lunes, 23 de abril de 2012

Química Orgánica 



Tipos de hibridacion del carbono

La hibridación consiste en una mezcla de orbitales puros en un estado excitado para formar orbitales hibridos equivalentes con orientaciones determinadas en el espacio.

Hibridación sp3 o tetraédrica

Para los compuestos en los cuales el carbono presenta enlaces simples, hidrocarburos saturados o alcanos, se ha podido comprobar que los cuatro enlaces son iguales y que están dispuestos de forma que el núcleo del átomo de carbono ocupa el centro de un tetraedro regular y los enlaces forman ángulos iguales de 109º 28' dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Esta configuración se explica si se considera que los tres orbitales 2p y el orbital 2s se hibridan para formar cuatro orbitales híbridos sp3.
Hibridación
Metano CH4
metano CH4
Etano CH3CH3
etano CH3-CH3

Hibridación sp2

En la hibridación trigonal se hibridan los orbitales 2s, 2px y 2 py, resultando tres orbitales idénticos sp2 y un electrón en un orbital puro 2pz .
Un átomo de carbono hibridizado sp2
Un átomo de carbono hibridizado sp2

El carbono hibridado sp2 da lugar a la serie de los alquenos.
La molécula de eteno o etileno presenta un doble enlace:
  1. un enlace de tipo σ por solapamiento de los orbitales hibridos sp2
  2. un enlace de tipo π por solapamiento del orbital 2 pz
El enlace π es más débil que el enlace σ lo cual explica la mayor reactividad de los alquenos, debido al grado de insaturación que presentan los dobles enlaces.
El doble enlace impide la libre rotación de la molécula.
orbitales moleculares del etileno
Modelo de enlaces de orbitales moleculares del etileno formado a partir de dos átomos de carbono hibridizados sp2 y cuatro átomos de hidrógeno.

Hibridación sp

Los átomos que se hibridan ponen en juego un orbital s y uno p, para dar dos orbitales híbridos sp, colineales formando un ángulo de 180º. Los otros dos orbitales p no experimentan ningún tipo de perturbación en su configuración.
Hibridación sp
Un átomo de carbono hibridizado sp
El ejemplo más sencillo de hibridación sp lo presenta el etino. La molécula de acetileno presenta un triple enlace:
a.       un enlace de tipo σ por solapamiento de los orbitales hibridos sp
b.      dos enlaces de tipo π por solapamiento de los orbitales 2 p.
etino
Formación de orbitales de enlaces moleculares del etino a partir de dos átomos de carbono hibridizados sp y dos átomos de hidrógeno.

Angulo de enlace

Es el formado por las líneas internucleares H - C - H o H - C - C. El ángulo de enlace determina la geometría que tiene la molécula, y ésta a su vez determina el grado de estabilidad y las propiedades químicas y físicas de una sustancia.

Hibridación sp3

Si los átomos que enlazan con el carbono central son iguales, los ángulos que se forman son aproximadamente de 109º 28' , valor que corresponde a los ángulos de un tetraedro regular.
Cuando los átomos son diferentes, por ejemplo CHCl3, los cuatro enlaces no son equivalentes. Se formarán orbitales híbridos no equivalentes que darán lugar a un tetraedro irregular. Esta irregularidad proviene de los diferentes ángulos de enlace del carbono central, ya que la proximidad de un átomo voluminoso produce una repulsión que modifica el ángulo de enlace de los átomos más pequeños. Así, el ángulo de enlace del Br - C - Br es mayor que el tetraédrico por la repulsión que originan los dos átomos voluminosos de bromo.

Hibridación sp2

La molécula tiene geometría trigonal plana en la que los ángulos de enlace H - C - C son de 120º.

Hibridación sp

La molécula tiene geometría lineal y el ángulo H - C - C es de 180º.
Tipos de hibridación del carbono
Tipo de hibridación
Orbitales
Geometría
Ángulos
Enlace
sp34 sp3
Tetraédrica
109º 28’Sencillo
sp23 sp21 p
Trigonal plana
120ºDoble
sp2 sp2 p
Lineal
180ºTriple

Longitud de enlace

Es la distancia entre los núcleos de los átomos que forman el enlace.

