• Electronegatividad intermedia– Enlace covalente con metales como con no metales

• Posibilidad de unirse a sí mismo formando cadenas.

• Tetravalencia: s2p2 s px py pz

400 kJ/mol

(se desprenden 830 kJ/mol al formar 2 enlaces C–H)

• Tamaño pequeño, por lo que es posible que los

átomos se aproximen lo suficiente para formar

enlaces “π”, formando enlaces dobles y triples (esto

no es posible en el Si).

CARACTERÍSTICAS DEL ÁTOMO DE CARBONO

CARACTERÍSTICAS DEL ÁTOMO DE CARBONO

� El carbono puede hibridarse de tres maneras distintas:

� Hibridación sp3:

� 4 orbitales sp3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo “σ” (frontales).

� Hibridación sp2:

� 3 orbitales sp2 iguales que forman enlaces “σ” + 1 orbital “p” (sin hibridar) que formará un enlace “π” (lateral)

� Hibridación sp:

� 2 orbitales sp iguales que forman enlaces “σ” + 2 orbitales “p” (sin hibridar) que formarán sendos enlaces “π”

Hibridación sp3

� 4 orbitales sp3 iguales que forman 4 enlaces simples de tipo “σ” (frontales).

� Los cuatro pares de electrones se comparten con cuatro átomos distintos.

� Geometría tetraédrica: ángulos C–H: 109’5 º y distancias C–H iguales.

� Ejemplo: CH4, CH3–CH3

Hibridación sp2

� 3 orbitales sp2 iguales que forman enlaces “σ” + 1 orbital “p” (sin hibridar) que formará un enlace “π” (lateral)

� Forma un enlace doble, uno “σ” y otro “π”, es decir, hay dos pares electrónicos compartidos con el mismo átomo.

� Geometría triangular: ángulos C–H: 120 º y distancia C=C < C–C

� Ejemplo:� H2C=CH2,

� H2C=O

Hibridación sp

� 2 orbitales sp iguales que forman enlaces “σ” + 2 orbitales “p” (sin hibridar) que formarán sendos enlaces “π”

� Forma bien un enlace triple –un enlace “σ” y dos “π”–, es decir, hay tres pares electrónicos compartidos con el mismo átomo, o bien dos enlaces dobles, si bien este caso es más raro.

� Geometría lineal: ángulos C–H: 180 º y distancia C≡C < C=C < C–C

� Ejemplo:� HC≡CH,

� CH3–C≡N

GRUPOS FUNCIONALES

� Un grupo funcional es un grupo de átomos unidos entre si de la misma manera y al resto de la cadena carbonada, y que le confieren a esta unas propiedades características

� Una serie homóloga es un conjunto de compuestos que tienen el mismo grupo funcional y solo se diferencian en el nº de grupos metileno (-CH2-) de su molécula

Clasificación de los compuestos orgánicos

Principales grupos funcionales(por orden de prioridad) (1)

Función Nom.

grupo

Grupo Nom.

(princ.)

Nom.

(secund)

Ácido carboxílico carboxilo R–COOH ácido…oico

carboxi (incluye C)

Éster éster R–COOR’ …ato de…ilo

…oxicarbonil

Amida amido R–CONR’R amida amido

Nitrilo nitrilo R–C≡N nitrilo ciano (incluye C)

Aldehído carbonilo R–CH=O …al formil (incluye C)

Cetona carbonilo R–CO–R’ …ona oxo

Alcohol hidroxilo R–OH …ol hidroxi

Fenol fenol C6H5OH …fenol hidroxifenil

Principales grupos funcionales(por orden de prioridad) (2)

Función Nom.

grupo

Grupo Nom.(princ.) Nom

(sec)

Amina (primaria) (secundaria)(terciaria)

Amino““

R–NH2R–NHR’

R–NR’R’’

…ilamina…il…ilamina

…il…il…ilamina

amino

Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il

Hidr. etilénico alqueno C=C …eno …en

Hidr. acetilénico alquino C≡C …ino Ino (sufijo)

Nitrocompuestro Nitro R–NO2 nitro… nitro

Haluro halógeno R–X X… X

Radical alquilo R– …il …il

Nomenclatura de compuestos orgánicos con más de un grupo funcional.

