Química Orgánica

La química orgánica es la química del carbono y de sus compuestos.
Importancia: Es importante ya que todos los seres humanos estamos formados por moléculas orgánicas ademas que los productos orgánicos están presentes en todos los aspectos de nuestra vida: la ropa que vestimos, los jabones, champús, desodorantes, medicinas, perfumes, utensilios de cocina, la comida, etc.
Origen: La Química Orgánica, tal y como hoy la conocemos, arranca de finales del siglo XVIII cuando se inició el aislamiento de sustancias orgánicas de extractos de origen natural.

Hidrocarburos

Los hidrocarburos son compuestos de carbono e hidrógeno que, atendiendo a la naturaleza de los enlaces, pueden clasificarse de la siguiente forma

1. Hidrocarburos alifáticos, formados por cadenas de átomos de carbono en las que no hay estructuras cíclicas. Se les denominan en general, hidrocarburos de cadena abierta o acíclicos.

CH₃-CH₂-CH₃ propano

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ pentano

CH₃-CH=CH-CH₃ buteno

2. Hidrocarburos alicíclicos, o simplemente cíclicos, compuestos por átomos de carbono encadenados formando uno o varios anillos.

3. Hidrocarburos aromáticos, que constituyen un grupo especial de compuestos cíclicos que contienen en general anillos de seis eslabones en los cuales alternan enlaces sencillos y dobles. Se clasifican, independientemente de los hidrocarburos alifáticos y alicíclicos, por sus propiedades físicas y químicas muy características.

Biografía de Augusto Kekulé

Famoso químico orgánico alemán que nace el 7 de septiembre de 1829 en Darmstadt y muere el 13 de julio de 1896. Fue un alumno aplicado y deportista. Ingresa a la universidad de Gissen para estudiar arquitectura, de ahí decide estudiar química.
Gozó de becas en París y tuvo maestros importantes de la época. Obtuvo su doctorado en 1852 bajo la tutela de Justus von Liebig.
Kekulé comenzó a trabajar en universidades como catedrático
Sus obras más importantes fueron:
-Teoría de la Estructura Química
-La estructura del benceno.
Demostró que el carbono es tetravalente y que sus átomos pueden unirse entre sí formando largas cadenas, lo que facilitó la comprensión de los compuestos orgánicos

Alcohol

Aquellos hidrocarburos saturados, o alcanos que contienen un grupo hidroxilo en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente.

Se nombra: (-OH)

Nomenclatura de alcoholes

Se nombran sustituyendo la terminación de los alcanos -ano por -ol. Se toma como cadena principal la más larga que contenga el grupo hidroxilo y se numera otorgándole el localizador más bajo.

Acidez y basicidad de los alcoholes

Los alcoholes son ácidos, el hidrógeno del grupo -OH tiene un pKa de 16.

Propiedades físicas

Los puntos de fusión y ebullición son elevados debido a la formación de puentes de hidrógeno.

Síntesis de alcoholes

Se obtienen mediante sustitución nucleófila y por reducción de aldehídos y cetonas. El ataque de reactivos organometálicos a electrófilos -carbonilos, epoxidos, esteres- es un método importante en la síntesis de alcoholes.

Obtención de haloalcanos a partir de alcoholes

Los alcoholes se transforman en haloalcanos por reacción con PBr3. El mecanismo es del tipo SN2 y requiere alcoholes primarios o secundarios.

Oxidación de alcoholes

El trióxido de cromo oxida alcoholes primarios a ácidos carboxílicos y alcoholes secundarios a cetonas. También se pueden emplear otros oxidantes como el permanganato de potasio o el dicromato de potasio.

Aldehído

Son compuestos orgánicos caracterizados por poseer el grupo funcional "-CHO"

Es decir, el grupo carbonilo -C = O está unido a un solo radical orgánico.

Propiedades Fisicas

·La doble unión del grupo carbonilo son en parte covalentes y en parte iónicas dado que el grupo carbonilo está polarizado debido al fenómeno de resonancia.

·Los aldehídos con hidrógeno sobre un carbono sp³ en posición alfa al grupo carbonilo presentan isomería tautomérica.

