CONTENIDO Química orgánica. Generalidades Símbolos y estructuras Características del Carbono. Clasificación de los hidrocarburos Hidrocarburos saturados e insaturados Nomenclatura de los compuestos orgánicos Grupos funcionales. Hibridacion Isomeros funcionales Estereoisomeros Enantiomeros

GENERALIDADES Las diferencias prinicipales entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos, se deben a variaciones en la composición, el tipo de enlaces y las polaridades moleculares

Símbolos y estructuras Los átomos está típicamente ligados por enlaces covalentes fuertes en los cuales los diferentes átomos comparten pares de electrones. Debido a que el carbono tiene 4 electrones en su órbita más externa, puede formar enlaces compartiéndolos como en el caso del metano: CH 4. C

Tetrahedro La forma molecular es esencial para comprender los fenómenos que se presentan al nivel molecular de la vida

Capacidades de combinación Las valencias con la cuales otros elementos encontrados en los compuestos orgánicos de las células vivas son: Hidrógeno = 1 Oxígeno = 2 Nitrógeno = 3 Azufre = 2 Fósforo = 5

6 CARACTERÍSTICAS DEL CARBONO Electronegatividad intermedia –Enlaca fácilemente tanto con metales como con no metales Posibilidad de unirse a sí mismo formando cadenas. Enlaces muy fuertes, se desprenden 830 kJ/mol al formar 2 enlaces C–H Tamaño pequeño, por lo que es posible que los átomos se aproximen lo suficiente para formar enlaces dobles y triples (esto no es posible en el Silicio).

7 H  C  C  C  C  H H|H| H|H| |H|H |H|H |C|H|C|H  H H  H|H| H|H| C C C H H H H H H H H H H C C H  C  C  C  C  C  H H|H| H|H| H|H| H|H| H|H| |H|H |H|H |H|H |H|H |H|H La química del carbono o química orgánica, estudia todas aquellas sustancias en cuyas moléculas toma parte el carbono  Los átomos de carbono, tienen mucha facilidad para unirse entre sí y formar cadenas muy variadas. Todos sus átomos forman siempre cuatro enlaces covalentes  Cadena abierta lineal Cadena abierta ramificada Cadena cerrada: ciclo

8 H  C  C  C  C  C  H H|H| H|H| H|H| H|H| H|H| |H|H |H|H |H|H Las fórmulas desarrolladas solo muestran como están unidos los átomos entre sí, pero sin reflejar la geometría real de las moléculas  Las fórmulas semidesarrolladas solo especifican los enlaces entre átomos de carbono  H  C  C  C  C  C  H H|H| H|H| H|H| |H|H |H|H |H|H CH 3  CH  CH  CH 2  CH 3 CH 3  CH 2  CH 2  C  CH

9 La tetravalencia del carbono se debe a que posee 4 electrones en su última capa, de modo que formando 4 enlaces covalentes con otros átomos consigue completar su octeto  C        H HH H CC           H H H H   CC           HH Metano CH 4 Eteno CH 2  CH 2 Etino CH  CH

Algunas características estructurales de los compuestos orgánicos Las moléculas orgánicas pueden tener cadenas lineales o ramificadas, ser cadenas abiertas o cíclicas, saturadas o insaturadas, y ser carbocíclicos o heterocíclicos

Tipos de enlace Enlace simple: Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro átomos distintos. Ejemplo: CH 4, CH 3 –CH 3 Enlace doble: Hay dos pares electrónicos compartidos con el mismo átomo. Ejemplo: H 2 C=CH 2, H 2 C=O Enlace triple: Hay tres pares electrónicos compartidos con el mismo átomo. Ejemplo: HC  CH, CH 3 –C  N RECORDANDO

Tipos de hibridación y enlace. El carbono puede hibridarse de tres maneras distintas: Hibridación sp 3 : –4 orbitales sp 3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo “  ” (frontales). Hibridación sp 2 : –3 orbitales sp 2 iguales que forman enlaces “  ” + 1 orbital “p” (sin hibridar) que formará un enlace “  ” (lateral) Hibridación sp: –2 orbitales sp iguales que forman enlaces “  ” + 2 orbitales “p” (sin hibridar) que formarán sendos enlaces “  ”

