docentes: curso : 4º

Área Ciencias Naturales

2014

Universidad Nacional de Cuyo

Facultad de Filosofía y Letras

QUÍMICA DEL CARBONO (QUÍMICA II)

GUÍA DE ESTUDIO

DOCENTES:

Nora Besso María José Paz María Elena Ríos

CURSO: 4º

Química del Carbono- DAD- UNCuyo- 2014

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PRESENTACIÓN DE LOS CONTENIDOS

QU

ÍMIC

A d

el C

AR

BO

NO

EJE I

ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS

ORGÁNICOS

Identificación y análisis de sustancias orgánicas

El átomo de Carbono: Características

Hibridización

Cadenas carbonadas

Reacciones químicas

Isomería

EJE II

HIDROCARBUROS

Nomenclatura y Clasificación

Formulación


Petróleo

Producción de energía

EJE III

HIDROCARBUROS SUSTITUIDOS


Formulación


Utilidad en la vida diaria

EJE IV

BIOMOLÉCULAS


Formulación


Importancia para los seres vivos


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EJE I: ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS Los compuestos orgánicos: caracterización, aislamiento, purificación, análisis químico cualitativo y cuantitativo. Determinación de la composición centesimal, la fórmula mínima y la fórmula molecular. El elemento carbono. Hibridización de orbitales. Orbitales atómicos y moleculares. Compuestos con enlaces simples, dobles y triples. Concatenación del carbono. Tipos de cadenas carbonadas: saturada, insaturada, abierta, cerrada, lineal, ramificada. Tipos de átomos de C según su ubicación en la cadena carbonada Interpretación de la formación de orbitales moleculares a partir de los orbitales atómicos. Reacciones orgánicas. Ruptura de enlace homolítica y heterolítica. Reactivos nucleofílicos y electrofílicos. Tipos de reacciones: oxidación, adición, sustitución y eliminación Isomería. Concepto, clasificación e importancia.

EL ORIGEN DE LA QUÍMICA ORGÁNICA

En un principio, se pensaba que las sustancias que forman los vegetales y animales, tales como los azúcares, los almidones, las grasas, los aceites y las proteínas, no podían elaborarse en los laboratorios, sino que sólo se podían sintetizar dentro de los organismos vivos y por eso fueron llamadas sustancias orgánicas. Se suponía que los seres vivos disponían de una cierta fuerza misteriosa, denominada fuerza vital (Vis vitalis), por medio de la cual podían elaborar los cientos de sustancias complejas que los constituyen y que nunca se podrían producir artificialmente (en laboratorio).

En el año 1828, el joven químico alemán Friedrich Wöler (1800- 1882) dio por tierra con este mito realizando un experimento que fue crucial: logró producir en su laboratorio de Berlín cristales de urea, una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de los animales.

Esta experiencia demostró que es posible sintetizar sustancias orgánicas en los laboratorios sin que sea necesaria la intervención de seres vivos y, por eso, a partir de ese momento, la química orgánica comenzó a desarrollarse a ritmo creciente. Las diversas investigaciones demostraron que:

los compuestos orgánicos responden a las mismas leyes, teorías y principios que los inorgánicos

la teoría cinético molecular se aplica de igual manera a este tipo de compuestos

los conceptos de sustancia, elemento, molécula, átomo y mol tienen la misma aplicación.

La química orgánica dejó de ser definida como la química de los seres vivos y comenzó a conocerse como LA QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS DE CARBONO. Ésta se define como parte de la química que estudia todos aquellos compuestos que contienen carbono, a excepción de los óxidos y de los carbonatos.


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LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

El número de compuestos de carbono es enorme. La síntesis de un nuevo compuesto orgánico es una tarea fácil y anualmente se preparan cientos de miles de nuevos compuestos. Como consecuencia de ello, mientras que el número de compuestos inorgánicos conocidos apenas sí sobrepasa el medio millón, el número de compuestos orgánicos conocidos es de varios millones en la actualidad, a pesar de ser tan pocos los elementos que los componen.

Todos poseen carbono en su estructura molecular, además de otros elementos que también se encuentran presentes hidrógeno, oxígeno y nitrógeno; en menor proporción azufre y fósforo y en pequeñísimas cantidades cloro, iodo, calcio, magnesio, hierro, cobre, cinc, cobalto, manganeso, etc.

Poseen puntos de fusión y ebullición bajos (inferiores a 300°C), ya que las fuerzas de atracción entre sus moléculas son débiles.

La mayoría no son solubles en agua, especialmente cuando tienen más de 5 átomos de carbono; en cambio son solubles en solventes orgánicos como éter, cloroformo, alcohol, etc.

En general no se ionizan y, por lo tanto, no conducen la corriente eléctrica cuando se encuentran en estado líquido o en solución.

Son termolábiles, o sea, no resisten a la acción del calor. Generalmente se descomponen a temperaturas inferiores a 300°C y en algunos casos dejan un residuo carbonoso de color negro, por ejemplo el azúcar.

Muchos arden con facilidad, por ejemplo el alcohol, éter, cloroformo, nafta, etc. originando dióxido de carbono, agua y desprendiendo calor y luz.

Son más reactivos que los compuestos inorgánicos por lo que por ejemplo se oxidan fácilmente, como el etanol del vino que se transforma en ácido acético dando vinagre. Las reacciones químicas en las que participan son lentas y progresivas, y por lo tanto su velocidad de reacción es baja siendo la mayoría de las reacciones de tipo reversibles.

AISLAMIENTO, PURIFICACIÓN Y ANÁLISIS En la naturaleza raramente encontramos sustancias al estado puro. Éstas se encuentran formando parte de sistemas materiales homogéneos y heterogéneos. Por esto, cuando queremos analizar la composición y propiedades de una sustancia, lo primero que debemos hacer es aislarla y purificarla. Para el aislamiento se utilizan procedimientos de separación de fases que son aquellos procesos físicos por los cuales se pueden separar los componentes de una mezcla. Por lo general, el método a utilizar se define de acuerdo al tipo de componentes de la mezcla y a sus propiedades particulares. En el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin cambio alguno en sus propiedades químicas.


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Entre las propiedades físicas de las fases que se aprovechan para su separación, se encuentra el punto de ebullición, la solubilidad, la densidad y otras más. Los métodos de separación de mezclas más comunes son los siguientes:

Decantación

Filtración

Tamización

Tría

Flotación

Cristalización

Para su purificación se pueden usar distintos métodos según el estado de agregación de la mezcla:

Si es un sólido, la recristalización es el método adecuado. La misma se basa en las diferencias de solubilidad de los sólidos en los distintos solventes y en que éstos son mucho más solubles en solventes calientes. Al calentar la solución, se puede incorporar más soluto. Posteriormente, cuando se enfría, la concentración es tan grande que se formarán cristales de sustancia pura. Esto es común, por ejemplo en la industria azucarera para obtener cristales de azúcar refinada o en la obtención de la aspirina.

Si es líquida, se puede usar la destilación fraccionada, como en la industria del petróleo. Cada sustancia dentro del petróleo destila a distinta temperatura. Por ejemplo: se calienta el crudo hasta los 100 °C de donde se obtiene nafta, luego se sigue calentando el petróleo restante para obtener otras sustancias buscadas en temperaturas más altas y así hasta llegar a los 350-400 °C, temperatura en la cual el petróleo empieza a descomponerse. Es por esto que dentro de las refinerías se somete al petróleo crudo a determinadas temperaturas en distintas instancias. De este modo, los componentes se van desprendiendo de una manera ordenada, tal como se muestra en la figura.


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ANÁLISIS ELEMENTAL Para verificar la pureza de la sustancia obtenida analizan sus propiedades intensivas, como punto de fusión y ebullición, densidad, solubilidad, etc. Una vez obtenida la sustancia pura, se procede a determinar:

cuáles son los elementos químicos que la forman (análisis elemental cualitativo) y

en qué proporciones (análisis elemental cuantitativo).

ANÁLISIS ELEMENTAL CUANTITATIVO

Después de determinar qué elementos forman un compuesto orgánico, se procede a cálculos adecuados para determinar en qué proporción se halla cada uno de ellos. Para esto se siguen los siguientes pasos:

1. Se pesa una determinada cantidad de sustancia problema (muestra) lo más exactamente posible, por ejemplo: 50 mg

2. Se establece, por medio de análisis adecuados, qué cantidad de cada elemento hay en la muestra. En este caso: 37,5mg de carbono y 12,5mg de hidrógeno

3. Se calcula su composición centesimal (proporción de cada elemento) obteniéndose el siguiente resultado: C=75%,H=25%

CÁLCULO DE LA COMPOSICIÓN CENTESIMAL Situación problemática: A partir del análisis cuantitativo de 8 mg de una sustancia se obtienen 14,4 mg de agua y 23,47 mg de CO2 ¿Cuáles son las masas de carbono y de hidrógeno que formaban los 8 mg de muestra? ¿Cuál es la composición centesimal?

a) Para calcular la masa de C

Sabemos que en 44 mg de CO2 hay 12 mg de C, por lo tanto: 44mg de CO2 12 mg de C 23,47mg de CO2 X = 6,40mg de C

b) Para calcular la masa de H

En 18 mg de agua hay 2 mg de H, por lo tanto: 18 mg de agua 2 mg de H 14,4 mg de agua X = 1,6 mg de H Los 8 mg de sustancia están formados por 6 ,4 mg de C y 1,6 mg de H

c) Para calcular la composición centesimal: 0,008 gr de sust. 0 ,0064 gr de C 100 gr de sust. X= 80 gr de C 0,008 gr de sust. 0,0016 gr de H 100 gr de sust. X= 20 gr de H Respuesta: 80% de C y 20% de H


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CÁLCULO DE LA FÓRMULA MOLECULAR

Para establecer la fórmula molecular de una sustancia es necesario establecer la fórmula atómica centesimal y la fórmula mínima. Además se debe determinar experimentalmente la masa molecular

La Fórmula atómica centesimal indica el número de moles de átomos de cada elemento que hay en 100 gr de sustancia. A partir de la composición centesimal es posible hallarla, para lo cual se divide el porcentaje de cada elemento por su correspondiente masa atómica En el problema que dejamos para practicar, deberíamos realizar los siguientes cálculos:

C = 40/12 = 3,33 H = 6,66/1 = 6,66 O = 53,34/16 = 3,33

Fórmula atómica centesimal: C3,33 H6,66 O3,33

La Fórmula mínima expresa la menor relación que existe entre los átomos que forman la molécula de una sustancia. Una vez obtenida la fórmula atómica centesimal, se obtiene la fórmula molecular dividiendo los subíndices de la mencionada fórmula atómica centesimal por el menor de ellos. En el ejemplo anterior: C =3,33/3,33 =1 H = 6,66/3,33 =2 O = 3,33/3,33 =1 Fórmula mínima: CH2O

Para llegar a ella es necesario determinar la masa molecular en forma experimental, luego de obtenerla y, conociendo la fórmula mínima, es posible deducir la fórmula molecular de la sustancia de la siguiente forma:

a. Cálculo de la masa de la fórmula mínima: En el ejemplo anterior CH2O = [12 + (1.2) + 16] . 1 g/mol =

30g/mol

b. Cálculo del factor “n”: este factor se obtiene dividiendo la masa molecular de la sustancia ( hallada experimentalmente) por la masa de la fórmula mínima; en nuestro caso si la masa molecular es de 180g/mol, tendremos:

“n” = 180/30 =6

Para practicar!!!! El análisis de 0.9 gr de muestra arrojó los siguientes resultados: H2O = 0,54 gr y CO2 =1,32 gr ¿Cuáles son las masas de C, H y O presentes en la muestra? ¿Cuál es la composición centesimal?

