1 Departamento Académico de CienciasQuímica orgánica Mag. Miguel RAMIREZ GUZMAN

2 Contenido * La química Orgánica* Diferencia entre compuestos Orgánicos e Inorgánicos * Carácter especial del átomo de carbono. * Hibridación: sp, sp², sp³ * Trabajos de investigación bibliografico encargados

3 Química Orgánica La química orgánica se define actualmente como la química de los compuestos del carbono. Los términos química orgánica y compuestos orgánicos surgieron en el siglo XVIII de la «teoría vitalista», la cual sostenía que los compuestos orgánicos solamente podían ser formados o sintetizados por los organismos vivos. Esta teoría fue planteada por J.J.Berzelius en ella, los compuestos como el azúcar, urea, almidón, ceras y aceites vegetales eran considerados orgánicos, pues se creía que tales productos necesitaban de una «fuerza vital» para ser creados por los animales y los vegetales.

4 En el siglo XIX, se vió la necesidad de volver a definir el significado de química orgánica. Los experimentos habían demostrado que los compuestos orgánicos podían sintetizarse a partir de compuestos inorgánicos. Uno de estos experimentos lo realizó el célebre químico alemán, Friedrich Wöhler en Convirtió en urea al cianato de amonio, que se obtenía del amoniaco y otras sustancias inorgánicas, tan sólo calentándolo en ausencia de oxígeno. Friedrich Wöhler, Químico alemán. La urea se había obtenido siempre de organismos vivos y se suponía que contenía fuerza vital; sin embargo, el cianato de amonio es inorgánico, y por tanto, carece de tal fuerza.

5 Los compuestos orgánicos componen las estructuras celulares de los seres vivos y todas sus funciones vitales (respiración, alimentación, reproducción…) se producen mediante la síntesis (creación) y reacción de estos compuestos. Se denomina compuesto orgánico a todo compuesto basado en el carbono (cadenas de carbono y sus derivados) La química orgánica engloba la mayoría de biomoléculas que forman los seres vivos (proteínas, glúcidos, lípidos, ácidos nucleicos, vitaminas, hormonas, etc.) Pero también una inmensa cantidad de compuestos y materiales naturales (caucho, gas, petróleo,..) y artificiales (insecticidas, pesticidas, polímeros orgánicos (plásticos, etc.), disolventes).

6 Moléculas orgánicas. Naturales: Caucho (latex) Polisacáridos. Almidón.Celulosa. Seda Proteínas. Ácidos nucleicos

7 Artificiales: Plásticos Polietileno PVC Baquelita PoliuretanoPoliesteres…. Fibras textiles sintéticas Nylon, tergal… Elastomeros (neopreno)

8 Elementos más importantes en los compuestos orgánicos:Elementos en los compuestos orgánicos El hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno constituyen el 99,33 % de todos los átomos que forman los compuestos orgánicos. Elementos más importantes en los compuestos orgánicos: Principales Secundarios Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Azufre Fósforo Cloro Flúor Yodo Magnesio Molibdeno Hierro El número de compuestos orgánicos naturales y sintéticos conocidos en la actualidad sobrepasa los siete millones!!!.

9 Principales Diferencias entre Compuestos Orgánicos e InorgánicosCompuestos Inorgánicos Sus átomos se hallan unidos esencialmente por enlace covalente. Por lo general son insolubles en agua y solubles en solventes apolares. En solución por lo general no conducen la corriente eléctrica. Presentan bajo punto de fusión. El carbono es imprescindible en su composición. Presentan el fenómeno de isomería. Estan constituidos principalmente por no metales. Sus átomos se hallan unidos esencialmente por enlace iónico. Por lo general son solubles en agua y solventes polares. En solución por lo general conducen la corriente electrica. Presentan alto punto de fusión. El carbono no es necesario en su composición. No presentan el fenómeno de isomería. Estan constituidos por metales y no metales. Actualmente se conocen cerca de 7 millones de compuestos. Actualmente se conocen cerca de compuestos.