Enlaces sencillos, saturados Enlaces dobles o triples, insaturados Muchas moléculas orgánicas contienen anillos de átomos de carbono

Un anillo de carbono es una estructura de tres o más átomos de carbono que forman un ciclo cerrado: compuestos cíclicos Si sólo contienen cabono: carbocíclicos No todos los átomos tienen que ser de carbono; pueden ser de O, N ó S: heterocíclicos

Las fórmulas estructurales condensadas reducen el volumen con poco sacrificio de la información H H | | H—C—C—H se convierte en | | H H CH 3 —CH 3 ó HC 3 —CH 3 Es posible “sobreentender” incluso a la mayoría de los enlaces sencillos. CH 3 CHCH 2 CH 2 CH 3 | CH 3

En ocasiones se usan paréntesis para condensar más las estructuras. CH 3 CHCH 2 CH 2 CH 3 (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 3 | CH 3 CH 3 CH 3 | CH 3 CCH 2 CHCH 3 (CH 3 ) 3 CCH 2 CH(CH 3 ) 2 | CH 3

17 CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS  Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos, y solo contienen átomos de carbono e hidrógeno AlcanosAlquenosAlquinos AlifáticosAromáticos H I D R O C A R B U R O S SaturadosInsaturados

18 HIDROCARBUROS SATURADOS O ALCANOS  Son aquellos hidrocarburos en los que todos sus enlaces son sencillos Nombre Metano Etano Propano Fórmula CH 4 CH 3  CH 3 CH 3  CH 2  CH 3 Fórmula desarrollada Modelo molecular |C|H|C|H  H H  H H  C  C  H H|H| H|H| |H|H |H|H H  C  C  C  H H|H| H|H| H|H| |H|H |H|H |H|H

19 NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS DE CADENA LINEAL P r e f i j o Nº de átomos deC Son aquellos que constan de un prefijo que indica el número de átomos de carbono, y de un sufijo que revela el tipo de hidrocarburo Los sufijos empleados para los alcanos, alquenos y alquinos son respectivamente,  ano,  eno, e  ino Met  Et  Prop  But  Pent  Hex  Hept  Oct  Non  Dec  Undec  Dodec  Tridec  Tetradec  Eicos  Triacont 

20 CH 3  CH 2 ) 6  CH 3 CH 3  CH 2  CH 2  CH 3 CH 3  CH 2  CH 3 CH 3  CH 3 CH 4 octano propano etanometano butano

21 HIDROCARBUROS CON DOBLES ENLACES: ALQUENOS CH 2 =  CH  CH = CH  CH 2  CH = CH  CH CH 3  CH 2  CH = CH CH 3  CH 2 = CH  CH CH 3  CH = CH  CH = CH La posición del doble enlace, se indica con un localizador, empezando a numerar la cadena por el extremo más próximo al doble enlace  Se nombran sustituyendo la terminación  ano, por  eno   El localizador es el número correspondiente al primer carbono del doble enlace y se escribe delante del nombre separado por un guión  Si el alqueno tiene dos o más dobles enlaces, numeramos la cadena asignando a los dobles, los localizadores más bajos Se utilizan las terminaciones  dieno,  trieno  CH 3  CH = CH 2 propeno 1  buteno 2  buteno 1,3  pentadieno 1,3,6  octatrieno

22 HIDROCARBUROS CON TRIPLES ENLACES: ALQUINOS CH  C  C  C  C  CH CH  C  CH 2  C  C  CH La nomenclatura de los alquinos se rige por reglas análogas a las de los alquenos. Solo hay que cambiar el sufijo  eno, por  ino  CH  CH CH  C  CH 2  CH 3 etino 1  butino 1,4  hexadiino 1,3,5  hexatriino

23 HIDROCARBUROS CÍCLICOS 34 CH CH 2 = CH 2  CH 2 CH =  CH CH 2  CH 2 CH 2 También llamados hidrocarburos alicíclicos. Se nombran anteponiendo el prefijo ciclo  al nombre del hidrocarburo de cadena lineal de igual número de átomos de C  ciclobutano ciclohexeno 1,3  ciclopentadieno