Respuesta: 40% de C, 6,66 gr de H y 53,34% de O


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c. Cálculo de la fórmula molecular: una vez obtenido el factor “n”, se multiplica por éste a cada uno de los subíndices de la fórmula mínima, obteniéndose así la fórmula molecular. En el ejemplo propuesto:

Fórmula molecular: C(1,6)H(2,6)O(1,6) = C6H12O6

RESUMIENDO… Para hallar la fórmula molecular de una sustancia, son necesarios los siguientes datos:

o composición centesimal de la sustancia o masa molecular de la sustancia o masas atómicas de los elementos que formulan la sustancia

El procedimiento a seguir es:

EL CARBONO

En la siguiente ficha se presentan algunas características del elemento C:

Composición

centesimal

Fórmula

atómica

centesimal

Fórmula

mínima

Masa de

fórmula

mínima

Factor n

Fórmula

molecular


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Mencionamos anteriormente la gran cantidad y variedad de compuestos orgánicos que existen. Ello se debe a que el átomo de carbono sufre una serie de reacomodación de los electrones de sus orbitales del Nivel 2. A esto se lo conoce como hibridización de orbitales.

HIDRIDIZACIÓN DE ORBITALES El átomo de carbono, en su estado normal o fundamental, tiene 4 electrones en el segundo nivel distribuidos de la siguiente manera:

Como hay 2 electrones desapareados en 2px y 2py, debería formar 2 uniones covalentes (compartiendo los electrones de dichos orbitales) y una unión covalente coordinada con su orbital 2pz, se hallarían entre sí a 90°. Sin embargo, en la naturaleza la molécula más sencilla que existe de carbono es CH4, se llama metano, y en ella se observa que el carbono forma 4 enlaces idénticos con 4 átomos de hidrógeno siendo el carbono tetravalente, es decir, que puede formar 4 enlaces covalentes.


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Para explicar esto, se acepta que uno de los electrones del orbital 2s salta al 2pz vacío como muestra el esquema, pasando del estado fundamental al estado excitado

Con este cambio se produce una reestructuración de los orbitales formándose los llamados orbitales híbridos. Éstos pueden ser de 3 tipos:

ORBITALES HÍBRIDOS SP3

Cuando el orbital 2s se hibridiza con los 3 orbitales 2p (px, py, pz) se originan 4 orbitales híbridos sp3, quedando una configuración electrónica representada de la siguiente manera:

Los 4 orbitales sp3 se hallan orientados en el espacio hacia los vértices de un tetraedro imaginario en cuyo centro está el carbono:


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En cada uno de los 4 orbitales sp3 hay un electrón desapareado lo que explica que el carbono sea tetravalente y establezca 4 uniones iguales. Se genera un tipo de cadena llamada alcano en la cual los átomos de C se unen mediante ligaduras simples.

ORBITALES HÍBRIDOS SP2

En otras ocasiones, se hibridiza un orbital 2s con dos orbitales 2p formando 3 orbitales híbridos sp2, quedando un orbital 2p puro. La configuración electrónica de un átomo de C con hibridización sp2 es:

Los orbitales híbridos sp2 son coplanares

(mismo plano) y por repulsión eléctrica forman entre sí ángulos de 120°

El orbital 2p que no participa se ubica perpendicularmente al plano donde están los 3 orbitales híbridos sp2. Este tipo de hibridización adquiere en el espacio una disposición trigonal, en donde en cada orbital sp2 hay un electrón y en el orbital p puro está el cuarto electrón.

Los átomos de C con hibridización sp2 generan un tipo de cadena llamada alqueno que presenta ligaduras dobles entre los átomos de C.


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ORBITALES HÍBRIDOS SP En algunos casos se produce la hibridización de un orbital 2s con un orbital 2p originando dos orbitales híbridos sp, quedando dos orbitales 2p puros y dando la siguiente configuración electrónica.

Los dos orbitales híbridos sp contienen un electrón cada uno y por repulsión de sus cargas forman ángulos de 180°, por lo que la disposición espacial es lineal o digonal:

Por lo tanto tenemos dos orbitales 2sp sobre el eje x, un orbital 2p puro sobre el eje y, y el otro orbital 2p puro sobre el eje z, cada uno de ellos con un electrón. Generan un tipo de cadena llamada alquino que presenta ligaduras triples entre sus átomos.

RESUMIENDO… Hibridizaciones del C

ORBITALES MOLECULARES Los compuestos orgánicos están formados, principalmente, por C, H, O y N.


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Unión entre dos C o entre C e H- Enlace simple

Se forman orbitales moleculares de tipo Sigma por superposición frontal de dos orbitales atómicas s-s, p-p, s-p, sp3-sp3 disponiéndose en forma simétrica con respecto al eje molecular y produce solo ligaduras simples.

Unión entre dos C- Enlace doble y enlace triple

En ciertas ocasiones, dos orbitales p de distintos átomos pueden superponerse lateralmente, formando lo que se conoce como enlace Pi que se caracteriza por tener menor superposición de orbitales que sigma y por lo tanto una fuerza de unión más débil. Pueden formarse hasta dos enlaces Pi entre dos átomos originando así moléculas insaturadas.


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RESUMIENDO…

Tipos de enlace entre átomos de C

Características principales de los diferentes tipos de hibridización


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CONCATENACIÓN DEL CARBONO Existe una gran variedad de moléculas orgánicas. Por lo que nos planteamos ¿de qué forma se unen los átomos de carbono e hidrógeno para formarlas? ¿A qué se debe esta gran variedad? Esto se debe a que los átomos de carbono presentan concatenación, es decir, son capaces de unirse a otros átomos de carbono formando diferentes tipos de cadenas.

TIPOS DE CADENAS CARBONADAS

Cadenas saturadas: están formadas por átomos de C que se mantienen unidos porque comparten un par de electrones de manera que los enlaces son simples. Ésta es la forma más frecuente es la unión entre átomos de C.

Si se representa el par de electrones compartidos con un guion:

Los electrones que no intervienen en la cadena carbonada pueden unirse a otros elementos también por enlaces covalentes, por lo tanto:

CADENAS CARBONADAS

Según tipo de enlace

Saturadas Insaturadas

Según su forma espacial

Lineales Cíclicas


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Cadenas no saturadas: presentan una o más ligaduras dobles y/o triples.

Cadenas abiertas o acíclicas: las cadenas carbonadas tienen los extremos libres. Si presentan átomos de carbono consecutivos lineales, las cadenas son lineales. Si presentan más complejidad reciben el nombre de ramificadas

Cadenas cerradas o cíclicas: son cadenas en las que los extremos de las

cadenas se unen formando un anillo o ciclo


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TIPOS DE ÁTOMOS DE CARBONO Las ramificaciones son comunes en los esqueletos C-C. Pueden ser identificados átomos de carbono diferentes con respecto al número de otros átomos de carbono vecinos:

átomo de carbono primario: un átomo de carbono vecino

átomo de carbono secundario: dos átomos de carbono vecinos

átomo de carbono terciario: tres átomos de carbono vecinos

átomo de carbono cuaternario: cuatro átomos de carbono vecinos

REACCIONES ORGÁNICAS- GENERALIDADES

La producción de muchos químicos hechos por el hombre, tales como drogas, plásticos, aditivos alimentarios, textiles, dependen de las reacciones orgánicas.

Los tipos básicos de reacciones químicas orgánicas son:

reacciones de adición, reacción donde una o más especies químicas se suman a otra (substrato) que posee al menos un enlace múltiple formando un único producto e implicando en el substrato la formación de dos nuevos enlaces y una disminución en el orden o multiplicidad de enlace. Las reacciones de adición están limitadas a compuestos químicos que contengan enlaces múltiples.

reacciones de eliminación, reacción orgánica en la que dos sustituyentes son eliminados de una molécula, creándose también una insaturación, ya sea un doble o triple enlace, o un anillo.

reacciones de sustitución, reacciones donde un átomo o grupo en un compuesto químico es sustituido por otro átomo o grupo.

reacciones de oxidación o combustiones, reacciones en las que se requiere un combustible y un comburente y producen dióxido de carbono y agua, si es completa, además de luz y calor


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reacciones redox, reacciones de oxidación y reducción acopladas donde intervienen compuestos orgánicos como reactivos.

reacciones de polimerización, reacciones en las que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, o bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional.

En síntesis orgánica, se usan reacciones orgánicas en la construcción de nuevas moléculas orgánicas.

Toda reacción química implica la ruptura de enlaces y la formación de otros nuevos. En una molécula orgánica esos enlaces son generalmente covalentes y su ruptura puede ser:

Homolítica: se produce cuando cada átomo que se separa retiene un electrón de los dos que constituyen el enlace, formando radicales libres.

Heterolítica: uno de los átomos separados se lleva los dos electrones que constituían el enlace, formándose un anión y un catión

ISOMERÍA

La isomería es la propiedad de algunos compuestos químicos que de poseer igual fórmula molecular, es decir, iguales cantidades relativas de átomos en la molécula y diferente fórmula semidesarrollada. Esto les confiere propiedades químicas diferentes. En la medicina, el caso más representativo acerca de la importancia de la isomería es el llamado desastre de la talidomida, una droga sintetizada en 1957 en Alemania, prescrita para mujeres embarazadas en el tratamiento de malestares matutinos. Sin embargo, se demostró que la droga podía causar deformaciones en los bebés, tras lo cual se estudió a fondo el medicamento y se llegó a la conclusión de que un isómero era seguro mientras que el otro tenía efectos teratogénicos, causando daños genéticos severos al embrión en


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crecimiento. El cuerpo humano produce una mezcla de ambos isómeros, aún si sólo uno de ellos es introducido.

