1.-Introducción. Revisión de conceptos Flashcards
¿Qué es la química orgánica?
La química del estudio del carbono y sus compuestos (Excepción: CO32-y CO2)
¿Por qué es tán especial el carbono?
Por su capacidad de combinarse mediante enlaces covalentes C-C, C-N, C-O, C-X… dando compuestos de gran tamaño y complejidad
Compuestos de carbono
Composición muy variada y esenciales para la vida. Farmacos (aspirina o penicilina), edulcorantes (sacarina), colorantes (indigo), aromas (ambrox), combustibles, pesticidas, biomoléculas…
¿Que dice la teoría de orbitales atómicos sobre el carbono?
La configuración electrónica del carbono es [He] 2s2 2p2 ,es decir, 2 electrones se encuentran en un orbital s esférico y 2 electrones en dos orbitales p binodulares (2px, 2py) En base a la teoría de orbitales atómicos un átomo de carbono solo debería formar dos enlaces.
¿Por qué la conectividad del carbono es de 4?
La promoción (endotérmica) de un electrón del orbital 2s al 2pz y la posterior hibridación de los mismos (exotérmica) da como resultado 4 orbitales moleculares sp3 (25% 2s y 75% 2p) con un electrón cada uno, de forma nodular y con disposición tetraédrica, donde la repulsión es mínima.
¿Como es el enlace sencillo C-H?
La formación del enlace C-H σ es por solapamiento frontal entre un orbital sp3 del carbono, con un electrón y el orbital 1s1 del hidrógeno. La sustitución enlace σ C-H por un enlace σ C-C da como resultado una gran variedad de compuestos.
¿Que son los conformeros?
La libre rotación alrededor del enlace simple C-C da como resultado distintas conformaciones, unas más estables que otras que reciben el nombre de confórmeros
¿Que nombre reciben todas las posibles conformaciones resultantes del giro alrededor de un enlace sencillo C-C?
Isómeros conformaciones o conformeros
Distancia y angulo de enlace en metano y etano
Metano: 1.10A 109.5º
Etano: 1.095A (C-H) 1.54A(C-C) 109.5º
¿Como es la hibridación y geométría de un carbono que forma un enlace doble?
La hibridación de tres orbitales de un átomo de carbono (2s 2px 2py) forman 3 orbitales moleculares sp2 (33% 2s y 67% 2p) con disposición trigonal plana, donde el orbital pz sin hibridar se encuentra perpendicular al plano formado por el resto.
¿Como es se forma un enlace C-C doble?
La formación del enlace doble C-C es la suma de un enlace σ C-C y un enlace π C-C por solapamiento lateral entre los orbitales 2pz de átomos adyacentes formando una nube de alta densidad electrónica por encima y debajo del plano.
¿Como es el enlace C-C doble respecto al sencillo?
Aunque el enlace π es más débil que el σ, menor solapamiento, la formación de este fortalece en enlace. Haciéndolo más corto y más difícil de romper.
¿Por que no es riguroso aplicar el término rotámero al enalce doble? ¿Qué otros se emplea?
La rotación restringida, rotura de enlace π, alrededor del enlace doble C-C solo permite dos conformaciones que serán diastereoisómeros (o isómeros geométricos)
Diastereoisomeros
Son las posibles configuraciones resultado de intercambiar de lado los dos sustituyentes de un carbono sp2. También se les refiere como isómeros geométricos.
Distancia y angulo de enlace en eteno
116.6º (H-C-H) 121.7º (H-C-C) 1.076A (C-H) 1.330A (C-C)
¿Como es la hibridación del carbono en el etino? ¿Y su geometría?
La hibridación de dos orbitales de un átomo de carbono (2s 2px) forman 2 orbitales moleculares sp2 (50% 2s y 50% 2p) con disposición lineal, donde los orbitales py y pz sin hibridar se encuentra perpendicular entre sí.
¿Como se forma un enlace C-C triple?
La formación del enlace triple C-C es la suma de un enlace σ C-C y dos enlaces π C-C por solapamiento lateral entre los orbitales 2p.
¿Como es un enlace C-C triple respecto a uno sencillo y doble?
La adición de un segundo enlace π fortalece en enlace. Haciéndolo más corto y más difícil de romper.
¿Como es la rotación sobre un triple enlace?
La rotación es restringida respecto a la rotura de orbitales, pero no alrededor del enlace triple C-C. La densidad electrónica se dispone alrededor del eje y no existen conformaciones. Por lo que el etino es más reactivo que el eteno.
