QUIMICA II

Profesor Obdulio Osvaldo Obil Pereyra

Guía de Química II  para el examen de ingreso a 

la:

 UNAM E INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

OOOP: e-     osvaldo_obil@yahoo.com.mx

1. Química del Carbono
2. Hidrocarburos
3. Alcoholes y fenoles
4. Los aldehídos
5. Cetonas
6. Éteres.
7. Aminas
8. Ácidos carboxílicos
9. Macromoléculas
10. Carbohidratos
11. Lípidos
12. Proteínas

Química del Carbono II

Estructura molecular de los compuestos del carbono

Introducción a la química orgánica

Los compuestos orgánicos como los inorgánicos, son de excepcional importancia para los organismos vivos, como integradores del medio ambiente en que viven, o como formadores del medio interno que les proporciona turgencia y su misma arquitectura, constituyendo ese complejo que en algún tiempo se atribuyó a la "fuerza vital".

Desde el siglo XVII se dividió el estudio de la química en inorgánica o inorgánica y orgánica, con el objeto de distinguirlas y facilitar su estudio dentro del medio natural.

La química orgánica es el estudio de los compuestos del carbono en cuanto a su composición, propiedades, obtención, transformaciones y usos. Comprende un amplio campo de estudio en la tecnología de productos como colorantes, drogas, azúcares, proteínas, grasas, insecticidas, fungicidas, combustibles, licores, cosméticos, hormonas, medicamentos, aromatizantes, fibras textiles, etc. Anteriormente, dichos productos se aislaban de fuentes animales o vegetales y por eso se les dio el nombre de orgánicos, es decir sintetizados por los seres vivos, en la actualidad se producen en el laboratorio y se conocen más de 7 millones de compuestos orgánicos diferentes, mientras que inorgánicos sólo hay 300,000 compuestos (Ocampo, et al., 1999). La química orgánica o química del carbono -como también se le denomina- por ser el carbono el elemento esencial de estos compuestos- estudia al conjunto de sustancias cuyos elementos fundamentales e irremplazables son el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, e indispensables, el nitrógeno, el fósforo y el azufre. Con menor frecuencia entran en su composición los halógenos y otros elementos como el magnesio, el sodio, el potasio, el fierro, etcétera (Llera, 1984).

  Importancia y objeto de estudio de la Química Orgánica

Su tarea inicial fue el estudio de las sustancias que se hallaban en la naturaleza viva. Sin embargo, gradualmente fueron tomando una mayor importancia las sustancias de obtención artificial; muchas de ellas no se encuentran en la naturaleza. En el propio estudio de las sustancias naturales, de grado en grado se fue pasando de las simples hacia las más complejas, y luego también al estudio de los procesos químicos que conforman la base de la actividad vital. La química Orgánica contemporánea estudia tanto las sustancias naturales, como también las sustancias orgánicas sintéticas, la estructura de estas, sus vías de obtención, sus propiedades y las posibilidades de su utilización práctica.

 Propiedades generales de los compuestos orgánicos

El carbono es un elemento esencial en los compuestos orgánicos y en casi todos las sustancias orgánicas encontramos también el hidrógeno. Además contienen oxígeno y nitrógeno, y con menos frecuencia entran en su composición los halógenos, el azufre y el fósforo.

Los compuestos orgánicos típicos se caracterizan por determinadas propiedades que se diferencian de las propiedades de las sustancias inorgánicas. En la medida en que la inmensa mayoría de los compuestos inorgánicos son sustancias sólidas con alta temperatura de fusión, una gran parte de los compuestos orgánicos son sustancias líquidas de baja temperatura de fusión. Muchas reacciones de sustancias orgánicas transcurren con mayor lentitud que las reacciones de sustancias inorgánicas, a la vez que las transformaciones a menudo van simultáneamente en varias direcciones. Los compuestos orgánicos se descomponen a altas temperaturas, muchos de ellos generalmente se oxidan en el aire. En generl se pude decir que las sustancias orgánicas típicas son menos estables que las inorgánicas típicas.

Diferencia entre compuestos orgánicos e inorgánicos.

En 1828, Federico Wóehler, preparo en su laboratorio una cantidad del compuesto inestable conocido con el nombre de Cianato de Amonio; esta sustancia fue calentada y con gran sorpresa notó que se había transformado en unos cristales blancos y sedosos. Rápidamente hizo unas pruebas: eran cristales de Urea, la sustancia que se obtiene cuando se evapora la orina. Para Wóehler éste fue un cambio de lo más sorprendente y enigmático, porque el Cianato de Amonio era un compuesto inorgánico que podía prepararse en el laboratorio; mientras que la Urea era un compuesto orgánico, producto de la actividad de un organismo vivo, la cual, de acuerdo con las teorías de la época, sólo podía prepararse por medio de los procesos de los organismos vivos. Sin embargo Wóehler la había preparado en un tubo de ensayo. Estos compuestos son idénticos a los inorgánicos o minerales y en su formación se cumplen las mismas leyes. La barrera que separaba al mundo inorgánico del mundo orgánico fue eliminada con estos descubrimientos. Es de preguntarse por qué en la actualidad se conserva la Química en dos secciones: Inorgánica y Orgánica, siendo que han desaparecido las diferencias de origen que entre ellas se hicieron. Algunas de las razones que se tienen para conservar la anterior división son las siguientes:

Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos

	Orgánicos	Inorgánicos
Tipo de enlace	Predomina el enlace covalente	Predomina el enlace iónico
Solubilidad	Son solubles en solventes no polares	Por lo general son solubles en agua
Puntos de fusión y ebullición	Bajos puntos de fusión y ebullición	Presentan altos puntos de fusión y ebullición
Velocidad de reacción	Por lo general, las reacciones son lentas	Las reacciones son casi instantáneas
Estructuras	Forman estructuras complejas, de elevado peso molecular	No forman estructuras complejas y sus pesos moleculares son bajos
Isomería	Fenómeno frecuente	Fenómeno poco frecuente.

