí cadenas con una variedad ilimitada entre ellas: cadenas lineales, ramificadas, anillos, etc. A los enlaces sencillos –C-C- se los conoce como enlaces sigma. así todo esto ocurre a que el atomo se dispersa

  

 

Hibridación sp² (enlace doble C=C) Configuración de los orbitales sp².

 

Los átomos de carbono también pueden formar entre sí enlaces dobles y triples, denominados instauraciones. En los enlaces dobles, la hibridación ocurre entre el orbital 2s y dos orbitales 2p, y queda un orbital p sin hibridar. A esta nueva estructura se la representa como:

1s² (2sp²)¹ (2sp²)¹ (2sp²)¹ 2p¹

Al formarse el enlace doble entre dos átomos, cada uno orienta sus tres orbitales híbridos con un ángulo de 120°, como si los dirigieran hacia los vértices de un triángulo equilátero. El orbital no hibridado queda perpendicular al plano de los 3 orbitales sp².

A este doble enlace se lo denomina π (pi), y la separación entre los carbonos se acorta. Este enlace es más débil que el enlace σ (sigma) y, por tanto, más reactivo.

Este tipo de enlace da lugar a la serie de los alquenos.    

Hibridación sp (enlace triple CC)

El segundo tipo de instauración es el enlace triple: el carbono hibrida su orbital 2s con un orbital 2p. Los dos orbitales p restantes no se hibridan, y su configuración queda:

  • 1s² (2sp)¹ (2sp)¹ 2py¹ 2pz¹

Al formarse el enlace entre dos carbonos, cada uno traslada uno de sus 2 orbitales sp para formar un enlace sigma entre ellos; los dos orbitales p sin hibridar de cada átomo se trasladan formando los dos enlaces (π) restantes de la triple ligadura, y al final el último orbital sp queda con su electrón disponible para formar otro enlace.

A los dos últimos enlaces que formaron la triple ligadura también se les denomina enlaces pi(π), y todo este conjunto queda con ángulos de 180° entre el triple enlace y el orbital sp de cada átomo de carbono, es decir, adquiere una estructura lineal.

La distancia entre estos átomos se acorta más, por lo que es incluso más reactivo que el doble enlace

1.4Cargas Formales

En química , una carga formal (FC) es una carga especial de un átomo en una molécula , asignada al asumir que los electrones  en un enlace químico se comparten por igual entre los átomos, sin consideraciones de electronegatividad relativa o, en otra definición, la carga que quedaría en un átomo cuando todos los ligados son removidos homolíticamente. La carga formal de cualquier átomo en una molécula puede ser calculada por la siguiente ecuación: carga formal = número de electrones de valencia del átomo aislado - electrones de pares libres  del átomo en la molécula - la mitad del número total de electrones que participan en enlaces covalentes con este átomo en la molécula.

Cuando se determina la estructura de Lewis  correcta (o la estructura de resonancia ) para una molécula, es un criterio muy significativo en la selección de la estructura final el que la carga formal (sin signo) de cada uno de los átomos esté minimizada.

Ejemplos

carbono en metano(CH4): FC = 4 - 0 - 8/2 = 0

nitrógeno en el grupo nitro NO2-: FC = 5 - 1 - 6/2 = 1

oxígeno unido por enlace simple en el NO2-: FC = 6 - 5 - 2/2 = 0

oxígeno unido por enlace doble en el NO2-: FC = 6 - 4 - 4/2 = 0

Un método alternativo para asignar carga a un átomo tomando en cuenta la electronegatividad es por su número de oxidación . Otros conceptos relacionados son valencia , que cuenta el número de electrones que un átomo usa en enlaces, y número de coordinación el número de átomos unidos al átomo de interés.

1.5Resonancia

La Resonancia (denominado también Mesomería) en química es una herramienta empleada (predominantemente en química orgánica ) para representar ciertos tipos de estructuras moleculares. La resonancia consiste en la combinación lineal de estructuras de una molécula (estructuras resonantes) que no coinciden con la estructura real, pero que mediante su combinación, nos acerca más a su estructura real. El efecto es usado en una forma cualitativa, y describe las propiedades de atracción o liberación de electrones de los sustituyentes, basándose en estructuras resonantes relevantes, y es simbolizada por la letra R o M (a veces también por la letra K). El efecto resonante o mesomérico es negativo (-R/-M) cuando el sustituyente es un grupo que atrae electrones, y el efecto es positivo (+R/+M) cuando, a partir de la resonancia, el sustituyente es un grupo que libera electrones.

  • Ejemplos de sustituyentes -R/-M: acetilo -  nitrilo -  nitro Ejemplos de sustituyentes +R/+M: alcohol  - amina  La resonancia molecular es un componente clave en la teoría del  enlace covalente.  Para su existencia es imprescindible la presencia de enlaces dobles o triples en la molécula. El flujo neto de electrones desde o hacia el sustituyente está determinado también por el efecto indutivo.  El efecto mesomérico como resultado del traslape de  orbital p (resonancia) no tiene efecto alguno en este efecto inductivo, puesto que el efecto inductivo está relacionado exclusivamente con la  electronegatividad de los átomos, y su química estructural (qué átomos están conectados a cuáles).

Numerosos compuestos orgánicos presentan resonancia, como en el caso de los compuestos aromáticos.

Ejemplos

  • La resonancia de ozono se representa por dos estructuras resonantes en la parte superior del Esquema 2. En realidad los dos átomos de oxígeno terminales son equivalentes y forman una estructura híbrida que se representa a la derecha con -1/2 indicando que la carga se reparte entre los dos átomos de oxígeno y los enlaces dobles parciales.
  • El concepto del benceno como híbrido de dos estructuras convencionales (medio en el esquema 2) fue uno de los hitos importantes de la química ideado por Kekulé, de tal forma que las dos formas del anillo que representan la resonancia total del sistema se suelen denominar estructuras de Kekulé. En la estructura híbrida a la derecha, el círculo substituye los tres enlaces dobles del benceno.
  • El catión del Grupo alilo (parte inferior del esquema 2) tiene dos formas resonantes mediante el enlace doble que hace que la carga positiva esté deslocalizada a lo largo de todo el catión del grupo alilo.

1.6 Tipos de cadena Carbonadas y grupos Funcionales

 cadena Carbonada: Es la secuencia de átomos de carbono, unidos entre sí, que forman el esqueleto de la molécula orgánica.

     Hay diferentes tipos de cadena, según sea a su forma:

  • Abierta o acíclica: Los átomos de carbono extremos no están unidos entre sí. No forman anillos o ciclos.

      Puede ser:

Lineal

No llevan ningún tipo de substitución. Los átomos de carbono pueden escribirse en línea recta. Aunque también se poden escribir retorcidas para ocupar menor espacio. Es importante saber ver que aunque esté torcida es una cadena lineal.

 
Ramificada De alguno de los carbonos de la cadena lineal sale otra o otras cadenas secundarias o ramas.   
  • Cerrada o cíclica: El último carbono de la cadena se une al primero, formando un ciclo o anillo.

 Hay varios tipos:

Homocíclica Los átomos del ciclo son átomos de carbono.
Heterocíclica Algún átomo de carbono del ciclo fue substituido por otro átomo, por ejemplo N, S, O, etc.
Monocíclica Sólo hay un ciclo.
Policíclica Hay varios ciclos unidos.

 

Grupos funcionales. Aldehídos

 

Atomos involucrados

Grupos funcionales

Sufijo

-al

Prefijo

oxo

Posición en la cadena

Solo al final

Fórmula general 

CnH2nO

Nombre de la familia 

aldehído

  • Para nombrar a los aldehídos se cambia la terminación o de los alcanos por al para denotar la presencia de un aldehído.

  • El grupo carbonilo de los alcanales o aldehídos siempre está al final de la cadena. Este hecho lo hace química y físicamente diferente a las cetonas, por eso se considera como un grupo funcional aparte El hidrógeno vecino al oxígeno es fácilmente oxidable y esta es una de las principales diferencias entre estas dos familias de compuestos

  • Como este grupo funcional simple está al final de la cadena no se usan números localizadores.

Sin embargo si por alguna razón se usa el prefijo oxo en este caso si hay que unir número localizador ya que este prefijo puede estar en cualquier lugar de la cadena pues se usa también con las cetonas

Estructura

Nombre de la IUPAC 

Grupos funcionales

metanal 

(formaldehdo)

Grupos funcionales

Etanal

(acetaldehido)

Grupos funcionales

nonanal

Grupos funcionales

3-etilpentanal

Grupos funcionales

2-bromohexanal

Grupos funcionales

pentanodial

Grupos funcionales

3-oxohexanal

Grupos funcionales

2-etil-3-hidroxibutanal

Grupos funcionales

(2E,4Z)-octa-2,4-dienal

Cetona y aldehídos

Generalidades.- Si los alcoholes constituyen el primer grado de oxidación de los hidrocarburos, los aldehídos y las cetonas representan el segundo. Se ha visto anteriormente que los alcoholes primarios se oxidan en aldehídos y los secundarios en cetonas; continuando la oxidación se producirán ácidos orgánicos que corresponden al tercer grado de oxidación.

La formula general de un aldehído es Grupos funcionales
Y la de una cetona Grupos funcionales
.

La existencia de ambos tipos de compuestos del grupo carbonilo Grupos funcionales
implica una serie de propiedades comunes, que dependen de la reactividad del doble enlace de dicho grupo.
Nomenclatura.- Los compuestos que contienen el grupo carbonilo (C=O)se conocen como aldehídos y cetonas. Si uno de los átomos unido al gripo carbonilo es un átomo de hidrógeno, el compuesto es un aldehído (Grupos funcionales
). El otro átomo o grupo de átomo unidos al carbonilo pueden ser hidrógeno o radicales alquíl. En el caso de las cetonas, ambos grupos unidos al carbonilo son alquílos (Grupos funcionales
).

En el sistema IUPAC la terminación característica para los aldehídos es al y para las cetonas ona, las cuales se añaden al nombre original del hidrocarburo (suprimiendo la terminación "o" de éste) que tenga el mismo número de átomos de carbono.
Por lo común, el compuesto se denomina como derivado de la cadena continua más larga de átomos de carbono, incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de los aldehídos, el grupo -CH=O tiene que aparecer siempre al final de la cadena e indicar siempre el número 1, aunque este número no aparece en el nombre. Sin embargo, en el caso de las cetonas el grupo carbonilo puede estar en posiciones diversas en una cadena carbonada y su posición debe indicarse con el número más bajo posible. Los demás sustituyentes quedan indicados por el número adecuado y el prefijo destinado a indicar sus posiciones en la cadena carbonada.
También se emplean nombres comunes para aldehídos y cetonas. Los aldehídos se denominan por lo general como derivados del ácido correspondiente que puedan formar por oxidación, la terminación ico del ácido se suprime y se sustituye por el término aldehído.
Las cetonas, con excepción de la acetona, se nombran según los grupos alquilo unidos a la función carbonilo seguidos de la palabra cetona.

Ejemplos:
Aldehídos

Compuesto

Nombre

H-CH=O

Metanal ó formaldehído

CH3-CH=O

Etanal ó acetaldehído

CH3-CH2-CH=O

Propanal ó propionaldehído

CH3-(CH2)6-CH=O

Octanal ó caprilaldehído

Cetonas

Compuesto

Nombre

CH3-C-CH3

O

Propanona; dimetil-cetona ó acetona

CH3-CH2-C-CH3

O

Butanona; metil-etil cetona

CH3

|

CH3-CH-CO-CH2-CH3

2-metil-3-pentanona

CH2-CH3

|

CH3-CH2-CH2-CH2-C-C-CH2-CH3

|

CH3-CH2 O

4,4-dietil-3-octanona

Obtención.- La obtención de aldehídos y cetonas

se efectúa por oxidación de alcoholes primarios y secundarios, hecha con dicromato potásico en medio ácido, por hidrólisis del acetileno para obtener un aldehído:
HC"CH+M2O ð CH3-COH
SO4H2
Por hidrólisis de los alqinos, salvo el acetileno, para producir cetonas:
CH3-C"CH+H2O ð CH3-CO-CH3
Puede realizarse la hidrólisis de los derivados dihalogenados de los hidrocarburos con halógenos en el mismo átomo de carbono para obtener aldehídos o cetonas:
CH3-CHCl2+2H2O ð 2ClH+CH3-COH+H2O
CH3-CCl2-CH3+2H2O ð 2ClH+CH3-CO-CH3+H2O
Propiedades físicas.- Con la excepción del metanal, que es un gas, los aldehídos y las cetonas que tienen hasta diez átomos
de carbono son líquidos de olor agradable, sobre todos las últimas. Son muy solubles en disolventes orgánicos, pero sólo son solubles en agua los primeros términos de cada clase. Esta solubilidad en agua es mucho mayor en disoluciones de ácidos fuertes, puesto que aceptan protones y forman sales de oxonio.
Propiedades químicas.- La reactividad de aldehídos y cetonas de debe al carácter no saturado del grupo carbonilo. Por reducción se obtienen los alcoholes correspondientes:
CRH=O+[H] ð R-CH2OH
RRC=O+[H] ð R-CHOH-R
Reacciones de diferenciación.-

A diferencia de las cetonas, los aldehídos son reductores fuertes, lo que se manifiesta con una disolución de NO3Ag amoniacal, que les hace depositar en espejo brillante de plata metálica (reactivo de Tollens), y con el reactivo de Fehling (disolución alacalina de sulfato cúprico y tartrato sódico potásico), al formarse un precipitado de óxido cúprico de color rojo. Los aldehídos se polimerizan fácilmente, formando sustancias de elevado peso molecular sin alterar la composición elemental. Las cetonas no se polimerizan.

