Repaso Examen #2
Marimar de la Cruz
Grupos Funcionales en Hidrocarburos: Nombre del Grupo
Funcional: Estructura: Descripción:
Alcanos:
- Hidrocarburos que no poseen enlaces múltiples entre átomos de carbono.
- Son compuestos Saturados
- todos los átomos tienen hibridación sp³
Alquenos: - Hidrocarburos que poseen un enlace doble entre dos átomos de
carbono.
Alquinos:
- Hidrocarburo que tienen un enlace triple entre dos átomos de carbono.
- En el enlace triple hay: hibridación so, geometría lineal.
-Antes y después del enlace triple hay carbonos.
Aromáticos:
Grupos Funcionales con C enlazado a elementos electronegativos:
o Electronegatividad: medida de la fuerza a la cual un átomo atrae a los átomos de los cuales esta
enlazado. (En la tabla periódica aumenta hacia arriba y hacia la derecha). (F>O>N>Cl>Br>I)
Haloalcanos (Halaros o halogenuros de alquilo):
(Donde X puede ser:
F, Cl, Br, I) - halógenos enlazados a un carbono con hibridación sp³.
Alcoholes:
- Los alcoholes tienen un grupo OH enlazado a un carbono saturado.
Éteres:
Aminas:
- Tienen un hidrogeno enlazado a un
carbono tetraédrico (sp³).
Grupos Funcionales con grupo carbonilo:
o Grupo Carbonilo NO es un grupo funcional pero se encuentra en varios grupos funcionales.
Aldehídos:
- Tienen carbonilo enlazado a hidrogeno.
Cetonas:
- Carbonilo enlazado a dos carbonos tetraédricos.
Acido Carboxílico:
- El carbono del carbonilo esta enlazado por un lado al O de un grupo OH y por el otro a un carbono tetraédrico.
Esteres:
Capitulo 4: Cicloalcanos y su Estereoquímica
• Cicloalcanos: hidrocarburos que tienen en su estructura un anillo
o Se conocen como compuestos aliciclicos (alifáticos cíclicos).
• Formula: CnC2n Nombre: ciclo n-ano
• En un cicloalcanos la rotación a lo largo de los enlaces C-C del anillo esta restringida lo cual causa
la formación de estereoisomeros.
• Estereoisomeros: isómeros que difieren únicamente en la orientación de sus átomos en el espacio.
• Desde principios del siglo 19 se conocía la existencia de compuestos cíclicos en los compuestos
orgánicos. Se conocían únicamente anillos de 5C y 6C.
o (1885) Adal von Bayer (científico alemán) trata de explicar la mayor estabilidad de esos anillos
comparada con la de otros anillos usando la tensión angular.
tensión Angular: tensión/ energía/ inestabilidad que posee una molécula que tiene
ángulos de enlace que se desvían de su valor normal.
• Los C en los anillos tienen hibridación sp³ lo cual indica que deben medir
aproximadamente 109.5˚
• Para cerrar cada anillo hay que desviarse de los ángulos normales.
o (desviación) = 109- (tamaño de los ángulos en el anillo)
• Mientras más grande la desviación mayor es la tensión angular.
• Según von Bayer los anillos de 5C y 6C son los más estables porque tienen la
menor tensión angular, aunque entre los ciclopentano es el más estable.
• Calor de Combustión: cantidad de calor que se libera cuando un compuesto se quema en
presencia de oxigeno.
o Mayor estabilidad: menor calor de combustión
o Menor estabilidad: mayor calor de combustión.
o Combustión completa de cicloalcanos ( Hcombustion):
o Hcombustion por grupo CH2:
o Grafica: Strain Energy vs. Ring SIze
La evidencia experimental indica que ciclohexano es el cicloalcanos mas estable, es de
estabilidad comparada a la de un alcano de cadena abierta.
o Fundamentalmente el error de la lógica de von Beyer fue presumir que el anillo era plano.