� Se identifica cuál es la función principal (la primera en el nombre de preferencia). Es la que da el nombre al compuesto.

� Las funciones secundarias se nombran como prefijos usando el nombre del grupo (“oxo” para carbonilo, “hidroxi” para hidroxilo).

� Ejemplo: CH3–CHOH–COOH� Función principal: ácido carboxílico� Función secundaria: alcohol� Nombre del grupo: hidroxilo. Prefijo: hidroxi.� Nombre: Ácido 2 hidróxipropanoico.

Nomenclatura de grupos funcionales secundarios (prefijos).

� Ácido Carboxi (como sustituyente)

HOOC–CH–CH2–COOH ácido carboxi-butanodioico|COOH

� Éster alcoxicarbonil (como sustituyente)

HOOC–CH2–COOCH3 ácido metoxicarbonil etanoico

� Amida amido (como sustituyente)

CH3–CH–CH2–COOH ácido 3-amido-butanoico|CONH2

� Nitrilo ciano (como sustituyente)

NC–CH2–CH2–COOCH3 3-cianopropanoato de metilo

� Aldehído oxo o formil (como sustituyente)

OHC–CH2–CONH2 3-oxo-propanamida

Nomenclatura de grupos funcionales secundarios (prefijos).

� Cetona oxoCH3–CO–CH2–COOH ácido 3-oxo-butanoico

� Alcohol hidroxiCH3–CHOH–CH2–CHO 3-hidroxi-butanal

� Fenol fenoxi

O–CH–CH2–COOH ácido 3-fenoxi-butanoico|CH3

� Amina aminoCH3–CH–COOH ácido 2-aminopropanoico

|NH2 (alanina)

� Éter alcoxiCH3–O–CH2–CHO metoxi-etanal

El benceno

� Fórmula: C6H6

� Es una estructura plana resonante de tres dobles enlaces alternados

Hibridación sp2 del benceno. Nube electrónica “π”Imagen cedida por © Ed. ECIR. Química 2º Bachillerato.

Nube “π” común

Esqueleto “σ”

↔

Algunos derivados del benceno con nombre propio

CH3

COOH

OH

CONH2

CHO

tolueno

fenol

ácido benzoico

benzaldehído

benzamida

Nomenclatura de derivados del benceno (C6H6)

� Puede nombrase como radical (fenil) o como grupo principal:

� Ejemplo: CH2–CH3

� Nombres: etil–benceno o feniletano

� Cuando hay dos sustituyentes puede usarse:OH 1,2 bencenodiol 1,2 dihidroxibenceno

OH (orto) o–dihidroxibenceno

NO2 1,3 dinitrobenceno o (meta) m–dinitrobenceno

H3C– CH3 1,4 dimetilbenceno o p–dimetilbencenoNO2

ISOMERIA

� Dos sustancias son isómeros cuando teniendo la misma fórmula empírica y la misma masa molecular, presentan diferentes propiedades.

� Estructural (plana) que dan lugar a los isómeros de:� cadena� posición� grupo funcional

� Estereoisómeria (espacial) que pueden ser: � Ópticos (enantiómeros)� Geométricos formados por carbonos unidos por enlaces

dobles (iasteroisómeros)� Conformacional que originan comformeros formados por

carbonos unidos por enlaces sencillos.