  Hidrocarburos

Clasificación

Los principales constituyentes de las sustancias orgánicas son el carbono(C), eI hidrógeno (H), el oxígeno(O) y el nitrógeno(N). Con frecuencia también aparecen el azufre, el fósforo, el cloro etcétera.
Los compuestos orgánicos que están constituidos solo por carbono e hidrógeno reciben el nombre de hidrocarburos.
Teniendo en cuenta su composición los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos.
Atendiendo a la estructura química de sus moléculas los hidrocarburos se clasifican según el tipo de enlace entre los átomos de carbono en hidrocarburos saturados y no saturados y según la forma de la cadena carbonada en hidrocarburos alifáticos y cíclicos.
En los hidrocarburos saturados los enlaces carbono-carbono son simples. Ejemplo de estos son los alcanos y los cicloalcanos

:

En los hidrocarburos no saturados hay al menos un doble o triple enlace entre dos de los útomos de carbono de la cadena. entre estos se encuentran los alquenos(doble enlace) y los alquinos(triple enlace).

En los hidrocarburos alifáticos o alicíclicos sus cadenas carbonatadas son abiertas (lineales o ramificadas), como ocurre en los alcanos, los alquenos y los alquinos.

Los hidrocarburos cíclicos tienen cadena cerrada y pueden ser alicíclicos, por ejemplo, los cicloalcanos, y aromáticos. Estos últimos están relacionados con el benceno.

 Tipos de fórmulas en química orgánica (condensada, semidesarrollada y desarrollada)

De acuerdo a la tetravalencia del carbono, los compuestos orgánicos se pueden representar mediante tres tipos de fórmulas:

• Condensada o molecular.- La fórmula condensada es la que expresa en forma sintetizada los átomos que intervienen en el compuesto.
• Semidesarrollada o de estructura.- La fórmula semidesarrollada como su nombre lo indica en parte es condensada y en parte es desarrollada, utiliza una raya para representar el enlace covalente que se forma entre los átomos de carbono.
• Desarrollada o gráfica. La fórmula desarrollada es la que nos indica el enlace entre todos los átomos que forman la molécula del compuesto usando una raya para representarlos.

De estas fórmulas la más conveniente para representar las moléculas de los compuestos es la semidesarrollada, por que la condensada se presta a isomerías, es decir a moléculas que teniendo el mismo número y tipo de átomos varían en su estructura y por consiguiente en sus propiedades; la desarrollada es muy laboriosa

Ejemplos de tipos de fórmulas

Condensada	Semidesarollada	Nombre
C2H6	CH3 – CH3	Metano
C3H8	CH3 – CH2 – CH3	Propano

Tipos de cadenas

El carbono con sus cuatro valencias, carece de tendencia para ganar o perder electrones y le es difícil adquirir cargas positiva o negativa. Está considerado dentro del grupo de los elementos más combinables, pudiéndolo hacer entre sí y formar largas cadenas, utilizando entre carbono y carbono una, dos o tres valencias, o bien cerrar las cadenas para estructurar cadenas cíclicas.

Por todas estas características, al combinarse entre sí, forma cadenas lineales o abiertas con ramificaciones llamadas arborescencias o sin ellas, con una, dos o tres ligaduras entre carbono y carbono. Estas cadenas son las que constituyen lo que se llama el "esqueleto" de los compuestos orgánicos "acíclicos", para diferenciarlos de los "cíclicos" o de cadena cerrada, cuyos eslabones forman ciclos que pueden estar cerrados por un carbono u otro elemento diferente.

Hidrocarburos

Son compuestos constituidos exclusivamente por carbono e hidrógeno.Pueden ser:

a) Acíclicos: Son hidrocarburos de cadenas carbonadas abiertas. 

Existen dos tipos de cadenas abiertas:

-        Cadenas lineales: los átomos de carbono pueden escribirse en línea recta.

-        Cadenas ramificadas: están constituidas por dos o más cadenas lineales enlazadas. La cadena lineal más importante se denomina cadena principal; las cadenas que se enlazan con ella se llaman radicales.

Ejemplo:

a)      Cíclicos: Son hidrocarburos de cadenas carbonadas cerradas, formadas al unirse dos átomos terminales de una cadena lineal. Las cadenas carbonadas cerradas reciben el nombre de ciclos.

Ejemplo:

Existen hidrocarburos policíclicos, constituidos por varios ciclos unidos entre sí.

Ejemplo:

En el cuadro de la página anterior se encuentran clasificados los hidrocarburos en función del tipo de enlace que tienen: simple, doble o triple. Los hidrocarburos correspondientes se llaman, respectivamente, alcanos, alquenos y alquinos.

HIDROCARBUROS SATURADOS, PARAFINAS O ALCANOS

Se llaman hidrocarburos saturados o alcanos los compuestos constituidos por car­bono e hidrógeno, que son de cadena abierta y tienen enlaces simples.

Alcanos de cadena lineal

Su fórmula empírica es CnH2n+2, siendo n el número de átomos de carbono. Forman series homólogas, conjuntos de compuestos con propiedades químicas similares y que difieren en el número de átomos de carbono de la cadena.

Ejemplo:

Saturados o Alcanos. Series homólogas

Una serie de compuestos de una misma función química que tienen estructuras y propiedades semejantes, y que difieren en su composición en uno o varios grupos -CH₂- forman una serie homóloga.

Los miembros de la serie reciben el nombre de homólogos. En la siguiente tabla se representan los cinco primeros de la serie homóloga de los hidrocarburos saturados.

   Hidrocarburos. Nomenclatura y notación 

química de hidrocarburos saturados

Alcanos de cadena lineal: Estos alcanos se nombran utilizando un prefijo que indica el número de átomos de carbono en la cadena, seguido del sufijo ano A continuación en la tabla se muestran los nombres de los 10 primeros alcanos de la serie homóloga del metano.