Radio covalente

Es la mitad de la longitud de un enlace covalente entre dos átomos iguales.
Radios covalentes atómicos en unidades ángstrom (Å)


Enlaces
H
C
N
O
F
Cl
Br
I
Simple
0.30
0.77
0.70
0.66
0.64
0.99
1.04
1.33
Doble
–
0.67
0.61
0.55
–
–
–
–
Triple
–
0.60
0.55
–
–
–
–
–

Enlaces
Distancia C
Energía Kj/mol
C – C
1'54
347
C = C
1'34
598
C ≡ C
1'20
i811
*imagenes tomadas de : http://www.textoscientificos.com/quimica/organica/hibridacion-carbono

Cicloalcano 

Nomenclatura de cicloalcanos
Los cicloalcanos se nombran con el prefijo ciclo- seguido del nombre del alcano con igual número de carbonos. Los cicloalcanos presentan isomería cis/trans. Cuando los sustituyentes se encuentran por la misma cara de la molécula, se dice que están cis; cuando se encuentran por caras opuestas, se dice que están trans.
Propiedades físicas
Presentan mayores puntos de fusión y ebullición que los correspondientes alcanos de igual número de carbonos. La rigidez del anillo permite un mayor número de interacciones intermoleculares, que es necesario romper mediate la aportación de energía, para pasar las moléculas a fase gas.
Tensión anular
Los cicloalcanos de pequeño tamaño (ciclopropano, ciclobutano) presentan una tensión importante debida a los ángulos de enlace y a los eclipsamientos. Los cicloalcanos de mayor tamaño como ciclopentano y ciclohexano están casi libres de tensión.
Isómeros conformacionales en el ciclohexano
El ciclohexano se dispone en forma de silla para evitar los eclipsamientos entre hidrógenos. La forma de silla del ciclohexano contiene dos tipos de hidrógenos; los axiales que se sitúan perpendiculares al plano de la molécula y los ecuatoriales colocados en el mimo plano.
Equilibrio ecuatorial-axial en ciclohexanos sustituidos
El ciclohexano presenta un equilibrio conformacional que interconvierte los hidrógenos ecuatoriales en axiales y viceversa. Cuando un
 ciclohexano está sustituido la conformación que más grupos sitúa en posición ecuatorial es la más estable, encontrándose el equilibrio conformacional desplazado hacia dicha conformación.