El otro problema es que el explica esa inestabilidad tomando en consideración
únicamente la tensión angular.
• tensión Anular: Inestabilidad/Energía/tensión que posee una estructura cíclica. La tensión anular
tiene 3 componentes:
o Tensión angular
o tensión torsional: hay enlaces eclipsados.
o tensión esterica
• En moléculas donde hay desviación en los ángulos los orbitales se tienen que solapar levemente de
lado.
o El área de solapamiento es menor por lo cual los enlaces son mas débiles.
o Mientras mayor sea la desviación del ángulo menor es la fuerza del enlace.
o El ángulo de 109.5˚ es el que permite mator solapamiento.
• CIclopropano:
o La molécula es plana.
o Los hidrógenos en la molécula están eclipsados (tensión torsional).
o El ángulo se desvía de 109.5˚ a 60˚ (tensión angular).
o tensión anular: 115 KJ/mol.
• Ciclobutano:
o No es plano, saca una de las esquinas del plano, por consecuencia
disminuye la tensión torsional.
o tensión angular aumenta ligeramente (en comparación con
ciclopropano si ciclobutano fuese plana).
• CIclopentano:
o Saca una esquina fuera del plano por lo que disminuye la tensión
torsional pero aumenta la tensión angular (muy poco).
o tensión Anular: 26KJ/mol
• Ciclohexano:
o La estabilidad de ciclohexano es comparable a la de un alcano
de cadena abierta.
o Ciclohexano baja una esquina y sube la esquina contraria,
entonces se dice que esta en la conformación silla.
En la configuración los hidrógenos tienen unas posiciones
especificas.
• Hidrógenos Axiales: enlaces verticales
o 6 posiciones axiales
• Hidrógenos Ecuatoriales: están aproximadamente
en un plano horizontal
No hay tensión torsional en la configuración silla.
• Metil ciclohexano:
o Para ciclohexano un sustituyente siempre será mas estable en posición ecuatorial que en
posición axial.
o E = Eproductos – Ereactivos
E < 0: si el producto es mas estable que el reactivo
E > 0: si el reactivo es mas estable que el producto
o G: Cambio en energía libre de Gibbs
G= E
o Si el sistema entra en equilibrio se va a encontrar mayor cantidad del producto mas estable
o Menor Energía = Mayor estabilidad:
G < 0 en equilibrio: predominan productos
G > 0 en equilibrio: predominan reactivos
Cuando el sustituyente esta en posición axial su nube electrónica exhibe repulsiones co las nubes de los hidrógenos en posición axial por lo que posee tensión esterica.
Un ejemplo de esta tensión esterica lo son
las repulsiones 1, 3- diaxiales.
****Debes saber calcular G.
• G= -RTlnKeq
• G= Gproductos – Greactivos
• 1, 4- dimetilciclohexano
o Isómero Trans:
Cuando ambos grupos metil están en posición axial hay 4 repulsiones 1, 3- diaxiales (2
con cada grupo metil) por lo que G de esa conformación es 15.2 KJ/mol.
Cuando ambos grupos metil están en posición ecuatorial no hay repulsiones.
G de ese equilibrio es igual a -15.2 KJ/mol
o Isómero cis:
En las dos conformaciones del equilibrio hay la misma energía por lo que el G= 0.
• 1, 2- dimetilcilohexano
o Isómero cis:
Cuando hay sustituyentes en carbonos adyacentes tendrán repulsiones gauche entre si
a menos que ambos se encuentren axiales.
Ambas conformaciones del equilibrio tienen energía de 11.4 KJ/mol por lo que el G= 0.
o Isómero trans:
Si los sustituyentes son distintos el conformero mas estable tendrá el grupo mas
voluminoso en posición ecuatorial.
Cuando ambos grupos metil están en posición axial la energía del conformero será de
15.2 KJ/mol.
Cuando ambos sutituyentes están en posición ecuatorial la energía del conformero será
de 3.8 KJ/mol.