24 RADICALES DE LOS ALCANOS: ALQUILOS. RAMIFICACIONES DE CADENAS RADICALES DE LOS ALCANOS: ALQUILOS. RAMIFICACIONES DE CADENAS CH 3  CH  (CH 2 ) n  CH 3 CH 3  CH  CH 3 CH 3  CH 2  CH 3  CH 2  CH 2  CH 2  CH 3  CH 2  CH 2  CH 3  Si un alcano pierde un átomo de hidrógeno de un carbono terminal se origina un radical alquilo, cuyo nombre se obtienen sustituyendo la terminación  ano por  ilo  metilo butilo propilo etilo isopropi lo En general Iso.... ilo –CH=CH 2 vinil

25 ELECCIÓN DE CADENA PRINCIPAL Si no hay grupos funcionales o no influyen en la elección, se elige como cadena principal la más larga posible. A igualdad de longitud será la cadena principal la que posea más radicales. La cadena principal es la que incluye al grupo principal y a la mayor parte posible de grupos secundarios aunque no sea la más larga Se numeran los carbonos de la cadena principal de modo que caigan los números más bajos posibles a los grupos funcionales (primero el principal) y los radicales. Se nombran los radicales por orden alfabético anteponien el localizador correspondiente. Si hay radicales repetidos se utilizan los prefijos di- tri- tetra-, que no se tienen en cuenta para el orden alfabético. Se añade el nombre del hidrocarburo correspondiente a la cadena principal. Se acaba con la terminación característica del grupo principal si lo hay. Se numera de manera que caigan los localizadores más bajos posibles a los dobles enlaces. Si hay dobles y triples enlaces tienen preferencia los dobles enlaces sobre los triples enlaces.

26 HIDROCARBUROS DE CADENA RAMIFICADA | CH 2 | CH 2 | CH 3 CH 3  CH =  CH  CH  CH = CH CH 3  CH 2  CH  CH 2  CH  CH 2  CH 3 | CH | CH 2 | CH 2 | CH 3 Se nombran primero las cadenas laterales alfabéticamente, como si fueran radicales pero sin la o final, y a continuación la cadena principal. Delante del nombre y separado por un guión, se escribe el localizador que indica a qué átomo de la cadena principal va unido  5  etil  3  metiloctano 3  propil  1,4  hexadieno

27 HIDROCARBUROS HALOGENADOS Y SUS USOS C O M P U E S T OU S O S CH 3  2  Cl Cloroetano Anestésico local. Su bajo punto de ebullición hace que se evapore rápidamente, enfriando las terminaciones nerviosas. | C | Cl  F  F | C |   F diclorodifluormetan o (freón 12) triclorofluormeta no (freón 11) Los freones (nombre comercial) se usan como refrigerantes. No son inflamables ni tóxicos. Algunos se usan en extintores especiales contra el fuego  Cl  p  diclorobenceno Se usa ampliamente para repeler a las polillas DDT Pesticida persistente. Se utilizó mucho como insecticida entre 1950 y Su uso está actualmente limitado debido a su toxicidad y a que no es biodegradable CCl | C |   | H  

Grupos funcionales El estudio de la química orgánica se organiza alrededor de los grupos funcionales. Son los fragmentos moleculares que incluyen átomos de no metales distintos al C y al H, o que poseen enlaces dobles o triples, son los sitios específicos de los compuestos orgánicos que atacan más frecuentemente otras sustancias químicas.

Cada grupo funcional define una familia orgánica Aunque se conocen más de seis millones de compuestos orgánicos, sólo hay un puñado de grupos funcionales, y cada uno define una familia de esos compuestos

Los principales grupos funcionales encontrados en los organismos vivos son los siguientes: a)Grupos alquilo alifáticos b)Grupos hidroxi c)Grupos amino d)Grupos carbonilo e)Grupos carboxilo f)Hemiacetales g)Acetales