Alcanos y Alquenos
LOS ALCANOS:
  • Los alcanos son hidrocarburos saturados ( de enlaces simples ) de cadena abierta.
  • El alcano más simple tiene un carbono y 4 hidrógenos CH4 y se llama Metano; Met es el prefijo que indica 1 átomo de carbono y ano es el sufijo o terminación de los alcanos. El alcano con 2 carbonos será CH3 ___ CH3 y se llama etano:et: indica 2 C y ano la terminación de los alcanos.
TABLA DE PREFIJOS
N° DE C
PREFIJO
N° DE C
PREFIJO
N° DE C
PREFIJO
1
MET
5
PENT
9
NON
2
ET
6
HEX
10
DEC
3
PROP
7
HEPT
11
UNDEC
4
BUT
8
OCT
12
DODEC
NOMENCLATURA ZIG - ZAG: Actualmente se acostumbra a representar los compuestos orgánicos mediante líneas Zig-Zag que siguen las siguientes reglas:
  • Cada extremo y vértice de la línea representa un átomo de C y sus respectivos H.
  • Los hidrógenos unidos a átomos diferentes al C si se representan.
  • Los átomos distintos de C e H ( Heteroátomos ) se representan todos.
Por ejemplo las dos fórmulas siguientes representan al Hexano:
CH3__ CH2__ CH2__ CH2__ CH2 __ CH3 ;
CH3
CH __ Br ; Br
CH3
Bromuro de Isopropilo ( 2__ Bromo propano) Bromuro de Isopropilo
2-bromopropano
CH2__CH3
|
CH3 ___CH___CH ___CH2___CH__CH3
| |
CH3 CH3
2, 5 __dimetil__3__etilhexano 2, 5__dimetil__3__etilhexano
GRUPOS ALQUILOS O RADICALES: Resulta de eliminarle un H a un Hidrocarburo. Se nombran combinando la terminación del hidrocarburo por il o ilo.
Ejemplos:
CH3____ Metil
CH3____CH2___ Etil
CH3____CH2___CH2___ Propil
CH3
CH___ Isopropil
CH3
CH3____CH2___CH2___CH2___ Butil Butil
CH3____CH___CH2___CH3___ S-butil S-butil
|
CH3
CH__CH2__ Isobutil Isobutil
CH3
CH3
|
CH3____ C___ t___butil terbutil
|
CH3
LOS ALQUENOS:
  • Los alquenos son hidrocarburos insaturados que presentan uno o más dobles enlaces entre carbonos.
  • La terminación es eno.
  • Del Buteno en adelante hay que indicar la posición de la insaturación con el número más bajo posible.
Ejemplos:
_____­_
Eteno CH2 % CH2 ó
Propeno CH2 % CH___CH3 ó
1__ Buteno CH2 % CH___CH2 ___CH3 ó
2__Buteno CH3__ CH % CH ___CH3 ó
Los alquenos ramificados se nombran cumpliendo las siguientes reglas:
  • Se selecciona la cadena más larga que contenga el doble enlace y tomando como base ese número de carbonos se nombran utilizando el sufijo eno.
  • Se numera la cadena principal de modo que se asigne el número más bajo posible a la insaturación.
  • La posición del doble enlace se indica con el menor número de los carbonos donde está la insaturación.
  • Si hay más de un doble enlace se indica la posición de cada uno de ellos con los números más bajos y se emplean los sufijos dieno (2), trieno (3), tetraeno (4), ect.
  • Si en una molécula existen dobles y triples enlaces se le asignan los números más bajos posibles.
  • Se nombran como alquenos pero al final se le cambia la letra o de eno por el número que indique la posición del triple enlace terminado en ino.
  • Si un doble y triple enlace están en posición equivalentes se numera por el extremos que da el número más bajo al doble enlace.
5__metil__2__hexeno
2, 4__hexadieno
1__hexen__5__ino
5__hepten__1__ino
LOS ALQUINOS:
  • Los alquinos son hidrocarburos insaturados que presentan uno o más triples enlaces entre carbonos; la terminación es ino.
  • Del BUTINO en adelante hay que indicar la posición de la insaturación con el número más bajo posible.
______
Ejemplo: ETINO CH " CH ó
PROPINO CH " C__C H3 ó
1___BUTINO CH " C __CH2__CH3 ó
2__ BUTINO CH3 C" C__ CH3 ó
Los alquinos ramificados se nombran cumpliendo las mismas reglas de los alquenos. Ejemplo:
5 __ metil __2__hexino
2, 4__hexadiino
1__hexen__5__ino
CICLOALCANOS:
  • Son hidrocarburos saturados de cadena cerrada o cíclicos.
  • Se nombran anteponiéndoles el prefijo ciclo al nombre del alcano de igual número de átomos de carbono.
  • En los cicloalcanos monosustituidos si el sustituyente tiene más átomos de carbono que el cicloalcano, entonces el sustituyente es la cadena principal. Si el sustituyente igual o menor número de átomos de carbono entonces la cadena principal es el cicloalcano y no es necesario numerar la posición del mismo.
  • En los cicloalcanos polisustituidos se nombran por orden alfabético y se numeran en cualquier dirección de modo que los sustituyentes reciban los números más bajos posibles.
Me
Me
Se nombra 1,1,2 __ trimetilciclopentano
Me
1 etil 2 propil 4 terbutilciclohexano
CICLO ALQUENOS:
  • Son alquenos de cadena cerrada o cíclicos.
  • Se nombran de manera similar a los alquenos, al no existir ningún extremo en la cadena, el doble enlace se numera de modo que esté situado entre los carbonos 1 y 2.
Me
3,3__ dimetilciclopenteno
3 Me
1 2
HIDROCARBUROS AROMÁTICOS:
  • Son el Benceno y todos sus derivados.
  • Los bencenos monosustituidos se nombran anteponiéndole el nombre del sustituyente a la palabra benceno.
  • Los bencenos disustituidos se nombran anteponiéndole el prefijo o-(orto) posición 1 y 2, m-(meta) posición 1 y 3, o p-(para) posición 1 y 4 y los nombres de los sustituyentes a la palabra benceno.
S1 S1 S1
S2
Benceno
S2
o
m p- S2