 

1.7 Escritura de Estructuras Químicas (Modelos Moleculares)

La fórmula química es la representación de los  elementos que forman un compuesto  y la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que forman una molécula . También puede darnos información adicional como la manera en que se unen dichos átomos mediante enlaces químicos  e incluso su distribución en el espacio. Para nombrarlas, se emplean las reglas de la nomenclatura o fromulación química . Existen varios tipos de fórmulas químicas. 

La Fórmula Empírica:  indica el tipo de átomos presentes en un compuesto y la relación entre el número de átomos de cada clase. Siempre indica las proporciones enteras más pequeñas entre los átomos de cada clase.  En compuestos covalentes , se obtiene simplificando los subíndices de la fórmula, si ello es posible, dividiéndolos por un factor común. Así la fórmula empírica de la glucosa es CH2O, lo cual indica que por cada átomo de C , hay dos átomos de H y un átomo de O.  Los subíndices siempre son números enteros y si es igual a 1, no se escribe.

En compuestos iónicos  la fórmula empírica es la única que podemos conocer, e indica la proporción entre el número de iones de cada clase en la red iónica . En el hidruro de magnesio, hay dos iones hidruro (bolas blancas, en el diagrama) por cada ion magnesio (bolas verdes), luego su fórmula empírica es MgH2.

En compuestos no-estequiométricos , como ciertos minerales, los subíndices pueden ser números decimales. Así,el óxido de hierro (II) tiene una fórmula empírica que varía entre Fe0,84O y Fe0,95O,lo que indica la presencia de huecos, impurezas y defectos en la red.

La Fórmula Molecular: indica el tipo de átomos presentes en un compuesto molecular, y el número de átomos de cada clase. Sólo tiene sentido hablar de fórmula molecular en compuestos covalentes. Así la fórmula molecular de la glucosa es C6H12O6, lo cual indica que cada molécula está formada por 6 átomos de C , 12 átomos de H  y 6 átomos de O,  

La Fórmula Semidesarrollada:  es similar a la anterior pero indicando los enlaces entre los diferentes grupos de átomos para resaltar, sobre todo, los grupos funcionales que aparecen en la molécula. Es muy usada en química orgánica  donde se puede visualizar fácilmente la estructura de la cadena carbonada  y los diferentes sustituyentes. Así, la glucosa tendría la siguiente fórmula semidesarrollada:

CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO

unidos siempre de una determinada manera. 

La Fórmula Desarrollada: es más compleja que la fórmula semidesarrollada.  Indica todos los enlaces representados sobre un plano cartesiano , que permite observar ciertos detalles de la estructura que resultan de gran interés. Estas estructuras son también conocidas con el nombre de "estructuras de Kekulé".

 

La Fórmula Estructural: es similar a las anteriores pero señalando la geometría espacial de la molécula mediante la indicación de distancias, ángulos o el empleo de perspectivas en diagramas bi- o tridimensionales

1.8 Isomería

Tipos de isomería

La isomería consiste en que dos o más sustancias que responden a la misma fórmula molecular presentan propiedades químicas y/o físicas distintas.

Los distintos tipos de isomería se clasifican según el siguiente esquema:

   Tipos de isomería      clasiso.gif (3766 bytes)      

Isomería estructural o plana

La isomería estructural o plana se debe a diferencias de estructura y puede explicarse mediante fórmulas planas.

a) Isomería de cadena

Es la que presentan las sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la disposición de los átomos de carbono en el esqueleto carbonado, por ejemplo:

Isómeros con fórmula molecular C4H10
fnbutano.gif (1346 bytes) fibutano.gif (1372 bytes)
n-butano 2-metil-propano   (isobutano)

b) Isomería de posición

Es la que presentan sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la situación de su grupo funcional sobre el esqueleto carbonado.

Veamos algún ejemplo:

Isómeros con fórmula molecular C3H8
1-propanol 2-propanol

c) Isomería de función

Es la que presentan sustancias que con la misma fórmula molecular presentan distinto grupo funcional, por ejemplo:

Isómeros con fórmula molecular C2H6O  
etanol metano-oxi-metano
   
propanal propanona

Estereoisomería: Isomería geométrica

La estereoisomería la presentan sustancias que con la misma estructura tienen una diferente distribución espacial de sus átomos.

Una de las formas de estereoisomería es la isomería geométrica. La isomería geométrica desde un punto de vista mecánico, se debe en general a que no es posible la rotación libre alrededor del eje del doble enlace. Es característica de sustancias que presentan un doble enlace carbono-carbono:

fdoblee.gif (418 bytes), así como de ciertos compuestos cíclicos.

Para que pueda darse en los compuestos con doble enlace, es preciso que los sustituyentes sobre cada uno de los carbonos implicados en el doble enlace sean distintos. Es decir, que ninguno de los carbonos implicados en el doble enlace tenga los dos sustituyentes iguales.

Las distribuciones espaciales posibles para una sustancia que con un doble enlace son:

  • Forma cis; en ella los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en una misma región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono.
  • Forma trans; en ella los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en distinta región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono.

Por ejemplo:

Isómeros geométricos para el compuesto CH3-CH=CH-COOH
Isómero cis (Ácido isocrotónico) Isómero trans (Ácido crotónico)

De ordinario resulta más fácil transformar la forma cis en la trans que a la inversa, debido a que en general la forma trans es la más estable.

Configuraciones y conformaciones

Como acabamos de ver, al estudiar la isomería geométrica, hay ocasiones en que una misma estructura molecular puede adoptar disposiciones espaciales diferentes y estables que resultan ser isómeros espaciales separables. Estas disposiciones espaciales diferentes y permanentes reciben el nombre de configuraciones.

Así las formas cis y trans de los isómeros geométricos son distintas configuraciones de la misma estructura.

La libre rotación en torno a un enlace simple da lugar a que las moléculas puedan adoptar un número infinito de distribuciones espaciales interconvertibles recíprocamente sin ruptura de enlaces. Estas disposiciones espaciales, pasajeras, y que se interconvierten con tanta facilidad que no pueden aislarse isómeros espaciales reciben el nombre genérico de conformaciones.

Dos o más conformaciones diferentes de una misma molécula reciben la denominación recíproca de rotámeros o confórmeros.

De las infinitas conformaciones posibles por libre rotación en torno al enlace simple, no todas son igualmente probables, dependiendo de las interacciones entre los átomos de la misma molécula.

En el etano, que es uno de los casos más sencillos de considerar, las conformaciones más notables son la alternada y la eclipsada. La siguiente figura muestra ambas conformaciones con distintos tipos de representaciones:

 

Conformación alternada

 

cetnwal.gif (744 bytes)

cetecal.gif (805 bytes)

Proyección modificada
de Newman
Proyección de
enlaces convencionales
 
Conformación eclipsada
cetcaec.gif (656 bytes)

cetnwec.gif (716 bytes)

cetecec.gif (786 bytes)

Proyección en
caballete
Proyección modificada
de Newman
Proyección de
enlaces convencionales

La conformación de mayor contenido energético es la eclipsada debido a que la repulsión entre los átomos de hidrógeno es máxima, mientras que en la conformación alternada es mínima.

Unidad nro.2: Hidrocarburos Saturados; Alcanos y Cicloalcanos

2.1 Propiedades de los Alcanos

Propiedades Físicas

Punto de ebullición. Los puntos de ebullición de los alcanos no ramificados aumentan al aumentar el número de átomos de Carbono. Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificada, tendrá un punto de ebullición menor.

Solubilidad. Los alcanos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno. Los alcanos líquidos son miscibles entre sí y generalmente se disuelven en disolventes de baja polaridad. Los buenos disolventes para los alcanos son el benceno, tetracloruro de carbono, cloroformo y otros alcanos.

Propiedades Químicas

Los alcanos arden en el aire con llama no muy luminosa y produciendo aguay anhídrido carbónico. La energía térmica desprendida en la combustión de un alcano puede calcularse por: Q = n * 158.7 + 54.8 calorías
Donde n = número de átomos de carbono del alcano.

Nomenclatura

Se nombran mediante un prefijo que indica el número de átomos de carbono de la cadena y el sufijo -ano.

Nº de C

Prefijo

1

met

2

et

3

prop

4

but

5

pent

 

Nº de C

Prefijo

6

hex

7

hept

8

oct

9

non

10

dec

 

Nº de C

Prefijo

11

undec

12

dodec

13

tridec

14

tetradec

15

pentadec

 

Síntesis

El principal método para la obtención de alcanos es la hidrogenación de alquenos.

Alcanos

El catalizador puede ser Pt, Pd, Ni .

Reacciones

Las reacciones más importantes de los alcanos son la pirolisis, la combustión y la halogenación.

Pirolisis. Se produce cuando se calientan alcanos a altas temperaturas en ausencia de Oxígeno. Se rompen enlaces C-C y C-H, formando radicales, que se combinan entre sí formando otros alcanos de mayor número de C.

Halogenación

Alcanos


Alcanos

El Br es muy selectivo y con las condiciones adecuadas, prácticamente, se obtiene un sólo producto, que será aquel que resulte de la adición del Br al C más sustituido.

El flúor es muy poco selectivo y puede reaccionar violentamente, incluso explosionar, por lo que apenas se utiliza para la halogenación de alcanos.

La halogenación de alcanos mediante el Yodo no se lleva a cabo.

Estructura

Los orbitales de enlace del carbono en los alcanos son los híbridos sp3; por tanto los ángulos son los característicos de este tipo de orbital o sea de 109,5º. La distancia entre carbono y carbono es de 1,54 A y entre carbono e hidrógeno de 1,08 A.

Se utilizan diferentes modelos para la representación espacial de las moléculas: el tetraédrico, el Stuart y el de esferas y varillas, los que se muestran aplicados a la molécula de metano.

2.2 Nomenclatura de Alcanos

En los orígenes de la química, los compuestos orgánicos eran nombrados por sus descubridores.  La urea recibe este nombre por haber sido aislada de la orina.
El ácido barbitúrico fue descubierto por el químico alemán Adolf von Baeyer, en 1864.  Se especula que le dio este nombre en honor de una amiga llamada bárbara.

La ciencia química fue avanzando y el gran número de compuestos orgánicos descubiertos hicieron imprescindible el uso de una nomenclatura sistemática.
En el sistema IUPAC de nomenclatura un nombre está formado por tres partes: prefijos, principal y sufijos; Los prefijos indican los sustituyentes de la molécula; el sufijo indica el grupo funcional de la molécula; y la parte principal el número de carbonos que posee. Los alcanos se pueden nombrar siguiendo siete etapas:

Regla 1.- Determinar el número de carbonos de la cadena más larga, llamada cadena principal del alcano. Obsérvese en las figuras que no siempre es la cadena horizontal.

Elección de la cadena principal

El nombre del alcano se termina en el nombre de la cadena principal (octano) y va precedido por los sustituyentes.

Regla 2.- Los sustituyentes se nombran cambiando la terminación –ano del alcano del cual derivan por –ilo (metilo, etilo, propilo, butilo). En el nombre del alcano, los sustituyentes preceden al nombre de la cadena principal y se acompañan de un localizador que indica su posición dentro de la cadena principal. La numeración de la cadena principal se realiza de modo que al sustituyente se le asigne el localizador más bajo posible.