Existen diversos tipos de isomería:

ISOMERÍA ESTRUCTURAL: los átomos están unidos en distinto orden y formas muy diferentes. Comprende:

De cadena: poseen igual fórmula molecular y distinto esqueleto carbonado

butano Metilpropano

De función: poseen la misma fórmula molecular y diferente grupo funcional

CH3-CH2-CHO CH3-CO-CH3. Propanal (función aldehído) Propanona (función cetona)

De posición: La presentan aquellos compuestos que poseen el mismo esqueleto

carbonado pero el grupo funcional, o el sustituyente, ocupa diferente posición.

ISOMERÍA

Estructural

de cadena de posición de función

Estereoisomería

geométrica óptica

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Butan_Lewis.svg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Isobutane.png


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1-butanol 2-butanol

CH3-CH2-CH2-CH 2OH

CH3-CH2-CHOH-CH3

ESTEREOISOMERÍA: La presentan aquellos compuestos que tienen fórmulas moleculares idénticas y sus átomos con la misma distribución (la misma forma de la cadena; los mismos grupos funcionales y sustituyentes; situados en la misma posición), pero su disposición en el espacio es distinta, o sea, difieren en la orientación espacial de sus átomos. Puede ser:

Geométrica: Se produce cuando hay dos carbonos unidos con doble enlace que tienen las otras valencias con los mismos sustituyentes (2 pares) o con dos iguales y uno distinto. A las formas en que se encuentran los isómeros geométricos se las llama:

o forma cis, con los dos sustituyentes más voluminosos del mismo lado o forma trans, con los dos sustituyentes más voluminosos en posiciones

opuestas

Óptica: Se presenta en compuestos que tienen, al menos, un C quiral o asimétrico, es decir, un C unido a 4 grupos funcionales distintos. Los isómeros ópticos no se pueden superponer y uno es la imagen especular del otro, como ocurre con las manos derecha e izquierda.

Los isómeros ópticos se denominan así porque son ópticamente activos, es decir, un enantiómero gira el plano de la luz polarizada en una dirección y el otro rota dicho plano el mismo ángulo pero en dirección contraria. Los dos isómeros ópticos forman un par de enantiómeros:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1-butanol.png

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2-butanol.png


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un isómero desvía la luz polarizada hacia la derecha (en orientación con las manecillas del reloj) y se representa con el signo (+), letra D y es el isómero dextrógiro o forma dextro

el otro isómero óptico la desvía hacia la izquierda (en orientación contraria con las manecillas del reloj) y se representa con el signo (-), letra L(isómero levógiro o forma levo)


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EJE 2: LOS HIDROCARBUROS Hidrocarburos sencillos: alcanos, alquenos y alquinos. Formulación y nomenclatura según convenciones IUPAC Hidrocarburos cíclicos: homocíclicos y heterocíclicos Hidrocarburos como recursos energéticos. Combustión de los hidrocarburos, y su influencia en el efecto invernadero. Reacciones endotérmicas y exotérmicas Petróleos. Origen, nombres comerciales y usos de los principales productos de su destilación. Proceso de extracción y destilación. Producción, consumo y reservas de los petróleos a nivel provincial, nacional y mundial. Necesidad de sustitutos. Estructura y estabilidad del benceno. Principales propiedades físicas y químicas. Derivados del benceno. Aplicaciones del benceno y derivados en la industria. Polímeros naturales y sintéticos. Propiedades y usos. Reacciones de los hidrocarburos.

HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno.

Los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica. Los que tienen en su molécula otros elementos químicos (heteroátomos), se denominan hidrocarburos sustituidos.

CLASIFICACIÓN

HIDROCARBUROS

ALIFÁTICOS

SATURADOS

Alcanos o Parafinas

INSATURADOS

Alquenos u Olefinas

Alquinos o hidrocarburos acetilénicos

AROMÁTICOS


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HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS: ALCANOS, ALQUENOS Y ALQUINOS. Se llaman hidrocarburos alifáticos a los compuestos por átomos de Hidrógeno y Carbono pero que se caracterizan porque los átomos de Carbono forman cadenas abiertas. Los hidrocarburos alifáticos se clasifican en Alcanos, Alquenos o Alquinos. Veamos cada uno.

Alcanos Alquenos Alquinos El carbono se enlaza mediante orbitales híbridos sp3 formando 4 enlaces simples en disposición tetraédrica. Todos los alcanos responden a la fórmula CnH2n+2. Su nombre termina en ano. Son saturados.

Los alquenos contienen enlaces dobles C=C. El carbono del doble enlace tiene una hibridación sp2 y estructura trigonal plana. Su fórmula general es CnH2n. Los alquenos son insaturados. Su nombre termina en eno. Son insaturados.

Se caracterizan por tener enlaces triples. El carbono del enlace triple se enlaza mediante una hibridación sp. Su fórmula general es CnH2n-2 y también se les conoce como hidrocarburos acetilénicos. Su nombre termina en ino. Son insaturados.

NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS

NOMENCLATURA DE ALCANOS Los hidrocarburos alifáticos saturados, siguen la fórmula de tipo CnH2n+2. Los primeros de la serie son: Metano: CH4; Etano: CH3-CH3; Propano: CH3-CH2-CH3; Butano: CH3-CH2-CH2-CH3, en los siguientes n hace referencia al número de átomos de carbono y así se antepone el prefijo correspondiente:

n Nombre del

hidrocarburo n Nombre del

hidrocarburo

5 pentano 9 Nonano

6 hexano 10 Decano

7 heptano 11 undecano

8 octano 20 icosano

Estos compuestos que tienen diferente número de átomos (va aumentando de uno en uno al ir agregándose carbonos (-CH2-), forman lo que se conoce como serie homóloga.

http://4.bp.blogspot.com/-9qQiO3MCUq0/UZtVJUUttDI/AAAAAAAAQLs/1K79W1qdXSw/s1600/alcanos+alquenos+alquinos.jpg


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Cuando los hidrocarburos pierden un átomo de hidrógeno, se transforman en un radical, el cual se denomina de la misma manera pero cambiando la terminación –ano, por –ilo (si nombramos el nombre aisladamente) o –il ( si se encuentra formando parte de un compuesto), por ejemplo: -CH3 → metilo -CH3-CH2 → etilo -CH3-CH2-CH2 → propilo.

REGLAS DE NOMENCLATURA DE ALCANOS Regla 1. Se elige como cadena principal la de mayor longitud. Si dos cadenas tienen la misma longitud se toma como principal la más ramificada.

Regla 2. Se numeran los C de la cadena principal siendo el C número 1 el más cercano a una ramificación. Si por ambos lados hay sustituyentes a igual distancia de los extremos, se tienen en cuenta el resto de sustituyentes designando como C 1 al que corresponde al extremo más ramificado.

Regla 3. El nombre se forma con:

a) número que indica la posición del radical o sustituyente b) guión c) nombre del/los radicales de la cadena principal (por orden alfabético) d) nombre del alcano

Si hubiese dos o más radicales iguales se colocan los números correspondientes a los carbonos donde se encuentran separados por comas y se antepone el prefijo di, tri, tetra,etc


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Regla 4. Existen algunos sustituyentes con nombres comunes que conviene saber:

Regla 5. Los hidrocarburos cíclicos anteponen el prefijo ciclo-

REGLAS DE NOMENCLATURA DE ALQUENOS Regla 1. Se nombran utilizando el mismo prefijo que para los alcanos (met-, et-, prop-, but-....) pero cambiando el sufijo -ano por -eno.

Regla 2. Se toma como cadena principal la más larga que contenga el doble enlace. En caso de tener varios dobles enlaces se toma como cadena principal la que contiene el mayor número de dobles enlaces (aunque no sea la más larga) terminando el nombre en -dieno, trieno, etc.

Regla 3. La numeración comienza por el extremo de la cadena que otorga al doble


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enlace el número más bajo posible. Los dobles enlaces tienen preferencia sobre los sustituyentes.

REGLAS DE NOMENCLATURA DE ALQUINOS Regla 1. Se nombran sustituyendo el sufijo -ano del alca-no con igual número de carbonos por -ino.

Al etino se lo llama también acetileno Regla 2. Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contiene el triple enlace. La numeración debe otorgar los menores localizadores al triple enlace.

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


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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)

Cicloalcanos Cicloalquenos y cicloalquinos

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. Ejemplo:

Cicloalcanos con radicales: Los cicloalcanos sustituidos se nombran como derivados de los hidrocarburos cíclicos. El ciclo se numera de tal modo que se asignen los localizadores más bajos al conjunto de los radicales. Ejemplo:

Son hidrocarburos cíclicos con uno o más dobles enlaces o uno o más triples enlaces entre sus átomos de carbono. El ciclo se numera de tal modo que se asignen los localizadores más bajos a las instauraciones, prescindiendo que sean enlaces dobles o triples. En caso de igualdad debe optarse por la numeración que asigne números más bajos a los dobles enlaces. La numeración del ciclo se hace en el sentido de las agujas del reloj o en el contrario, con tal de conseguir la condición expresada anteriormente. Se nombran anteponiendo el prefijo ciclo y la terminación eno o ino.

Según el tipo de elementos que los constituyen, se clasifican en:

Homociclos, constituidos por C e H

Heterociclos, constituidos por C, H, N, O, S,P

COMBUSTIÓN DE HIDROCARBUROS La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor (reacción exotérmica) y luz, manifestándose visualmente como fuego.


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En toda combustión existe:

un elemento que arde (combustible)

un elemento que produce la combustión (comburente), generalmente oxígeno

gaseoso.

Los tipos más frecuentes de combustible son los hidrocarburos.

Existen dos tipos de combustión:

Completa: todos los reactivos forman H2O y CO2.

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)

Incompleta: el combustible y el comburente no están en la proporción adecuada por lo que se forman otros compuestos como carbón y CO debido a que la provisión de oxígeno es insuficiente

C2H2 + 1,5 O2 2 CO + H2O

Teóricamente, el quemar gasolina, con una combustión perfecta, produciría sólo calor, agua y anhídrido carbónico. Sin embargo, los gases de escape contienen una variedad de subproductos: los óxidos de nitrógeno, el venenoso monóxido de carbono, dióxido de azufre y los hidrocarburos que no se quemaron son parte de los gases de escape nocivos.

Los motores de hoy presentan rendimiento mucho más alto y emisiones notablemente más limpias. Pero esto no basta. Varios factores contribuyen a que los logros alcanzados hasta hoy no sean suficientes. Por una parte el número de automóviles sigue en aumento y, si los países del tercer mundo llegan a alcanzar el nivel de motorización que anhelan, el volumen de emisiones será insostenible. Por otro lado, ya no sólo se trata de los subproductos de una combustión imperfecta, ahora el problema es el inevitable anhídrido carbónico CO2. Desde hace más de una década se está registrando lo que los meteorólogos califican como "calentamiento global".