  • En los bencenos polisustituidos se numera los carbonos de modo que a los sustituyentes se le asigne los números más bajo posibles y no en el sentido de las agujas del reloj como dicen algunos autores que no están actualizadoscon las Reglas de la nomenclatura I.U.P.A.C. Los sustituyentes se nombran en orden alfabético.
NO2
Cl Cl
1,3,5 tricloro 2 nitrobenceno
Cl
  • El metilbenceno recibe el nombre común de Tolueno I.U.P.A.C. prefiere este último nombre.
CH3 Me Me

Tolueno Tolueno Metilbenceno
Me Me
Cl Cl
O Clorometilbenceno O Clorotolueno
Me Me
NO2 NO2
m metilnitrobenceno m nitrotolueno
Me Me
NO2 NO2
p metilnitrobenceno p nitrotolueno
  • Cuando se nombra un benceno polisustituido como Tolueno el carbono 1 es el carbono unido al grupo metil y de ahí se numera en cualquier dirección de modo que a los restantes sustituyentes les toque los números más bajos posibles.
CH3
2,4,6 Trinitrotolueno ( T.N.T.)
NO2 NO2
Éste es el componente activo de la dinamita
NO2
  • Cuando el Benceno se encuentra como sustituyente se llama fenil.
¿ Cuánto sabes?
  • Formula los siguientes alcanos utilizando la notación de líneas Zig - Zag.
    • a) 2,4 dimetilhexano.
    b) 4 etil 5 isopropil 3 metil 8 propilundecano
  • Formule los siguiente alquenos utilizando la notación de líneas Zig - Zag.
    • a) 3 etil 6 metil 2 hepteno
    b) 1,3 pentadieno
    c) 1,3,5 hexatrieno
  • Formula los siguientes alquinos utilizando la notación de líneas Zig - Zag.
    • a) 7,7 dimetil 3 etil 4 nonino
    b) 1 buten 3 ino
    c) 3 propil 1,5 heptadiino

  • Formule los siguientes Hidrocarburos alicíclico.
    • a) 1 etil 3 metilciclopentano
  • Ciclohexeno
    • c) 3 metilciclopenteno
    d) 1,3 ciclohexadieno
    e) 4 etil 5 ciclohexil 3 metildecano
  • Formule los siguiente hidrocarburos aromáticos.
    • a) o bromotolueno
    b) m nitrotolueno
    c) p isopropiltolueno
    d) o diclorobenceno
    e) 4 etil 5 fenil 3 metildecano

    Nomenclatura de alquenos y alquinos 



    Alquinos

    Nomenclatura de alquinos
    Los alquinos se nombran sustituyendo la terminación -ano del alcano por -ino. El alquino más pequeño es el etino o acetileno. Se elige como cadena principal la más larga que contenga el triple enlace y se numera de modo que este tome el localizador más bajo posible.
    Estructura y enlace en alquinos
    El triple enlace está compuesto por dos enlaces π perpendiculares entre si, formados por orbitales p no hibridados y un enlace sigma formado por hibridos sp.
    Acidez del hidrógeno en alquinos terminales
    Los alquinos terminales tienen hidrógeno ácido de pKa =25 que se puede arrancar empleando bases fuertes, como el amiduro de sodio en amoniaco líquido.
    La base conjugada (acetiluro) es un buen nucleófilo por lo que se puede utilizar en reacciones de alquilación.
    Estabilidad del triple enlace
    La hiperconjugación estabiliza también los alquinos, el alquino interno es más estable que el terminal.
    Síntesis de alquinos
    Los alquinos se obtienen mediante reacciones de eliminación a partir de dihaloalcanos vecinales o geminales.
    Hidrogenación de alquinos
    La hidrogenación catalítica los convierte en alcanos, aunque es posible parar en el alqueno mediante catalizadores envenenados (lindlar). El sodio en amoniaco líquido hidrogena el alquino a alqueno trans, reacción conocida como reducción monoelectrónica.
    Reactividad de alquinos
    El sulfúrico acuoso en presencia de sulfato de mercurio como catalizador hidrata los alquinos Markovnikov, dando cetonas. La hidroboración con boranos impedidos, seguida de oxidación con agua oxigenada, produce enoles que se tautomerizan a aldehídos o cetonas. El bromo molecular y los HX se adicionan a los alquinos de forma similar a los aquenos.
     
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