Nomenclatura de los sustituyentes

Regla 3.- Si tenemos varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente precedidos por lo localizadores. La numeración de la cadena principal se realiza para que los sustituyentes en conjunto tomen los menores localizadores.

Nomenclatura de alcanos

Si varios sustituyentes son iguales, se emplean los prefijos di, tri, tetra, penta, hexa, para indicar el número de veces que aparece cada sustituyente en la molécula. Los localizadores se separan por comas y debe haber tantos como sustituyentes.

Nomenclatura de alcanos

Los prefijos de cantidad no se tienen en cuenta al ordenar alfabéticamente.

Regla 4.- Si al numerar la cadena principal por ambos extremos, nos encontramos a la misma distancia con los primeros sustituyentes, nos fijamos en los demás sustituyentes y numeramos para que tomen los menores localizadores.

Nomenclatura de alcanos

Regla 5.- Si al numerar en ambas direcciones se obtienen los mismos localizadores, se asigna el localizador más bajo al sustituyente que va primero en el orden alfabético.

Regla 6.- Si dos a más cadenas tienen igual longitud, se toma como principal la que tiene mayor número de sustituyentes.

Nomenclatura de alcanos

Regla 7.- Existen algunos sustituyentes con nombres comunes aceptados por la IUPAC, aunque se recomienda el uso de la nomenclatura sistemática.

Nomenclatura de alcanos

Los nombres sistemáticos de estos sustituyentes se obtienen numerando la cadena comenzando por el carbono que se une a la principal. El nombre del sustituyente se forma con el nombre de la cadena más larga terminada en –ilo, anteponiendo los nombres de los sustituyentes que tenga dicha cadena secundaria ordenados alfabéticamente. Veamos un ejemplo:

Nomenclatura de alcanos


2.3Reacciones de los Hidrocarburos Saturados ( Síntesis)

  • Hidrocarburos Saturados, también conocidos como alcanos , los cuales no tienen ningún enlace doble o triple entre los átomos de carbono.
  • Hidrocarburos no Saturados, tienen uno o más enlaces dobles o triples entre los átomos de carbono.
    Según los enlaces sean dobles o triples se los clasifica en:
    • alquenos : contienen uno o más enlaces dobles
    • alquinos : contienen uno o más enlaces triples

 

Alcanos

La familia más sencilla de este grupo es la de los alcanos que se caracteriza por la formula general (CnH2n+2). Por su estructura los alcanos se denominan también hidrocarburos saturados.

En una molécula de alcano los únicos enlaces químicos existentes son los sencillos entre átomos de carbono y entre átomos de carbono e hidrogeno. Debido a la gran estabilidad de estos enlaces los alcanos son poco reactivos, por lo cual se los denomina también parafinas.

Los alcanos se obtienen principalmente del petróleo y del gas natural, donde se encuentran mezclados como productos de la descomposición anaeróbica de la materia viva.

Combustión

2 CnH2n+2 + 3 (n+1) O2 flecha 2nCO2 + 2(n+2) H2O + Calor

Reacción de sustitución

Bajo la influencia de la luz ultra violeta, o a 240-250 ≡C, el cloro o el bromo convierten los alcanos en cloroalcanos (cloruros de alquilo) o bromoalcanos (Bromuros de alquilo), formándose simultáneamente una cantidad equivalente de cloruro o bromuro de hidrogeno.

Mecanismo de halogenación:

Paso iniciador de la cadena

X2 250≡C o luz UV 2X

Pasos propagadores de la cadena

X· + RH flecha HX + R·

R· + X2 flecha RX + X·

2.4 Cicloalcanos

Los cicloalcanos son alcanos que tienen los extremos de la cadena unidos, formando un ciclo. Tienen dos hidrógenos menos que el alcano del que derivan, por ello su fórmula molecular es CnH2n. Se nombran utilizando el prefijo ciclo seguido del nombre del alcano.

Cicloalcanos

En la naturaleza son muy abundantes los compuestos con ciclos de cinco y seis eslabones.

Modelo molecular de Penicilina G
Modelo de la Penicilina G

Sin embargo, los ciclos de tres y cuatro miembros aparecen muy rara vez en productos naturales.

Estabilidad en cicloalcanos
Estos hechos experimentales sugieren la mayor estabilidad de los ciclos de cinco o seis miembros con respecto a los de tres o cuatro.

En el año 1885, el químico alemán Adolf von Baeyer propuso que la inestabilidad de los ciclos pequeños era debida a la tensión de los ángulos de enlace. Los carbonos sp3 tienen unos ángulos de enlace naturales de 109,5º, en el ciclopropano estos ángulos son de 60º, lo que supone una desviación de 49,5º. Esta desviación se traduce en tensión, que provoca inestabilidad en la molécula.

 Ciclopropano:
Enlaces banana en el ciclopropano
Ciclopropano - Enlaces banana
Es el único cicloalcano plano. Se caracteriza por una gran tensión angular debida a ángulos de enlace muy inferiores a 109,5º. Los orbitales sp3 de los carbonos que forman el ciclo solapan curvándose hacia el exterior, para disminuir la tensión. Dando lugar a unos enlaces curvos llamados enlaces banana.

El ciclobutano: no es plano, uno de sus carbonos sale unos 25º del plano formado por los otros tres carbonos. Esta disposición aumenta la tensión angular, pero se reducen considerablemente los eclipsamientos hidrogeno-hidrógeno que presenta la molécula en su forma plana.                                                                                                     ciclopentano: fuera plano, estaría prácticamente libre de tensión angular. Pero presentaría cinco hidrógenos eclipsados por cada cara, que desestabilizarían la molécula. La disposición más favorable del ciclopentano es la forma de sobre. En esta disposición la suma de tensiones angulares y eclipsamientos se hace mínima.            Ciclohexano:Los ciclos de seis son los más abundantes en la naturaleza. Existen multitud de compuestos con actividad biológica cuya base son ciclos de seis átomos condensados (colesterol).  

2.5 Nomenclatura de Cicloalcanos

Los cicloalcanos son alcanos que tienen los extremos de la cadena unidos, formando un ciclo. Tienen dos hidrógenos menos que el alcano del que derivan, por ello su fórmula molecular es CnH2n. Se nombran utilizando el prefijo ciclo seguido del nombre del alcano.

Cicloalcanos

Es frecuente representar las moléculas indicando sólo su esqueleto. Cada vértice representa un carbono unido a dos hidrógenos.

Cicloalcanos

Las reglas IUPAC para nombrar cicloalcanos son muy similares a las estudiadas en los alcanos.

Regla 1.- En cicloalcanos con un solo sustituyente, se toma el ciclo como cadena principal de la molécula. Es innecesaria la numeración del ciclo.

Nomenclatura de cicloalcanos

Si la cadena lateral es compleja, puede tomarse como cadena principal de la molécula y el ciclo como un sustituyente. Los cicloalcanos como sustituyentes se nombran cambiando la terminación –ano por –ilo.

Regla 2.- 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.

Nomenclatura de cicloalcanos

Regla 3.- 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.

Nomenclatura de cicloalcanos

En caso de obtener los mismos localizadores al numerar comenzando por diferentes posiciones, se tiene en cuenta el orden alfabético.

Nombre de los 60 Átomos de Carbono (Alcanos)

TABLA DE LOS ALCANOS   

# de carbonos

nombre

1

Metano

2

Etano

3

Propano

4

Butano

5

Pentano

6

Exano

7

Heptano

8

Octano

9

Nonano

10

Decano

11

Undecano

12

Dodecano

13

Tridecano

14

Tetradecano

15

Pentedecano

20

Eicosano

21

heneicosano

22

Docosano

23

Tricosano

30

Triacontano

31

hentriacontano

32

Dotriacontano

40

Tetracontano

50

Pentacontano

60

Hexacontano

Unidad Nro. 3: Hidrocarburos Insaturados, Alquenos y Alquinos

3.1 Preparación Industrial y Uso de los Alquenos

Usos industriales

Etileno: compuesto orgánico de mayor consumo en la industria petroquímica principalmente en la fabricación de polímeros como polietileno ( plástico inerte a los agentes químicos empleados para fabricar tuberías recipientes y como aislantes eléctrico.

Polipropileno: se usan en las industrias textil y para fabricar cuerdas, redes de pescar y filtros.

Isobutileno: empleado en la síntesis del tetra etilo de plomo. El cual es usado como aditivo en la preparación de gasolina.

Dicloroetano: como disolvente de aceites, parafinas

3.2 Isomería 8Cis-trans.)

La isomería cis-trans (o isomería geométrica) es un tipo de estereoisomería  de los alquenos y cicloalcanos . Se distingue entre el isómero cis, en el que los sustituyentes  están en el mismo lado del doble enlace o en la misma cara del cicloalcano, y el isómero trans, en el que están en el lado opuesto del doble enlace o en caras opuestas del cicloalcano. 

3.3 Nomencatura de los Alquenos

Los alquenos se nombran reemplazando la terminación -ano del correspondiente alcano por -eno.  Los alquenos más simples son el eteno y el propeno, también llamados etileno y propileno a nivel industrial.

Regla 1.-  Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contenga el doble enlace.  La numeración comienza en el extremo que otorga al doble enlace el menor localizador.
 
Regla 2.- El nombre de los sustituyentes precede al de la cadena principal y se acompaña de un localizador que indica su posición en la molécula.  La molécula se numera de modo que el doble enlace tome el localizador más bajo.
 
Regla 3.-  Cuando hay varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente y se acompañan de sus respectivos localizadores
 
Regla 4.- Cuando el doble enlace está a la misma distancia de ambos extremos, se numera para que los sustituyentes tomen los menores localizadores.
 
Regla 5.-  En compuestos cíclicos resulta innecesario indicar la posición del doble enlace, puesto que siempre se encuentra entre las posiciones 1 y 2.
 

3.4 Reacciones de Adición Electrofílica

En mecanismo de reacción en química orgánica , una reacción de Adición Electrofílica (AEx o AdEx) es una  reacción de adición donde en un compuesto químico, el sustrato de la reacción, se pierde un enlace pi para permitir la formación de dos nuevos enlaces sigmas. En las reacciones de adición electrofílica, los sustratos más comunes tienen enlaces dobles o enlaces triplescarbono-carbono.

Y-Z + C=C → Y-C-C-Z.                                                                                   Mecanismos de Adición Electrofílica  

La fuerza motriz de la reacción es la formación de un enlace covalente entre el eléctrfilo  (que tiene un LUMOde baja energía) con los átomos de carbono insaturados, por medio del orbital π que los une, formando un enlace π de 2-electrones-3-centros.

Si el electrófilo tiene carga positiva, parte de ella es transferida a los átomos de carbono.

3.5 Preparación de Alquinos: Reacciones de Eliminación de Dihalogenuros

Preparación de alquinos

 

La síntesis de alquinos puede implicar dos procesos: la generación de un triple enlace carbono-carbono, o el aumento del tamaño de una molécula que ya contiene un triple enlace.

 

Un triple enlace carbono-carbono se genera del mecanismo modo que uno doble: por eliminación de átomos o grupos en dos carbonos adyacentes. Los grupos que se eliminan, y los reactivos que se emplean son esencialmente los mismos que en la preparación de los alquenos.

 

La deshidrogenación de dihalogenuros vecinales es particularmente útil, puesto que los propios dihalogenuros se obtienenn con facilidad de los alquenos correspondientes por adición de halógeno. Esto significa la conversión en varias etapas de un doble enlace en uno triple.

Por lo general, la deshidrohalogenación puede realizarse en dos etapas, tal como se indica:

 

La primera etapa de la reacción es un método valioso para preparar halogenuros no saturados. Los halogenuros obtenidos así, con halógeno unido directamente al carbono con el doble enlace, se denominan halogenuros vinílicos, y son muy inertes. Por tanto, en condiciones moderadas, la deshidrogenación se detiene en la etapa del halogenuro de vinilo; para la formación del alquino se precisan condiciones más enérgicas: usar una base más fuerte.

La conversión de alquinos pequeños en otros más grandes se logra utilizando acetiluros metálicos, que son particularmente fáciles de generar debido a una propiedad especial de ciertos alquinos. Una vez sintetizados, resultan ser reactivos muy versátiles.

3.6Nomenclatura de Alquinos

Regla 1. Los alquinos responden a la fórmula CnH2n-2 y se nombran sustituyendo el sufijo -ano del alca-no con igual número de carbonos por -ino. 

Regla 2. Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contiene el triple enlace. La numeración debe otorgar los menores localizadores al triple enlace.

