La Química Orgánica Transparente

ESTRUCTURA GENERAL Y NOMENCLATURA

  El elemento más importante de la Química Orgánica es el carbono.

     El esqueleto de los compuestos orgánicos está constituído por cadenas carbonadas. Los carbonos saturan la mayor parte de sus valencias con hidrógeno, por lo que este elemento es también muy abundante en los compuestos orgánicos.

     Los compuestos orgánicos naturales tienen muy a menudo oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y halógenos.

     Los Químicos Orgánicos han sintetizado una gran cantidad de compuestos no naturales que contienen otros elementos como boro y silicio, así como una gran variedad de metales. Todos estos compuestos artificiales son de enorme importancia como intermedios y/o reactivos en Síntesis Orgánica.

     En la siguiente tabla periódica se resume, de una forma muy cualitativa, la ocurrencia de los átomos que están presentes en los compuestos orgánicos según el tamaño de su símbolo.

ESTRUCTURA DEL BENCENO. 
Cada carbono tiene tres electrones enlazados y el cuarto localizado en gira alrededor del anillo.
Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, es la coplanaridad del anillo o la también llamada resonancia, debida a la estructura electrónica de la molécula. Al dibujar el anillo del benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples. Dentro del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados resonantes, sino que la molécula es una mezcla simultánea de todas las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura electrónica. En el benceno, por ejemplo, la distancia interatómica C-C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de uno π(pi) (doble).

Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el anillo, se consideran aromáticos. La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos, como el naftaleno, antraceno, fenantreno y otros más complejos, incluso ciertos cationes y aniones, como el pentadienilo, que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear formas resonantes.

Estructuralmente, dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp² entre ellos y con los de hidrógeno, quedando un orbital π perpendicular al plano del anillo y que forma con el resto de orbitales de los otros átomos un orbital π por encima y por debajo del anillo.

NOMENCLATURA DEL BENCENO

Reciben este nombre debido a los olores intensos, normalmente agradables, que presentan en su mayoría. El nombre genérico de los hidrocarburos aromáticos mono y policíclicos es"areno" y los radicales derivados de ellos se llaman radicales "arilo". Todos ellos se pueden considerar derivados del benceno, que es una molécula cíclica, de forma hexagonal y con un orden de enlace intermedio entre un enlace sencillo y un doble enlace. Experimentalmente se comprueba que los seis enlaces son equivalentes, de ahí que la molécula de benceno se represente como una estructura resonante entre las dos fórmulas propuestas por Kekulé en 1865.

NOMENCLATURA DE COMPUESTOS AROMATICOS MONOSUSTITUIDOS.

Se nombran terminando el nombre del sustituyente en benceno. 

Algunos derivados monosustituidos del benceno tienen nombres comunes ampliamente aceptados.Como en los compuestos alifáticos, utilizamos comas para separar números y guiones para separar números y palabras.

En bencenos disustituidos se emplean los prefijos orto (benceno 1,2-disustituido), meta (benceno 1,3-disustituido) y para (benceno 1,4-disustituido) para indicar la posición de los sustituyentes en el anillo.

 NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGANICOS POLISUSTITUIDOS.

Con este nombre se conocen los derivados aromáticos en los cual se han remplazado 3 o más hidrógenos por otros grupo o átomos.

En estos casos es necesario numerar el anillo bajo las siguientes reglas:

• El número 1 corresponde al radical con menor orden alfabético.
• La numeración debe continuarse hacia donde este el radical más cercano para obtener la serie de números más pequeña posible. Si hay dos radicales a la misma distancia, se selecciona el de menor orden alfabético; si son iguales se toma el siguiente radical más cercano.
• Todos los átomos de carbono deben numerarse, no solo los que tengan sustituyente.
• Al escribir el nombre se ponen los radicales en orden alfabético terminando con la palabra benceno.

Ejemplos:

El número 1 corresponde al bromo que es el radical de menor orden alfabético. Se numera hacia la derecha porque en ese sentido quedan los números más pequeños posibles.

1-bromo-3-etil-4-metilbenceno

El número 1 coresponde al radical de menor orden alfabético, que es el n-butil. La numeración se continúa hacia la derecha porque el sec-butil tiene menor orden que el ter-butil y ambos están a la misma distancia del número 1

                                                                                                                                           

                                                                                  1-n-butil-2-sec-butil-6-ter-butilbenceno

Constitución de los compuestos orgánicos

Hibridación de orbitales atómicos en el carbono
 

sp3 (Cuatro regiones de densidad electrónica alrededor del C)      Un carbono unido a cuatro átomos siempre tendrá hibridación sp3 y una estructura tetraédrica. Así son los alcanos, haluros de alquilo, alcoholes, éteres y aminas, entre otros. Todos estos compuestos tienen estabilidad suficiente (1) como para poder ser almacenados sin problemas especiales.      Un carbono unido a menos de cuatro átomos también puede tener hibridación sp3 pero la estructura variará dependiendo del número de sustituyentes: Estructura Tipo de compuesto Carbaniones Carbenos Geometría Piramidal Angular       Los carbaniones y carbenos son especies altamente reactivas (intermedios de reacción) y en general tienen un tiempo de vida muy corto.