G= 3.8 KJ/mol – (15.2 KJ/mol)
• Trans-1-terc-butil-3-etilcilohexano: hacer equilibrio y determinar G.
• Policilcicos: tienen mas de un anillo compartiendo enlaces.
o Decalina:
Se dice que los anillos están fundidos cuando comparten
enlaces.
Los carbonos que comparten esos enlaces de conocen como
las cabezas de puente.
Trans-decalina: mas estable
Cis-decalina: menos estable
• conformación de bote de ciclohexano:
Sustituyente Cada Repulsión Energía de 1,3- diaxial
-CH3 3.8 KJ/mol
-CH2CH3 4.0 KJ/mol
o Es menos estable que la conformación silla porque tiene tensión torsional y esterica.
• Norbornano: Alcanfor:
Capitulo 5: Reacciones Orgánicas
• Categorías de Reacciones:
o Reacción de Adición: reacción en la que dos reactivos se combinan para formar un solo
producto.
A + B C
Las reacciones de adición son las mas comunes en compuestos insaturados.
o Reacciones de eliminación: Un reactivo se rompe o se fragmenta para dar dos productos
A B + C
Usualmente ocurre en compuestos saturados y el producto es un compuesto insaturado.
o Reacción de sustitución: reacción en la que los reactivos intercambian partes
Se reconocen porque en la molécula orgánica un átomo o grupo de átomos es
reemplazado por otro átomo o grupo de átomos.
AB + CD AC + BD
o Reacciones de rearreglo o isomerización: un reactivo reorganiza sus partes para dar un
producto isomerico.
A B
• Mecanismos de Reacción: serie de pasos o eventos a nivel molecular por los que atraviesan los
reactivos a medida que se van convirtiendo en productos.
o El mecanismo de la reacción va describiendo que enlaces se rompen y/o forman primero.
o Enlace: par de electrones que comparten dos átomos
o Ruptura de Enlace:
Simétrica (homolitica): ocurre homolisis, ruptura de un enlace en la que cada átomo se
lleva un electrón del par que comparten.
• Se pueden formar radicales libres que son especies que tienen un electrón sin
parear.
No Simétrica (heterolisis): ocurre heterolisis, ruptura de un enlace en la que un átomo se
lleva ambos electrones del par que comparten.
• Se puede formar un cabocation o un carboanion.
Los radicales, los carbocationes y los carboaniones son especies inestables de alta
energía que generalmente no se activan.
• Usualmente sirven como intermediarios en la reacción: o sea una especie que se
forma en un paso del mecanismo y se consume en otro.
o Sección 2.3:
Carga Formal: en una estructura se le puede asignar a cada tomo una carga formal
que puede ser positiva o negativa.
CF = (# familia) – (puntitos mas rayitas alrededor del átomo)
Ley de conservación de cargas: La suma de las cargas de los productos es igual a la
carga del reactivo.
o Formación de Enlace:
Simétrica (homogenica): Cada átomo aporta un electrón al enlace.
No simétrica (heterogenica): el par de electrones lo aporta un átomo.
Las flechas que utilizan son :
Los intermediarios son radicales libres.
Proceso intermedio.
Las reacciones de radicales libres son importantes en rutas biológicas.
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl
(Reacción de Sustitución)
• Pasos Iniciación
(Paso 1)
• Pasos de
Propagación (Pasos 2-3): se siguen repitiendo como si fueran eslabones de una cadena.
o Una manera
en la que un radical se puede estabilizar es arrancándole un átomo con un electrón a una molécula.
o Reacción en
Cadena: reacción que una vez comienza se
mantiene corriendo por los pasos de propagación.
• Pasos de Terminación (Paso 4): en un paso de terminación se juntan dos
radicales para formar una especie estable (otra manera de que un radical se estabiliza).
Una reacción es de utilidad sintética cuando el único producto es el que se desea.
• Mientras mayor cantidad de productos menos útil es la reacción.