Algo a tener en cuenta es la existencia de los grupos alquilos, los cuales están formados por la eliminación de un átomo de hidrógeno en la molécula de un hidrocarburo saturado. Estos grupos se encuentran unidos a otos átomos o grupos de átomos. Se nombran cambiando la terminación ano del alcano por el sufijo il o ilo. Por ejemplo, si a la molécula de metano (CH₄) se le elimina un átomo de hidrógeno se obtiene el grupo metil o metilo -CH₃; de la molécula de etano se forma el grupo etil o etilo (C₂H₅), y así sucesivamente.

De cadena ramificada: Los hidrocarburos saturados de cadena ramificada se nombran regidas por las siguientes reglas:

1.   Se selecciona la cadena más larga o cadena principal y se numera empezando por el extremo que tenga más cerca una ramificación. Si hay dos ramificaciones igualmente distantes de los extremos, se comienza a numerar a partir del más próximo a la más sencilla.

2.   Se nombran los grupos alquilos en orden alfabético, indicando con un número si es necesario, la posición en la cadena principal.

3.   Los números se separan de los nombres de los radicales mediante guiones y cuando hay varios números se separan por comas. Los nombres de los grupos se agregan como sufijos al nombre básico de la cadena principal.

 

Nomenclatura y notación química de hidrocarburos no saturados

Alquenos: Para nombrarlos se utilizan los mismos prefijos que en los alcanos seguido del sufijo eno, y teniendo en cuenta estas reglas:

1.      Se selecciona la cadena 
más larga que contenga el doble enlace.

2.      Se numera la cadena, comenzando por el extremo más cercano al doble enlace.

3.      En el caso de los alquenos de cuatro o más átomos de carbono se indica la posición del doble enlace con un número, el cual se coloca antes del nombre de la cadena principal, separado por un guión.

4.      Si la cadena es ramificada se nombran los grupos alquilo en orden alfabético, indicando con un número, si es necesario, su posición en la cadena principal. en tal caso, se procede igual que en los alcanos, teniendo presente las tres reglas anteriores.

5.      Si en la cadena existe otro tipo de constituyente, como los halógenos, entonces el alqueno se nombra de forma análoga a como se hace en los derivados halogenados de los alcanos según las reglas antes mencionadas.

Ejemplo 1

Alquinos: Para estos compuestos su nomenclatura solo se diferencia de los alquenos en la terminación, pues se coloca ino.

Según   las     normas  IUPAC   a  nombrar los alcanos lineales se consideran dos casos:

1.      Los cuatro primeros compuestos reciben los nombres siguientes:

1.      Los compuestos siguientes se nombran utilizando como prefijos los numerales griegos que indican el número de átomos de carbono de la cadena, añadiéndoles la terminación ano, que es genérica y aplicada a todos los hidrocarburos saturados (de ahí el nombre de alcanos).

Ejemplos:

Los compuestos siguientes de la serie se llaman tetradecano (14), pentadecano (15), hexadecano (16), heptadecano (17), octadecano (18), nonadecano (19), eicosano (20), eneicosano (21), docosano (22), tricosano (23), tetracosano (24)..., triacontano (30)..., tetracontano (40), etc.

Isomería

Se presenta cuando dos compuestos tienen el mismo número de átomos de C_nH_n, pero presenta estructuras internas o configuración del esqueleto diferentes. Ejemplo: C₄H₁₀

Butano  CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃
                                          
Isobutano o 2, metil propano  CH₃ – CH₂ – CH₃

                                                                                                                                                     
                                                                                                   CH₃

 

Isomería de lugar:

Se da en el enlace doble y triple. Ejemplo: C₅H₁₀

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH = CH₂                                   CH3 – CH₂ – CH = CH – CH₃

                                   1 penteno                                                             2 penteno

HIDROCARBUROS CON DOBLES ENLACES, OLEFINAS O ALQUENOS

Son hidrocarburos que presentan uno o más dobles enlaces entre los átomos de carbono. La fórmula general, para compuestos con un solo doble enlace, es CnH2n.

Ejemplo:

Derivados halogenados

1.- Derivados halogenados.

Son hidrocarburos que contienen en su molécula átomos de halógeno. Se nombran a veces como haluros de alkilo

Los derivados halogenados o compuestos halogenados, como su nombre lo dice son compuestos que contienen halogenos. Algunos de los compuestos halogenados son los hidrocarburos halogenados, o sea, los hidrocarburos con halogenos (clorometano, difluoropentano).

Los compuestos halogenados pertenecen al grupo funcional de los átomos de halógeno. Tienen una alta densidad. Son usados en refrigerantes, disolventes, pesticidas, repelentes de polillas, en algunos plásticos y en funciones biológicas: hormonas tiroideas. Por ejemplo: cloroformo, diclorometano, tiroxina, Freón, DDT, PCBs, PVC. La estructura de los compuestos halogenados es: R-X, en donde X es Flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br) y Yodo (I)

 2.- Normas a seguir para asignarles nombres a los derivados halogenados.

Se nombran anteponiendo el nombre del halógeno (fluoro, cloro, bromo, yodo) al del hidrocarburo correspondiente con el número que indica su posición. Si se encuentra un sustituyente en la cadena lateral, se numera entonces ésta principiando por el átomo de carbono unido a la cadena principal; la cadena lateral se encierra en un paréntesis La posición de los átomos de halógeno se indica por medio de localizadores.

Ejemplos:

Si existen dobles y triples enlaces, se numera la cadena de modo que a las instauraciones les correspondan los localizadores más pequeños.

Al nombrar los derivados halogenados de cadena ramificada, los halógenos se consideran como radicales y se citan en el lugar que les corresponde según el orden alfabético.