Distancia y angulo de enlace en etino
180º 1.061A (C-H) 1.203A (C-C)
¿Por que el benceno es un hexágono regular? ¿Como hibridación de los orbitales? ¿Como se distribuye la densidad electrónica?
Teóricamente, un anillo de benceno debería estar formado por 3 enlace simples C-C (más largos) y 3 enlaces dobles C-C (más cortos). En cambio, los datos experimentales muestras una molécula hexagonal completamente simétrica con una longitud de enlace de 1.39A situada entre el simple 1.47A y el doble 1.34A. Todos los átomos de carbono poseen hibridación sp2 y cada orbital p se solapa igualmente a cada uno de sus dos vecinos. Los electrones π se deslocalizan por todo el anillo y forman una nube electrónica por encima y debajo de este.
¿Como se crean formas resonantes es especies con cargas negativas? ¿Y con cargas positivas? ¿Como se mueven por la estrctura carbonada?
La deslocalización de los electrones por resonancia da lugar a diversos estados en los que la nube electrónica se encuentra en diferentes disposiciones. Las cargas negativas (pares de electrones) se mueven de átomo a enlace o viceversa y las cargas positivas (orbitales vacios) enlace a enlace.
Grupos funcionales
Ramificaciones y/o insaturaciones que otorgan ciertas propiedades a la cadena hidrocarbonada. Estos juntos con otras del tipo halógenos o enlaces dobles/triples son vitales a la hora de estudiar la reactividad de un molécula orgánica. Respecto a la hibridación de los mismos.
¿Como es la hibridación de alcoholes, eteres y aminas? ¿Como afectan el oxígeno y el nitrógeno en la geometría molecular?
Los alcoholes (-OH), eteres (-O-) y aminas(-NH2) poseen hibridación sp3, no hay enlaces triples. Sin embargo, los pares solitarios del oxígeno ,2 , y del nitrógeno, 1, alteran la geometría del enlace hacia angular y pirámide trigonal. Además de darles cierta reactividad.
Distancia y angulo de enlace en alcoholes éteres y aminas
Alcoholes: 0.96A(O-H) 1.43A(C-O) 109º
Éteres 1.42A 111ª
Aminas: 1.47A 107ª
¿Como es la hibridación del carbono
Los aldehídos (-CHO) y cetonas (-CO) poseen hibridación sp2 en cuanto al doble enlace C-O. Este es de geometría plana y su importancia erradica en el átomo de oxígeno. Por un lado, por dos pares solitarios. Por otro lado, por la posibilidad de deslocalizar el par de electrones π hacia el oxígeno generado un carbocatión. Como resultado, la suma de todas las formas resonantes la nube electrónica queda polarizada hacia el átomo de oxígeno.
¿CUal es la importancia del átomo de oxígeno en el grupo carbonílico de aldehidos y cetonas? ¿Como interacciona con la nube electrónica?
Por un lado, por dos pares solitarios. Por otro lado, por la posibilidad de deslocalizar el par de electrones π hacia el oxígeno generado un carbocatión. Como resultado, la suma de todas las formas resonantes la nube electrónica queda polarizada hacia el átomo de oxígeno.
¿En que se diferencia el grupo carbonilo de aldehiso y cetonas del de ácidos y derivados? ¿Como varía la reactividad y las formas de resonancia?
Los ácidos carboxílicos (-COOH) poseen un segundo hidrógeno unido al carbono que también aporta en el fenómeno de la resonancia con una tercera forma. El híbrido de resonancia resultante poseerá una tercera carga formal en el oxígeno sp3
En el caso de los derivados el razonamiento es igual. Pero, la reactividad variará según la naturaleza del R.
¿Cual es la diferencia entre las amidas y otros derivados de ácido?
En las amidas la contribución de la forma resonante donde la carga formal se encuentra sobre el nitrógeno es importante. El nitrógeno adopta una hibridación sp2 quedando el par de e- en un orbital p para que se pueda dar un mejor solapamiento.
Isómeros
Compuestos de igual forma molecular pero diferente estructura
¿Cual es la diferencia entre configuración y conformación?
Conformación es la colocación, distribución de las partes que forman un conjunto
Configuración es la disposición de las partes que componen un cosa y le dan su forma y sus propiedades.