Diastereomeros

Enantiomeros

ISOMERIA ESTRUCTURAL

� Isomería de cadena

� Es la que presentan las sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la disposición de los átomos de carbono en el esqueleto carbonado, por ejemplo:� Isómeros con fórmula molecular C4H10

� n-butano

� 2-metil-propano (isobutano)

� Isomería de posición

� Es la que presentan sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la situación de su grupo funcional sobre el esqueleto carbonado. � Isómeros con fórmula molecular C3H8

� 1-propanol

� 2-propanol

ISOMERIA ESTRUCTURAL

ISOMERIA ESTRUCTURAL

� Isomería de función

� Es la que presentan sustancias que con la misma fórmula molecular presentan distinto grupo funcional, por ejemplo:� Isómeros con fórmula molecular C2H6O

� Etanol

� metanoxi-metano

� Propanal

� propanona

ESTEREOISOMERÍA:

ISOMERÍA GEOMÉTRICA

� La estereoisomería la presentan sustancias que con la misma estructura tienen una diferente distribución espacial de sus átomos.

� La isomería geométrica se debe en general a que no es posible la rotación libre alrededor del eje del doble enlace. Es característica de sustancias que presentan un doble enlace carbono-carbono, así como de ciertos compuestos cíclicos.

� Para que pueda darse en los compuestos con doble enlace, es preciso que los sustituyentes sobre cada uno de los carbonos implicados en el doble enlace sean distintos. Es decir, que ninguno de los carbonos implicados en el doble enlace tenga los dos sustituyentes iguales.

ESTEREOISOMERÍA:

ISOMERÍA GEOMÉTRICA

� Forma cis; en ella los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en una misma región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono.

� Forma trans; en ella los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en distinta región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono.

� Por ejemplo:� Isómeros geométricos para el compuesto

CH3-CH=CH-COOH Isómero cis (Ácido isocrotónico) Isómero trans (Ácido crotónico)

ESTEREOISOMERÍA:

ISOMERÍA GEOMÉTRICA

� Isómeros geométricos para el compuesto

CH3-CH=CH-COOH

� Isómero cis o Z (Ácido isocrotónico)

� Isómero trans o E (Ácido crotónico)

ESTEREOISOMERÍA. ISOMERÍA

ÓPTICA

� Existen sustancias que al ser atravesadas por luz polarizada plana producen un giro del plano de vibración de la luz. Se dice que estas sustancias presentan actividad óptica.

� La causa de la actividad óptica radica en la asimetría molecular. En química orgánica la principal causa de asimetría molecular es la presencia en la molécula de algún átomo de carbono asimétrico o quiral.

� El átomo de carbono asimétrico se caracteriza por estar unido a cuatro grupos diferentes.

ESTEREOISOMERÍA. ISOMERÍA

ÓPTICA

� En el caso de una molécula con un sólo átomo de carbono asimétrico son posibles dos configuraciones distintas y tales que una cualquiera de ellas es la imagen especular de la otra. Estas configuraciones son recíprocamente enantiomorfas.

ESTEREOISOMERÍA. ISOMERÍA

ÓPTICA

� Los enantiómeros son isómeros ópticos, pues teniendo la misma fórmula molecular sólo se diferencian en su acción sobre la luz polarizada. Los enantiómeros presentan las mismas propiedades químicas y físicas (excepto su acción sobre la luz polarizada).

� Una mezcla equimolecular (igual número de moléculas) de dos enantiómeros no presentará actividad óptica. A esta mezcla se le llama mezcla

racémica.

IDENTIFICACIÓN DE ISÓMEROS R o S

� El prefijo R o S se determina como sigue. � Rotar la molécula de tal forma que el grupo de la

prioridad menor esté apuntando directamente en dirección opuesta a donde estamos. Si vemos a la molécula observaremos tres uniones y la cuarta ( la de menor prioridad se encontrará hacia atrás

� Los otros tres grupos se ordenan de mayor a menor prioridad y se traza una línea en la dirección que muestre de mayor a menor.. � Si la dirección es en el sentido de las manecillasdel reloj se utiliza R (Rectus). � Si la dirección es en contra

de las manecillas del relojSe utiliza S (siniestro).

REACTIVIDAD DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

� En química orgánica se denomina sustrato a la molécula que sufre la reacción y reactivo a la sustancia que reacciona con ella.