10 ESTRUCTURA ATOMICA DEL C:El Átomo de Carbono Su símbolo es «C», de número atómico es 6, pertenece al grupo 14 (o IVA) del sistema periódico. Los átomos de carbono tienen la posibilidad de enlazarse entre sí sucesivamente por medio de enlaces covalentes, dando lugar a cadenas carbonadas que constituyen el armazón de gran variedad de compuestos. ESTRUCTURA ATOMICA DEL C: 6 p+ 6 nº núcleo 6 p+ 6 nº electrón

11 Su Configuración electrónica: Veamos la configuración electrónica del átomo de carbono y su diagrama en niveles energéticos: 2 px1 py1 pz0 x x Niveles de Energía s2 C x x 1 Lewis s2 Cuando un átomo de C se une a otros átomos – sean C o de cualquier otro elemento- se produce un reordenamiento de sus electrones, fenómeno llamado Hibridación

12 El Carbono en la NaturalezaPuro: Tanto el diamante, el grafito y el fullereno están formados, sólo por átomos de carbono que se organizan en cristales o en capas, siguiendo patrones geométricos determinados. En 1985, los científicos volatilizaron el grafito para producir una forma estable de molécula de carbono consistente en 60 átomos de carbono dispuestos en una forma esférica desigual parecida a un balón de fútbol. La molécula recibió el nombre de buckminsterfulereno en honor a R. Buckminster Fuller, el inventor de la cúpula geodésica.

13 En forma de combustibles fósiles: Como el carbón, el gas natural y el petróleo. Estos materiales se forman a partir de restos de animales y vegetales, en un proceso que dura millones de años. En la actualidad constituyen los grandes depósitos de material orgánico de donde se extraen los hidrocarburos, que son la materia primas de donde se obtiene otras sustancias orgánicas.

14 En la materia viva: Se encuentra combinado con el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, formando proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, que son las sustancias orgánicas que constituyen a los seres vivos.

15 Formando Compuestos Inorgánicos: Dada la gran capacidad del carbono para combinarse con otros elementos, suele formar diferentes compuestos inorgánicos, como los carbonatos, sulfuros de carbono, dióxido y monóxido de carbono.

16 Hibridación Los resultados de la investigación de Kekulé sobre el enlace de los átomos de carbono resultaron de gran importancia en el desarrollo de la química orgánica. Introdujo el concepto de la tetravalencia de los átomos de carbono, y fue el primero en utilizar las fórmulas desarrolladas para los compuestos orgánicos.

17 C Orbitales Hibridos Sp³: 2 2 1 1El fenómeno de hibridación consiste en que uno de los electrones del orbital 2s salta al subnivel 2p produciendo un ordenamiento de los orbitales. Paso 1 Paso 2 2 px1 py1 pz0 2 Niveles de Energía s2 Niveles de Energía sp3 sp3 sp3 sp3 1 1 s2 x Los orbitales que se forman se denominan orbitales híbridos, y son del tipo sp3 porque se forma a partir de un orbital s y de tres orbitales p C x x x Lewis

18 Forma de los orbitales sp3Los cuatro orbitales sp3 se hallan dirigidos en el espacio hacia los vértices de un tetraedro, formando ángulos de 109º28´. Esta configuración es característica de los átomos de carbono que se unen entre sí por uniones simples. (alcanos) 109º28`

19 C Orbitales híbridos sp2: 2 2 1 1 xPaso 1 Paso 2 py1 2 px1 pz0 2 Niveles de Energía s2 Niveles de Energía sp2 sp2 sp2 pz 1 1 s2 x Los orbitales que se forman se denominan orbitales híbridos, y son del tipo sp2 porque se forma a partir de un orbital s y de dos orbitales p C x x Lewis

20 Los tres orbitales sp2 se hallan dirigidos hacia los vertices de un triángulo equilatero en un plano, formando ángulos de 120º. Esta configuración es característica de los átomos de carbono que se unen entre sí por uniones dobles. (alquenos) p