El cambio de conformación no lleva consigo la rotura de enlaces. En cambio, el cambio de configuración si. Los conformemos son aquellos isómeros resultados del giro de los enlaces. EL resto de tipos de isomerías requiere de la rotura de enlaces, es decir, cambio de configuración.
Isomeros constitucionales. Definición y tipos
Isómeros con diferente ordenación de átomos.
Isomeros de cadena. Isomeros de función. isomeros de posición
Isomeros de cadena
Difieren en la cadena hidrocarbonada
Isomeros de función
Difieren en el grupo funcional
Isómeros de posición
Difieren en la posición de un grupo funcional
Isomeros configuracionales. Definición y tipos
También conocidos como estereoisomeros
Estrcturas con diferente ordenación espacial
Enatiomeros (isomeros ópticos)
Diastereo isómeros
¿Que son los enantiomeros? ¿Cual es el otro nombre con el que se les refiere? ¿Como son sus propiedades físicas?
Imagenes especulares no superponibles
Isómeros opticos
Son todas identicas a excepción de la desviación del plano de la luz polarizada.
Isomeros conformacionales
También conocidos como conformeros
Estrcturas que difieren en el giro alrededor de un enlace sencillo
Esquema general de isomería y tipos de isomería
-
Isómeros: igual fórmula molecular, diferentes estructuras
- Isómeros constitucionales: diferentes conectividad: isómeros de candena , funcionales y de posición.
-
Estereoisómeros: igual conectividad, diferente disposición tridimensional
- Enantiomeros: imágenes especulares no superponibles
- Diastereoisómeros: estereoisómeros que no son enantiomeros
Quiralidad
Propiedad de que las imagenes especulares no sean superponibles entre sí
¿Que son las moléculas quirales?
Las moléculas que no tienen un enatiomero
¿Qué no tiene las moléculas quirales?
Elementos de simetría o simetría intramolecular
¿Que es un carbono estereogenico? ¿Cual es su otra denominación? ¿Como se señalizan?
Átomo de carbono sp3 con cuatro sustituyentes diferentes
También conocido como centro estereogenico
e marcan con un asterisco
Actividad óptica
Desviación de la luz polarizada
Luz no polarizada y polarizada en un plano
Ondas electromagnéticas que oscilan en un número infinito de planos / un plano
¿Cual es la relación de enatiomeros, quiralidad y actividad óptica?
Los enantiomeros son quirales. Un compuesto quiral gira el plano de la luz polarizada (actividad optica)
Mecanismo de un polarímetro
- Fuente de luz (lampara de sodio)
- Luz no polarizada
- Filtro (Prisma nicol)
- Polarizador (Prisma nicol)
- Célula Faraday (prisma nicol)
- Luz polarizada en un plano
- Celda con muestra
- Luz polarizada desviada
- Analizador
- Detector PMT
Rotación optica
- Ángulo (α) de giro
¿Con que nomenclatura se clasifica las sustancias opticamente activas
Derecha (+)►Sustancias dextrogiras, d
Izquierda (-)►Sustancias levogiras, l
Factores que afectan al angulo α
- Concentración de muestra
- Longitud del tubo de muestra
- Longitud de onda de la luz
- Disolventente
- Temperatura
Rotación esfecifica ecuación
[α]ltºC = α / (l*c)
- t(ºC) = temperatura en ºC
- λ = longitud de onda de la luz. La luz de Na se indica con una D
- α = ángulo que mide el polarímetro en grados
- l = longitud del tubo de la muestra en dm
- c = concentración de la disolución de muestra expresada en g/mL
¿Cual es la única propiedad física en la que se diferencian dos enantiómeros?
La desviación de la luz polarizada El mismo valor de [α]D20 pero de signo contrario
¿Como se le llama a un mezcla de dos enantiomeros 1:1? ¿Cuales son sus carcteristicas? ¿Como se designa?
Mezcla razémica o racemato
No gira el plano de la luz polarizada
Se designa como (±) o (dl)
¿Que caracteristica tienen las moleculas con un solo estereocentro? ¿Con que regls se designa la configuración absoluta del mismo?
Moléculas con un solo esteroecentro siempre quirales
Configuración asoluta: regla R-S o regla de Cahn-Ingold-Prelog (CIP)
¿Como se asigna la configuración absoluta a un estereocentro según la regla CIP?