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Este aumento gradual de la temperatura promedio de nuestra atmósfera es atribuible al llamado "efecto invernadero".

El vidrio del invernadero, en este caso, es el CO2, que rompe la relación de balance entre la radiación solar que recibimos y el calor que devolvemos al espacio. De este modo al aumentar el volumen de CO2 en la atmósfera la temperatura también sube. Por otro lado la disminución de las capas polares aumentará el nivel de los mares, disminuyendo también la radiación que refleja el hielo de los polos. Esto hará que el alza de temperatura se acelere creando un círculo vicioso que, según los cálculos más agoreros, eventualmente subirá varios metros el nivel del mar. Y todo esto irá acompañado de un cambio climático que ya parece haber comenzado.

Nadie puede saber hoy si este escenario será real. Pero, cuando ocurra, será demasiado tarde para remediarlo, por lo que hay que tomar medidas preventivas. Entre ellas está el uso de fuentes de energía alternas, a la combustión en general, y la del petróleo en particular. No es fácil prever la solución, pero ya existen muchos programas en marcha para reducir las emisiones gaseosas, el consumo de combustibles fósiles, el uso de biocombustibles y la mejora del rendimiento en todos los motores.

PETRÓLEO

El carbón mineral, el petróleo y el gas natural, los combustibles fósiles de la naturaleza no son sustancias puras. El petróleo es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua y de menor densidad que ella. Dicha densidad está


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comprendida entre 0.75 y 0.95 g/ml. Sus colores varían del amarillo pardusco hasta el negro. Es un recurso natural no renovable y, actualmente, también es la principal fuente de energía en los países desarrollados. El petróleo puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre.

ORIGEN DEL PETRÓLEO El problema de la génesis del petróleo ha sido, un tema de investigación e interés. Uno de los supuestos acerca del origen del Petróleo lo constituye la Teoría de Engler (1911): 1ª etapa: Depósitos de organismos de origen vegetal y animal se acumulan en el fondo de mares internos (lagunas marinas). Las bacterias actúan, descomponiendo los constituyentes carbohidratos en gases y materias solubles en agua que son desalojados del depósito y permanecen los constituyentes de tipo ceras, grasas y otras materias estables, solubles en aceite. La materia orgánica descompuesta queda en profundidad y es cubierta por los sedimentos. 2da etapa: A condiciones de alta presión y temperatura, se desprende CO2 de los compuestos con grupos carboxílicos, y H2O de los alcoholes, dejando un residuo bituminoso. Las exposiciones a calor y presión provocan un craqueo( quiebre) ligero con formación de olefinas (protopetróleo). 3er etapa: Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se polimerizan y ciclizan para dar origen a hidrocarburos de tipo nafténico( ciclo parafinas) y parafínico. Los aromáticos se forman, presumiblemente, por reacciones de condensación acompañando al craqueo y ciclización.

TIPOS DE PETRÓLEO Son miles los compuestos químicos que constituyen el petróleo, y, entre muchas otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiendo de la temperatura de ebullición). Al calentarse el petróleo, se evaporan preferentemente los compuestos ligeros (de estructura química sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los componentes más pesados van incorporándose al vapor.

En la Argentina se encuentran las siguientes clases de petróleo según el tipo de hidrocarburos que predominan:

Petróleo a base asfáltica Son negros, viscosos y de elevada densidad (0.95 g/ml). En la destilación primaria producen poca nafta y abundante fuel-oil, quedando asfalto como residuo. Estos petróleos son ricos en compuestos cíclicos como el ciclopentano y el ciclo hexano y en hidrocarburos aromáticos como el benceno y sus derivados. Petróleos asfálticos se extraen del flanco sur del golfo de San Jorge (Chubut y Santa Cruz).


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Petróleo a base parafínica De color claro, fluidos y de baja densidad (0.75-0.85 g/ml). De estos petróleos se pueden extraer grandes cantidades de naftas, querosene y aceites lubricantes. Cuando se refinan sus aceites lubricantes se separa la parafina. La Cuencas Cuyana (Mendoza) y Noroeste (Salta) poseen yacimientos de petróleos parafínicos.

Petróleo a base mixta. Tienen características y rendimientos comprendidos entre las otras dos variedades principales. Después de destilar sus porciones más volátiles producen naftas y asfalto. Aunque sin ser iguales entre sí, petróleos de las Cuencas de Golfo San Jorge (Comodoro Rivadavia, Chubut) y Neuquina (Plaza Huincul, Neuquén) son de base mixta.

INDUSTRIA PETROLERA La industria petrolera incluye procesos globales de exploración, extracción, refino, transporte (frecuentemente a través de buques petroleros y oleoductos) y mercadotecnia de productos del petróleo. Los productos de mayor volumen en la industria son combustibles (fueloil) y gasolina. El petróleo es la materia prima de muchos productos químicos incluyendo productos farmacéuticos, disolventes, fertilizantes, pesticidas y plásticos.

Para extraer el petróleo se hace un pozo donde se encontró el petróleo (a través de estudios geológicos de prospección de petróleo). Se emplea un equipo de perforación para introducir una sucesión de tuberías de acero hasta la capa petrolífera. Luego se extrae por medio de una bomba en el fondo de pozo. Para llegar a una reserva subterránea de petróleo se perfora el terreno con una especie de enorme taladro formado por un grueso trépano de acero que es aplicado al extremo de una barra metálica. Esta barra, sostenida por una torre de metal de gran altura, gira accionada por un motor y perfora el suelo penetrando en él profundamente.

A medida que el suelo es horadado, se va introduciendo en el orificio una tubería para impedir que las paredes se derrumben. Así se va excavando un pozo cada vez más profundo.


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Durante la perforación se echa en la barra, que es hueca, un chorro continuo de barro pesado. Las funciones del flujo continuo de barro son tres: enfriar la punta perforadora, llevar a la superficie por empuje los restos de las rocas deshechas, e impedir que el gas o el petróleo comprimidos puedan salir al exterior a través de la barra de perforación.

PROCESO DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO El petróleo finalmente llega a las refinerías donde, prácticamente, lo que se hace es cocinarlo. Por tal razón es que al petróleo también se le denomina "crudo". Las refinerías son muy distintas unas de otras, las hay para procesar petróleos suaves, petróleos pesados o mezclas de ambos. Por consiguiente, los productos que se obtienen varían de una a otra. Ese petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la gran variedad de componentes que contiene. El petróleo tiene una gran variedad de compuestos, al punto que de él se pueden obtener por encima de los 2.000 productos. Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina, etc; y los petroquímicos, tales como polietileno, benceno, etc. La refinación se cumple en varias etapas y es por esto que una refinería tiene numerosas torres, unidades, equipos y tuberías. En términos sencillos, el funcionamiento de una refinería se cumple de la siguiente manera: El primer paso se cumple en las torres de destilación primaria o "destilación atmosférica". En su interior, estas torres operan a una presión cercana a la atmosférica y están divididas en numerosos compartimientos a los que se denominan "bandejas" o "platos". Cada bandeja tiene una temperatura diferente y cumple la función de fraccionar los componentes del petróleo. El crudo llega a estas torres después de pasar por un horno, donde se "cocina" a temperaturas de hasta 400 grados centígrados que lo convierten en vapor. Esos vapores entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden por entre las bandejas. A medida que suben pierden calor y se enfrían. Cuando cada componente vaporizado encuentra su propia temperatura, se condensa y se deposita en su respectiva bandeja, a la cual están conectados ductos por los que se recogen las distintas corrientes que se separaron en esta etapa. Al fondo de la torre cae el "crudo reducido", es decir, aquel que no alcanzó a evaporarse en esta primera etapa. Se cumple así el primer paso de la refinación. De abajo hacia arriba se han obtenido, en su orden: gasóleos, queroseno, turbosina, nafta y gases ricos en butano y propano. Algunos de estos, como la turbosina y queroseno, son productos ya finales. Las demás corrientes se envían a otras torres y unidades para someterlas a nuevos procesos, al final de los cuales se obtendrán los demás derivados del petróleo.


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La torre de destilación al vacío recibe el crudo reducido de la primera etapa y saca gasóleos pesados, bases parafínicas y residuos. La unidad de craqueo catalítico o cracking recibe gasóleos y crudos reducidos para producir fundamentalmente gasolina y gas propano. Las unidades de recuperación de vapores reciben los gases ricos de las demás plantas y sacan gas combustible, gas propano, propileno y butanos. La planta de mezclas es la que recibe las distintas corrientes de naftas para obtener la gasolina motor, extra y corriente. La unidad de aromáticos produce a partir de la nafta: tolueno, xilenos, benceno, ciclohexano y otros petroquímicos. La de parafinas recibe destilados parafínicos y nafténicos para sacar parafinas y bases lubricantes.

El principal producto que sale de la refinación del petróleo es la gasolina motor, el volumen de gasolina que cada refinería obtiene en promedio, por cada barril de petróleo es de 40-50% de gasolina.


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PAÍSES PRODUCTORES Y CONSUMIDORES DE PETRÓLEO


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HIDROCARBUROS BENCÉNICOS O AROMÁTICOS

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. Son compuestos cíclicos que guardan estrecha relación con el benceno (C6H12) y sus derivados. Se caracterizan por presentar uno o más anillos de 6 carbonos unidos entre si por 3 dobles enlaces y otros 3 simples alternados. El benceno es la base de estos compuestos y según datos experimentales Kekulé (1829) propuso su fórmula


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Pero esta estructura no explica satisfactoriamente todas sus propiedades por lo que en la actualidad su comportamiento se explica por la teoría de la resonancia que explica que no tiene una estructura definida, sino que es un estado intermedio entre las siguientes formas posibles.

En realidad, la molécula existe en un estado intermedio entre todas ellas a las que llamamos híbrido de resonancia, siendo de todas formas las más probables

PROPIEDADES FÍSICAS DEL BENCENO

Es un líquido incoloro, móvil, de olor penetrante.