Regla 3. Cuando la molécula tiene más de un triple enlace, se toma como principal la cadena que contiene el mayor número de enlaces triples y se numera desde el extremo más cercano a uno de los enlaces múltiples, terminando el nombre en -diino, triino, etc.

Regla 4. Si el hidrocarburo contiene dobles y triples enlaces, se procede del modo siguiente:
1. Se toma como cadena principal la que contiene al mayor número posible de enlaces múltiples, prescindiendo de si son dobles o triples.
2. Se numera para que los enlaces en conjunto tomen los localizadores más bajos. Si hay un doble enlace y un triple a la misma distancia de los extremos tiene preferencia el doble.
3. Si el compuesto tiene un doble enlace y un triple se termina el nombre en -eno-ino; si tiene dos dobles y un triple, -dieno-ino; con dos triples y un doble la terminación es, -eno-diino

Plan Trimestral

2° Trimestre

I. Unidad Nro.1: Hidrocarburos Aromáticos

  1. Propiedades de los Hidrocarburos Aromáticos

A.2 Nomenclatura de los Hidrocarburos Aromáticos

A.3 Sustitución Electrofilica Aromática (Reacciones)

 

 

II. Unidad Nro. 2: Alcoholes, Fenoles y Éteres

2. Propiedades

a.2 Nomenclatura

a.3 Preparación y Reacciones

a.4 Aplicaciones

 

 

III. Unidad Nro. 3: Ácidos Carboxílicos y Sus Derivados

3. Haluros de ácidos, Esteres, anhídridos y amidas

a.1 Propiedades

a.2 Nomenclatura

a.3 Preparación y Reacciones

a.4 Aplicaciones

 

IV. Unidad Nro.4: Macromoléculas

  1. Concepto
  2. Tipo de Macromoléculas

b.1 Naturales

  a. Caucho

   b. Polisacáridos

    c. Proteínas

     d. Ácidos Nucleicos

      e. Lípidos

  b.2 Artificiales

   a. Plásticos

   b. Fibras Textiles Sintéticas

   C. Poliuretano

    d. Polietileno

     e. Cloruro de Polivinilo  (PVC)

     f. Politetrafluoroetileno

 b.3 Según la Estructura Molecular:

    a. Lineales

   b. Ramificadas

b.4 Según Su Composición

    a. Homopolimeros

    b. Copolimeros

b.5 Por su comportamiento ante el Calor

 

  1. Termoplásticos
  2. Termoestables

 

 

Evaluación:

En este trimestre evaluaremos de la siguiente forma:

  • Evaluación Argumentativa: A través de exposición ( 1por mes), investigaciones (1 por mes), ejercicios escritos ( 1 por mes), informes (1 por mes) dando un total de 20 %
  • Evaluación Interpretativa: A través de la representación     de los temas del trimestre y presentar una dramatización o video, elaborar un poster y organizar un debate dando un total de 25%
  • Evaluación Propositiva: Análisis a través de la elaboración de un producto y organizar su lanzamiento dando un total de 15%

 

  • Examen trimestral 30%: Apreciación, revisión del cibercuaderno.

 

 I Unidad Nro1: Hidrocarburos Aromáticos

A.)  Propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos aromáticos 

Son todos incoloros (el antraceno presenta fluorescencia azulada) muy aromáticos, insolubles en agua y menos densos que ésta. 

Las reacciones más importantes de los hidrocarburos aromáticos son las de sustitución, en las que un grupo funcional sustituye a uno de los átomos de hidrógeno del anillo aromático:

a) Halogenación 

El benceno en presencia de luz solar adiciona cloro hasta llegar a hexacloro ciclohexano:

  +   3 Cl2

Luz U.V.
 
 

    

benceno 

 

hexaclorociclohexano 

b) Nitración 

Consiste en la sustitución de un hidrógeno por el grupo —NO2, y se produce por la acción del ácido nítrico, en presencia de ácido sulfúrico (mezcla sulfonítrica):

    +   NO3H

SO4H2
 
 

     +   H2O

benceno 

 

nitrobenceno 

c) Sulfonación 

Consiste en la sustitución de un hidrógeno por el grupo —SO3H, y se produce por la acción, en caliente, del ácido sulfúrico concentrado:

    +   SO4H2  

  

     +   H2O

benceno 

 

ácido bencenosulfónico 

d) Reacciones de Friedel-Crafts 

Consisten en la sustitución de un hidrógeno por un radical alquilo,—R, llamada alquilación; o por un radical acilo,—RCO—, llamada acilación. Ambas reacciones se producen, respectivamente, mediante la acción de halogenuros de alquilo, R—X, o de halogenuros de acilo, R—CO—X, en presencia del cloruro de aluminio anhidro, como catalizador. Por ejemplo:

    +   CH3—CH2Cl  

Cl3Al
 
 

      +  ClH 

cloroetano 

 

etilbenceno 

 

    +   CH3—COCl  

Cl3Al
 
 

      +  ClH 

cloruro de acetilo

 

metilfenilcetona 

Como puede observarse en la alquilación se producen otros hidrocarburos aromáticos, mientras que la acilación conduce a cetonas aromáticas, siendo el método de Friedel-Crafts muy utilizado para la síntesis de estos compuestos.

A.2 Nomenclatura de los hidrocarburos aromáticos

Para nombrar los hidrocarburos derivados del benceno por alquilación tales como:

 

se nombra el radical y a continuación se nombra benceno, por ejemplo:

 

etil benceno

Cuando son dos los radicales sustituyentes, se puede proceder de dos modos distintos:

a) Se numeran los carbonos del benceno asignando la posición 1 de modo que correspondan los números más bajos posibles, y se leen los radicales indicando sus posiciones anteponiéndolas a la palabra benceno:

 

1-metil-2-etil-benceno

(Se han nombrado los sustituyentes en orden de complejidad creciente.)

b) El nombre se deriva de las posiciones relativas de los radicales:

 

posición orto. Abreviadamente: o

 

posición meta. Abreviadamente: m

 

posición para. Abreviadamente: p

Así, por ejemplo, se nombrarán:

 

 

o-metil etil benceno       

m-dimetil benceno

La mayoría de los hidrocarburos aromáticos poseían nombres triviales, la mayoría de los cuales se conservan:

 

 

 

metilbenceno  
(tolueno)      

naftaleno (C10H8)    

antraceno (C14H10)

Obtención de los hidrocarburos aromáticos

Por destilación del alquitrán de hulla se o tienen bencenotolueno (metilbenceno), xilenos (dimetilbenceno), naftalenoantraceno y fenantreno.

Los métodos generales de obtención de hidrocarburos bencénicos son:

a) Síntesis de Wurtz-Fittig

 +  2Na  +  Br—R

 

   +   2NaBr

b) Síntesis de Friedel y Crafts

 +   Br—CH3

Cl3Al

 

   +   2NaBr

A.3 Sustitución electrofilica aromática (reacciones) 

El benceno se conoce desde 1825 y actualmente es quizá el compuesto orgánico estudiado mas a fondo y mejor conocido. La estructura de su molécula supuso un problema extraordinariamente difícil para los primero químicos orgánicos, no porque tuviese complicación excesiva, sino mas bien por ser el primer caso de enlaces deslocalizados con el que se encontraron que no parecía encargar en lo que se sabía acerca de estructura molecular.

Los resultados de una gran cantidad de cuidadosas investigaciones condujeron a aquellos químicos a la conclusión de que el par de fórmulas de Kekulé era la mejor representación para el benceno. No fue posible comprender por qué se requerían dos fórmulas para describir la estructura del benceno hasta que aparecieron los conceptos de electrones deslocalizados y de resonancia, al final de la década de 1920. Ni tampoco estaba claro por qué el benceno era tan estable. Se aceptaban simplemente los hechos experimentales de que una molécula como el benceno, para la que podían escribirse dos fórmulas de

Kekulé, quedaba descrita mejor por la suma de ambas fórmulas y que cualquier compuesto similar exhibía una estabilidad mayor que los compuestos análogos para los que sólo se podía escribir una única estructura de Kekulé.

HALGONENACIÓN

La molécula de Br2 es débilmente electrófila y por ello no reacciona con el benceno a una velocidad suficiente para que el proceso sea útil. Sin embargo la adición de un ácido de Lewis como catalizador hace que la reacción benceno-bromo transcurra rápidamente. La misión del ácido de Lewis es convertir el Br2 débilmente electrofilo en Br+ que es fuertemente electrofilo. Lo que ocurre luego no es la adición de dos átomos de bromo a un enlace doble sino la sustitución de un hidrogeno por un bromo:

La reacción del Br+ con un alqueno es análoga a la del Br2 con el mismo alqueno:

Ambos tipos de intermedios pueden formularse para la reacción entre el bromo y el benceno:

En el caso del benceno el ion carbonio no es tan poco favorable. La carga está deslocalizada sobre cinco átomos de carbono en vez de estar concentrada en uno. Si el bromo se adiciona también al carbono contiguo para dar un intermedio de tres centros, la carga quedaría más localizada sobre el bromo en vez de estar muy deslocalizada. Esto parece desfavorable y por tanto muy poco probable; se cree que el intermedio tiene de hecho la estructura de un ion carbonio abierto Esta clase de estructura como un intermedio definido de la reacción corresponde aun mínimo de energía en el diagrama de la coordenada de reacción, fue propuesto por Wheland hace muchos años por lo que se le conoce como intermedio de Wheland.

La mejor demostración de que el intermedio de Wheland es en efecto un intermedio no un simple estado de transición procede de los efectos isotópicos. En la mayoría de las reacciones de sustitución electrófila del benceno la velocidad de la reacción es la misma independientemente de que el electrófilo reemplace a un hidrógeno, a un deuterio o a un tritio. Por lo tanto el enlace C-H no debe romperse en la etapa lenta de la reacción. Tienen que existir forzosamente dos etapas, una lenta y otra independiente en la que se rompa el enlace C-H. Puesto que los enlaces C-H del benceno no tienen ninguna tendencia a romperse espontáneamente, esa etapa debe ir a continuación de la otra .

El mecanismo completo de la bromación del benceno puede formularse así:

El benceno y otros compuestos aromáticos experimentan de una forma análoga una reacción de cloración en presencia de catalizadores adecuados. La reacción entre el cloro y un ácido de Lewis produce un ion cloronio Cl+ que ataca al anillo aromático como lo hace el Br+.

NITRACIÓN

La nitración del benceno puede llevarse a cabo mezclando ácido nítrico con benceno, en presencia de ácido sulfúrico concentrado, y calentando la mezcla:

Esta reacción es una sustitución electrófilica análoga a las halogenaciones recién discutidas. El agente electrófilico es el NO2; los ácidos nítrico y sulfúrico se limitan a producir el NO2+.

La sustitución electrófila comienza cuando el ácido sulfúrico, por ser extraordinariamente fuerte, protona al nítrico dando H2N03+ que puede perder agua para formar NO2+. El ácido sulfúrico facilita esta ultima reacción capturando el agua formada. Entonces el ion NO2+ ataca al anillo del benceno y después ocurren los pasos ya conocidos. Podemos formular el mecanismo completo así:

SULFUNACIÓN

El benceno reacciona lentamente con el ácido sulfúrico a temperaturas elevadas. El producto de la reacción es el ácido bencenosulfónico:

El mecanismo de la reacción implica la formación del trióxido de azufre (SO3) a partir del ácido sulfúrico. El trióxido de azufre es un electrófilo relativamente fuerte porque el átomo de azufre necesita más electrones y ataca al anillo bencénico de la forma acostumbrada. La producción del trióxido de azufre a partir del ácido sulfúrico y los pasos restantes de la reacción suceden así:

La reacción transcurre mas fácilmente si se emplea ácido sulfúrico undamentalmente en vez del concentrado porque la concentración de SO3 es mayor. Si se diluye el ácido sulfúrico con agua se solvatada y desactiva tanto que la reacción no tiene lugar.

Tampoco tiene lugar la sulfonación si el ácido sulfúrico se diluye con ácido nítrico, pues entonces se verifica la nitración. La sulfonación del benceno se diferencia algo de las reacciones discutidas previamente ya que es reversible a temperaturas elevadas. Si se trata el ácido bencenosulfónico con vapor sobrecalentado se convierte en benceno y ácido sulfúrico:

La sulfonación también se diferencia de las otras sustituciones electrófilas aromáticas del benceno en que se observa un pequeño efecto isotópico cuando se emplean bencenos deuterados. Como el efecto es pequeño, parece que las barreras energéticas para el ataque por el SO3 y para la eliminación del protón son de una magnitud similar.