Se observa la molécula talque el sustituyente de menor prioridad quede lo más alejado posible. SI el giro 1-2-3 es horario es R y si es antihorario S
Reglas Cahn-Ingold-Prelog (CIP). Orden de priorida de los sustituyentes Asignación de prioridades
- Mayor número atómico (Z)
- Mayor peso atómico (A)
- Sustituyentes unidos a ellos sucesivamente
- Enlaces multiples: cada p un enalce simple adicional
- R > S, cis > trans
- pares electrónicos sin compatir,orbitales vacios o semiocupados ultima prioridad
¡Cual es el número máximo de estereisomerós de un molécula según el número de carbonos estereogénicos? ¿Cual es la relación de estos estereoisomeros?
Nº max. estereoisomeros: 2n (n=nºC estereogenicos)
Aquellos con configuraciones absolutas opuestas en todos los estereocentros son enatiomeros por parejas. Respecto al resto de relaciones son enatiomeros entre sí?
¿Que especifica la nomeclatura d, l?
La nomenclatura d, l o (+), (-) solo especifica la actividad óptica del compuesto, no su configuración. d o (+) sustancias dextrógiras y l o (-) sustancias levógiras.
¿Que especifica la nomeclatura D,L? ¿Como funciona en proyección de Fisher?
La nomenclatura D, L especifica la configuración de la molécula. En proyección de Fisher con el sustituyente de mayor de oxidación arriba si el sustituyente distinto al hidrógeno se ubica a la derecha se le asigna D, en cambio, si se encuentra a la izquierda L. SI hay más de un carbono estereogénico se habla del que esté más alejado del C1.
¿Cual es la relación de las nomenclaturas R,S; D, L y d, l?
R,S es una nomenclatura estructural y absoluta (no da lugar a equivocaciones). d,l son propiedades experimentales de laboratorio y D.L son relativas (se refieren a pares de moléculas)
¿Como se para de proyección en perspectiva a Fisher?
Se observa la molécula de tal forma que tengamos dos sustituyentes hacia nosotros (cuña) en la horizontal y dos hacia dentro (ese) en la vertical y se dibuja la cruz (normalmente la cadena principal se ubica en la vertical)
¿Cómo se asgina la configuración de estereocentros en proyección de Fisher?
Se debe ubicar el sustituyente con menor prioridad en la vertical realizando intercambios 2 a 2. Si el giro 1-2-3 es en sentido horario R, en sentido antiohorario S.
¿Como funciona la proyección de Fisher en moléculas con más de un estereocentro? ¿Para que es practic este tipo de proyección?
Para molécula con más de un estereocentro, se debe cambiar de conformación alternada a eclipsada con un giro de 180º y cada estereocentro tendrá su configuración.
Para dibujar otros isómeros, enatiómeros o estereoisómseros, pues solo hay que intercambiar los sustituyentes de la horizontal.
Epimeros
Diastereoisomeros que se diferencian en la configuración de un centro estereogénico
Nomeclatura eritro/treo
Configuración relativa
Eritro: sustituyentes de igual prioridad al mismo lado en FIsher
Treo: sustituyentes de igual prioridad a distinto lado en Fisher
Compuestos meso
Compuestos con centros estereogénicos que son aquirales por simetríia intramolecular
¿Como son las relaciones isoméricas en el 2-bromo3-clorbutano?
Hay un total de cuatro isómeros (2S, 3S); (2R, 3R); (2S, 3R); (2R, 3S);
Par treo: (2S, 3S)–L; (2R, 3R)–D;
Par eritro: (2S, 3R)–D; (2R, 3S)–L;
¿Como son las relaciones isoméricas en el 2,3-dibromobutano?
Hay un total de cuatro isómeros (2S, 3S); (2R, 3R); (2S, 3R); (2R, 3S);
Par treo: (2S, 3S)–L; (2R, 3R)–D;
Par meso-eritro: (2S, 3R); (2R, 3S);–>El mismo
Meso-2,3-dibromobutano R>S
Inversión piramidal
Es un fenómeno se isomería propio de las aminas. Según la teoría de orbitales moleculares la aminas, sustituidas deberían ser quirales por ser de geometría trigonal y tener un nitrógeno sp3. No obstante a temperatura ambiente estas tienden a racemizarse. El estado estacionario plano de geometría sp2 se encuentra estabilizado por deslocalización por solapamiento. En el fósforo y otros elementos del grupo no sucede porque no son tan electronegativos y su tamaño es grande en comparación con el átomo de carbono.