Insoluble en agua y miscible en solventes orgánicos

Punto de fusión de 5,4°C y de ebullición de 80°C

Muy inflamable. Arde con llama luminosa muy rica en carbono

Tiene gran poder disolvente (grasas, caucho natural, resinas, yodo, azufre,etc). No disuelve compuestos iónicos

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL BENCENO El núcleo bencénico es muy estable, por lo que es más fácil sustituir hidrógenos que adicionar otros átomos

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN

Halogenación: en presencia de catalizadores como hierro produce sustitución con cloro y bromo


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Nitración: al tratar el benceno con ácido nítrico y sulfúrico concentrados (mezcla

sulfonítrica) obtenemos nitrobenceno

Sulfonación: al tratarlo con ácido sulfúrico fumante produce ácido

bencenosulfónico

USOS DEL BENCENO Es utilizado en la producción de barnices y lacas y en la síntesis de materiales como fenol, resorcinol y estireno

DERIVADOS BENCÉNICOS

Derivados monosustituidos Resultan de la sustitución de un hidrógeno, el nombre del benceno es considerado como nombre base. Los restos alquilo, halógenos y grupos nitro se nombran como prefijos de la palabra benceno.

En otros compuestos, el sustituyente y el anillo del benceno forman juntos un nuevo nombre base: monosustituidos especiales o notables.


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El tolueno es utilizado como disolvente y para la elaboración de aldehídos, ácido benzoico, colorantes y TNT (explosivo).

Derivados Disustituidos

Para localizar a los sustituyentes, se utilizan los prefijos tradicionales orto (o-), meta (-m) y para (-p), que indican que dichos sustituyentes están en las posiciones 1,2-; 1,3-; 1,4-, respectivamente del anillo bencénico.

Algunos ejemplos:

Los dimetilbencenos que se utilizan como disolventes de grasas y antisépticos enérgicos se llamen xilenos.


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POLÍMEROS

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita. Existen polímeros que son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales, se llaman polímeros artificiales. Por ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc. En la siguiente tabla se muestran polímeros sintéticos, sus monómeros y usos:


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PROPIEDADES GENERALES DE

HIDROCARBUROS

Hidrocarburos acíclicos • Punto de Fusión - Punto de Ebullición Requieren vencer las fuerzas intermoleculares de un líquido y un sólido; los puntos de ebullición y fusión aumentan porque dichas fuerzas se intensifican a medida que aumenta el tamaño molecular y que crece el número de carbonos. Mientras la cadena esté más ramificada, tendrá un punto de ebullición menor. Impiden el acercamiento de las moléculas y se disminuye el valor de la fuerza intermolecular • Solubilidad Insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno. Generalmente se disuelven en disolventes de baja polaridad. • Densidad Son menos densos que el agua puesto que, están constituidos principalmente por carbono e hidrógeno (para que una sustancia sea más densa que el agua, debe contener un átomo pesado, como el bromo o el yodo, o varios átomos, como el cloro). Tienden a nivelarse en 0.8 g/ml. Hidrocarburos Aromáticos • Punto de Fusión - Punto de Ebullición Son elevados debido a su estructura. • Solubilidad En agua es muy baja, la cual decrece al aumentar el peso molecular y tamaño de la molécula. Son solubles en disolventes orgánicos. • Densidad Son mayores que la de los correspondientes alifáticos como consecuencia del mayor carácter plano que presentan sus moléculas.

REACCIONES QUÍMICAS MÁS IMPORTANTES DE

HIDROCARBUROS

COMBUSTIÓN (Ver página 26)

SUSTITUCIÓN


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CH4 + Cl2 ----> CH3Cl + HCl

ADICIÓN CH3-CH=CH-CH3 + XY ------> CH3-CHX-CHY-CH3

Entre ellas destacan la hidrogenación, la halogenación, la hidrohalogenación y la hidratación.

RELACIONES QUÍMICAS ENTRE LOS HIDROCARBUROS ESTUDIADOS


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EJE 3: LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS Y NITROGENADOS Funciones orgánicas oxigenadas y nitrogenadas: alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres, ésteres, aminas y amidas, y sus respectivos grupos funcionales. Nomenclatura y formulación de compuestos orgánicos oxigenados y nitrogenados sencillos, de acuerdo a las convenciones establecidas por la IUPAC. Alcoholes primarios, secundarios y terciarios. Alcohol rectificado, alcohol absoluto y alcohol desnaturalizado. Fermentación alcohólica y elaboración de bebidas alcohólicas. Consecuencias individuales y sociales del consumo excesivo de alcohol. Principales aplicaciones industriales de los compuestos oxigenados y nitrogenados. Riesgos y beneficios de la utilización de los compuestos oxigenados y nitrogenados en los diferentes campos de la vida diaria: domésticos, medicamentos, agropecuarios (fertilizantes, pesticidas), etc. Propiedades físicas y reacciones químicas de los compuestos orgánicos oxigenados y nitrogenados.

COMPUESTOS OXIGENADOS

CON ENLACE SIMPLE

C - O

GRUPO HIDROXILO

Alcoholes Fenoles

GRUPO ALCOXI

Éteres

CON ENLACE DOBLE

C = O

GRUPO CARBONILO

Aldehídos Cetonas

GRUPO CARBOXILO

Ácidos carboxílicos

Ésteres

COMPUESTOS NITROGENADOS

GRUPO AMINA

Aminas

GRUPO AMIDA

Amidas


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LOS HIDROCARBUROS SUSTITUIDOS

Los hidrocarburos, formados sólo por carbono e hidrógeno, son los compuestos orgánicos más simples en su composición.

Si en un hidrocarburo sustituimos uno o más átomos de hidrógeno por otro átomo o agrupación de átomos podemos generar compuestos orgánicos conocidos como hidrocarburos sustituidos:

Si la sustitución de átomos de hidrógeno se hace con átomos de oxígeno, hablaremos de compuestos oxigenados (alcoholes, fenoles, éteres, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres).

Si la sustitución de átomos de hidrógeno se hace con átomos de nitrógeno, hablaremos de compuestos nitrogenados( aminas, amidas, nitrocompuestos)

Si la sustitución de átomos de hidrógeno se hace con átomos de halógenos, hablaremos de compuestos halogenados (haluros).

HIDROCARBUROS SUSTITUIDOS

SUSTITUCIÓN DE H POR

EJEMPLOS

COMPUESTOS OXIGENADOS

Oxígeno

Alcoholes

Fenoles

Éteres

Aldehídos

Cetonas

Ácidos carboxílicos

Ésteres

COMPUESTOS NITROGENADOS

Nitrógeno

Aminas

Amidas

Nitrocompuestos

Los átomos de O, N y halógenos en los derivados de hidrocarburos forman parte del grupo funcional que:

los identifica

corresponde a la parte más reactiva de la molécula

determina la mayoría de las propiedades físicas y químicas del grupo (Serie

homóloga) de compuestos.

LOS COMPUESTOS OXIGENADOS Son un grupo numeroso de compuestos en cuya composición hay uno o varios grupos funcionales que contienen O. En la siguiente tabla, se presentan los diversos tipos de grupos funcionales que pueden hallarse en los compuestos oxigenados:


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GRUPO

FUNCIONAL

SERIE HOMÓLOGA

FÓRMULA NOMBRE

Hidroxilo Alcohol

(- OH)

-OL

Alcoxi Éter

R - R’ ÉTER

Carbonilo

Aldehído

(-CHO)

-AL

Cetona

(R-CO-R’)

-ONA

Carboxilo Ácido

carboxílico

(-COOH)

ÁCIDO -ÍLICO

Acilo Éster

(-COO-)

R –ATO DE R’- ILO

(Donde R y R’ son cualquier tipo de cadena carbonada)

LOS ALCOHOLES Los alcoholes son considerados como los compuestos más importantes de la química orgánica y, consecuentemente, los de mayor demanda en la industria química. Su importancia radica principalmente en su poder de transformación, pues a partir de ellos se obtiene un gran número de compuestos derivados como alquenos, halogenuros, éteres, cetonas, etc. Los alcoholes son derivados de hidrocarburos en los cuales uno o más hidrógenos del hidrocarburo original han sido reemplazados por uno o más grupos funcionales hidroxilo o alcohol –OH. Los alcoholes se clasifican:

Según el tipo de átomo de C al que está enlazado el grupo hidroxilo, en primarios (1°), secundarios (2°) o terciarios (3°). Las fórmulas generalizadas de los alcoholes 1°, 2° y 3° son las siguientes:


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H ׀

R - C -OH ׀H

Alcohol primario

R’ ׀

R - C -OH ׀H

Alcohol secundario

R’ ׀

R - C -OH ׀

R’’ Alcohol terciario

Según la cantidad de grupos hidroxilo presentes en la molécula, en monoles o

alcoholes monohidroxilados si hay un solo grupo hidroxilo o en polioles o

alcoholes polihidroxilados si hay más de un grupo hidroxilo.

2- butanol (Monol)

1,3-butanodiol ( Poliol)

Para nombrar un alcohol se tienen en cuenta los siguientes criterios:

a) Se selecciona la cadena más larga de átomos de carbono que contenga al grupo OH.

b) Se enumera la cadena, empezando por el extremo más próximo al grupo OH. c) Se utilizan las mismas reglas de los alcanos, para indicar los grupos sustituyentes.

Por último, se da nombre a la cadena principal, cambiando la terminación o por ol y se le antepone el número del carbono, en donde se encuentra el grupo OH.

d) Se utilizan los sufijos -diol, -triol, etc., según la cantidad de grupos OH presentes.

Ejemplos:


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UN ALCOHOL MUY PARTICULAR: EL ETANOL El etanol, conocido como alcohol etílico, es un alcohol que se presenta en condiciones normales de presión y temperatura como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78,4 °C. Su fórmula química es CH3-CH2-OH (C2H6O). Existen tres tipos de etanol:

ALCOHOL

RECTIFICADO ABSOLUTO DESNATURALIZADO

CARACTERÍSTICA

Solución de alcohol en agua

al 96% .es el etanol obtenido

de la fermentación de

la caña de azúcar al cual

se le han eliminado

residuos para darle una buena presentación al

producto

Alcohol al 100 % obtenido por

deshidratación del alcohol rectificado

Alcohol que contiene algunas sustancias

añadidas que lo hacen impropio para

la bebida pero no para uso industriales

USOS

Medicinal y cosmético

Químico o medicinal Doméstico e industrial

El etanol se utiliza ampliamente en muchos sectores industriales y en el sector farmacéutico, como excipiente de algunos medicamentos y cosméticos y en la elaboración de ambientadores y perfumes). Es un buen disolvente y puede utilizarse como anticongelante. También es un desinfectante. La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de disolventes para pegamentos y pinturas. Se emplea como combustible industrial y doméstico. Se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como como el vino (que contiene alrededor de un 13% de etanol), la cerveza (5%), los licores (hasta un 50%) o los aguardientes como el ron, el whisky y el tequila (hasta un 70%). Una de las formas de obtención del etanol es por fermentación, proceso realizado por microorganismos en ausencia de oxígeno. La ecuación general que representa este proceso es:

GLUCOSA 2 ETANOL + 2 CO2 + ENERGÍA


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El consumo excesivo de bebidas alcohólicas produce, inicialmente, sensaciones de relajación y alegría, visión borrosa y problemas de coordinación. Las membranas celulares son altamente permeables al alcohol, así que una vez que el alcohol está en el torrente sanguíneo, se distribuye en casi todos los tejidos del cuerpo. Tras el consumo excesivo puede aparecer la inconsciencia, y niveles extremos de consumo pueden llevar a un envenenamiento por alcohol y a la muerte (una concentración en la sangre de 0.55% (aprox. 5 gramos de alcohol por litro de sangre) puede producir paro cardiorrespiratorio). La muerte puede también ser causada por asfixia si el vómito, un resultado frecuente de la ingesta excesiva, obstruye la tráquea y el individuo está demasiado ebrio para responder.