• La reacción de halogenacion de alcanos no es de alta utilidad sintética a
menos que todos los hidrógenos del alcano sean equivalentes, ya que si son equivalentes no importa que hidrogeno se sustituya siempre se obtendrá un solo (el mismo) producto.
o Reacciones de Radicales Polares:
Rupturas y formación de enlaces no simétricas.
• Rupturas heteroliticas
• Formaciones heterogenicas.
Intermediarios suelen tener carga, iones.
Flechas:
Sección 2.1:
• Enlace Químico: fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en un
compuesto.
o Iónico: se caracteriza por transferencia de electrones
Metal + no metal
• Metal se convierte en catión
• No metal se convierte en anión
o Covalente: se comparten los electrones.
No metal + No metal
No polar: los electrones se comparten por igual
• Electronegatividad: medida de la tendencia de un átomo a atraer hacia si los electrones de un enlace
o Escala de Pauli (electronegatividad):
Elemento mas electronegativo es Flúor: 4.0
Elemento menos electronegativo es Cesio: 0.7
Mientras mayor sea la diferencia en electronegatividad el enlace
es mas polar.
Diferencia en electronegatividad > 2 el enlace es iónico.
o Hay cargas parciales (delta: +, -) en los átomos que comparten un
enlace polar.
-: polo positivo
o Mapa de potencial electroestático:
Los colores implican densidad electrónica:
• Rojo: centro negativo (alta densidad
electrónica)(nucleofilo: -)
• Azul: baja densidad electrónica
o Donde no hay separación de cargas se ven
colores azul verdosos.
o Efecto Inductivo:
Desplazamiento de electrones en un enlace sigma debido a la
electronegatividad de átomos adyacentes.
o Las reacciones polares ocurren por la atracción de un centro de carga positiva con un centro
de carga negativa.
o Los alcanos son no polares.
Los grupos funcionales son el centro de reactividad de la molécula ya que en los grupos
funcionales es que hay centros de carga.
o Sección 2.11: Modelo acido-base de Lewis
Base de Lewis: especie que puede aportar un par de electrones para formar un nuevo
enlace covalente.
Acido de Lewis: especie que acepta un par de electrones para formar un nuevo enlace
covalente.
Un acido + Una base de Lewis se neutralizan: en el modelo de Lewis una neutralización
es la formación de un nuevo enlace covalente coordinado (enlace en el cual uno de los átomos aporta un par de electrones para la formación del enlace).
Cuando las especies tienen carbono:
• Acido de Lewis: electrofilo
• Base de Lewis: necleofilo
o Electrofilo: especies que sienten atracción por centros ricos en electrones (de alta densidad
electrónica)
Los electrofilos serán especies que tienen carga positiva completa o parcial.
o Nucleofilo: sienten atracción por centros de carga positiva
o Keq: Concentración de Productos = [1-bromoetano] Concentración de Reactivos [etano][HBr]
Keq > 1 La reacción se desplaza a la derecha, predominan los productos.
Keq < 1 La reacción se desplaza a la izquierda, predominan los reactivos.
o G˚ = cambio n energía libre de Gibbs = G˚productos - G˚reactivos
Se mide a condiciones estándar:
• Una atmosfera
• 25˚C
Mide la energía total
G˚ = -RT(ln Keq)= 2.303 RT(logKeq)
• R: Constantes de los gases = 8.315 J/mol K
• T: 25 + 273 = 298 K
• Keq
o Keq > 1 entonces G˚ sera negativo lo cual indica que es exergonico.
El equilibrio se desplazara hacia los productos.
o Keq > 1 entonces G˚ sera positivo lo cual indica que es endergonico
El equilibrio se desplazara hacia los reactivos.
• Mientras mas negativo es G˚ mayor es la constante de equilibrio por lo cual
habrá mas concentración de productos cuando la reacción llegue al equilibrio.
G˚ = H˚ - T S˚ (mide la energía calórica)
• H˚: cambio en entalpía o calor de reacción. Calor que se absorbe o se libera
durante una reacción debido a la formación de enlaces y la ruptura de enlaces.