Ejemplos:    

3.- Escribir el nombre de los siguientes derivados halogenados:

4.- Escribe las fórmulas estructurales de los siguientes derivados halogenados:

Alquenos con un solo doble enlace

Se nombran según las siguientes normas:

-        Se elige la cadena más larga que contiene al doble enlace y se sustituye la terminación ano por eno.

-        Se numera la cadena a partir del extremo más próximo al doble enlace. El localizador de éste es el menor de los dos números que corresponden a los dos átomos de carbono unidos por el doble enlace.

-        La posición del doble enlace o instauración se indica mediante el localizador correspondiente que se coloca delante del nombre.

Ejemplo:

-        Si hay radicales, se toma como cadena principal la cadena más larga de las que contienen el doble enlace. La numeración se realiza de tal modo que al átomo de carbono con doble enlace le corresponda el localizador más bajo posible. Los radicales se nombran como en los alcanos.

Alquenos con un solo doble enlace

Se nombran según las siguientes normas:

-        Se elige la cadena más larga que contiene al doble enlace y se sustituye la terminación ano por eno.

-        Se numera la cadena a partir del extremo más próximo al doble enlace. El localizador de éste es el menor de los dos números que corresponden a los dos átomos de carbono unidos por el doble enlace.

-        La posición del doble enlace o instauración se indica mediante el localizador correspondiente que se coloca delante del nombre.

Ejemplo:

 

-        Si el compuesto contiene radicales, estos se nombran como en los alcanos, eligiendo como cadena principal del hidrocarburo la que contenga el mayor número de dobles enlaces, aunque no sea la más larga.

Ejemplos: (1)

Las verdaderas terminaciones son -dieno, -trieno, etc. Se incluye en ellas la letra “a” para evitar nombres de fonética desagradable.

HIDROCARBUROS CON TRIPLES ENLACES, ACETILENOS O ALQUINOS
Son hidrocarburos que presentan uno o más triples enlaces entre los átomos decarbono. La fórmula general, para compuestos con un sólo triple enlace, es CnH2n-2.

Ejemplo:

Alquinos con un solo triple enlace

Se nombran de acuerdo con las siguientes normas:

-        Se elige la cadena más larga del hidrocarburo que contiene el triple enlace y se coloca la terminación ino.

-        Se numera la cadena a partir el extremo más próximo al triple enlace.

-        La posición de éste se indica mediante el localizador correspondiente, que será el menor de los dos números asignados a los dos átomos de carbono unidos por el triple enlace. El localizador se coloca delante del nombre.

Ejemplo:

-        Si hay radicales, se toma como cadena principal la cadena más larga que contenga el triple enlace. La numeración se realiza de modo que corresponda al átomo de carbono con triple enlace el localizador más bajo posible. Los radicales se nombran como en los alcanos.

Ejemplos:

HIDROCARBUROS CÍCLICOS

Son hidrocarburos de cadena cerrada. Según tengan o no instauraciones, se clasifican en:

-        Hidrocarburos monocíclicos saturados (cicloalcanos).

-        Hidrocarburos monocíclicos no saturados (cicloalquenos y cicloalquinos).

Hidrocarburos monocíclicos no saturados

Los átomos de carbono del hidrocarburo cíclico están unidos por enlaces sencillos. Responden a la fórmula general CnH2n. Se nombran anteponiendo el prefijo ciclo al nombre del alcano de cadena abierta de igual número de átomos de carbono. Ejemplos:

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

Son compuestos cíclicos que guardan estrecha relación con el benceno (C6H6). Recibieron este nombre porque la gran mayoría de ellos poseen olores fuertes y penetrantes. En la actualidad, el término aromático expresa que el compuesto es más estable de lo esperado, es decir, menos reactivo. El nombre genérico de los hidrocarburos aromáticos es areno y los radicales derivados de ellos se llaman arilo. El benceno es la base de estos compuestos; su fórmula se expresa de uno de estos tres modos:

• Los compuestos aromáticos que tienen sustituyentes se nombran anteponiendo los nombres de los radicales a la palabra benceno. Ejemplos:

• Cuando hay dos sustituyentes, su posición relativa se indica mediante los números 1,2 , 1,3 y 1,4 , o mediante los prefijos orto (o), meta (m) y para (p), respectivamente. Ejemplos:

 Alcoholes y fenoles

Los alcoholes pueden considerarse derivados de los hidrocarburos al sustituir un átomo de hidrógeno por el grupo -OH (hidroxilo).

-        Si el hidrocarburo es alifático, da lugar a los alcoholes. Ejemplo:

-        Si el hidrocarburo es aromático, se obtienen los fenoles. En sentido estricto, el fenol debería llamarse bencenol. Ejemplo:

ALCOHOLES

El grupo funcional es el -OH (hidroxilo). La fórmula general es R-OH. El radical R procede de un hidrocarburo alifático. Puede ser radical alquilo, alquenilo o alquinilo. La fórmula general para un alcohol saturado con un solo grupo hidroxilo es CnH2n+1OH. Pueden existir alcoholes con varios grupos hidroxilo: son los polialcoholes.

 Alcoholes con un solo grupo funcional

Estos alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, según esté unido el grupo funcional (-OH)a un carbono primario, secundario o terciario^[1]. Para nombrar los alcoholes se considera que se ha sustituído un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo por un radical -OH, el alcohol así obtenido se nombra añadiendo la terminación ol al hidrocarburo de que procede. Ejemplo:

---

Nota: Los átomos de carbono pueden ser: primarios, secundarios, terciarios o cuaternarios según estén unidos, respectivamente, a uno, dos, tres o cuatro átomos de carbono. (No pueden existir, lógicamente, alcoholes cuaternarios).

Si el alcohol es secundario o terciario, se numera la cadena principal de tal modo que corresponda al carbono unido al radical -OH el localizador más bajo posible.

La función alcohol tiene preferencia al numerar sobre las instauraciones y sobre los radicales.

Ejemplos:

Compuestos Oxigenados de los Hidrocarburos

 Alcoholes: Clasificación. Series homólogas.  Nomenclatura y notación química. Propiedades físicas. Isomería.