Propiedades Quimicas

Se comportan como reductor, por oxidación el aldehído da ácidos con igual número de átomos de carbono.

Nomenclatura de Aldehido

Se nombran sustituyendo la terminación -ano por -al. Ejemplo:

CH3-CH2-OH Etanol, Alcohol
CH3-CH=O Etanal, Aldehído

Usos de los aldehidos

Los usos principales de los aldehidos son:

La fabricación de Resinas
Plásticos
Solventes
Pinturas
Perfumes
Esencias

Cetona

Un compuesto que contiene el grupo ceto (es un grupo carbonilo,un átomo de carbono unido con un doble enlace a un átomo de oxígeno unido a otros dós átomos de carbono).

Se nombran agregandole el sufijo: "ona"

Cuando el grupo ceto no es el grupo prioritario, se utiliza el prefijo "oxi"

Síntesis de cetonas

La oxidación de alcoholes, la ruptura oxidativa de alquenos con ozono y la hidratación de los alquinos son los métodos más importantes para la obtención de carbonilos.

Reacción con alcoholes y agua

Los alcoholes reaccionan con aldehídos y cetonas para formar hemiacetales y acetales. Los acetales cíclicos se utilizan como grupos protectores.

Reacción con amoniaco y derivados

Las aminas primarias forman iminas por reacción con aldehídos y cetonas. Las secundarias dan lugar a enaminas. Con hidroxilamina se forman oximas y con hidrazina, hidrazonas.

Reacción de Wittig

Los aldehídos y cetonas condensan con iluros de fósforo formando alquenos. Esta reacción se conoce como reacción de Wittig.

Reducción de Clemmensen y Wolff-Kishner

Reducen carbonilos a alcanos. Clemmensen emplea como reactivo una amalgama Zn(Hg) en medio ácido y Wolff-Kishner hidracina en medio básico calentando.

Oxidación de Baeyer-Villiger

Los perácidos transforman cetonas en ésteres y aldehídos en ácidos carboxílicos.
Ensayos de Fehling y TollensSon ensayos analíticos específicos de los aldehídos. Fehling emplea como reactivo una disolución básica de Cu(II), que precipita en forma de óxido cuproso, de color rojo, en presencia de un aldehído

Amida

Es un compuesto orgánico cuyo grupo funcional es del tipo RCONR'R'', siendo CO un carbonilo, N un átomo de nitrógeno.

Nomenclatura de amidas

Se nombran sustituyendo la terminación -o del alcano por -"amida "(etanamida).

Reactividad

Son el derivado de ácido menos reactivo debido a la cesión del par solitario del grupo amino.

Hidrólisis

Las amidas se hidrolizan a ácidos carboxílicos en medios ácidos o básicos y con condiciones enérgicas.

Reducción a aminas y aldehídos

El hidruro de aluminio y litio las transforma en aminas y el DIBAL en aldehídos.

Formación de enolatos de amida y amidatos

En medios básicos forman amidatos por desprotonación del grupo -NH2 con hidrógenos de pKa 15. La desprotonación del carbono α produce enolatos de amida.

Degradacion de Hofmann de amidas

En presencia de una base las amidas primarias reaccionan con Br2 sustituyéndose el grupo carbonilo por un -NH2, reacción denominada transposición de Hofmann

REACCIONES QUÍMICAS

La reacción química es el proceso mediante el cual una o más sustancias (elementos o compuestos) denominadas reactivos, sufren un proceso de transformación o combinación para dar lugar a una serie de sustancias (elementos o compuestos) denominadas productos. En una reacción química se produce desprendimiento o absorción de calor u otras formas de energía.
TIPOS:
1. Inorgánicas
Ácido-base: un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par.
Combustión: es la reacción de oxidación exotérmica, que se produce al combinar un cuerpo combustible, que puede arder, con otro denominado comburente que activa la combustión, Generalmente el comburente es el oxígeno.
Disolución: se llama así, a la mezcla de una sustancia en un líquido
Oxidación: es la ganancia de oxígeno o pérdida de electrones.
Precipitación: hace que un soluto abandone su estado de disolución, cayendo en forma sólida en la parte inferior del recipiente que contiene el líquido.
Reducción: provoca una disminución en el número de oxidación de un átomo.
Neutralización: es una reacción entre un ácido y una base. Ocurre cuando: ácido + base= sal + agua

