CapÃtulo 24
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CapÃtulo 24
Capítulo 24 Química orgánica La química orgánica es el estudio de compuestos de carbono excluyendo CO, CO2, CS2, bicarbonatos, carbonatos y cianuros. Al terminar este capítulo, el estudiante ser podrá: 1. Escribir la fórmula general y proporcionar ejemplos para cada uno de los siguientes grupos funcionales y orgánicos: a. alcanos b. alquenos c. alquinos d. cicloalcanos e. aromáticos f. alcoholes g. éteres h. aldehídos i. cetonas j. ácidos carboxílicos k. ésteres l. aminas 2. Usar las reglas de la IUPAC para nombrar a. alcanos b. alquenos c. alquinos d. aromáticos 3. Dibujar y nombre todos los isómeros posibles dada la fórmula química de un alcano. 4. Usar los grupos siguientes nombrando los compuestos orgánicos a. metilo b. etilo c. n-propilo d. n-butilo e. isopropilo f. t-butilo g. amino h. flúor i. cloro j. bromo k. yodo l. nitro m. vinilo 5. Definir lo que es un radical libre y mostrar por una ecuación química los pasos en que el cloro puede usarse para generar radicales libres. 6. Dar un ejemplo de un alcano sustituido que es ópticamente activo. 7. Usar cis y trans para especificar isómeros geométricos en alquenos. 8. Usar los términos olefinas, insaturado y reacción de adición para describir las propiedades y reacciones de los alquenos. 9. Justificar la polaridad y las tendencias del punto de ebullición esperado para los isómeros geométricos. 10. Describir el concepto de resonancia en los compuestos aromáticos. 11. Sugerir por qué los compuestos aromáticos van bajo las reacciones de sustitución en vez de las reacciones de adición. 12. Dar las fórmulas químicas para: a. el alcohol de madera (metanol) b. el alcohol etílico (etanol) c. el alcohol de fricción (2-propanol o isopropanol) d. el etilenglicol 13. Indicar cómo se caracteriza una reacción de la condensación. 14. Definir el carbonilo y mostrar la diferencia en la estructura química del aldehído y la cetona. 15. Escribir la estructura química para el ácido acético, ácido que se encuentra en el vinagre. 16. Escribir una ecuación química que demuestre la saponificación de un éster. 17. Describir lo que significa por el número de octano de gasolina y de dos ejemplos de agentes antidetonantes que se han usado (tetraetilo de plomo y MTBE) 24.1 Clases de compuestos orgánicos El autor sugiere que se conocen más de 13 millones de compuestos orgánicos. Para que los estudiantes empiecen a entender este gran campo, es importante que ellos se familiaricen con varios de los grupos funcionales mayores. La conducta química de la mayoría de los compuestos orgánicos se determina por los grupos funcionales que están presentes. Además, los grupos funcionales dictan el nombre correcto del compuesto. 24.2 Hidrocarburos de alifáticos Los hidrocarburos, compuestos orgánicos que contienen sólo carbono e hidrógeno, se clasifican como alifáticos o aromáticos. Los compuestos aromáticos contienen el anillo del benceno. Los alifáticos son los alcanos, alquenos, cicloalcanos y alquinos. La nomenclatura recomendada para los compuestos orgánicos es una serie de prefijos y sufijos unidos juntos. El prefijo met se refiere a un carbono, et a dos carbonos, prop a tres carbonos, etcétera. El sufijo ano sugiere sólo un solo enlace de carbono, eno enlaces dobles carbono-carbono y los ino enlaces triples carbonocarbono. Puede ser más fácil a los estudiantes entender el sistema de la enumeración para los compuestos orgánicos si se usan los halógenos en varias posiciones de las moléculas de cadena recta antes de que se empiece a ramificar. Por ejemplo BrCH2CH2CH2CH2CH3 1-bromopentano CH3CHCH2CH2CH3 | Br CH3CH2CHCH2CH3 | Br 2-bromopentano Br CH2CHCH2CH2CH3 | Br 1,2-dibromopentano Br | CH3CH2CCH2CH3 | Br 3-bromopentano 3,3-dibromopentano Una vez que los estudiantes se familiaricen con poner el bromo en varias posiciones, entonces combine Br y Cl. Por último, después de que tengan dominado esto, empiezan a sustituir grupos de metilo o etilo. Los estudiantes deben entender que un alcano de no es realmente lineal en la naturaleza. Una analogía es que un pedazo de cordón wadded en una pelota sería considerado una cadena lineal porque él no tiene ninguna rama. Uno puede demostrar la halogenación de alcanos usando la "luz negra ". El procedimiento es agregar unas gotas de bromo disuelto en tetracloruro de carbono a dos tubos de ensayo que contienen un alcano como el hexano. Las soluciones serán de un color ámbar. Si se pone uno de los tubos bajo la luz ultravioleta aproximadamente quince minutos, el color ámbar de la disolución de bromo se disipará indicando que el Br2 ha reaccionado con el alcano. La disolución que no se expone a la luz ultravioleta permanecerá en color ámbar. En nuestro estudio de los compuestos de coordinación se habla sobre el isomerismo óptico. Es fácil mostrar, usando los modelos moleculares, el isómero óptico en la química orgánica. Para hacer esto, reúna dos modelos CHFCl Br. Estos dos modelos necesitan ser idénticos. Ahora intercambie cualquiera de los dos átomos en uno de los modelos. El resultado es una imagen espejo no superpuesta del primer modelo. Estos dos compuestos serían isomeros ópticos y girarían la luz del plano-polarizado en forma indistinta. A los estudiantes se les puede señalar que los cicloalcanos tienen la misma fórmula general que los alquenos, CnH2n; sin embargo, tienen reactividades considerablemente diferentes. Una demostración fácil es agregar unas gotas de permanganato de potasio acuoso a dos o tres mililitros de ciclohexano y al hexano. El ciclohexano no reaccionará, pero el enlace doble en el hexano reaccionará con el permanganato de potasio para convertir la solución púrpura a un precipitado cafè de dióxido de manganeso. Esta misma demostración se puede aplicar para mostrar que el tolueno (metilbenceno) no contenga el doble enlace carbono-carbono como se encuentra en el hexano. El tolueno funcionará en forma similar al ciclohexano y no reaccionará con el permanganato de potasio. 24.3 Hidrocarburos aromáticos Los estudiantes conocen el benceno, el compuesto aromático más simple, previamente cuando discutimos resonancia y orbital molecular deslocalizado. Se ha mostrado antes que los compuestos aromáticos no reaccionan normalmente vía reacciones de adición como esos compuestos que contienen doble o triple enlace carbonocarbono, los compuestos bastante aromáticos prefieren las reacciones de sustitución. Como su autor señala, muchos de los compuestos aromáticos policílicos son cancerígenos, así que se deben manejar con especial cuidado. 24.4 Química de los grupos funcionales El autor sugiere que el etanol puede convertirse a ácido acético usando el dicromato acidificado. Ésta es una reacción muy visual en que la solución del bicromato anaranjada se convierte a una solución verde bosque en la reacción con el etanol. Este es el mismo principio en que se basan las pruebas de alcohol alcoholemia. Nótese que el sufijo para el alcohol es ol. Cuando el etanol se oxida puede formar el etanal (acetaldehído) o ácido acético. El sufijo para el aldehído es al. El sufijo aceptado para la cetona es ona. Una cetona muy común encontrada en la industria es el metiletilcetona (MEK). Se usa como un disolvente en una variedad de aplicaciones, incluso los disolventes para las pinturas y revestimientos.