·          Los alcoholes son compuestos orgánicos constituidos por carbono, oxígeno e hidrógeno, y que presentan en su estructura uno o varios grupos hidroxilos (-OH) unidos a la cadena carbonada. Esta cadena carbonada o grupo alquilo puede estar ramificada o sustituida y ser abierta o cíclica.
Clasificación:
Atendiendo a su estructura se clasifican según el número de grupos hidroxilos en la cadena carbonada y el tipo de carbono al cual está unido el grupo -OH.
Según el número de grupos hidroxilos en la cadena carbonada pueden ser alcoholes monohidroxilados (poseen un grupo -OH) y alcoholes polihidroxilados (tienen más de un grupo -OH). Ejemplos de estos se muestran a continuación:
Monohidroxilados: CH₃ - OH (Metanol o alcohol metílico)
Polihidroxilados: OH - CH₂ - CH₂ - OH (1,2-etanodiol o etilenglicol)
Si en la cadena carbonada de un hidrocarburo se sustituye un átomo de hidrógeno por un grupo hidroxilo, resulta un alcohol monohidroxilados.

En las representaciones anteriores los grupos -R (cadenas carbonadas o grupos alquilos) pueden ser iguales o diferentes.
A continuación un ejemplo de cada uno de estos alcoholes:

Series homólogas:
En la siguiente tabla se ofrecen varios ejemplos de la serie homóloga del etanol:

Los alcoholes polihidroxilados con dos grupos hidroxilos unidos a la cadena carbonada se nombran dioles o glicoles, y con tres, trioles. estos no son más que la sustitución de dos y tres átomos de hidrógeno, respectivamente, en la molécula de un hidrocarburo, por igual cantidad de grupos hidroxilos.
En los alcoholes polihidroxilados los grupos - OH está unidos a diferentes átomos de carbono ya que dos grupos hidroxilos enlazados a un mismo átomo de carbono dan lugar a un compuesto inestable.
Según el tipo de carbono al cual está unido el grupo - OH los alcoholes pueden ser primarios, secundarios y reciarios.
En los alcoholes primerios el grupo hidroxilo (-OH) está unido a un carbono primario en los alcoholes secundarios, a un carbono secundario, y en los alcoholes terciarios, a un carbono terciario, los cuales se pueden representar de forma general así:

Propiedades físicas:
De manera semejante a lo que ocurre en las series homólogas de los hidrocarburos estudiados, las propiedades físicas de los alcoholes varían con el aumento de la masa molar. La temperatura de ebullición y la densidad aumentan consecutivamente a medida que se incrementa el número de grupos metileno.
De los valores de las temperaturas de ebullición y de fusión se puede deducir que a temperatura y presión ambientes no existen alcoholes en estado gaseoso. En estas condiciones los alcoholes de hasta doce átomos de carbono son líquidos y los demás sólidos. Los alcoholes poseen una densidad mayor que la de los alcanos respectivos, pero todavía son menos densos que el agua.
La solubilidad de los alcoholes en agua disminuye con el aumento de la masa molar. Los alcoholes de hasta cuatro átomos de carbono son solubles en agua. A medida que aumenta la cadena carbonada predomina la parte apolar en la molécula y, por eso, disminuye la solubilidad en agua y aumenta la solubilidad en disolventes apolares.

 Nomenclatura y notación química de los alcoholes monohidroxilados.

Según la IUPAC, las reglas para nombrar los alcoholes monohidroxilados son:

1^ro. Se selecciona la cadena carbonada más larga que contenga el grupo -OH.

2^do. Se numera la cadena comenzando por el extremo más cercano al átomo de carbono que está unido al grupo hidroxilo.

3^ro Se indica la posición del grupo hidroxilo con un número (en los alcoholes con más de dos átomos de carbono), el cual se coloca antes del nombre de la cadena principal separado por un guión.

4^to. Si la cadena es ramificada se procede de igual forma que en el caso de los hidrocarburos. 5to. Se cambia el nombre del alcano correspondiente a la cadena carbonada principal sustituyendo la o final por la terminación ol.

Los alcoholes simples también se conocen por sus nombres comunes, los cuales se forman con la palabra alcohol seguida del grupo alquímico. Por ejemplo, alcohol metílico (metanol), alcohol etílico (etanol), alcohol propílico (1-propanol), etcétera.

 * Isomería de cadena.

La isomería de cadena de dichos compuestos se manifiesta en las diferentes estructuras de alcoholes de igual composición cualitativa y cuantitativa, como consecuencia de la existencia de ramificaciones en la cadena carbonada de uno o más de estos.

El orden de unión de los átomos en las moléculas de uno de los compuestos representados es diferente al de los otros dos.

*Isomería de posición.

Este tipo de isomería consiste en la diferente posición del grupo funcional en este caso el

grupo -OH en la cadena carbonada de los alcoholes que tienen la misma composición cualitativa y cuantitativa:

* Isomería de función.

Los isómeros de función son compuestos que presentan la misma composición cualitativa

y cuantitativa, pero distinto grupo funcional.

 

Aldehídos y Cetonas: Clasificación. Series homólogas.  Nomenclatura y notación química. Propiedades físicas. Isomería.

Los aldehídos y las cetonas, al igual que los alcoholes, son compuestos orgánicos oxigenados. En la naturaleza se encuentran muchos aldehídos de masas molares altas, por ejemplo, el octanal (C₈H₁₆O); el nonanal (C₉H₁₈O) y el decanal (C₁₀H₂₀O) que se encuentran como componentes de algunos aceites esenciales contenidos en flores y plantas a las cuales proporcionan el olor característico, ¿Cuál es el grupo funcional de estas sustancias? ¿Qué influencia tiene este en las propiedades físicas de los aldehídos y las cetonas? ¿Qué tipo de isomería presentan?