31 CONCEPTO DE GRUPO FUNCIONAL Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos presente en una molécula orgánica que determina las propiedades químicas de dicha molécula   Algunas moléculas poseen más de un grupo funcional diferente, otras tienen el mismo grupo funcional repetido varias veces  El grupo funcional es el principal responsable de la reactividad química del compuesto, por eso todos los compuestos que poseen un mismo grupo funcional, muestran las mismas propiedades G.F. HC HC = esqueleto hidrocarbonado G.F. = grupo funcional H  C  C  H H|H| H|H| |H|H |H|H etano H  C  C  OH H|H| H|H| |H|H |H|H etanol

32 PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES GRUPO FUNCIONALNOMBRE DE LA SERIE HOMÓLOGASUFIJO PREFIJO (CUANDO NO ES GRUPO PRINCIPAL)  OH Alcoholes ol hidroxi  O  Étere s RR oxi  C = O H  Aldehidos  al formil C = O R R Cetonas  ona oxo  C = O OH  Ácidos carboxílicos  oico carboxi  2  NH Aminas - amin a amino  C = O NH 2  Amidas - amid a carbamoil  C = O OR  Ésteres  oato de R

33 FunciónNom. grupoGrupoNom. (princ.) Nom. (secund) Ácido carboxílicocarboxiloR–COOHácido …oicocarboxi (incluye C) ÉsterésterR–COOR’…ato de …ilo…oxicarbonil AmidaamidoR–CONR’Ramidaamido Nitrilonitrilo R–C  N nitrilociano (incluye C) AldehídocarboniloR–CH=O…alformil (incluye C) CetonacarboniloR–CO–R’…onaoxo AlcoholhidroxiloR–OH…olhidroxi Fenolfenol–C 6 H 5 OH…fenolhidroxifenil Amina (primaria) (secundaria)(terciaria) Amino “ R–NH 2 R–NHR’ R–NR’R’’ …ilamina …il…ilamina amino ÉterOxiR–O–R’…il…iléteroxi…il Hidr. etilénicoalquenoC=C…eno…en Hidr. acetilénicoalquino CCCC …inoIno (sufijo) NitrocompuestroNitroR–NO 2 nitro…nitro HalurohalógenoR–XX…X RadicalalquiloR–…il GRUPOS POR ORDEN DE PREFERENCIA

Hidrocarburos (contienen sólo carbono e hidrógeno) Alifáticos (cíclicos y acíclicos) Aromáticos (anillo bencénico) Alcanos (parafinas) Alquenos (olefinas) Alquinos (acetilenos) Benceno y sus derivados Polinucleares CH 3 CH 3 ETANO CH 2 =CH 2 ETENO CH CH ETINO Ejemplos

35 NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS CON GRUPOS FUNCIONALES CH 3  CH  CH 2  CO  CH 3 CH  metil  2  pentanona CH 3  CH  CH 2  C OH = O H 3  hidroxi  butanal El nombre de la cadena principal termina en un sufijo propio del grupo funcional  A los criterios dados para elegir la cadena principal se antepone el de escoger aquella que contenga el grupo funcional  Si hay más de un grupo funcional, el sufijo de la cadena principal es el correspondiente al grupo funcional principal, elegido según el orden de mayor a menor preferencia: ácido, éster. Amida, aldehido, cetona, alcohol, amina, éter  Los grupos funcionales no principales, se nombran como sustituyentes utilizando el prefijo característico

Alcanos y cicloalcanos Hidrocarburos saturados Los compuestos alifáticos de cualquier familia, son aquellos que no poseen anillos bencénicos y los aromáticos son lo que lo poseen. Todos los hidrocarburos, saturados o no, poseen propiedades físicas comunes.

Son insolubles en agua por su baja polaridad. Los que poseen de uno a cuatro carbonos por molécula, en general son gases a temperatura ambiente. Los de 5 a 16 átomos de carbono son líquidos a temperatura ambiente Mayor a esto, son sólidos cerosos.

Propiedades químicas de los alcanos Combustión= CO 2 + H 2 O Halogenación= Reacciones de sustitución

Combustión de alcanos Todos los hidrocarburos son capaces de quemarse y a partir de ciertas mezclas de alcanos se obtiene energía CH 3 CH 2 CH 3 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O Se desprenden 531 kcal/mol de propano

Halogenación de alcanos El metano, etano y otros alcanos, reaccionan con los primeros tres miembros de la familia de halógenos: fluoruro, cloruro y bromuro. No reaccionan apreciablemente con el yoduro. La reacción general puede expresarse como sigue: R-H + X 2 R-X+ HX Donde X= F,Cl, Br.