Velocidad
En cuanto a la velocidad a la que se producen las reacciones químicas, es decir, la rapidez o lentitud a la que los reactivos reaccionan, es objeto de estudio de la cinética química. En aplicaciones industriales, en las que la velocidad de reacción es crítica para lograr obtener un producto en el mínimo tiempo posible es común el empleo de catalizadores, que son sustancias cuya presencia incrementa la velocidad de la reacción.
Energía
La ruptura de enlaces precisa generalmente la aportación de una cierta cantidad
de energía, mientras que la formación de enlaces la libera; el resultado neto de
dichos intercambios de energía puede ser positivo en cuyo caso la reacción es
exotérmica (desprende calor) o negativo cuando la reacción es endotérmica
(precisa la aportación de calor para producirse).

Ecuación quimica

Una ecuación química es una descripción química que muestra las sustancias que reaccionan (reactivos o reactantes) las sustancias que se obtienen es el producto y nos indican además las cantidades relativas de las sustancias que intervienen en la reacción. Las ecuaciones químicas son el modo de representarlas

Por ejemplo:
El hidrógeno gas (H2); puede reaccionar con oxígeno gas (O2) para dar agua (H2O). La ecuación química para esta reacción se escribe:
2H₂ + O₂ = 2H₂O

Características de las Ecuaciones Químicas:
Los reactantes y productos se representan utilizando símbolos para los elementos y fórmulas para los compuestos.
El número y tipo de átomos en ambos miembros deben ser iguales, conforme al principio de conservación de la masa; si esto es así, la ecuación está balanceada.

Balanceo de Ecuaciones

Una reacción química es la manifestación de un cambio en la materia y la isla de un fenómeno químico. A su expresión gráfica se le da el nombre de ecuación química, en la cual, se expresan en la primera parte los reactivos y en la segunda los productos de la reacción.
Para equilibrar o balancear ecuaciones químicas, existen diversos métodos. En todos el objetivo que se persigue es que la ecuación química cumpla con la ley de la conservación de la materia.

Balanceo de ecuaciones por el método de Tanteo:

El método de tanteo consiste en observar que cada miembro de la ecuación se tengan los átomos en la misma cantidad, recordando que en
H2SO4 hay 2 Hidrogenos 1 Azufre y 4 Oxigenos
5H2SO4 hay 10 Hidrógenos 5 azufres y 20 Oxígenos
Para equilibrar ecuaciones, solo se agregan coeficientes a las formulas que lo necesiten, pero no se cambian los subíndices.
* Ejemplo: Balancear la siguiente ecuación
H2O + N2O5 NHO3
Aquí apreciamos que existen 2 Hidrógenos en el primer miembro (H2O). Para ello, con solo agregar un 2 al NHO3 queda balanceado el Hidrogeno.
H2O + N2O5 2 NHO3
Para el Nitrógeno, también queda equilibrado, pues tenemos dos Nitrógenos en el primer miembro (N2O5) y dos Nitrógenos en el segundo miembro (2 NHO3)
Para el Oxigeno en el agua (H2O) y 5 Oxígenos en el anhídrido nítrico (N2O5) nos dan un total de seis Oxígenos. Igual que (2 NHO3)
* Balanceo de ecuaciones por el método de Redox ( Oxidoreduccion ):
En una reacción si un elemento se oxida, también debe existir un elemento que se reduce. Recordar que una reacción de oxido reducción no es otra cosa que una perdida y ganancia de electrones, es decir, desprendimiento o absorción de energía (presencia de luz, calor, electricidad, etc.)
* Para balancear una reacción por este método , se deben considerar los siguiente pasos:
1)Determinar los números de oxidación de los diferentes compuestos que existen en la ecuación.
Para determinar los números de oxidación de una sustancia, se tendrá en cuenta lo siguiente:
En una formula siempre existen en la misma cantidad los números de oxidación positivos y negativos
El Hidrogeno casi siempre trabaja con +1, a ecepcion los hidruros de los hidruros donde trabaja con -1
El Oxigeno casi siempre trabaja con -2
Todo elemento que se encuentre solo, no unido a otro, tiene numero de oxidación 0
2) Una vez determinados los números de oxidación , se analiza elemento por elemento, comparando el primer miembro de la ecuación con el segundo, para ver que elemento químico cambia sus números de oxidación 0 0 +3 -2.
Fe + O2 Fe2O3
Los elementos que cambian su numero de oxidación son el Fierro y el Oxigeno, ya que el Oxigeno pasa de 0 a -2 Y el Fierro de 0 a +3
3) se comparan los números de los elementos que variaron, en la escala de Oxido-reducción 0 0 +3 -2.
Fe + O2 Fe2O3
El fierro oxida en 3 y el Oxigeno reduce en 2.
4) Si el elemento que se oxida o se reduce tiene numero de oxidación 0 , se multiplican los números oxidados o reducidos por el subíndice del elemento que tenga numero de oxidación 0.
Fierro se oxida en 3 x 1 = 3
Oxigeno se reduce en 2 x 2 = 4
5) Los números que resultaron se cruzan, es decir el numero del elemento que se oxido se pone al que se reduce y viceversa.
4Fe + 3O2 2Fe2O3
Los números obtenidos finalmente se ponen como coeficientes en el miembro de la ecuación que tenga mas términos y de ahí se continua balanceando la ecuación por el método de tanteo