II Unidad Nro. 2 : Alcoholes, fenoles y eteres

PROPIEDADES FISICAS DE LOS ALCOHOLES

Los alcoholes son líquidos o sólidos neutros. El grupo hidroxilo confiere características

polares al alcohol y según la proporción entre él y la cadena hidrocarbonada así será su

solubilidad. Los alcoholes inferiores son muy solubles en agua, pero ésta solubilidad

disminuye al aumentar el tamaño del grupo alquilo y aumenta en los solventes orgánicos.

Las diferentes formas geométricas de los alcoholes isómeros influyen en las diferencias de

solubilidad en agua. Las moléculas muy compactas del alcohol ter-butílico experimentan

atracciones intermoleculares débiles y las moléculas de agua las rodean con mas facilidad.

Consecuentemente, el alcohol ter-butílico exhibe la mayor solubilidad en agua de todos sus

Isómeros

PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS ALCOHOLES

Reacción como bases

El grupo hidroxilo de los alcoholes puede ser reemplazado por diversos aniones ácidos

reaccionando, por lo tanto, como una base según la ecuación general siguiente, en la que se

obtiene un haluro de alquilo como producto:

R - OH  + H - X                   R - X + O

PROPIEDADES FISICAS DE LOS FENOLES

Los fenoles sencillos son líquidos o sólidos, de olor característico, poco hidrosolubles y

muy solubles en solventes orgánicos. Algunos se usan como desinfectantes, pero son

tóxicos e irritantes 

PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS FENOLES

Los fenoles son mas ácidos que el agua y los alcoholes, debido a la estabilidad por

resonancia del ión fenóxido. El efecto de esta resonancia consiste en la distribución de la

carga del anión sobre toda la molécula en lugar de estar concentrada sobre un átomo

particular, como ocurre en el caso de los aniones alcóxido

 

PROPIEDADES FISICAS DE LOS ETERES

Los éteres son incoloros, muy volátiles e inflamables, menos densos que el agua y

prácticamente insolubles en ella. Al igual que los alcanos, se encuentran asociados debido a

la imposible formación de puentes de hidrógeno por la ausencia de un enlace H – O.

PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS ETERES

Los éteres son inertes frente a la mayoría de los reactivos que atacan a los alcoholes, debido

a que carecen del grupo hidroxilo responsable de la actividad química de esto. En

condiciones muy ácidas se convierten en iones oxonio por protonación del átomo de

oxígeno, y éstos pueden reaccionar con los nucleófilos.

El bromuro y el yoduro de hidrógeno rompen la unión éter formando un alcohol y un haluro

de hidrógeno. El éter etílico reacciona con el yoduro de hidrógeno produciendo alcohol

etílico y yoduro de etilo de la siguiente manera

CH3 – CH2– O – CH2 – CH3 + HI              CH3 – CH2 – OH + CH3 – CH2 – I

 A.2 Nomenclatura

Los alcoholes tienen de formula general: R-OH, estructuralmente son semejantes al

agua, en donde uno de los hidrógenos se ha sustituido por un grupo alquilo. Su grupo

funcional es el grupo hidroxilo, OH.

Los fenoles tienen el mismo grupo funcional, pero unido a un anillo aromático Ar -OH.

Los éteres tienen de formula general R - O - R', donde R y R' pueden ser grupos

idénticos o diferentes y pueden ser grupos alquilo o arilo.

Nomenclatura de Alcoholes. Los alcoholes, al igual que los halogenuros de alquilo, se

clasifican o dividen en primarios, secundarios y terciarios, según el número de grupos

hidrocarbonados unidos al átomo de carbono al que va enlazado el grupo hidroxilo.

En la nomenclatura de alcoholes se suelen emplear nombres vulgares para los

términos más sencillos ( C1 - C4 ). Estos nombres se forman con la palabra alcohol.

El sistema IUPAC nombra a los alcoholes de acuerdo a las siguientes reglas:

1. Se busca la cadena más larga que incluya el grupo hidroxilo. La terminación o del

hidrocarburo se cambia por -ol.

2. La cadena se numera de forma que al grupo funcional le corresponda el menor

número posible. Si hay mas de un grupo  hidroxilo en la cadena, se emplean los

prefijos di, tri, etc.

3. Cuando el alcohol no es el grupo funcional principal se nombra como  hidroxi,

precedido de su número localizador

Nomenclatura de fenoles. Para nombrar los fenoles se utiliza, como en los alcoholes el

sufijo  -ol al nombre del hidrocarburo aromático. Los fenoles se nombran con mayor

frecuencia como derivados del fenol. Los otros sustituyentes del anillo se localizan con

un número o mediante los prefijos orto, meta, para.

El grupo  hidroxilo también se nombra como  sustituyente cuando se encuentra

presente en la misma molécula un ácido carboxílico, un aldehido o alguna cetona, ya

que tienen prioridad en la nomenclatura.

Nomenclatura de Eteres:  Los éteres se denominan generalmente con el nombre de

cada uno de los grupos alquilo o arilo, en orden alfabético, seguidos de la palabra eter.

En el caso de éteres con estructuras más complejas, se nombra  según la IUPAC

considerando que uno de los radicales (el mayor si se trata de un éter asimétrico) es

un hidrocarburo que lleva como sustituyente el grupo alquilo pequeño con el oxigeno,

al que se denomina grupo alcoxi.

Los principales métodos de obtención de alcoholes son:

a) Hidratación de alquenos

Se trata de una reacción de adición electrófila, que esquemáticamente puede representarse mediante la ecuación:

 

R—CH=CH2 + H2

H2SO4 

R—CHOH—CH3

El grupo OH (parte negativa de la molécula de agua, HO ... H) se adiciona al átomo de carbono más sustituido del doble enlace. Por ello, éste es un método muy apropiado para la obtención de alcoholes secundarios y terciarios, algunos de los cuales se preparan así industrialmente a partir de las fracciones de olefinas procedentes del craqueo del petróleo. Asimismo, éste es el método industrial más importante de fabricación de alcohol etílico, por hidratación del etileno, CH2=CH2en presencia de ácido sulfúrico.

b) Hidrólisis de halogenuros de alquilo

Se lleva a cabo normalmente en disolución de etanol acuoso y en presencia de catalizadores básicos, como KOH, AgOH, CO3Ca, etc.

 

R—CH2—Cl  +   AgOH 

 

AgCl + R—CH2OH

c) Reducción de compuestos carbonílicos

Esta reacción  puede realizarse industrialmente con hidrógeno, en presencia de catalizadores, o bien en el laboratorio, mediante el hidruro de litio y aluminio, H4LiAl. Con aldehídos se obtienen alcoholes primarios y con cetonas alcoholes secundarios, según las siguientes ecuaciones:

 

 

H4LiAl 

 

aldehído

 

alcohol primario

 

 

H4LiAl 

 

cetona

 

alcohol secundario

d) Mediante reactivos de Grignard

La adición de un magnesiano o reactivo de Grignard a un compuesto carbonílico da lugar a un halogenuro de alcoximagnesio, que por hidrólisis conduce a un alcohol. Cuando se emplea formaldehído, H2C=O, como producto de partida, se obtiene un alcohol primario; con los restantes aldehídos se obtienen alcoholes secundarios y con las cetonas alcoholes terciarios.

e) Métodos especiales

Los dos primeros miembros de la serie de alcoholes alifáticos, metanol y etanol, se obtienen también por métodos especiales que conviene mencionar. El metanol se obtenía antiguamente por destilación seca de la madera, de donde procede el nombre de alcohol de madera con que a veces se le conoce. Modernamente, casi todo el metanol que se consume en la industria se obtiene por hidrogenación catalítica del monóxido de carbono, según la reacción:

CO + 2H2 CH3OH

que se lleva a cabo a unos 400 °C y 200 atm, en presencia de catalizadores formados corrientemente por una mezcla de óxidos de cromo y de cinc. El alcohol metílico es muy venenoso. Por ello, el consumo humano de alcohol etílico para usos industriales, que está desnaturalizado con metanol produce graves lesiones en la vista, ceguera e incluso la muerte.

El etanol (alcohol del vino) se ha venido produciendo desde la antigüedad por fermentación de los azúcares (como glucosa), contenidos en jugos de frutos, para la fabricación de bebidas alcohólicas. La fermentación se produce por la acción de enzimas (o fermentos), que son catalizadores orgánicos complejos segregados por las células de levaduras, obteniéndose, como productos finales, etanol y CO2, según la reacción global:

 

C6H1206

 

2CO2 + 2CH3—CH2OH

glucosa 

 

etanol 

Además de la glucosa pueden también fermentar por la acción de levaduras otros azúcares más complejos y el almidón, contenido en la patata y cereales, que primero se desdoblan en azúcares simples, antes de la fermentación alcohólica propiamente dicha. Una concentración elevada de alcohol impide el proceso de fermentación, por lo que sólo pueden obtenerse concentraciones del 10 al 18 % en etanol, que son típicas de los vinos naturales. Por destilación fraccionada puede lograrse aumentar la riqueza en etanol hasta el 95 %, con 5% de agua, que es la composición que circula en el comercio y se vende en las farmacias como alcohol «puro» .

f) Obtención de fenoles

Algunos fenoles forman parte de los aceites ligeros procedentes de la destilación seca de la hulla, de donde se extraen con disolución acuosa de sosa cáustica, tratamiento posterior con ácido sulfúrico y destilación fraccionada. El propio fenol, que es el más importante de todos por su empleo para la fabricación de plásticos (baquelita), suele obtenerse también por síntesis, bien por fusión con NaOH del ácido bencenosulfónico C6H5SO3H, o por hidrólisis del clorobenceno, a temperatura y presión elevadas (350 °C y 200 atm). Modernamente se obtiene también por oxidación catalítica del isopropilbenceno (cumeno), proceso en donde, además del fenol, se produce acetona, que es también un producto muy cotizado industrialmente.

Reacciones de los alcoholes

a) Esterificación

Los alcoholes reaccionan con los ácidos oxácidos inorgánicos y con los ácidos carboxílicos dando lugar a la formación de ésteres.

 

CH3OH +

HONO2

 

H2O + CH3ONO2

metanol

ácido nítrico

nitrato de metilo

 

CH3—CH2OH +

HOSO2OH

 

H2O + CH3—CH2OSO2OH

etanol

ácido sulfúrico

sulfato ácido de etilo

  • La formación de ésteres con ácidos inorgánicos es un proceso rápido y el equilibrio está muy desplazado hacia la formación de ésteres.
  • La formación de ésteres de ácidos orgánicos no transcurre de modo completo sino que se alcanza una situación de equilibrio (lentamente en ausencia de catalizadores).

 

CH3COOH +

HOCH2—CH3

 

H2O + CH3—COOCH2—CH3

ácido acético

etanol

acetato de etilo

Un éster inorgánico muy importante es el trinitrato de glicerina, llamado comúnmente nitroglicerina, y que se obtiene por cuidadosa reacción de una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico concentrados con propanotriol (glicerina). La nitroglicerina es un líquido aceitoso incoloro y extraordinariamente explosivo. Para poderla manejar con cierta seguridad se impregna con ella un polvo inerte (tierra de diatomeas), lo que constituye la dinamita, descubierta por el célebre químico sueco A. Nobel, creador, con los intereses de su fortuna, de los famosos premios Nobel.

b) Reacción con los halogenuros de hidrógeno

Los alcoholes reaccionan con los halogenuros de hidrógeno para dar lugar a la formación de halogenuros de alquilo, por ejemplo:

 

CH3—CH2OH +

HCl

ZnCl2 

H2O + CH3—CH2Cl

etanol

 

cloruro de etilo

Con un alcohol determinado el IH reacciona más rápidamente que el BrH y éste más que el ClH.

Con un halogenuro de hidrógeno determinado, los alcoholes terciarios reaccionan más rápidamente que los secundarios y éstos más que los primarios. Así, la reacción entre el ClH y un alcohol primario conviene catalizarla con Cl2Zn a fin de que tenga lugar con velocidad apreciable.

c) Formación de alcoholatos

Los metales alcalinos reaccionan con los alcoholes con producción de alcoholatos según:

 

(RR'R'')C—OH +

Na

 

1/2 H2 + (RR'R'')C—ONa

alcohol

 

alcoholato de sodio

Los alcoholes primarios reaccionan más rápidamente que los secundarios y éstos más que los terciarios.

d) Oxidación

Cuando los alcoholes se calientan en el aire o en oxígeno, arden formando CO2 y H2O, siendo más fácil la combustión de los términos inferiores. Los calores de combustión de los alcoholes son bastante menores que los de los hidrocarburos correspondientes, lo que es lógico, puesto que los alcoholes se encuentran ya en un estado de oxidación superior al de los hidrocarburos. No obstante, se pueden emplear como combustibles, en particular los dos primeros términos (metanol y etanol), y a veces se añaden también como aditivos a los carburantes ordinarios.