HIDROCARBUROS INSATURADOS

Propiedades químicas de los alquenos Reacciones de adición El enlace doble carbono-carbono adiciona H 2, Cl 2,HX, H 2 SO 4 y H 2 O y es atacado por agentes oxidantes fuertes. El hidrógeno se une a un enlace doble y lo satura. El efecto neto de la hidrogenación se presenta al nivel molecular de la vida.

El cloro y el bromo también se adicionan a los enlaces dobles El cloruro de hidrógeno, el bromuro de hidrógeno (compuestos tipo HX, “asimétricos”) y el ácido sulfúrico se adicionan fácilmente a los enlaces dobles.

El agua se adiciona al enlace doble para producir alcoholes. Esto ocurre en presencia de un catalizador (ácido o una enzima apropiada).

El enlace doble carbono-carbono hace que la molécula sea suceptible al ataque de agentes oxidantes fuertes. Los productos de oxidación pueden ser cetonas, ácidos carboxílicos, dióxido de carbono o mezclas de ellos. (Los alcanos son inertes a los agentes oxidantes).

Reacciones de alquinos: Debido a que el enlace triple posee uniones semejantes al enlace doble, los alquinos dan los mismos tipos de reacción de adición de los alquenos.

El anillo bencénico y propiedades aromáticas El anillo bencénico sufre reacciones de sustitución en lugar de adición, a pesar de su alto grado de insaturación Nomenclatura: Los nombres de varios de los bencenos monosustituidos son directos. El sustituyente se indica por un prefijo a la palabra benceno. Por ejemplo: nitrobenceno, fluorobenceno, clorobenceno.

1,3,5-tribromobenceno clorobenceno etilbenceno

Orto, meta y para son los términos para las relaciones 1,2-, 1,3- y 1,4-. Por ejemplo: o-diclorobenceno, m- diclorobenceno, p-diclorobenceno.

Reglas de prioridad para nomenclatura Alquilo Triple enlace Doble enlace Amina Alcohol Cetona Aldehído Amida Haluros Acido carboxílico

51 ALCOHOLES  OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS OXIDACIÓN DE ALCOHOLES SECUNDARIOS   Son compuestos orgánicos oxigenados, y sus moléculas contienen uno o más grupos hidroxilo,  OH El grupo  OH puede ocupar distintas lugares en la cadena, y en tal caso, se indica con un localizador, el carbono al que está unido   Si el compuesto tiene dos, tres, etc., grupos  OH, se usan los prefijos diol, triol,... CH 3 OH metanol CH 3  CH 2 OH etanol CH 3  CH 2  CH 2 OH 1  propanol CH 3  CHOH  CH 2 OH 1,2  propanodiol R  CH 2 OH (O) R  C O H (O) R  C O OH R  CHOH  R (O) R  CO  R

52 ÉTERES CH 3  CH 2  O  CH 3 CH 3  CH 2  O  CH 2  CH 3 CH 3  CH 2  O  CH 3 CH 3  O  CH 3  Son compuestos orgánicos en los que un átomo de oxígeno une dos radicales carbonados Se nombran (en la nomenclatura radicofuncional) por orden alfabético, los radicales unidos al  O , seguidos de la palabra ÉTER   En la nomenclatura sustitutiva, se nombra el radical más sencillo (con la palabra OXI), seguido sin guión del nombre del hidrocarburo del que deriva el radical más complejo dimetil éter etilmetil éter dietil éter metoxietano

53 ALDEHÍDOS  C    C    CH  CH 2  C O H CH 3 |  CH   =  CH  CH 2  C O H  CH 3  C O H etanal 3  butenal 3  metilpentanal  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carbonilo En los aldehidos, dicho grupo es terminal (por ir situado al final de la cadena) o primario (por ir unido a un carbono primario)  Aldehido  (ALcohol DEsHIdrogenaDO)  Se nombran añadiendo al nombre del hidrocarburo la terminación AL (grupo carbonilo en un extremo) o DIAL (grupo carbonilo en dos extremos)  No es necesario añadir un localizador para el carbonilo  C O H aldehi do