Tipos de Ecuación Química

• Reacciones exotérmicas: aquellas en que se desprende calor durante la reacción:
  2H₂ + O₂ ® 2 H₂O + 136.000 calorías
• Reacciones endotérmicas: aquellas en las que se absorbe calor durante la reacción:

  H₂ + I₂ + 12.400 calorías ® 2HI

• Reacciones de descomposición o análisis: reacciones en que una sustancia se desdobla en dos sustancias diferentes más simples:

  2HgO ® 2 Hg + O₂

• Reacciones de composición o de síntesis: reacciones en que dos o más sustancias se combinan para formar una nueva:

  H₂ + ¹/₂ O₂ ® H₂O

• Reacciones de sustitución: un elemento sustituye a otro en una molécula:

  Fe + CuSO₄ ® FeSO₄ + Cu

* Entre Otros:

• Ácido-base.
• Combustión.
• Disolución.
• Oxidación.
• Precipitación.
• Redox.
• Reducción.
• Neutralización

Síntesis química

Síntesis química es el proceso de obtener compuestos químicos a partir de substancias más simples.
El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas substancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar substancias naturales ya conocidas, como por ejemplo el ácido acetilsalicílico (presente en las hojas del sauce) o el ácido ascórbico o vitamina C, que ya se encuentra de forma natural en muchos vegetales.
También la síntesis química permite obtener productos que no existen de forma natural, como el acero, los plásticos o los adhesivos.

reacción de descomposición

Se produce cuando un reactivo con aportación energética se transforma en 2 o más sustancias o productos.

Algunos ejemplos pueden ser:

- Descomposición del carbonato de calcio: CaCO 3 CO 2 + CaO

- Descomposición del clorato de potasio: 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2

reacción de desplazamiento

Es la reacción que se produce entre 1 compuesto y 1 elemento. El elemento se integra en el compuesto y libera otro elemento que formaba parte del compuesto inicial.

Algunos ejemplos pueden ser:

- Obtención de hidrógeno por desplazamiento: 2 HCl + Zn ZnCl 2 + H 2

- Obtención de cobre por desplazamiento: Zn + CuSO 4 ZnSO 4 + Cu

- Obtención de zinc por desplazamiento: ZnSO 4 + Fe FeSO 4 + Zn

reacción de descomposición

Se produce cuando un reactivo con aportación energética se transforma en 2 o más sustancias o productos.

Algunos ejemplos pueden ser:

- Descomposición del carbonato de calcio: CaCO 3 CO 2 + CaO

- Descomposición del clorato de potasio: 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2

doble desplazamiento

Se produce una reacción de 2 compuestos donde se produce un doble intercambio de elementos.

Algunos ejemplos pueden ser:

- Obtención de cloruro de plata: AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3

- Obtención de sulfato de zinc: ZnO + H 2SO 4 ZnSO4 + H2O