Aparte de la combustión, que supone la oxidación completa, se puede realizar una oxidación controlada, que suele llevarse a cabo en el laboratorio con la ayuda dedicromato o permanganato potásico en medio sulfúrico diluido. Así, los alcoholes primarios se transforman en aldehídos, aunque el proceso suele continuar hasta la formación de ácidos carboxílicos. Los alcoholes secundarios bajo la acción del mismo agente oxidante dan lugar a cetonas y la oxidación no prosigue.

e) Deshidratación

A excepción del metanol, los alcoholes se deshidratan en caliente por la acción del ácido sulfúrico dando lugar a olefinas. Los alcoholes terciarios son los que se deshidratan con mayor facilidad, seguidos de los secundarios y los primarios por este orden:

 

HCH2—CH2OH

H2SO4 
 
150º

H2O + CH2=CH2

etanol

 

eteno

Obtención

a) Deshidratación de alcoholes

Los éteres alifáticos simétricos pueden obtenerse por deshidratación de alcoholes , mediante la acción del ácido sulfúrico. Este es uno de los métodos comerciales de preparación del éter ordinario, dietiléter, por lo que se llama frecuentemente éter sulfúrico.Se lleva a cabo tratando el alcohol con ácido sulfúricoa 140°. La deshidratación es intermolecular:

 

CH3—CH2OH

CH3—CH2OH

H2SO4 
 
140º

H2O + CH3—CH2—O—CH2CH3

etanol

 

dietiléter

Este proceso se ve fácilmente afectado por reacciones secundarias, como la formación de sulfatos de alquilo (especialmente si baja la temperatura), y la formación de olefinas (especialmente si sube la temperatura).

La deshidratación de alcoholes puede también realizarse en fase vapor, sobre alúmina a 300°, aunque este procedimiento sólo es satisfactorio con alcoholes primarios, ya que los secundarios y los terciarios dan lugar a la formación de olefinas.

b) A partir de alcoholatos (Síntesis de Williamson)

Los alcoholatos dan lugar a la formación de éteres al ser tratados con halogenuros de alquilo según:

 

R—ONa  +

IR' 

 

R—O—R' + NaI

alcoholato

halogenuro 
de alquilo

éter

Aplicaciones de FENOL

Las aplicaciones del Fenol se centran fundamentalmente en la fabricación de resinas fenólicas, entre las que destacan los siguientes tipos: resinas de fundición, resinas de moldeo, adhesivos, laminados decorativos, fibras de vidrio y laminados industriales. Otros usos son la obtención de caprolactama (nylon), bisfenol A (base a su vez de las resinas epoxi y de los policarbonatos) así como la producción de colorantes, productos farmacéuticos, herbicidas, funguicidas, bactericidas, detergentes, antioxidantes, aditivos para aceites lubricantes y térmicos tensoactivos.

Aplicaciones de alcoholes

Los alcoholes tienen una gran gama de usos en la industria y en la ciencia como solventes y combustibles. El etanol y el metanol pueden hacerse combustionar de una manera más limpia que la gasolina o el gasoil. Por su baja toxicidad y disponibilidad para disolver sustancias no polares, el etanol es utilizado frecuentemente como solvente en fármacos, perfumes y en esencias vitales como la vainilla. Los alcoholes sirven frecuentemente como versátiles intermediarios en la síntesis orgánica.

Los eteres

Es un producto líquido a temperatura ambiente, muy volátil y extremadamente inflamable. Es incoloro de olor purgente dulce. Se usa como medio de reacción, disolvente, agente extractivo y anestésico general.

Aplicaciones Generales

Anestésico general.

Medio extractar para concentrar ácido acético y otros ácidos.

Medio de reacción en la síntesis WURTZ y de GRIGNARD.

Medio de arrastre para la deshidratación de alcoholes etílicos e isopropílicos.

Disolvente de sustancias orgánicas (aceites, grasas, resinas, nitrocelulosa, perfumes y alcaloides).

Combustible inicial de motores Diesel.

 

 

III.  Unidad Nro. 3: Ácidos Carboxílicos y sus derivados

A.1 Haluros de ácidos, Esteres, Anhídridos  y Amidas

Unos haluros de ácido (o haluros de acilo) es un compuesto derivado de un ácido al sustituir el grupo hidroxilo por un halógeno.

Si el ácido es un ácido carboxílico,  el compuesto contiene un grupo funcional -COX. En ellos el carbono está unido a un radical o átomo de hidrógeno (R), a un oxígeno mediante un doble enlace y mediante un enlace simple (sigma) a un halógeno (X).

Al resto procedente de eliminar el grupo OH se lo llama acilo. Los halogenuros de ácido se nombran, entonces, anteponiendo el nombre del halógeno al del resto acilo, el cual se nombra reemplazando la terminación "oico" del ácido del que deriva por "ilo" Por ejemplo, el resto acilo derivado del ácido acético (CH3-CO-) es el acetilo. El cloruro de ácido derivado del acético, se nombrara por lo tanto, cloruro de acetilo.

Estos compuestos dan reacciones de sustitución nucleofílica con mucha facilidad y son utilizados en reacciones de oscilación (como la deFrieldel - Crafts.)

El grupo hidroxilo del ácido sulfónico también puede ser reemplazado por un halógeno, dando lugar a un ácido halosulfonico. Por ej., el ácido clorosulfonico resulta de reemplazar un grupo hidroxilo por un átomo de cloro.

 

Propiedades:

Propiedades Físicas y Químicas:

Haluros de ácido: La mayor importancia la tienen los cloruros de ácido. El primer miembro de la serie alifática es el cloruro de metanoilo o cloruro de formilo, el cual es un compuesto inestable.


La mayoría son líquidos de bajo punto de fusión y olores irritantes. No presentan puente de hidrógeno intermolecular, por lo que sus puntos de ebullición son más bajos que los de los ácidos de los que se derivan. 

 Los halogenuros de acilo no tienen hidrógenos ácidos, no se asocian por puentes de hidrógeno y tienen puntos de ebullición menores que los ácidos de los que provienen. Son solubles en la mayoría de los disolventes orgánicos y tienen olores irritantes que posiblemente se deban a que reaccionan fácilmente con la humedad del aire y experimentan la hidrólisis a fin de producir el ácido clorhídrico. Los halogenuros de acilo se hidrolizan con agua produciendo el ácido correspondiente. Frecuentemente esta reacción es exotérmica y muy rápida. Los halogenuros de ácidos aromáticos no reaccionan muy rápidamente con agua, a temperatura ambiente. Esto se debe, probablemente, a que la carga positiva sobre el carbono del acilo se puede dispersar, en parte, en el anillo aromático. Por lo que, el átomo de carbono del acilo de un halogenuro aromático es menos electrofílico que el de un halogenuro alifático.

 



Los alcoholes primarios y secundarios reaccionan fácilmente con los halogenuros de ácido formando ésteres. Este método es excelente para la preparación de ésteres.

Los alcoholes terciarios reaccionan con los halogenuros de acilo, en presencia de una base o un metal activo, tal como magnesio, produciendo ésteres. En ausencia de la base o del metal, los halogenuros de ácido transforman los alcoholes terciarios en alquenos o halogenuros de alquilo terciarios. Los halogenuros de acilo también reaccionan con los fenoles produciendo ésteres; los fenoles tienen un grupo oxhidrilo directamente unido a un anillo aromático.

Los halogenuros de ácido reaccionan con el amoníaco y también con aminas primarias y secundarias produciendo amidas.

Los ácidos reaccionan con halogenuros de ácido, en presencia de piridina, produciendo anhídridos. Los halogenuros de ácidos reaccionan con peróxido de sodio formando peróxidos orgánicos. Los peróxidos de acilo son inestables y se descomponen fácilmente produciendo radicales libres. Por esta razón los peróxidos de acilo se emplean como iniciadores de reacciones por radicales libres. Los reactivos organometálicos son fuertemente neuclofílicos y es de esperarse que reaccionen con los halogenuros de ácido. Aunque se han empleado reactivos organometálicos de muchos metales distintos para hacerlos reaccionar con los halogenuros de ácido, los más usados son los organocádmicos, los cuales reaccionan con halogenuros de ácido produciendo cetonas.

El fosgeno puede considerarse un cloruro de ácido derivado del ácido carbónico, H2CO3. El fosgeno se prepara mediante la reacción entre monóxido de carbono y cloro.

Carbón

Activado

Cl2 + CO ------------> Cl - C -Cl

200°-295°

Fosgeno

Nomenclatura:

Los halogenuros de acilo, que también se llaman halogenuros de ácido, se nombran de acuerdo con el sistema UIPAC y también en el sistema común, substituyendo la palabra ácido por la palabra halogenuro, según el halógeno correspondiente, y cambiando la terminación icodel ácido por ilo. La posición de los sustituyentes se indica en igual forma que en el caso de los ácido; en el sistema de la IUPAC se emplean números y en el sistema común, letras griegas.

Preparación y Reacciones:

Los métodos de laboratorio más comunes para la preparación de halogenuros de acilo incluyen la reacción del ácido carboxílico con cloruro de rionilo (SOCl2),pentacloruro de fósforo (PCl5) o cloruro de oxalilo ((COCl)2) para obtener el cloruro de acilo y con tribromuro de fósforo para el bromuro de acilo. 

 

Reacciones: Los halogenuros de ácido dan las típicas reacciones de sustitución nucleofílica de los derivados de ácido.

1) Hidrólisis (conversión a ácidos)

Esta reacción es un ejemplo típico del tipo de reacciones de  sustitución nuceófila acílica mediante el mecanismo de adición-eliminación.

 

2) Alcoholisis (conversión a esteres)


3) Amonólisis/Aminolisis (conversión a amidas)

Las aminas primarias, secundarias y el amoníaco reaccionan con los cloruros de acilo para dar una amida más cloruro de hidrógeno. El último, puede ser neutralizado con una base o exceso de amina. En el mecanismo podemos ver que en la última etapa, el nitrógeno pierde un protón resultando la amida, por esto misma, las aminas terciarias no forman amidas con cloruros de acilo. 


Esteres:

En la química, los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico alquilo (simbolizado por R') reemplaza a un átomo de hidrógeno (o más de uno) de un ácido oxigenado. Un oxoácido es un ácido inorgánico cuyas moléculas poseen un grupo hidroxilo (–OH) desde el cual el hidrógeno (H) puede disociarse como un ion hidrógeno, hidrón o comúnmente protón, (H+). En los ésteres más comunes el ácido en cuestión es un ácido carboxilico. Por ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los ésteres también se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido carbónico (origina ésteres carbónicos), el ácido fosfórico (ésteres fosfóricos) o el ácido sulfúrico. Por ejemplo, el sulfato de dimetilo es un éster, a veces llamado "éster dimetílico del ácido sulfúrico".

Un ensayo recomendable para detectar ésteres es la formación de hidroxamatos férricos, fáciles de reconocer ya que son muy coloreados:

Ensayo del ácido hidroxámico: la primera etapa de la reacción es la conversión del éster en un ácido hidroxámico (catalizado por base). En el siguiente paso éste reacciona con cloruro férrico produciendo un hidroxamato de intenso color rojo-violeta.

En bioquímica son el producto de la reacción entre los ácidos grasos y los alcoholes.

En la formación de ésteres, cada radical OH (grupo hidroxilo) del radical del alcohol se sustituye por la cadena -COO del ácido graso. El H sobrante del grupo carboxilo se combina con el OH sustituido, formando agua.


En  química órganica y bioquímica los ésteres son un grupo funcional compuesto de un radical orgánico unido al residuo de cualquier ácido oxigenado, orgánico o inorgánico.

Los ésteres más comúnmente encontrados en la naturaleza son las grasas que son ésteres de glicerina y ácidos grasos (ácidooleico,ácidoesteárico, etc.)

Principalmente resultante de la condensación de un ácido carboxilico y un alcohol.