LOS FENOLES

Son alcoholes aromáticos. Están compuestos de moléculas que tienen un grupo -OH unido a un átomo de carbono de un anillo bencénico.

Consumo excesivo de etanol-

Consecuencias sociales

Pérdida del trabajo

Soledad

Ruina económica

Agresión, violencia y maltrato

Accidentes de tránsito

Alteración de las relaciones familiares, sociales y laborales


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LOS ÉTERES Un compuesto es un éter si tiene dos cadenas carbonadas, alifáticas o aromáticas, unidas a un átomo de oxígeno. Si los dos grupos de un éter son iguales, se clasifica como éter simple o simétrico, si los dos grupos sustituyentes son diferentes se clasifica como éter mixto o asimétrico. La nomenclatura funcional (IUPAC) nombra los éteres como derivados de dos grupos alquilo, ordenados alfabéticamente, terminando el nombre en la palabra éter. Ejemplos:

LOS ALDEHÍDOS Y LAS CETONAS

ALDEHÍDOS

CETONAS

Grupo carbonilo en C primario

Grupo carbonilo en C secundario

Para nombrarlos: a) Se busca la cadena más larga que contenga al grupo carbonilo. b) Se numeran los C a partir del carbono del grupo carbonilo. c) Se utilizan las mismas reglas de los alcanos, para indicar los grupos sustituyentes. d) Se da nombre a la cadena principal, cambiando la terminación o por al.

Para nombrarlas:

a) Buscar la cadena más larga que contenga al grupo carbonilo.

b) Numerar por el extremo más cercano al grupo carbonilo.

c) Utilizar las mismas reglas de los alcanos, para indicar los grupos sustituyentes.

d) Dar nombre a la cadena principal, cambiando la terminación o por ona y

e) anteponiendo el número del carbono del grupo carbonilo.


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Ejemplos de aldehídos:

Ejemplos de cetonas:

LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Son compuestos orgánicos que poseen uno o más grupos funcionales carboxilo el cual puede considerarse una combinación de un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo. Ese grupo funcional se encuentra en C terminales (primarios) Para nombrarlos:

a) se busca la cadena más larga que contenga el grupo carboxilo b) se considera número uno al C donde se encuentra el grupo carboxilo c) Se siguen las reglas mencionadas en el caso de los alcanos para los grupos

sustituyentes d) Se nombra la cadena principal, anteponiendo al nombre del hidrocarburo la

palabra ácido y sustituyendo la terminación o por oico.


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Ejemplos:

LOS ÉSTERES Son compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional –COO– en el que el átomo de H del grupo carboxilo es sustituído por una cadena carbonada. Los ésteres proceden de condensar ácidos con alcoholes y su nombre deriva del ácido carboxílico y el alcohol de los que procede. Así, en el etanoato de metilo encontramos dos partes en su nombre: • La primera parte del nombre, etanoato (acetato), proviene del ácido etanoico (acético) • La otra mitad, de metilo, proviene del alcohol metílico (metanol).

Ejemplos:


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LOS COMPUESTOS NITROGENADOS

LAS AMINAS Las aminas son bases orgánicas cuya fórmula general es R3N, donde R puede ser un H o un grupo hidrocarburo. Pueden ser:

TIPO DE AMINA

PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA

CANTIDAD DE GRUPOS

HIDROCARBURO Uno Dos Tres

FÓRMULA GENERAL

R-NH2

R-NH I

R1

R- N- R2 I

R1

Para nombrarlas:

a) Se menciona el o los grupos hidrocarburo unidos al nitrógeno, seguido de la palabra amina.

b) Si existen dos o más grupos alquilo iguales se utilizan los prefijos di o tri, según sea el caso.

c) Si existen dos o más grupos hidrocarburo diferentes, se escoge el grupo

hidrocarburo con mayor número de átomos de carbono cuyo nombre irá al final

seguido de la palabra amina. Los grupos hidrocarburo que se indiquen como

sustituyentes, se distinguen anteponiendo la letra N al nombre del grupo.

Ejemplos:

LAS AMIDAS Son compuestos orgánicos derivados de los ácidos carboxílicos, los cuales se obtienen al sustituir el grupo OH por un grupo NH2.


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Su fórmula es R – CONH2. Se nombran cambiando la terminación “O” del nombre del hidrocarburo base por amida. El carbono que contiene el grupo amida se considera parte del hidrocarburo base. Si existen uno o más grupos hidrocarburo sustituidos en el nitrógeno, se nombran empleando la letra N por cada grupo sustituido. Ejemplos:

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS Y NITROGENADOS

ALCOHOLES El grupo hidroxilo le confiere polaridad a la molécula y debido a la presencia del grupo O-H puede formar interacciones puente de hidrógeno entre sus moléculas. A medida que aumenta la longitud de la cadena, la influencia del grupo polar (OH) disminuye. Los puntos de fusión y ebullición de los alcoholes son más elevados que los de los alcanos de similar masa molar. Esto se debe a que en los alcanos solo hay presentes fuerzas intermoleculares de London, mientras que en los alcoholes se encuentran fuerzas de London, dipolo-dipolo e interacción puente de hidrógeno. Los alcoholes de hasta 4 átomos de carbono son muy solubles en agua. A partir del hexanol son solubles, solamente, en solventes orgánicos.

ALDEHÍDOS

Los de pocos carbonos tienen olores característicos. El metanal produce lagrimeo y es gaseoso. Hasta el de 12 carbonos son líquidos y los demás sólidos.

Los puntos de ebullición son menores que los alcoholes respectivos de igual cantidad de carbonos.

Todos son de menor densidad que el agua.

Los de cadena más corta presentan cierta solubilidad en agua, pero va disminuyendo a medida que aumenta la cantidad de carbonos.

CETONAS

Las cetonas hasta un tamaño de 10 carbonos son líquidas. Por encima de 10 carbonos son sólidos.


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Las primeras tienen un olor particular agradable, las siguientes son de olor fuerte desagradable y las superiores son inodoras.

Las alifáticas son todas menos densas que el agua. La propanona presenta solubilidad en agua, las otras son poco solubles. Son solubles en éter, cloroformo, etc

ÉTERES

A diferencia de los alcoholes no establecen uniones puente de hidrógeno y esto hace que sus puntos de ebullición sean significativamente menores.

Son algo solubles en agua. Son incoloros y al igual que los ésteres tienen olores agradables. El más pequeño es gaseoso, los siguientes líquidos y los más pesados sólidos.

ÁCIDOS ORGÁNICOS

Los primeros miembros son líquidos de olor algo picante y sabor ácido, solubles en agua. Entre el de 4 carbonos y el de 9 son aceitosos y a partir de 10 carbonos se llaman ácidos grasos superiores, de consistencia sólida, sin aroma e insolubles en agua.

Los ácidos grasos saturados son solubles en solventes orgánicos como alcohol y éter.

El punto de ebullición aumenta con la cantidad de carbonos.

La densidad disminuye con el aumento de carbonos.

ÉSTERES

Los que son de bajo peso molecular son líquidos volátiles de olor agradable. Son las responsables de los olores de ciertas frutas.

Los ésteres superiores son sólidos cristalinos, inodoros. Solubles en solventes orgánicos e insolubles en agua. Son menos densos que el agua.

AMINAS

La primera es gaseosa, hasta la de 11 carbonos son líquidas, luego sólidas.

Como siempre, el punto de ebullición aumenta con la cantidad de carbonos.

Con respecto a su solubilidad, las primeras son muy solubles en agua, luego va disminuyendo con la cantidad de átomos de carbono.

AMIDAS Todas las amidas, excepto la primera de la serie, son sólidas a temperatura ambiente y sus puntos de ebullición son elevados, más altos que los de los ácidos correspondientes. Casi todas las amidas son incoloras e inodoras. Los miembros inferiores de la serie son solubles en agua y en alcohol; la solubilidad en agua disminuye conforme aumenta la masa molar. Las amidas poseen puntos de fusión y ebullición anormalmente altos


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APLICACIONES INDUSTRIALES

DE LOS COMPUESTOS OXIGENADOS

HIDROCARBURO DERIVADO

APLICACIONES INDUSTRIALES

ALCOHOLES Como disolventes, combustibles e intermediarios en la síntesis orgánica.

FENOLES Como antiséptico, desinfectante y cauterizador. En la fabricación de resinas, polímeros, explosivos y medicamentos.

ÉTERES Como disolvente, combustible y en pegamentos. Antiguamente como anestésico.

ALDEHÍDOS En la fabricación de resinas, plásticos, solventes, pinturas, perfumes, esencias, productos cosméticos.

CETONAS

Presentes en fibras sintéticas, solventes industriales (thinner y acetona), y aditivos para plásticos. Se usan en la fabricación de catalizadores, saborizantes, fragancias, medicamentos, vitaminas, cosméticos y adhesivos.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Como emulsificantes, antitranspirantes y neutralizantes. En la fabricación detergentes biodegradables, lubricantes, espesantes para pinturas, desinfectantes y productos plásticos para recubrimiento.

ÉSTERES

Por sus aromas característicos se utilizan como saborizantes y en la fabricación de fragancias Ejemplos: butanoato de metilo: olor a piña, octanoato de heptilo: olor a frambuesa, etanoato de isopentilo: olor a banana, pentanoato de pentilo: olor a manzana butanoato de pentilo: olor a pera y etanoato de octilo: olor a naranja.

DE LOS COMPUESTOS NITROGENADOS

HIDROCARBURO

DERIVADO APLICACIONES INDUSTRIALES

Las aminas y amidas son moléculas biológicas importantes porque forman parte de las proteínas. Cuando un organismo muere, sus proteínas se descomponen formando muchos compuestos diferentes que contienen el grupo funcional amino, como la putrescina y cadaverina que tienen olor característico y desagradable.

AMINAS Como materia prima para la fabricación de insecticidas, anestésicos, disolventes, alimentos para ganado y nylon.