 

sp2 (Tres regiones de densidad electrónica alrededor del C)       Un carbono unido a tres átomos, que mantiene un doble enlace con uno de ellos, siempre tendrá hibridación sp2 y una geometría trigonal plana. Así son compuestos estables (1) tales como olefinas, hidrocarburos aromáticos, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílcos y derivados, entre otros.       Existen otras situaciones donde un átomo de carbono unido a tres átomos también posee hibridación sp2: Estructura Tipo de compuesto Carbocatión (ion carbenio) Radical Geometría Trigonal plana Trigonal plana      Carbocationes y radicales son especies altamente reactivas (intermedios de reacción) y en general tienen un tiempo de vida muy corto.

sp (Dos regiones de densidad electrónica alrededor del C)       Un carbono unido a dos átomos, que mantiene un triple enlace con uno de ellos, siempre tendrá una hibridación sp y una estructura lineal.       Existen otras posibilidades: Estructura Tipo de compuesto Aleno Acetiluro Geometría Lineal Lineal        Los alenos son compuestos estables(1). Los acetiluros son especies reactivas (intermedios de reacción).

Electronegatividad del carbono en función de su hibridación
El carbono tiene mayor electronegatividad a medida que aumenta el carácter s de la hibridación. Por tanto los carbonos del etano (sp³) son menos electronegativos que los del eteno (sp²) y éstos a su vez menos electronegativos que los del etino (sp). El cálculo de las densidades electrónicas en estos tres compuestos refleja claramente este hecho:
(azul +, rojo -)

Etano

Eteno

Etino

Los hidrógenos tienen una coloración azul más acusada desde el etano al etino, prueba de su menor densidad electrónica como consecuencia de la electronegatividad creciente del carbono.

    Hibridación de orbitales atómicos en nitrógeno y oxígeno

sp3 Nitrógeno

Oxígeno

Estructura
Tipo	Aminas	Sales de amonio	Alcoholes Éteres	Alcóxidos
Geometría	Piramidal	Tetraédrica	Angular	-

     Las aminas, sales de amonio, alcoholes y éteres son especies estables(1). Los alcóxidos son especies muy reactivas (intermedios de reacción).
 

sp2 Nitrógeno

Oxígeno

Estructura
Tipo	Iminas	Sales de imonio	Carbonilos
Geometría	Trigonal plana	Trigonal plana	Trigonal plana

    Los tres tipos de compuestos tienen en general estabilidad suficiente como para poder almacenarse sin problemas especiales(1). Los compuestos con grupos carbonilo son muy variados: pueden ser aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, haluros de ácido, anhídridos, ésteres y amidas, entre otros.
 

sp Nitrógeno

Estructura Tipo Nitrilos Geometría Lineal

     Los nitrilos son compuestos estables(1).

Parámetros de enlace

Enlace Longitud típica (A) Momento dipolar (D) Energía de disociación (kcal/mol) C-H 1.07 0.40 99 X-H 1.01(N) 0.96(O) 1.31(N) 1.51(O) 93(N) 111(O) C-C 1.54 0 83 C=C 1.33 0 146 CºC 1.20 0 200 C-N 1.47 0.22 73 C=N 1.30 1.90 147 CºN 1.16 3.50 213 C-O 1.43 0.74 86 C=O 1.23 2.30 184 C-Cl 1.78 1.46 81 C-Br 1.93 1.38 68 C-I 2.14 1.19 51

Consideraciones generales

• La fortaleza de los enlaces C-C es muy elevada. El diamante es una red tetraédrica de carbono (sp³) y es el mineral más duro que se conoce. El grafito es una red bidimensional de carbono (sp²) y su poder lubricante para máquinas es excepcional debido a la fortaleza de las capas de carbonos que pueden resbalar unas sobre otras.

• El carbono da enlaces muy fuertes con otros elementos, tanto electronegativos como electropositivos (H, halógenos, O, N, P, S, B, Li, etc.). La variedad de “hidruros de carbono” (hidrocarburos) es enorme y todos ellos son muy estables al aire y agua, a diferencia de lo que ocurre con el resto de los elementos del sistema periódico (SP).

• La posición del carbono en el SP es única: pequeño tamaño y cuatro electrones de valencia. Hace que sus posibilidades de perder los electrones o de ganar otros cuatro, para conseguir la configuración de gas noble, sean remotas y que, por tanto, comparta electrones para formar enlaces. De esta manera la repulsión entre los electrones compartidos se compensa con la atracción que los núcleos unidos al carbono ejercen sobre ellos.

• La química de los compuestos de carbono es principalmente la química del enlace covalente. Las diferencias en propiedades físicas y químicas entre los compuestos orgánicos vendrán dadas por la naturaleza y disposición de los otros elementos unidos al carbono. Estos pueden agruparse en grupos funcionales.