54 CETONAS  CH 3  CO  CH 3  CH 3  CO  CH 2  CO  CH 3 2,4  pentanodiona  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carbonilo  CO , ligado a dos carbonos (no es terminal) En la nomenclatura sustitutiva, se nombran a partir del hidrocarburo del que procede, añadiendo la terminación  ONA,  DIONA, etc., e indicando la presencia del grupo carbonilo (  CO  ) asignando los localizadores más bajos posibles   En la nomenclatura radicofuncional (menos utilizada), se nombran alfabéticamente, uno a continuación del otro, añadiendo al final la palabra CETONA R  C O R cetona CH 3  CO  CO  CH 3 butanodiona propanona dimetil cetona acetona

55 ÁCIDOS CARBOXÍLICOS HOOC  COOH  CH 3  CH 2  CH 2  COOH  CH 3  CH  COOH OH Ác. butanoico  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener el grupo funcional carboxilo  COOH, ligado a un carbono terminal primario Se nombran sistemáticamente anteponiendo la palabra ÁCIDO, seguida del nombre del hidrocarburo del que procede terminado en  OICO. Será  DIOICO si el grupo carboxilo está en ambos carbonos terminales   Se numeran a partir del grupo  COOH, y en caso de que hubiera dos, según las normas vigentes para las demás funciones o radicales presentes  C O OH Acido carboxílico Ác. etanodioico Ác. 2  hidroxipropanoico Ác. láctico

56 Á C I D O S C A R B O X Í L I C O S C O M U N E S FÓRMULANOMBRESe encuentra en Ortiga, hormiga Vinagre Mantequilla rancia Raíz de la valeriana Cabras H  C OOH  CH 3 COOH CH 3  CH 2 ) 2  COOH 3 2 ) 3 CH  CH  C OOH CH 3  CH 2 ) 4  C OOH CH 3  CHOH  COOH Ac.metanoico o fórmico Ac.etanoico o acético Ac.butanoico obutírico Ac.pentanoico ovaleriánico Ac.hexanoico ocaproico Ac. 2-hidroxipropanoico o lácticoLeche agria

57 ÉSTERES Y SALES CH 3  CH 2  CH 2  COONa CH 3  C O OCH 3 H  C O OCH 2 CH 2 CH 3 Metanoato de propilo  Son compuestos orgánicos que se caracterizan por ser producto de la sustitución de los átomos de hidrógeno del grupo carboxilo por un elemento metálico (SALES) o por un radical carbonado (ÉSTERES) Se nombran sustituyendo la terminación  ICO del ácido, por  ATO seguida del nombre del radical alquílico R  R  C O O  R Ésteres Etanoato de metilo Sales R  C O O  n Me Butanoato de sodio

58 AMINAS CH 3  NH  CH 3 CH 3  NH 2  Se pueden considerar como compuestos orgánicos derivados del amoníaco, en el que se han sustituido uno o más átomos de hidrógeno, por otros tantos radicales alquilos. Según sustituyan uno, dos ó tres, se llaman primarias, secundarias o terciarias respectivamente metilaminadimetilamina PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA amoníaco | N HH H | N HH R R H R | N RR R | N

59 AMIDAS PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA  Pueden considerarse como derivadas de los ácidos al sustituir el grupo  OH de los mismos, por el grupo  NH 2, dando lugar al grupo funcional llamado AMIDO  El nitrógeno queda unido directamente al carbonilo  C O NH 2 amida H  CONH 2 CH 3  CONH 2 Dos grupos  C = O  CO  NH  CH 2   CO  NH 2 Un grupo  C = O unido al nitrógeno Tres grupos  C = O  CO  N  CH 2  CH 2 - CH 3  CO  NH  CO  CH 3 Dietanamida o diacetamida metanamida o formamida etanamida o acetamida