21 C Orbitales híbridos sp: 2 2 1 1Paso 1 Paso 2 px1 py1 2 pz0 2 Niveles de Energía s2 Niveles de Energía sp sp py pz 1 1 s2 Los orbitales que se forman se denominan orbitales híbridos, y son del tipo sp porque se forma a partir de un orbital s y de un orbital p C x x Lewis

22 Los dos orbitales sp se hallan dirigidos en linea recta, formando ángulos de 180º.Esta configuración es característica de los átomos de carbono que se unen entre sí por uniones triples. (alquinos) p

23 Propiedades del Átomo de CarbonoAutosaturación: Esta propiedad permite al carbono unirse a otros átomos de carbono mediante enlaces simples, dobles y triples. Estos tres tipos de enlaces se diferencian por su fortaleza y su geometría. La fortaleza de un enlace se mide por la cantidad de energía que es necesario suministrar para romperlo. La geometría es la orientación de las moléculas en el espacio. Enlace Simple Enlace Triple Enlace Doble

24 Tetravalencia: El átomo de carbono en los compuestos orgánicos se hallan siempre unidos a 4 enlaces covalentes, ello se debe al fenomeno de la hibridación, estudiado anteriormente.

25 Formador de Cadenas: Los átomos de carbono al unirse entre sí, logran formar largas cadenas carbonadas, razón por la cual existe una gran cantidad de compuestos orgánicos, ya que incluso hay cadenas que pueden tener varias decenas de miles de átomos de carbono enlazados. Las cadenas carbonadas pueden ser lineales o cíclicas, estas a su vez simples o ramificadas. TEAPROVE: 1. Buscar información sobre el compuesto llamado “cubano”. 2. Menciona los tipos de carbono amorfo.

26 Representación de moléculas orgánicas.Tipos de fórmulas. No sirven para identificar compuestos Empírica. Ej. CH2O Molecular Ej. C3H6O3 Semidesarrollada (Es la más utilizada en la química orgánica) Ej. CH3–CHOH–COOH Desarrollada Ej. H O–H   (no se usa demasiado) H–C–C–C=O    H H O–H Con distribución espacial (utilizadas en estereoisomería)

27 Ejercicio: Sabemos que un compuesto orgánico tiene de fórmula empírica C2H5N y su masa molecular aproximada es de 130 g/mol. Escribe cual será su fórmula molecular. 12 x x = 43 130/43 = 3 (aprox) (Buscar número entero) La fórmula molecular será: C6H15N3

28 Ejercicio: Un compuesto orgánico dio los siguientes porcentajes en su composición: 71,7 % de cloro y 4,1 % de hidrógeno. Además, 1 litro de dicho compuesto en estado gaseoso medido a 745 mm Hg y 110 ºC tiene una masa de 3,12 g. Hallar su fórmula empírica y su fórmula molecular. 71,7 g ,1 g ———— = 2’02 mol Cl; ———— = 4,1 mol H 35,5 g/mol g/mol ,2 g ———— = 2,02 mol C 12 g/mol Dividiendo todos por el menor (2,02) obtenemos la fórmula empírica: CH2Cl m·R·T 3,12 g·62,4 mmHg.L ·383 K M= ———— = ————————————————— = 100 g/mol p · V mmHg. mol·K·1 L Luego la fórmula molecular será: C2H4Cl2

29 Tipos de átomos de carbono (en las cadenas carbonadas)Primarios (a) Secundarios (b) Terciarios (c) Cuaternarios (d) CH3 CH3   b a d a CH3–C–CH2–CH–CH3  c b CH2  CH3 a

30 Trabajos de investigación bibliográficaSe presentaran dos trabajos, serán expuestos la setima y quinceava semana respectivamente. Se presentara el trabajo en formato digital en word y para la exposición en power point, 10 minutos (resumen). Se tendrá en cuenta: Calidad del trabajo (investigación) Conclusiones Bibliografia y/o webgrafia (paginas consultadas) Exposición. Los temas son libres pero relacionados al curso, a su carrera académico profesional o repercusión con el medio ambiente.

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