Los aldehídos y las cetonas son aquellos compuestos que poseen el grupo carbonilo C = O, que es uno de los grupos más importantes en la química orgánica. Por tal razón, frecuentemente se les denomina compuestos carbonílicos.

Serie homóloga.

Los aldehídos presentan el grupo carbonilo enlazado a un átomo de carbono y a otro de hidrógeno (menos en el caso del primer representante de la serie homóloga en el cual el grupo está asociado a dos átomos de hidrógeno). Las cetonas son compuestos en los que el grupo carbonilo está enlazado a dos átomos de carbono.

La fórmula general de los aldehídos es RCHO y la de las cetonas es RR'CO.

El primer representante de la serie homóloga de los aldehídos es el metanal o formaldehído y el de las cetonas es la propanona.

Representación, nombre y varias propiedades físicas de algunos miembros de las series homólogas del metanal y de la propanona.

Nomenclatura y notación química de los aldehídos y las cetonas

En el sistema de la UIQPA (en inglés IUPAC) los nombres de los aldehídos alifáticos se forman sustituyendo la o final del nombre del alcano correspondiente por la terminación al.

Como el grupo carbonilo está en uno de los extremos de la cadena de átomos de carbono, no es necesario indicar su posición, ya que es propia de un carbono primario al que se le asigna el Nro1. Cuando se encuentran presentes otros sustituyentes es necesario señalar la posición que estos ocupan.

Muchos aldehídos también reciben nombres comunes. En los ejemplos siguientes estos se representan entre paréntesis:

Los nombres de las cetonas alifáticas se forman sustituyendo la o del nombre del alcano correspondiente con la terminación ona. Entonces se numera la cadena de forma tal, que el grupo carbonilo tenga el menor número posible y se utiliza este número para indicar su posición.

Isomería de cadena en los aldehídos y en las cetonas.

Los aldehídos

Los aldehídos son cada uno de los compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo (CO) y que responden a la fórmula general

Donde R es un átomo de hidrógeno (es el caso del metanal) o un radical hidrocarbonado alifático o aromático.

 Los aldehídos son aquellos compuestos caracterizados por la presencia de uno o más grupos carbonilo en posición terminal. La cadena principal debe contener al carbono del grupo carbonilo. Si hay dos grupos carbonilos, la cadena principal deberá contener a ambos. Se le dará el numero uno al carbono del grupo carbonilo. El sufijo a utilizar es al, o dial si hubiera dos grupos carbonilo, uno al principio y otro al final de la cadena carbonada.

Nomenclatura de los aldehídos.

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 siempre está al final de la cadena no se usan números localizadores.

 Propiedades físicas.

No es de sorprender que los aldehídos y las cetonas se asemejen en la mayoría de sus propiedades como consecuencia de poseer el grupo carbonilo. Sin embargo, en los aldehídos el grupo carbonilo esta unido a un átomo de hidrógeno, mientras que en las cetonas se une a dos grupos orgánicos. Esta diferencia estructural afecta a sus propiedades de dos formas fundamentales: Los aldehídos se oxidan con facilidad mientras que las cetonas lo hacen con dificultad Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofílicas, que es la reacción más característica de este tipo de compuestos.

Los aldehídos son compuestos de fórmula general R-CHO. Este compuesto tiene una amplia aplicación tanto como reactivos y disolventes así como su empleo en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y medicinas. En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos como proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos tanto en el reino animal como vegetal, controlando el proceso para evitar que el aldehído pase a ácido.

Cetonas

Son cada uno de los compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo (CO) y que responden a la fórmula general R—CO—R¢, en la que R y R¢ representan radicales orgánicos y donde los grupos R y R´ pueden ser alifáticos o aromáticos.

Nomenclatura de las cetonas

Para nombrar las cetonas tenemos dos alternativas:

-        El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.

-        Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.

Propiedades físicas

Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular .No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular. Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

El grupo funcional de las cetonas es:  

 R 

  | 

 C=O 

  | 

' R

Al grupo carbonilo se debe la disolución de las cetonas en agua. Son compuestos relativamente reactivos, y por eso resultan muy útiles para sintetizar otros compuestos; también son productos intermedios importantes en el metabolismo de las células. Se obtienen a partir de los alcoholes secundarios.

La cetona más simple, la propanona o acetona, CH3COCH3, es un producto del metabolismo de las grasas, pero en condiciones normales se oxida rápidamente a agua y dióxido de carbono. Sin embargo, en la diabetes mellitus la propanona se acumula en el cuerpo y puede ser detectada en la orina. Otras cetonas son el alcanfor, muchos de los esteroides, y algunas fragancias y azúcares.

somería de posición

Entre las cetonas de más de cuatro átomos de carbono se manifiesta la isomería de posición. Este tipo de isomería se presenta entre cetonas de igual fórmula global, en las que el grupo carbonilo se encuentra en diferentes posiciones en la cadena hidrocarbonada.

 

  Isomería de función.

Los aldehídos y las cetonas de igual composición cualitativa y cuantitativa son isómeros de unión

Éteres.

Los éteres poseen un átomo de oxígeno unido a dos cadenas alquílicas que pueden ser iguales o diferentes. El más conocido es el éter dietílico que se empleaba como agente anestésico en operaciones quirúrgicas.

Los éteres se nombran colocando el nombre de las dos cadenas alquílicas que se encuentran unidas al átomo de oxígeno, una a continuación de la otra, y, finalmente, se añade la palabra éter.

Aminas

Son compuestos que poseen el grupo amino en su estructura. Se consideran compuestos derivados del amoníaco, por tanto, presentan propiedades básicas. También pueden clasificarse como primarias, secundarias o terciarias, según el grado de sustitución del átomo de nitrógeno.

Tradicionalmente las aminas se nombran colocando los nombres de los radicales en orden alfabético seguido de la terminación AMINA.