Se denominan isómeros a los compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero diferente estructura química Dependiendo de la naturaleza de la diferencia entre las estructuras es posible clasificar los isómeros en varios subtipos 1-propanol 2-propanol etil metil éter (C 3 H 8 O) Isómeros constitucionales o estructurales Isómeros constitucionales o estructurales:Se distinguen en el orden en el que los átomos están conectados entre sí. Pueden contener distintos grupos funcionales o estructuras Estereoisómeros: Tienen los mismos grupos funcionales y conectividad, diferenciándose en la organización espacial de átomos y enlaces 1.- CONCEPTO Y TIPOS DE ISOMERÍA

61 LOS ISÓMEROS CONSTITUCIONALES O ESTRUCTURALES  Isómeros de cadena  Isómeros de posición  Isómeros de función Se subdividen en : Son aquellos que difieren en la colocación de los átomos de carbono CH 3  CH 2  CH 2   CH 3 y CH 3  CH  CH 3 CH 2  Ejemplo: Son aquellos que teniendo el mismo esqueleto carbonado, se distinguen por la posición que ocupa el grupo funcional CH 3  CH 2  CH 2  CH 2  OH y CH 3  CH 2  CHOH  CH 3 Ejemplo: CH 3  CH 2  CH 2  OH y CH 3  O  CH 2  CH 3 Ejemplo: Son aquellos que teniendo la misma fórmula molecular, poseen grupos funcionales diferentes

ISÓMEROS ESTRUCTURALES DE CADENA Butan o Metilprop ano Propan-1-olPropan-2-ol DE POSICIÓN DE FUNCIÓN Propan-1-olMetoxietano

ESTEREOISÓMEROS ESTEREOISÓMEROS CONFORMACIONALES ESTEREOISÓMEROS CONFIGURACIONALES Producidos por la rotación en torno a un enlace simple C-C. Interconvertibles a temperatura ambiente Estereoisómeros no convertibles entre sí a temperatura ambiente Isómeros geométricos, producidos por la presencia de un doble enlace en la molécula Isómeros ópticos, producidos normalmente por la presencia de un centro quiral (carbono asimétrico)

Dos estereoisómeros configuracionales pueden ser entre sí enantiómeros o diastereómeros Los enantiómeros son estereoisómeros configuracionales que son imágenes especulares no superponibles entre sí Los diastereómeros son estereoisómeros configuracionales que NO son imágenes especulares entre sí

¿Tienen los compuestos la misma fórmula molecular? Isómeros No Isómeros NO SI ¿Tienen los compuestos la misma conectividad? NOSI Estereoisómer os ¿Son interconvertibles por rotación en torno a enlaces simples C-C? Configuracional NO SI ¿Es producida por un doble enlace? SI Óptica ¿Son los compuestos imágenes especulares no superponibles? NO SI

UNA VISIÓN GLOBAL DEL PROBLEMA

Estas dos formas no son isómeros geométricos ya que la libre rotación del enlace simple convierte una forma en otra (son confórmeros) ISOMERÍA GEOMÉTRICA ¿Son isómeros geométricos estas dos formas de 1,2 dicloroetano?

Estas dos formas sí son isómeros geométricos ya que el doble enlace no permite la libre rotación. Son las formas trans y cis del 1,2-dicloroeteno ¿Son isómeros geométricos estas dos formas de 1,2 dicloroeteno?

Para que exista isomería geométrica se deben cumplir dos condiciones: 1.- Rotación impedida (por ejemplo con un doble enlace) 2.- Dos grupos diferentes unidos a un lado y otro del enlace

La isomería cis/trans se puede dar también en sistemas cíclicos donde la rotación en torno al enlace simple está impedida Los isómeros geométricos son diasteroisoméros porque entre ellos no son imágenes especulares

Nomenclatura de los isómeros geométricos La asignación de prioridad de los grupos se basa en las reglas de Cahn-Ingold y Prelog que establecen un orden de prioridad según el número atómico

La isomería geométrica tiene efecto sobre las propiedades físicas 1,2-dicloroeteno IsómeroPunto Fusión (°C)Punto Ebullición (°C) cis-8060 trans buteno IsómeroPunto de Fusión (°C)Punto Ebullición (°C) cis-1394 trans-1061 El isómero cis tiene un punto de ebullición más alto que el isómero trans El isómero cis tiene un punto de fusión más bajo que el isómero trans