Sustrato + Reactivo → Producto

� Aunque una reacción orgánica sea favorable desde el punto de vista energético, el hecho de que deban romperse enlaces covalentes hace que tengan una energía de activación alta. La mayoría de las reacciones orgánicas necesitan un catalizador que la facilite y aumente su velocidad.

TIPOS DE REACTIVOS

� Los reactivos son los agentes reaccionantes, se diferencian por su afinidad hacia zonas del sustrato con baja o alta densidad electrónica.

� Reactivos nucleófilos

� Tienen carga negativa o pares de electrones libre, (bases de Lewis) disponibles para formar enlaces, por lo que atacan a zonas del sustrato con baja densidad electrónica.

� Aniones : H-, X-, OH-, RO-, CN-, RCOO-

� Moléculas: H2O, NH3, R-OH, R3-Nδ+

TIPOS DE REACTIVOS

� Reactivos electrófilos

� Tienen carga positiva u orbitales vacíos libre, (ácidos de Lewis) en los que se pueden alojar electrones para formar enlaces, por lo que atacan a zonas del sustrato con alta densidad electrónica como los dobles y triples enlaces.

� cationes : H+ (H3O+ ), N2O+, NO+, R3-C+, X+

� Moléculas: AlCl3, SO3, R-CHO, R-CO-R’, X2,R-X

DESPLAZAMIENTOS ELECTRÓNICOS

� Los átomos o grupos de átomos que rodean a un enlace que se rompe pueden favorecer la aparición de carga sobre el átomo de carbono, haciendo que los electrones del enlace se desplacen en uno u otro sentido favoreciendo o dificultando el ataque de reactivo a determinadas zonas del sustrato. Estos desplazamientos electrónicos son :

� El efecto inductivo

� El efecto mesómero, conjugativo o de resonancia

EFECTO INDUCTIVO

� Es un fenómeno de transferencia de carga electrónica a lo largo de una cadena de átomos. El desplazamiento de los electrones se transmite a través de enlaces σ y disminuye a medida que nos alejamos del átomo considerado. Es consecuencia de la polarización del enlace es permanente y por tanto no es un fenómeno que ocurra en un momento dado en la molécula.

� El efecto inductivo puede ser electrón-atrayente, como el del átomo de cloro en el cloroetano, o electrón-dador como el del grupo alquilo en la molécula anterior. El efecto inductivo se representa transformando el enlace en una flecha y se indica como +I o –I según el efecto sea electrón-dador o electrón-atrayente.

EFECTO INDUCTIVO -I

� Tomando como referencia el H, cuyo efecto inductivo se considera 0, aquellos átomos, o grupos de átomos, cuya electronegatividad es mayor que la del C se considera que tienen efecto inductivo –I. Este tipo de átomos, o grupos de átomos, se clasifican como electrón-atrayentes, ya que atraen hacia sí el par de electrones del enlace dejando sobre el átomo de carbono al que están unidos una densidad de carga

positiva.

EFECTO INDUCTIVO +I

� Se produce cuando el elemento unido al carbono es menos electronegativo que el hidrógeno, o tiene cargas negativas, en este caso tienden a desplazar la densidad electrónica sobre el átomo de carbono al que están unidos. Se dice que tienen un efecto inductivo +I, y se clasifican como grupos electrón-dadores.

� -O-, -COO-, CH3-, CH3CH2-, y cationes metálicos

DESPLAZAMIENTOS ELECTRÓNICOS

� Grupos con efecto inductivo

Dador (+I)

• O- , CO2-

• CH2R , CH3 , D

Atractor (-I)

• NR3 , CO2H , COR• SR2

+ , F , SH• NH3

+ , Cl , SR• NO2 , Br , OH• SO2R , I , NH2

• CN , CO2R , OR

DESPLAZAMIENTOS ELECTRÓNICOS

� EFECTO MESÓMERO O CONJUGATIVO

� Consiste en el desplazamiento de los electrones π de un doble o triple enlace producido por un átomo o grupo de átomos capaces de ceder o atraer electrones. El efecto se propaga sin perder fuerza a lo largo de la cadena ya que lo hace a través de los electrones π .