En la actualidad se emplea otro sistema para nombrar a las aminas. Este sistema consiste en:

1.      Identificar la cadena principal como aquella que contiene mayor número de átomos de carbono y además contiene el grupo amino.

2.      Colocar la terminación AMINA al final del nombre del hidrocarburo que constituye el esqueleto de la cadena principal.

3.      Para localizar el grupo amino dentro de la cadena principal se utiliza el número del carbono que está unido directamente al nitrógeno y este número o localizador se coloca delante del nombre de la terminación AMINA.

4.      Si la amina es secundaria o terciaria, se dan los nombres de los radicales alquilo que están unidos al nitrógeno precedidos de la letra N en cursiva para indicar que dichos grupos están unidos al nitrógeno y no a un carbono

Ácidos carboxílicos

Estos compuestos se caracterizan por poseer en su estructura al grupo funcional carboxilo (-COOH). Muchos ácidos carboxílicos simples reciben nombres no sistemáticos que hacen referencia a las fuentes naturales de las cuales proceden. Por ejemplo, el ácido fórmico se llama así porque se aisló por primera vez de las hormigas (formica en latín). El ácido acético, que se encuentra en el vinagre, toma su nombre de la palabra acetum, "ácido". El ácido propiónico da el aroma penetrante a algunos quesos y el ácido butírico es el responsable del olor repulsivo de la mantequilla rancia.

 

Al igual que los aldehídos y cetonas, los ácidos carboxílicos de bajo peso molecular son muy polares y, por tanto, muy solubles en agua. El grupo ácido (-COOH) se halla siempre en uno o ambos extremos de la cadena y se nombran con la terminación -OICO.

Acido Carboxílicos: Ácidos monocarboxílicos. Serie homóloga. Propiedades físicas. Estructura.

 

Los ácidos orgánicos monocarboxílicos son compuestos que poseen, en la cadena, al menos, un

a un grupo alquilo. Si el grupo fuese aromático se escribiría Ar. La cadena puede ser lineal, ramificada o cíclica. Los ácidos alifáticos con un grupo carboxilo, reciben el nombre de ácidos grasos, pues muchos se pueden obtener por la hidrólisis de las grasas (las grasas son sustancias que forman el tejido adiposo de los animales, también se encuentran en los vegetales, en las semillas y en algunos frutos).

Serie homóloga

En la tabla se presentan los cinco primeros ácidos de cadena lineal, donde se observa la diferencia de un grupo metileno (CH₂), entre miembros vecinos.

Propiedades físicas.

Los ácidos alifáticos saturados que tienen hasta 10 átomos de carbono son líquidos, en tanto los homólogos superiores son sólidos a temperatura ambiente.

Las temperaturas de ebullición aumentan con el incremento de los grupos CH2, si se comparan con las de los alcoholes de igual número de átomos de carbono se observa que la de los Ácidos monocarboxílicos son mayores.

Las temperaturas de fusión varían de forma irregular, como se muestra en el gráfico. En la serie de los ácidos alifáticos, la densidad disminuye con el alargamiento de la cadena pues influye más el volumen de la molécula que la masa representada por el incremento del grupo metileno (CH₂ ).

Estructura.

La fórmula electrónica de un ácido rnonocarboxílico se representa de la forma siguiente:

Temperaturas de fusión de los ácidos monocarboxílicos con respecto al número de átomos de carbono en la molécula.

Ésteres.

Los esteres se consideran como el resultado de la condensación entre un ácido carboxílico y un alcohol. Los ésteres de bajo peso molecular, como el acetato de butilo (CH₃COOBu) y el acetato etilo (CH₃COOEt) se emplean como disolventes industriales, especialmente en la preparación de barnices.

El olor y sabor de muchas frutas se debe a la presencia de mezclas de ésteres. Por ejemplo, el olor del acetato de isoamilo recuerda al de los plátanos, el propionato de isobutilo al del ron, etc.

Se nombran de la siguiente manera: nombre del ácido del que deriva con la terminación –ato de + nombre del radical que sustituye al H del ácido correspondiente con la terminación –ilo



OBIL

Compuestos nitrogenados de los Hidrocarburos

« Compuestos nitrogenados de los hidrocarburos  : : :  Aminas. Clasificación

Las aminas son compuestos orgánicos nitrogenados que pueden considerarse como derivados del amoniaco, en el que se han sustituido uno o más átomos de hidrógeno por grupos (alquilos o arilos). Atendiendo a su estructura se clasifican en:
a) Aminas primarias, secundarias y terciarias en dependencia del número de átomos de hidrógeno sustituidos en la molécula de amoníaco, por grupos alquilos o arilo. Las aminas primarias presentan un grupo alquilo o arilo, las secundarias dos y las terciarias tres. Los grupos sustituyentes R, R', R'' pueden ser iguales o diferentes. En la siguiente tabla puede verse una representación de lo anteriormente expuesto.

b) Aminas alifáticas y aromáticas, según el tipo de sustituyentes: las aminas son alifáticas si R, R' y R'' son grupos alquilo, y aromáticos si al menos uno de estos grupos es arilo.
Ejemplos:

Amidas.

 Las amidas se pueden obtener por reacción entre un ácido carboxílico y una amina, que puede ser primaria o secundaria. La estructura de algunas amidas simples, como la acetamida y la propanamida, se indica a continuación

Se nombran cambiando la terminación -o del hidrocarburo correspondiente por la terminación –AMIDA

Macromoléculas
Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formada por un gran número de átomos. Generalmente podemos describirlas como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas (monómeros), formando los polímeros. A menudo el término macromolécula se refiere a las moléculas que contienen más de 100 átomos. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y se encuentran algunas de gran relevancia en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas encontramos a los plásticos.