Propiedades Físicas y Químicas:

Los ésteres pueden participar en los enlaces de hidrógeno como aceptadores, pero no pueden participar como dadores en este tipo de enlaces, a diferencia de los alcoholes de los que derivan. Esta capacidad de participar en los enlaces de hidrógeno les convierte en máshidrosolubles que los hidrocarburos de los que derivan. Pero las ilimitaciones de sus enlaces de hidrógeno los hace más hidrofóbicos que los alcoholes o ácidos de los que derivan. Esta falta de capacidad de actuar como dador de enlace de hidrógeno ocasiona el que no pueda formar enlaces de hidrógeno entre moléculas de ésteres, lo que los hace más volátiles que un ácido o alcohol de similar peso molecular.

Muchos ésteres tienen un aroma característico, lo que hace que se utilicen ampliamente como sabores y fragancias artificiales. Por ejemplo:

  • Acetato de 2 Etil Hexilo: olor a dulzón suave
  • Butanoato de metilo: olor a Piña
  • Salicilato de metilo (aceite de siempre verde o menta): olor de las pomadas Germoleney Ralgex (Reino Unido)
  • Color a  Frambuesa
  • Etanoato de Isopentilo: olor a plátano
  • Pentanoatode pentilo: olor a manzana
  • Butanoato de pentilo: olor a pera albaricoque
  • Etanoato de octilo: olor a naranja.

Los ésteres también participan en la hidrólisis esterárica: la ruptura de un éster por agua. Los ésteres también pueden ser descompuestos por ácidos o bases fuertes. 



Propiedades Químicas:

En las reacciones de los ésteres, la cadena se rompe siempre en un enlace sencillo, ya sea entre el oxígeno y el alcohol o R, ya sea entre el oxígeno y el grupo R-CO-, eliminando así el alcohol o uno de sus derivados. La saponificación de los ésteres, llamada así por su analogía con la formación de jabones, es la reacción inversa a la esterificación: Los ésteres se hidrogenan más fácilmente que los ácidos, empleándose generalmente el éster etílico tratado con una mezcla de sodio y alcohol, y se condensan entre sí en presencia de sodio y con las cetonas

 

Nomenclatura:

La nomenclatura de los ésteres deriva del ácido carboxílico y el alcohol de los que procede. Así, en el etanoato (acetato) de metilo encontramos dos partes en su nombre:

  • La primera parte del nombre, etanoato (acetato), proviene del ácido etanoico (acético)
  • La otra mitad, de metilo, proviene del alcohol metílico (metanol).

 Etanoato de etilo.

En el dibujo de la derecha se observa la parte que procede del ácido (en rojo; etanoato) y la parte que procede del alcohol (en azul, de etilo).


Preparación y Reacciones:

Los ésteres pueden prepararse mediante varios métodos uno de los cuales es la reacción entre un cloruro de acilo y un alcohol o fenol.

El método más importante para preparar un éster es la reacción catalizada por ácido entre un ácido y un alcohol, el cual recibe el nombre de esterificación de Fischer.

O H+ calor O

(Ar-) R - C -OH + R'OH -----------> (Ar-) R - C - OR' + H2O

<-------------

Acido Alcohol Ester

Este método es particularmente versátil debido a que la mayoría de los alcoholes pueden conseguirse en el marcado y son poco costosos. En términos experimentales, la reacción se lleva a cabo usando un gran exceso de alcohol con una pequeña cantidad de ácido sulfúrico como catalizador. El alcohol a menudo sirve como disolvente para la reacción.

 

Anhídridos:

Los anhídridos de ácido (o anhídridos carboxílicos) son  compuestos químicos orgánicos que tienen la fórmula general (RCO)2O, y formalmente son el producto de deshidratación de dos moléculas de ácido carboxílico (o una si tiene lugar de forma intermolecular en un ácido di carboxílico). Al reaccionar con agua (hidrólisis) vuelven a formar los ácidos carboxílicos de partida.

Propiedades Físicas y Químicas:

 

Físicas.

El grupo carboxilo es fuertemente polar, debido al doble enlace carbono-oxígeno, que es polarizable, y al hidroxilo, que forma puentes de hidrógeno con otras moléculas polarizadas como agua, alcoholes u otros ácidos carboxílicos, estos ácidos son completamente solubles en agua. Como líquidos puros o incluso en disoluciones bastante diluidas, en disolventes aprótico, los ácidos carboxílicos existen en forma de dímeros unidos por puentes de hidrógeno, con una interacción O-H ... O cuyo valor energético oscila entre 6 y 8 Kcal/mol.

Formación de Dímeros

O...H-O

2RCOOH R-C C-R

O...H-O

Los ácidos carboxílicos tienen puntos de fusión y ebullición relativamente altos, debido a la formación de estos puentes en estado sólido y líquido.

Ácido

Fórmula

Solubilidad

g/100g de H2O

Punto de fusión

Punto de ebullición °C

Ka en H2O a 25°C

Metanoico (fórmico)

H-COOH

"

8,4

101

1,8 X 10-4

Etanoico (acético)

CH3-COOH

"

17

118

1,8 X 10-5

Propanoico (propiónico)

CH3-CH2-COOH

"

-22

141

1,3X 10-5

Butanoico (N-butírico)

CH3-(CH2)2-COOH

"

-5

163

-------------

Isobutanoico (isobutírico)

(CH3)2-CH-COOH

20 (20°C)

-47

154

1,4X 10-5

Sec-propanoico (láctico)

CH3-CHOH-COOH

--------------

17

-----

2,4 X 10-4

Octadecanoico (esteárico)

CH3-(CH2)16-COOH

0,034 (25°C)

69

360

-------------

Benzoico

C6H5-COOH

0,27 (18°C)

122

249

6,5 X 10-5

En esta tabla se ilustran las propiedades físicas fundamentales de algunos ácidos carboxílicos importantes:

Los 3 primeros son solubles en todas las proporciones en H2O y luego la solubilidad disminuye hasta hacerse insolubles, esto se debe a la solvatación de moléculas del ácido a través de la formación de puentes de H con las moléculas de agua, hecho que se dificulta a medida que aumenta el tamaño de la molécula.

El punto de ebullición aumenta gradualmente a medida que aumenta el peso molecular, en cambio el punto de fusión, si bien va en aumento, lo hace en forma escalonada; es decir, que cada ácido con número par de carbonos tiene punto de fusión más elevado que los vecinos de número impar; estas variaciones se pueden apreciar en la siguiente gráfica.

Los valores elevados para los puntos de fusión y ebullición, en relación con los compuestos pertenecientes a otras funciones, indican la fuerza de asociación intermolecular a través de los puentes de hidrógeno.

Por las mismas razones estructurales expuesta, el estado físico de los ácidos se presenta así: líquidos móviles hasta el C5; luego hasta el C9 siguen siendo líquidos, pero menos fluidos; y del C10 en adelante son sólidos insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos.

Los ácidos carboxílicos, especialmente los de peso molecular relativamente bajo y por tanto volátiles presentan olores fuertes. Por ejemplo, el olor característico de muchos quesos es debido a la presencia del ácido butanoico, el ácido E-3 metil-2-hexenoico se identifico en 1991 como el principal responsable del olor del sudor humano.

Propiedades químicas: reaccionan con el agua formando ácidos y reacciona con los hidróxidos neutralizando el PH (potencial de hidrogeno de la base o hidróxido y de si mismo).

 

Nomenclatura:

Los anhídridos proceden de condensar dos moléculas de ácidos carboxílicos. La condensación de dos moléculas del mismo ácido da lugar a anhídridos simétricos, que se nombran reemplazando la palabra ácido por anhídrido

 

Preparación y Reacciones:

Los ácidos carboxílicos pueden ser desprotonados para formar aniones, los cuales son buenos nucleó filos en las reacciones SN2. Los ácidos carboxílicos experimentan ataques nucleó filos en su grupo carbonilo.

Las reacciones de los ácidos carboxílicos pueden agruparse en: sustitución  descarboxilación, desprotonación, reducción y sustitución nucleó fila en el acilo.

O

H C H H

C O- H C

CO2 + C-X Desprotonación C OH

Descarboxilación Reducción

O O

R C H C

C OH C Y

Sustitución alfa Sustitución nucleofílica en el acilo.

Reacción de Hunsdiecker: Descarboxilación de Ácidos Carboxílicos.

En ciertas condiciones los ácidos carboxílicos experimentan descarboxilación, es decir, perdida de dióxido de carbono, para formar un producto que tiene un átomo de carbono menos que el ácido inicial. En la reacción de Hunsdiecker, que implica el calentamiento de la sal de un metal pesado del ácido carboxílico con bromo o con yodo, se pierde dióxido de carbono y se forma un halogenuro de alquilo con un átomo de carbono menos que el ácido inicial. El ión metálico puede ser plata, mercurio II o plomo IV, todos funcionan igualmente bien.

HgO, Br2, CCl4

CH3(CH2)15CH2COOH CH3(CH2)15CH2Br + CO2

Ácido octadecanoico 1-bromoheptadecano

Reducción de Ácidos Carboxílicos.

Los ácidos carboxílicos son reducidos por hidruros fuertes, como el hidruro de litio y aluminio, para formar alcoholes primarios. Sin embargo, la reacción es difícil, y con frecuencia se requiere calentamiento en tetrahidrofurano como solvente para que se complete.

El borano, BH3 también se utiliza para la conversión de ácidos carboxílicos en alcoholes primarios. La reacción de un ácido con borano ocurre con rapidez a temperatura ambiente, y a menudo se prefiere este procedimiento al de reducción LiAlH4 debido a su relativa seguridad, facilidad y especificidad. El borano reacciona en ácidos carboxílicos más rápido que con cualquier otro grupo funcional, de modo que permite realizar transformaciones selectivas como la que se muestra con ácidos p-nitrofenilacetico. Si se intentara la reducción de este ácido con lialh4, se reducirían tanto el grupo nitro como el grupo carboxilo.

IV. Macromoléculas

  1. Concepto:

Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecualar elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.

A menudo el término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 dalton de masa atómica. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y algunas de gran relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos. Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamados "monómeros" unidos entre sí mediante enlaces covalentes.

Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.

Por lo general, se analizan moléculas en el que el número de átomos es muy pequeño, el cual consta de una masa molecular relativamente pequeña, por ejemplo la molécula de la sal común (NaCl) consta de solo dos átomos y la masa molecular relativa es de 58. En cambio, existen muchas clases de moléculas que poseen una composición mucho más complicada, es decir, una gran cantidad de átomos y un valor grande en su masa molecular; a esta clase de composiciones se le denomina macromoléculas. Específicamente una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa no menos de 10.000. Además los eslabones que unen la molécula no conducen a variación en las propiedades físicas, si estos son adicionados de manera complementaria. Por ejemplo la molécula del polietileno, cuya masa molecular relativa es de 280.000 y consta de 20.000 eslabones de grupos CH2. Otro ejemplo es la molécula del ácido ribonucleico; consta de 124 eslabones que se repiten, conformados por 17 aminoácidos diferentes. Su fórmula química es C575H901O193N171S12, su masa molecular relativa es de 13.682. Los polímeros son sustancias conformadas por macromoléculas.

Desde hacia un tiempo se denominaron a cierto grupo de moléculas los coloides, en una época que no se conocía la existencia de la macromolécula, los coloides tenían una apariencia gelatinosa adhesiva, con una velocidad de difusión pequeña sin atravesar las membranas, lo cual sucede lo contrario por ejemplo con la sal común que se difunden muy bien y pasa a través de las membranas, estas sustancias fueron llamadas cristaloides por su buena conformación estructural. En lo sucesivo fue descubierto que en condiciones determinadas los cristaloides podían adquirir un “estado coloidal”, si se lograba unir sus moléculas en grupos y con una masa relativa baja. La agregación de las moléculas de los cristaloides que conducen a la aparición de las propiedades coloidales de sus moléculas, es por lo general una manifestación de las fuerzas de la valencia secundaria y el enlace de los átomos en las macromoléculas es covalente.