AMIDAS

En la preparación de diuréticos, antibióticos y resinas como el nylon. De las pocas amidas que se encuentran en la naturaleza, la urea es una de las más importantes, ya que se utiliza como fertilizante para las plantas, en la industria de los polímeros y la industria farmacéutica. Tienen una gran importancia en los seres vivos, ya que éstas forman parte de la estructura de moléculas, que desempeñan un gran número de funciones en el organismo, como por ejemplo el pelo, los músculos, la piel. Algunas actúan como anticuerpos, otras como enzimas y otras como hormonas.


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RELACIONES ENTRE GRUPOS FUNCIONALES


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EJE 4: LAS BIOMOLÉCULAS: LÍPIDOS, GLÚCIDOS Y PROTEÍNAS, SUS

APLICACIONES. Funciones biológicas principales de las biomoléculas (lípidos, glúcidos y proteínas) en los sistemas vivos. Lípidos. Aceites y grasas. Estructura. Reacciones químicas. Importancia en procesos industriales. Glúcidos. Estructura. Clasificación. Serie de las cetosas y de las aldosas. Estructuras cíclicas de los glúcidos. Monosacáridos (glucosa y fructuosa), sus propiedades y usos. Principales disacáridos, la maltosa, la lactosa y la sacarosa. Enlace glucosídico y poder reductor. Polisacáridos: almidón, glucógeno y celulosa. Estructura, funciones y usos. Esteroisómeros. Importancia de los enantiómeros en las industrias farmacéuticas y en los procesos biológicos. Aminoácidos. Estructura. Clasificación. Enlace peptídico Proteínas. Niveles de organización de las proteínas (estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria). Las biomoléculas en la producción de alimentos, jabones, medicina y agroindustria. Reacciones de las biomoléculas.

FUNCIONES BIOLÓGICAS PRINCIPALES DE LAS

BIOMOLÉCULAS

Las moléculas biológicas más importantes se pueden reunir en cuatro grupos; lípidos, hidratos de carbono, proteínas y ácidos nucleicos.

LÍPIDOS Los lípidos comprenden un grupo heterogéneo de sustancias cuya característica común es ser insoluble o poco soluble en agua y soluble en solventes orgánicos. No forman estructuras poliméricas macromoleculares, por lo cual su masa no alcanza valores muy elevados. Desde el punto de vista biológico, desempeñan importantes funciones:

constituyen parte fundamental de todas las membranas celulares

en los animales forman el principal material de reserva energética (grasas neutras)

desde el punto de vista nutritivo, son fuente de energía por su alto contenido calórico

vehiculizan vitaminas liposolubles

están relacionadas con ellos sustancias de importancia biológica como algunas vitaminas, hormonas, ácidos biliares,

cubierta protectora sobre la superficie de muchos organismos

en la superficie celular como componentes relacionados a el reconocimiento celular especificidad de especie e inmunidad en los tejidos, etc.


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HIDRATOS DE CARBONO Desde el punto de vista biológico, desempeñan importantes funciones:

energéticas: entra al organismo como almidón (pan, pastas, papas, etc) o sacarosa (azúcar común) y por enzimas digestivas se transforman en glucosa que pasa a sangre y mantiene a las células con una fuente constante de energía a través de la respiración celular.

estructural o sostén: abundan en tejidos vegetales en forma de celulosa, formando paredes celulares, elementos fibrosos, leñosos , en los artrópodos, la quitina forma su exoesqueleto

de reserva: en forma de almidón en tubérculos, semillas y frutos, o de glucógeno tanto en hígado como en músculo de animales. El exceso de glucosa en los animales también puede transformarse en grasa a través de complejas reacciones químicas.

PROTEÍNAS Ocupan un lugar cuanti y cualitativamente muy importante entre los seres vivos. Son los compuestos orgánicos más abundantes representando el 50 % del peso seco de los tejidos. Todas las proteínas contienen C, N, H y O, casi todos poseen también S y solo algunos tienen elementos adicionales como P, Fe, Zn y Cu. Las proteínas son macromoléculas, constituidas por un gran número de unidades estructurales que forman grandes cadenas no ramificadas. En otros términos se trata de polímeros. Desde el punto de vista funcional no existe proceso biológico que no depende de su presencia y/o actividad. Una enumeración puede dar idea de su diversidad funcional:

son enzimas, es decir que aceleran la velocidad de los procesos químicos

biológicos. Se conocen aproximadamente 2.000.000 de ellas cada una de las

cuales cataliza una reacción química diferente.

una clase importante desempeña la función de almacenar aminoácidos como

elementos nutritivos y como sillares para el embrión en crecimiento por ejemplo la

ovoalbúmina de la clara de huevo, la caseína de la leche y la gliadina de las

semillas de trigo. En el hombre, esto no ocurre.

algunas proteínas desempeñan funciones de transporte para lo cual son

capaces de unirse y transportar tipos específicos de moléculas por la sangre por

ejemplo las lipoproteínas del plasma sanguíneo transportan lípidos, la

hemoglobina de los glóbulos rojos transporta el oxígeno desde los pulmones hacia

los tejidos.

otras proteínas actúan como elementos esenciales de los sistemas móviles y

contráctiles por ejemplo la actina y miosina que son los dos elementos proteicos

principales de los sistemas contráctiles del músculo.

tienen una función protectora y defensiva por ejemplo la trombina y fibrinógeno

que participan en la coagulación de la sangre, los anticuerpos o inmunoglobulinas

las que se combinan con las proteínas extrañas y así las neutralizan.

son receptores de muchas células como por ejemplo neuronas a las que se fijan

ciertas moléculas para iniciar una respuesta.


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actúan como hormonas por ejemplo insulina segregada por el páncreas y la

somatotrofina u hormona del crecimiento

funcionan como elementos estructurales, por ej. el colágeno que es la principal

proteína estructural extracelular en el tejido conectivo y en el hueso o la elastina

del tejido elástico amarillo.

ACEITES Y GRASAS

Ambos son ésteres entre un alcohol (siendo el glicerol) y ácidos grasos (AG). Se conocen como triacilglicéridos o triglicéridos. Pueden ser de origen vegetal o animal. Los ácidos grasos de origen animal, poseen en general número par de átomos de carbono (4-26 C) y pueden ser saturados o insaturados (monoinsaturados o poliinsaturados), de cadena lineal . Los ácidos grasos aislados de lípidos animales son monocarboxílicos y de cadena lineal, la casi totalidad de ellos está en forma combinada y muy pequeña cantidad está en forma libre. En los animales los ácidos grasos más abundantes son los de 16-18 átomos de C.

Las diferencias entre ellos son:

los ácidos grasos de grasas son saturados mientras que en los aceites son insaturados

las grasas son sólidas a temperatura ambiente(20°C) mientras que los aceites son líquidos viscosos

PROPIEDADES FÍSICAS DE ACEITES Y GRASAS

Son blancos o amarillentos, untuosos al tacto e inodoros

Tienen densidad inferior a la del agua por lo que flotan en ella

Son insolubles en agua y poco solubles en alcohol, pero muy solubles en solventes orgánicos (éter de petróleo, benceno, etc).


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PROPIEDADES QUÍMICAS DE ACEITES Y GRASAS Reacciones de adición

-hidrólisis: por calentamiento con agua en medio ácido sufren hidrólisis dando glicerol y AG

saponificación: cuando se calientan en contacto con bases fuertes (KOH, NaOH) dan glicerol y las sales correspondientes de los AG (jabones).

hidrogenación: en la industria se obtienen grasas sólidas por hidrogenación de los aceites, es común usar el de algodón para obtener margarinas realizando una hidrogenación parcial hasta obtener un sólido de consistencia similar a la manteca.


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oxidación: se produce a nivel de sus AG insaturados y originan productos que les dan olor y sabor rancio. Importancia en procesos industriales

- Fabricación de tensioactivos para uso en cosmética, detergentes, etc

- Fabricación de margarinas por hidrogenación de aceites vegetales

- Fabricación de velas

GLÚCIDOS

Químicamente están compuestos por C, H y O. Los glúcidos más sencillos son compuestos polihidroxilados (muchos hidroxilos) con una función aldehído, las aldosas, o con una función cetona, las cetosas.

CLASIFICACIÓN

Monosacáridos (MS): 1 unidad de polihidroxialdehído o polihidroxicetona. Son cristales blancos, dulces y solubles en agua

Oligosacáridos (OS): 2-10 unidades de MS unidas ( di, tri , tetrasacáridos etc.).

son solubles en agua y cristalinos.

Polisacáridos (PS): más de 10 unidades de MS ya sea lineales o ramificadas.

Generalmente son amorfos, insípidos e insolubles en agua.


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MONOSACÁRIDOS La fórmula empírica de los mismos es Cn (H2O)n (n varía entre 3 y 9). En general se denominan agregando a su nombre el sufijo osa. Si poseen función aldehído se llaman aldosas y si tienen función cetona se llaman cetosas. Se acostumbra designarlos combinando el nombre que indica el número de carbonos y la función, por ejemplo aldohexosa, cetopentosa etc. Los monosacáridos más simples son triosas de las cuales existe una aldotriosa (el gliceraldehído) y una cetotriosa (dihidroxiacetona)


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Si se analiza la fórmula del gliceraldehído se ve que el C 2 es asimétrico o sea que sus 4 valencias tienen grupos distintos. Esto implica que pueden existir dos isómeros del compuesto con diferentes propiedades ópticas. Uno desvía el plano de la luz polarizada en el sentido de las agujas del reloj y por lo tanto será dextrógiro y se lo designa anteponiendo la letra D a su nombre. El otro será levógiro y se coloca la letra L antes de su nombre. Por convención en las fórmulas desarrolladas se presenta el D gliceraldehído con el HO del C2 hacia la derecha y el compuesto L con el OH hacía la izquierda.

GLUCOSA Llamada también dextrosa, es el más abundante y fisiológicamente el más importante ya que es el principal combustible celular. Se lo encuentra libre en frutos maduros, en la sangre y humores orgánicos. Si bien se ha presentado a los MS como cadenas lineales, tienden a formar moléculas cíclicas. La función aldehídica del C1 en proximidad con el OH de C5 puede formar una unión de tipo hemiacetal originando un anillo de 6 elementos (hemiacetal: es el compuesto formado por un aldehído o cetona con un alcohol). Estos anillos con ciclo hexagonal se llaman anillos piranosa.


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Por otra parte la estructura cíclica explica la existencia de las formas α o β. El C1 en las formas cíclicas es asimétrico y su grupo hidroxilo puede estar hacia arriba (β) o hacia abajo (α). A este tipo de isótopos se los llama anómeros.