Carbohidratos

Son una clase básica de compuestos químicos en bioquímica. Son la forma biológica primaria de almacén o consumo de energía; otras formas son las grasas y las proteínas. Están compuestas en su mayor parte por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos se descomponen en los intestinos para dar glucosa C₆H₁₂O₆, que es soluble en la sangre y en el cuerpo humano se conoce como azúcar de la sangre. La glucosa es transportada por la sangre a las células, donde reacciona con O₂ en una serie de pasos para producir finalmente CO₂(g), H₂O(l) y energía.

 Tipos de carbohidratos.

• Monosacáridos. No pueden hidrolizarse.
• Disacáridos. Al hidrolizarse producen dos monosacáridos.
• Oligosacáridos. Al hidrolizarse producen de tres a diez moléculas de monosacáridos.
• Polisacáridos. Al hidrolizarse producen más de diez moléculas de monosacáridos.

 Función de los carbohidratos

Los carbohidratos desempeñan diversas funciones, siendo las de reserva energética y formación de estructuras las dos más importantes; pero, ¿cuál es su verdadera función? la función de estos "hidratos de carbono" es mantener la actividad muscular, la temperatura corporal, la tensión arterial, el correcto funcionamiento del intestino y la actividad neuronal.

Metabolismo de carbohidratos

Los carbohidratos representan las principales moléculas almacenadas como reserva en los seres vivos junto con los lípidos. Los glúcidos son las principales sustancias elaboradas en la fotosíntesis y son almacenados en forma de almidón en cantidades elevadas en las plantas. El producto equivalente en los animales es el glucógeno, almacenado también en cantidades importantes en el músculo y en el hígado. En el músculo proporciona una reserva que puede ser inmediatamente utilizada como fuente de energía para la contracción muscular y en el hígado sirve como reservorio para mantener la concentración de glucosa en sangre. Al contrario que los carbohidratos, los lípidos sirven para almacenar y obtener energía a más largo plazo. Aunque muchos tejidos y órganos animales pueden usar indistintamente los carbohidratos y los lípidos como fuente de energía, otros, principalmente los eritrocitos y el tejido nervioso (cerebro), no pueden catalizar los lípidos y deben ser continuamente abastecidos con glucosa. Los monosacáridos son los productos digestivos finales de los glúcidos que ingresan a través de la circulación portal al hígado donde, alrededor del 60%, son metabolizados. En el hígado, la glucosa también se puede transformar en lípidos que se transportan posteriormente al tejido adiposo.

Lípidos

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre.

Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características:

• Son insolubles en agua
• Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc.

Clasificación de los lípidos

Los lípidos se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) o no lo posean (lípidos insaponificables)

I.        Líquidos saponificables

A.      Simples

1.      Acilglicéridos.

2.      Céridos

B.      Complejos

1.      Fosolípidos

2.      Glucolípidos

II.      Lípidos insaponificables

A.      Terpenos.

B.      Esteroides.

C.      Prostaglandinas.

Proteínas

Las proteínas son compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas: en la sangre, en la leche, en los huevos y en toda clase de semillas y pólenes. Hay ciertos elementos químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes cantidades. En todas se encuentran un alto porcentaje de nitrógeno, así como de oxígeno, hidrógeno y carbono. En la mayor parte de ellas existe azufre, y en algunas fósforo y hierro.

 Las proteínas son sustancias complejas, formadas por la unión de ciertas sustancias más simples llamadas aminoácidos, que los vegetales sintetizan a partir de los nitratos y las sales amoniacales del suelo. Los animales herbívoros reciben sus proteínas de las plantas; el hombre puede obtenerlas de las plantas o de los animales, pero las proteínas de origen animal son de mayor valor nutritivo que las vegetales. Esto se debe a que, de los aminoácidos que se conocen, que son veinticuatro, hay nueve que son imprescindibles para la vida, y es en las proteínas animales donde éstas se encuentran en mayor cantidad.

El valor químico (o "puntuación química") de una proteína se define como el cociente entre los miligramos del aminoácido limitante existentes por gramo de la proteína en cuestión y los miligramos del mismo aminoácido por gramo de una proteína de referencia. El aminoácido limitante es aquel en el que el déficit es mayor comparado con la proteína de referencia, es decir, aquel que, una vez realizado el cálculo, da un valor químico mas bajo. La "proteína de referencia" es una proteína teórica definida por la FAO con la composición adecuada para satisfacer correctamente las necesidades proteicas. Se han fijado distintas proteínas de referencia dependiendo de la edad, ya que las necesidades de aminoácidos esenciales son distintas. Las proteínas de los cereales son en general severamente deficientes en lisina, mientras que las de las leguminosas lo son en aminoácidos azufrados (metionina y cisteina). Las proteínas animales tienen en general composiciones más próximas a la considerada ideal.

El valor químico de una proteína no tiene en cuenta otros factores, como la digestibilidad de la proteína o el hecho de que algunos aminoácidos pueden estar en formas químicas no utilizables. Sin embargo, es el único fácilmente medible. Los otros parámetros utilizados para evaluar la calidad de una proteína (coeficiente de

digestibilidad, valor biológico o utilización neta de proteína) se obtienen a partir de experimentos dietéticos con animales o con voluntarios humanos.

Estructura

La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio. El orden, o secuencia de los aminoácidos a lo largo de una cadena proteínica constituye su estructura primaria. Esta confiere a la proteína si identidad individual. Un cambio de incluso un aminoácido puede alterar las características bioquímicas de la proteína.

Las cadenas de los seres vivos no son simplemente cadenas flexibles con formas al azar. Por el contrario, las cadenas se enrollan o se alargan de modos específicos. La estructura secundaria de una proteína se refiere a la orientación de los segmentos de la cadena proteínica de acuerdo con el patrón regular. Existen dos tipos de estructura secundaria:

·        hélice α (alfa).- Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue

·        La conformación  β (beta).- En esta disposición los aminoácidos. No forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada.

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.

 

Profesor Obdulio Osvaldo Obil Pereyra

Guía de Química II  para el examen de ingreso a la:

 UNAM E INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

OOOP: e-     osvaldo_obil@yahoo.com.mx