  1. Tipo de Macromoléculas:

Naturales 

  • CAucho
  • Polisacáridos (almidón - Celulosa)
  • Proteínas
  • Ácidos nucleicos
  • Carbohidratos
  • Lípidos

Artificiales

  • Plásticos
  • Fibras Textiles Sintéticas
  • Poliuretano
  • Polietileno
  • Cloruro de polivilino (PVC)
  • Politetrafluoroetileno
  • Sodio
  • Según su estructura molecular

 

  • Lineales
  • Ramificados

Según su composición 

  • Homopolímeros: un monómero.
  • COpolímeros

Por su comportamiento ante el calor 

  • Termoplásticos
  • Termoestables

 

B.1 Naturales:

a. Caucho: El caucho es un hidrocarburo elástico, cis -1,4-polisopreno, polímero del isopreno o 2 metilbutadieno. C5H8 que surge como una emulsión lechosa (conocida como látex en la savia de varias plantas, pero que también puede ser producido sintéticamente. La principal fuente comercial de látex son las euforbiáceas, del género Hevea, como Hvea brasiliensis. Otras plantas que contienen látex son el ficus euphorkingdom heartsbias y el diente de león común. Se obtiene caucho de otras especies como Urceola elástica de Asia la Funtamia elástica de África Occidental. También se obtiene a partir del latex de Castilla elástica, del Kalule patenium argentatum y de laGutta-percha palaquium gutta. Hay que notar que algunas de estas especies como la gutta percha son isómeros trans que tienen la misma formulación química, es el mismo producto pero con  isomería diferente. Estas no han sido la fuente principal del caucho, aunque durante la Segunda Guerra Mundial, hubo tentativas para usar tales fuentes, antes de que el caucho natural fuera suplantado por el desarrollo del caucho sintético. En la actualidad el Hevea se cultiva en grandes plantaciones, en algunos casos propiedad de grandes industrias del neumático, en las que se utilizan injertos de variedades genéticamente modificadas para optimizar la producción de latex. Las zonas de mayor producción son Malasia, India, Tailandia, Vietnam yBrasil. Hubo grandes plantaciones de Heveas en África tropical, Guinea, Liberia y Congo, pero actualmente el predominio de la producción pertenece al Sudeste asiático.

 

b. Polisacáridos (Almidón –Celulosa):

Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos.Se encuadran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales.

Los polisacáridos son polímeros, cuyos monómeros constituyentes son monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que participen en su estructura. Este número es casi siempre indeterminado, variable dentro de unos márgenes, a diferencia de lo que ocurre con biopolímeros informativos, como el ADN o los polipéptidos de las proteínas, que tienen en su cadena un número fijo de piezas, además de una secuencia específica.

 

El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en lasplantas, constituido por amilosa y amilopectina. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para hacer pan y otros productos de panaderia. Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz (Oryza sativa), y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de patata (Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y mandioca (Manihot esculenta). Los almidones modificados tienen un número enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante de espumas, agente anti-envejecimiento de pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante.

El almidón se diferencia de todos los demás carbohidratos en que, en la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (gránulos).

Los gránulos de almidón son relativamente densos, insolubles y se hidratan muy mal en agua fría. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la formación de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fácilmente mezcladas y bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%.

El trigo, el centeno (Secale cereale) y la cebada (Hordeum vulgare) tienen dos tipos de granos de almidón: los grandes lenticulares y los pequeños esféricos. En la cebada, los granos lenticulares se forman durante los primeros 15 días después de la polinización. Los pequeños gránulos, representando un total de 88% del número de granos, aparecen a los 18-30 días posteriores a la polinización.

Los almidones de los cereales contienen pequeñas cantidades de grasas. Los lípidosasociados al almidón son, generalmente, lípidos polares, que necesitan disolventes polares tales como metanol-agua, para su extracción. Generalmente el nivel de lípidos en el almidón cereal, está entre 0.5 y 1%. Los almidones no cereales no contienen esencialmente lípidos.

Químicamente es una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y laamilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas alternadas. Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las cadenas de amilopectina, los gránulos de almidón céreo tienen parecido grado de cristalinidad que los almidones normales. La disposición radial y ordenada de las moléculas de almidón en un gránulo resulta evidente al observar la cruz de polarización (cruz blanca sobre un fondo negro) en un microscopio de polarización cuando se colocan los polarizadores a 90° entre sí. El centro de la cruz corresponde con el hilum, el centro de crecimiento de gránulo.

La amilosa es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos a(1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es una a-D-(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seismoléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxiloestán situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones contienen alrededor del 25% de amilosa.

Los dos almidones de maíz comúnmente conocidos como ricos en amilosa que existen comercialmente poseen contenidos aparentes de masa alrededor del 52% y del 70-75%.

La amilopectina se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones que le dan una forma molecular similar a la de un árbol; las ramas están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces a-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es muy alto ya que algunas fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de daltones. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos como céreos. La amilopectina de papa es la única que posee en su molécula grupos éster fosfato, unidos más frecuentemente en una posición O-6, mientras que el tercio restante lo hace en posición O-3.


  1. Proteínas:

Las proteínas son biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos.

Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:

  • Inmunológica (anticuerpos),
  • Enzimática (sacarasa y pepsina),
  • Contráctil (actina y miosina).
  • Homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH,
  • Transducción de señales (rodopsina)
  • Protectora o defensiva (trombina y fibrinógeno)

Las proteínas están formadas por aminoácidos.

Las proteínas de todos los seres vivos están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.

Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma.

  1. Ácidos Nucleicos:

Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes (de millones de nucleótidos de largo).

El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en el año 1869aisló de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico


  1. Lípidos:

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el serhidrofóbicas o insolubles en agua y sí en solventes orgánicos como la bencina, el alcohol, elbenceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamentegrasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (esteroides).

Los Lípidos también funcionan para el desarrollo del cerebro, el metabolismo y el crecimiento.

 

B.2 Artificiales:

A. Plásticos:

El término plástico en su significación más general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo deevaporación y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.

Sin embargo, en sentido concreto, nombra ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un escaso grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se conserva en el término plasticidad.

B. Fibras Textiles Sintéticas:

En 1845, Christian Schönbein (suizo-alemán) descubrió accidentalmente la nitrocelulosa. A partir de este compuesto John Wesley Hyattdescubrió el celuloide, con lo que se inició la era de los polímeros. Entre los diversos polímeros con que se cuenta actualmente se tiene una gran variedad de fibras sintéticas como el Acrilán y el Orlón (que se usan para sueteres, sarapes,alfombra) y el Dracón ,tela de planchado permanente que se emplea en la ropa. Las fibras son hebras largas y finas parecidas a cabellos que se emplean para fabricar tejidos. Muchas de ellas se obtienen de la naturaleza, a partir de animales o plantas, pero otras muchas se producen en fábricas y laboratorios.

Existen tres tipos de fibras sintéticas: las primeras proceden de una sustancia conocida como celulosa, que se encuentra en las plantas; la segunda procede principalmente del petróleo y la tercera se obtiene a partir de minerales.

 

Fibras de celulosa

Las fibras de rayón se elaboran con la celulosa extraída de la pulpa. En primer lugar, se disuelve la celulosa en diversos productos químicos. El líquido resultante se bombea a través de conductos o agujeros, llamados hileras, y se sumergen en otra disolución química, donde se solidifican en finas hebras. Varias de estas hebras se tuercen (hilan) juntas para producir la hilaza de rayón, con la cual se tejen las telas y prendas de ropa. El rayón tiene la ventaja de que se tiñe con gran facilidad.
No se trata de una fibra sintética, sino de una fibra artificial, cuya diferencia entre una fibra sintética es que se obtiene de una fibra vegetal, misma que se somete a un proceso químico, mismo que cambia las características naturales del vegetal del que se extrajo.

Fibras plásticas

Es posible obtener fibras a partir de plásticos, fundiéndolos o disolviéndolos y después haciendo pasar el líquido resultante a presión a través de una hilera, para que se solidifique en finas hebras.

Fibras de origen mineral

Las fibras de vidrio se consiguen fundiendo vidrio en un horno a propósito, provisto de muchos agujeros minúsculos. El vidrio fundido pasa a través de los orificios y posteriormente se solidifica en finas barritas de la longitud deseada.
La fibra de vidrio se utiliza para aislar edificios, y también en ciertos tipos de cortinas. Muchas fibras de vidrio pegadas apretadamente en muchas capas permiten producir láminas muy resistentes, que se utilizan en la fabricación de cascos de embarcaciones y en las carrocerías de ciertos modelos de autos.

C. Poliuretano:

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de di-bases hidroxílicas combinadas con disocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: termoestables o termoplásticos (poliuretano termoplástico, según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de degradarse, respectivamente).

Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.

Es habitual su combinación con pigmentos tales como el negro de humo y otros.

 

D. Polietileno:

El polietileno (PE) es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladasson producidas anualmente (2005) alrededor del mundo) es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno(de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres, polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno.

Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se disponen bajo la temperatura de reblandecimiento Tg en regiones amorfas y semicristalinas.

  1. Cloruro de polivinilo (PVC):

Se presenta como un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de los 80 °C y se descompone sobre 140 °C. Es un polímero por adición y además una resina que resulta de la polimerización delcloruro de vinilo o cloroeteno. Tiene una muy buena resistenciaeléctrica y a la llama.

El átomo de cloro enlazado a cada átomo de carbono le confiere características amorfas principalmente e impiden su recristalización, la alta cohesión entre moléculas y cadenas poliméricas del PVC se deben principalmente a los momentos dipolares fuertes originados por los átomos de cloro, los cuales a su vez dan cierto impedimento estérico es decir que repelen moléculas con igual carga, creando repulsiones electrostáticas que reducen la flexibilidad de las cadenas poliméricas, esta dificultad en la conformación estructural hace necesario la incorporación de aditivos para ser obtenido un producto final deseado.

En la industria existen dos tipos:

  • Rígido: para envases, ventanas, tuberías, las cuales han reemplazado en gran medida al hierro (que se oxida más fácilmente).

El PVC se caracteriza por ser dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental. Además, es reciclable por varios métodos.

  1. Politetrafluoroetileno:

El Teflón (PTFE) es un polímero similar al polietileno, en el que los átomos de hidrógenohan sido sustituidos por átomos flúor. La fórmula química del monómero, tetrafluoroeteno, es CF2=CF2. La fórmula del polímero se muestra en la figura.

Bajo el nombre de Teflon, también llamado teflón en algunas regiones, la multinacionalDuPont comercializa este y otros cuatro polímeros de semejante estructura molecular y propiedades. Entre ellos están la resina PFA (perfluoroalcóxido) y el copolímero FEP (Propileno Etileno Flurionado), llamados Teflon-PFA y Teflon-FEP respectivamente. En la siguiente figura se muestra la fórmula del PFA (perfluoroalcóxido):

Tanto el PFA como el FEP comparten las propiedades características del PTFE, ofreciendo una mayor facilidad de manipulación en su aplicación industrial.

B.4 Según La estructura Molecular:

A. Lineales:

Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola)

 

B. Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.

 

B.5 Según su Composición:

A. Homopolímeros:

Es una molécula pequeña de masa molecular que unida a otros monómero a veces cientos o miles, por medios de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros.

Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas.

Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos.

Los monosacáridos son los monómeros de los glucósidos

Esta confusión respecto a que los ácidos grasos se unen a los lípidos, convirtiéndolos en saponificables.

Los lípidos solos son no saponificables.

 

 

B. Copolimeros:

Un copolímero es una macromolécula compuesta por dos o más unidades repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos.

Los monómeros pueden distribuirse de forma aleatoria o periódica. Si se alternan largas secuencias de uno y otro monómero, se denomina copolímero en bloque. Si el cambio de composición se produce en las ramificaciones, se trata de un copolímero ramificado.

Los polipéptidos de las proteínas o de los ácidos nucleícos son los copolímeros aleatorios más comunes. Un ejemplo de distribución periódica es el del peptidoglucano.

B.6 Por su comportamiento ante el calor:

A. Termoplásticos:

Un termoplástico es un plástico que, a temperatura cliente, es plástico o deformable, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas Van der Waals (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos, mientras que en el caso de los termoestables o termoduros, después de enfriarse la forma no cambia y arden. De tal forma que Sempere no come

Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces (historial térmico), generalmente disminuyen estas propiedades.

Los más usados son: el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el poliestireno (PS), el polimetilmetacrilato (PMMA), el policloruro de vinilo(PVC), el politereftalato de etileno (PET), el teflón (o politetrafluoretileno, PTFE) y el nylon (un tipo de poliamida).

Se diferencian de los termoestables (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.

Muchos de los termoplásticos conocidos pueden ser resultado de la suma de varios polímeros, como es el caso del vinilo, que es una mezcla de polietileno y polipropileno.

B. Termoestables:

Termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La estructura así formada toma el aspecto macroscópico de una única molécula gigantesca, cuya forma se fija permanentemente, debido a que la movilidad de las cadenas y los grados de libertad para rotación en los enlaces es prácticamente cero.