¿Por qué el isómero cis tiene mayor punto de ebullición? El isómero cis es más polar cis-1,2-dicloroeteno cis-2-buteno El átomo de Cloro tira de los electrones de enlace polarizando la unión C-Cl Los grupos metilo empujan electrones hacia el carbono del doble enlace, polarizando el encale C-C ¿Por qué el isómero cis tiene menor punto de fusión? La forma en U del isómero cis dificulta el empaquetamiento en estado sólido. Las débiles fuerzas intermoleculares que se establecen en este caso explican que funda a menores temperaturas que el isómero trans, cuya forma permite un empaquetamiento más eficaz. El isómero cis es menos simétrico

ISOMERÍA ÓPTICA La mayoría de sustancias no desvían el plano de polarización de la luz, no son ópticamente activas, pero los isómeros ópticos sí lo son En la pareja de enantiómeros, ambos desvían el plano de polarización el mismo número de grados, pero en sentidos contrarios (Pasteur, 1848)

El tartrato de sodio y amonio, ópticamente inactivo, existía como una mezcla de dos clases diferentes de cristales que eran imágenes especulares entre sí. Pasteur separó la mezcla cuidadosamente en dos montones uno de cristales derechos y el otro de izquierdos. La mezcla original era ópticamente inactiva; sin embargo, cada grupo de cristales por separado era ópticamente activo. En todas las demás propiedades, ambas sustancias eran idénticas ÁCIDO L (+) tartáricoÁCIDO D (-) tartárico ÁCIDO MESO tartárico

Una sustancia ópticamente activa es la que desvía el plano de la luz polarizada El polarímetro mide la rotación específica de la muestra l longitud celda c concentración muestra D longitud onda luz sodio Sustancia dextrógira: Sustancia levógira: Ácido (+) Láctico Extraído del tejido muscular (-)2-metil-1-butanol Giro en el sentido de las agujas del reloj Giro en sentido contrario de las agujas del reloj

¿Por qué los isómeros ópticos desvían el plano de polarización de la luz? Las moléculas de los isómeros ópticos son quirales, existen en dos formas, imágenes especulares, que no son superponibles Esta falta de simetría en las moléculas puede estar producida por varías causas, la más frecuente es que en ellas exista un estereocentro, en general un carbono unido a cuatro sustituyentes diferentes (carbono quiral). Ojo: Existen moléculas quirales que no tienen estereocentro: Alenos, Bifenilos,.. y moléculas con estereocentros que no son quirales

Acción de las moleculas aquirales y quirales ante la luz polarizada

Quiralidad: Es una propiedad según la cual un objeto (no necesariamente una molécula) no es superponible con su imagen especular. Cuando un objeto es quiral se dice que él y su imagen especular son enantiómeros Presentan plano de simetría

Ejercicio: ¿Cuál de estas moléculas es quiral?

Moléculas No Quirales Superponibles Moléculas Quirales Imágenes especulares No Superponibles Dos enantiómeros desvían el plano de la luz polarizada en la misma magnitud pero en sentidos opuestos. Cuando una molécula es superponible con su imagen especular se dice que no es ópticamente activa y, por tanto, es incapaz de desviar el plano de la luz polarizada.

Las moléculas que contienen un estereocentro son siempre quirales Los enantiómeros tienen las mismas propiedades químicas y físicas, a excepción de su respuesta ante la luz polarizada (actividad óptica). Por ello se les denomina isómeros ópticos. Las moléculas aquirales son ópticamente inactivas. La mezcla 1:1 de los enantiómeros (+) y (-) de una molécula quiral se denomina mezcla racémica o racemato y no desvía la luz polarizada Ojo: Existen moléculas sin estereocentro que son quirales y moléculas con más de un estereocentro que no son quirales

2-butanol Ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico) Ácido 2-aminopropanoico (alanina)

Una molécula con n estereocentros tiene un máximo de 2 n estereoisómeros. Moléculas con más de un centro quiral

Reglas de prioridad para nomenclatura Alquilo Triple enlace Doble enlace Amina Alcohol Cetona Aldehído Amida Haluros Acido carboxílico