� Para que se produzca este efecto tiene que cumplirse alguna de estas situaciones:� Elementos con pares de electrones no enlazantes unidos

a un átomo de carbono de un doble o triple enlace.

� Átomos más electronegativos que el carbono unidos a él mediante un doble o triple enlace. El efecto es mayor si se combina con dobles enlaces conjugados

EFECTO MESÓMERO O CONJUGATIVO

� La molécula de butadieno se puede representar con la estructura de Lewis I, que contiene dos enlaces dobles C-C conjugados (separados por un enlace simple C-C).

� El efecto conjugativo permite describir la estructura del butadieno con una estructura de Lewis que contiene un enlace doble y dos cargas de signo opuesto en los extremos de la molécula.

EFECTO MESÓMERO O CONJUGATIVO

� El efecto conjugativo se diferencia del efecto inductivo en que hay una cesión, o paso de electrones de un átomo a otro, que se indica mediante flechas curvas. El efecto conjugativopuede ser positivo (+K) si es electrón-dador, o negativo (-K) si es electrón-atrayente.

+

-

DESPLAZAMIENTOS ELECTRÓNICOS

� Puede ser de dos tipos:� Efecto +K (+M, +R, +T) es electrón-dador o dador π. Lo producen los

átomos o grupos de átomos que tienen pares de electrones libres en orbitales π que pueden desplazarse a orbitales del mismo tipo.

� Un ejemplo de efecto conjugativo es el que aparece en la molécula de cloruro de vinilo. Este compuesto se puede describir mediante las dos estructuras de Lewis, como se indica en la siguiente figura:

� La estructura de Lewis I es una estructura resonante que describe con bastante exactitud a la molécula de cloruro de vinilo. Sin embargo, el efecto conjugativo entre el doble enlace y uno de los pares electrónicos solitarios el cloro permite escribir la estructura de Lewis II

DESPLAZAMIENTOS ELECTRÓNICOS

� Efecto -K (-M, -R, T) es electrón-aceptor o aceptor π. Lo producen los átomos o grupos de átomos que pueden aceptar pares de eletrones π

� Un ejemplo de efecto conjugativo –K es la conjugación del doble enlace con el grupo carbonilo originando una estructura de Lewis adicional tal y como se describe a continuación:

� La estructura resonante I es la que más contribuye al híbrido de resonancia porque no comporta separación de cargas, todos los átomos tienen octetos completos. La estructura resonante II, que se genera por el efecto conjugativo –K del grupo carbonilo sobre el doble enlace, pone de manifiesto que en el carbono β hay un déficit de densidad electrónica.

DESPLAZAMIENTOS ELECTRÓNICOS

� Grupos con efecto mesómero

Dador (+M)

• O- , S- , NR2

• NHR , NH2 ,

NHCOR

• OR , OH , OCOR

• SR , SH , Br

• I , Cl , F

• R

Atractivo (-M)

• NO2 , CHO , CN

• COR , CO2H , SO2R

• CO2R , SO2OR , CONH2

• NO , CONHR , Ar , CONR2

Dador (+M)

• O- , S- , NR2

• NHR , NH2 ,

NHCOR

• OR , OH , OCOR

• SR , SH , Br

• I , Cl , F

• R

Atractivo (-M)

• NO2 , CHO , CN

• COR , CO2H , SO2R

• CO2R , SO2OR , CONH2

• NO , CONHR , Ar , CONR2

Dador (+I)

• O- , CO2-

• CH2R , CH3 , D

Atractor (-I)

• NR3 , CO2H , COR• SR2

+ , F , SH• NH3

+ , Cl , SR• NO2 , Br , OH• SO2R , I , NH2

• CN , CO2R , OR