FRUCTOSA Es una cetohexosa, está libre en los frutos maduros y en la miel. Tiene mayor poder edulcorante que la glucosa y combinada con ésta forma la sacarosa o azúcar de caña. Posee una función cetona en C2 y adopta una fórmula cíclica por unión hemiacetálica entre C2 y C5 formando un anillo pentagonal llamado anillo furanosa. De esta forma, la función cetona del C2 es “potencial” y es la responsable de las propiedades reductoras de la fructosa.

Hay dos configuraciones a nivel del C2 dando los isómeros α y β.


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DISACÁRIDOS

Se forman por unión de dos MS con pérdida de una molécula de agua. Los más corrientes son:

Maltosa: también llamado azúcar de malta, es un producto de la hidrólisis del almidón. Es algo dulce y muy soluble en agua. Se forma por la unión del C1 de la α- D glucosa al C4 de otra molécula de D glucosa. El aldehído potencial de la segunda glucosa queda libre y puede existir en forma α y β

Lactosa: está en grandes cantidades en la leche. Por hidrólisis origina los MS

galactosa y glucosa. La unión se establece entre el C1 de la ß D galactosa y el C 4 de la D glucosa. Como el C1 de la glucosa queda libre presenta formas α o β.

Sacarosa: es usado como edulcorante en la alimentación. Se lo obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera. Está formado por glucosa y fructosa unidas por un enlace donde participan el C1 de la α D glucosa y el C2 de la β D


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fructosa. De esta forma, ambos grupos aldehídos y cetonas potenciales, están bloqueados y el disacárido no tiene capacidad reductora.

UNIÓN GLICOSÍDICA Y PODER REDUCTOR En el enlace glicosídico reacciona el grupo OH (hidroxilo) del carbono anomérico del primer monosácarido con un OH unido a un carbono (anomérico o no) del segundo monosacárido. Se forma un disacárido y una molécula de agua.

Cuando el enlace glicosídico se forma entre dos monosacáridos, el holósido resultante recibe el nombre de disacárido.

Esta unión puede tener lugar de dos formas distintas:

En el primer caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con un OH alcohólico de otro. Así, el segundo azúcar presenta libre su carbono anomérico, y por lo tanto seguirá teniendo propiedades reductoras, y podrá presentar el fenómeno de la mutarrotación. Los disacáridos así formados se llaman disacáridos reductores.

En el segundo caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona

con el carbono anomérico del otro monosacárido. Así se forma un disacárido no reductor donde no queda ningún carbono anomérico libre y que tampoco


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podrá presentar mutarrotación. En este caso, el enlace no es, estrictamente hablando, acetálico.

POLISACÁRIDOS Los polisacáridos están formados por la unión de muchos monosacáridos (puede variar entre 11 y varios miles), mediante enlace glucosídico, similar al visto en disacáridos, con pérdida de una molécula de agua por cada enlace. Tienen pesos moleculares muy elevados, pueden desempeñar funciones de reserva energética o función estructural. Los polisacáridos no tienen sabor dulce, no cristalizan y no tienen poder reductor. Los polisacáridos más importantes son:

Almidón. Aparece en células vegetales ya que es el polisacárido de reserva energética propio de los vegetales y está integrado por dos tipos de polímeros: Amilosa, que está formada por unidades de maltosa. Presenta estructura

helicoidal. Amilopectina, formada también por unidades de maltosas con

ramificaciones.


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Glucógeno. Es el polisacárido con función de reserva energética propio de animales y hongos. Se encuentra abundantemente en el hígado y en los músculos.

Está formado por glucosas unidas por enlace α (1→4) y presenta ramificaciones formadas por enlaces α (1→6), similar a la amilopectina, pero con mayor abundancia de ramificaciones.

Celulosa, es un polisacárido con función estructural que forma la pared celular

de la célula vegetal. Esta pared constituye un estuche en el que queda encerrada la célula, que persiste tras la muerte de ésta y le proporciona resistencia y dureza. La celulosa está constituida por unidades de glucosas unidas por enlace β (1→4), y la peculiaridad del enlace β hace a la celulosa inatacable por las enzimas digestivas humanas.


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PROTEÍNAS

Las proteínas son moléculas de enorme tamaño perteneciendo a la categoría de macromoléculas, constituidas por un gran número de unidades estructurales que forman grandes cadenas no ramificadas. En otros términos se trata de polímeros. Por hidrólisis, las moléculas proteicas son escindidas en numerosos compuestos relativamente simples, de pequeño peso, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula; los aminoácidos (AA). Siendo los AA los bloques o ladrillos con que se forman las proteínas, se considerará en primer término su estructura y propiedades.

AMINOÁCIDOS (AA) Como su nombre lo indica todos los aminoácidos poseen un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2) unido al carbono vecino al grupo carboxilo y por ello se denomina carbono α. Este carbono también está unido a un hidrógeno y un cuarto grupo llamado cadena lateral R que es distinta para cada uno de los 20 aminoácidos

Estos carbonos tienen las 4 valencias saturadas con grupos diferentes lo que les posibilita la existencia de 2 isómeros ópticos con configuraciones espaciales distintas para cada AA.


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AMINOÁCIDOS ESENCIALES Los aminoácidos esenciales son aquellos que el propio organismo no puede sintetizar por sí mismo. Esto implica que la única fuente de estos aminoácidos en esos organismos es la ingesta directa a través de la dieta. Del total de 20 AA hay 8 (Fenilalanina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Triptofano, Treonina y Valina) que no pueden ser sintetizados por el organismo. Existen otros dos AA, la Arginina y la Histidina que se sintetizan pero a ritmo insuficiente por lo que también deben suministrarse en la dieta y se los considera semiesenciales.

ENLACES PEPTÍDICOS El esqueleto de una proteína se forma uniendo el grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro aminoácido, formando lo que se conoce como enlace peptídico obteniéndose un dipéptido y una molécula de agua.


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ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS

ESTRUCTURA PRIMARIA La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Alfa hélice: estructura que 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.

Lámina plegada: Los aminoácidos no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag.


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ESTRUCTURA TERCIARIA

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación tridimensional (globular o fibrosa). La mayoría de las proteínas con esta estructura ya son funcionales.

ESTRUCTURA CUATERNARIA Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. El número de protómeros varía desde dos, cuatro, como en la hemoglobina, o muchos, como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de sesenta unidades proteicas. Este tipo de estructura no la presentan todas las proteínas.


72

RESUMIENDO…

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Páginas web

http://elpetroleo3.galeon.com/

http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo

http://www.cch-sur.unam.mx/guias/experimentales/quimicaIV.pdf

http://enciclopedia.us.es/

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso1998/accesit8/cac.htm

http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/grupos_funcionales.html

http://www.quimicayalgomas.com/quimica-organica/aminas

http://www.slideshare.net/tango67/qumica-ii-de-bachillerato

Textos

Química 5, Aula taller,José M. Mautino, Ed Stella, 2° edición

Química, combustibles, alimentación y procesos industriales; Bosack, Deprati y otros, Saberes clave, Ed. Santillana

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http://www.quimicayalgomas.com/quimica-organica/aminas

http://www.slideshare.net/tango67/qumica-ii-de-bachillerato


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Contenido PRESENTACIÓN DE LOS CONTENIDOS ........................................................................ 2

EJE I: ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS ....................................... 3

EL ORIGEN DE LA QUÍMICA ORGÁNICA ................................................................. 3

LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS ................................................................................ 4

CARACTERÍSTICAS GENERALES .......................................................................... 4

AISLAMIENTO, PURIFICACIÓN Y ANÁLISIS ..................................................... 4

ANÁLISIS ELEMENTAL ............................................................................................ 6

EL CARBONO .................................................................................................................. 8

HIDRIDIZACIÓN DE ORBITALES ........................................................................... 9

CONCATENACIÓN DEL CARBONO ..................................................................... 15

TIPOS DE ÁTOMOS DE CARBONO ....................................................................... 17

REACCIONES ORGÁNICAS- GENERALIDADES .................................................... 17

ISOMERÍA ...................................................................................................................... 18

EJE 2: LOS HIDROCARBUROS ....................................................................................... 22

HIDROCARBUROS ....................................................................................................... 22

CLASIFICACIÓN ....................................................................................................... 22

HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS: ALCANOS, ALQUENOS Y ALQUINOS. .... 23

HIDROCARBUROS CÍCLICOS ................................................................................ 27

PETRÓLEO ..................................................................................................................... 29

ORIGEN DEL PETRÓLEO ........................................................................................ 30

TIPOS DE PETRÓLEO .............................................................................................. 30

INDUSTRIA PETROLERA ....................................................................................... 31

PAÍSES PRODUCTORES Y CONSUMIDORES DE PETRÓLEO ......................... 34

HIDROCARBUROS BENCÉNICOS O AROMÁTICOS............................................. 35

POLÍMEROS .................................................................................................................. 39

PROPIEDADES GENERALES DE HIDROCARBUROS ............................................ 40

REACCIONES QUÍMICAS MÁS IMPORTANTES DE HIDROCARBUROS ........... 40

EJE 3: LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS Y NITROGENADOS ....... 42

LOS HIDROCARBUROS SUSTITUIDOS .................................................................... 43

LOS COMPUESTOS OXIGENADOS ....................................................................... 43

LOS ALCOHOLES ..................................................................................................... 44

LOS FENOLES ........................................................................................................... 47

LOS ÉTERES .............................................................................................................. 48


74

LOS ALDEHÍDOS Y LAS CETONAS ...................................................................... 48

LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ............................................................................... 49

LOS ÉSTERES ............................................................................................................ 50

LOS COMPUESTOS NITROGENADOS .................................................................. 51

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS

Y NITROGENADOS .................................................................................................. 52

APLICACIONES INDUSTRIALES ............................................................................... 54

DE LOS COMPUESTOS OXIGENADOS ................................................................. 54

DE LOS COMPUESTOS NITROGENADOS ........................................................... 54

RELACIONES ENTRE GRUPOS FUNCIONALES ..................................................... 55

EJE 4: LAS BIOMOLÉCULAS: LÍPIDOS, GLÚCIDOS Y PROTEÍNAS, SUS

APLICACIONES. ............................................................................................................... 56

FUNCIONES BIOLÓGICAS PRINCIPALES DE LAS BIOMOLÉCULAS ................ 56

LÍPIDOS ...................................................................................................................... 56

HIDRATOS DE CARBONO ...................................................................................... 57

PROTEÍNAS ............................................................................................................... 57

ACEITES Y GRASAS .................................................................................................... 58

GLÚCIDOS ..................................................................................................................... 60

PROTEÍNAS ................................................................................................................... 68

AMINOÁCIDOS (AA) ............................................................................................... 68

ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS .............................................................................. 70

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA ..................................................................................... 72

docentes: curso : 4º

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