• H˚ = H˚productos - H˚reactivos
o H˚ > 0 La reacción es endotérmica (absorbe calor).
Cuando hay ruptura de enlaces.
o H˚ < 0 La reacción es exotérmica (libera calor).
Cuando hay formación de enlaces
• S˚: cambio en la entropía.
o Entropía: medida del desorden en un sistema, mayor desorden mayor
entropía.
• S˚ = S˚productos - S˚reactivos
o S˚ > 0 Aumenta el numero de partículas
o S˚ < 0 Disminuye el numero de partículas
o En orgánica usualmente el signo de G˚ es igual al de H˚. (Lo cual significa que uno de los dos
• Cinética Química:
o Cinética Química: rama de la química que estudia la rapidez o velocidad a la que un sistema
llega al equilibrio (velocidad de las reacciones).
o Teoría de colisiones: las especies para reaccionar las partículas (moléculas) deben chocar unas
con otras.
Estado de Transición: arreglo inestable de
átomos (de alta energía) que se forma en cada paso de un mecanismo y que se caracteriza porque hay enlaces en proceso de romperse y reformarse.
G‡: energía que necesitan los reactivos
para formar el estado de transición.
Mientras menor es la energía de activación
mayor es la rapidez del paso.
o En los compuesto orgánicos:
G‡: esta entre 40- 150 KJ/ mol
G‡ < 80 no hay que calentar para que
ocurra esa reacción
G‡ > 80 hay que calentar para que ocurra
la reacción.
o Cuando una reacción ocurre en mas de un paso generalmente uno de los pasos es mucho
mas lento que los otros (mayor G‡), entonces la velocidad de la reacción depende de la rapidez de ese paso lento.
o Estado de transición se caracteriza por alta energía y
enlaces que están en proceso de formarse.
o Agente Catalítico: acelera la velocidad de una
reacción sin consumirse en una reacción. Provee una ruta o un mecanismo alterno de menor energía de activación.
Capitulo 6: Alquenos
• Se les da también el nombre de olefinas.
• Importancia comercial: eteno (etileno) y propeno (propileno).
• Cracking térmico o termal: se tienen mezclas de alcanos que se calientan, al calentar esas
moléculas se rompen (se fragmentan) y se producen alquenos.
• La formula general de un alqueno es CnH2n.
• Grado de instauración (GI) o índice de deficiencia de hidrogeno:
o El grado de instauración es un numero que es la suma de enlaces pi y anillos en una molécula.
o Cada grado de instauración cuesta a la estructura 2 hidrógenos.
o Formula: (#C x 2 -#H - #X (halogenos) + #N + 2)/ 2
o Otra manera de determinar el grado de instauración de la formula molecular es comparando
con el alcano respectivo.
Si hay X (halógenos) para fines de comparación cada halógeno se sustituye por un
hidrogeno.
Si hay N para fines de comparación por cada átomo de nitrógeno reste un hidrogeno.
Si hay Oxigeno para fines de comparación ignórelo.
• Reglas de Nomenclatura de los alquenos:
o Buscar la cadena de mayor longitud que incluya C con doble enlace.
o Empiece a numerar por el extremo mas cercano al enlace doble.
o Si hay otros sustituyentes se tratan como los de los alcanos.
o Si el enlace doble esta a igual distancia enumerar por el extremo por donde se encuentre mas
cercano a un sustituyente.
o Si el primer sutituyente esta a igual distancia se enumera en orden alfabético de los
sustituyentes.
o Si hay mas de un enlace doble el nombre base será:
(prefijo del alcano)(prefijo cuantitativo) eno.
• Reglas de nomenclatura de los cicloalquenos:
o Si hay un solo enlace doble y no hay sustituyentes no hay que usar números.
o Si hay sustituyentes en el anillo es necesario enumerar los carbonos.
Los carbonos del enlace doble tienen que ser #1 y #2 de tal forma que el carbono con