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3° CT · Química
Química del carbono · Estructura y reactividad orgánica

Funciones y formulación orgánica

Te conviene dominar: Hidrocarburos (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))
Te conviene dominar: Compuestos oxigenados (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))

Dos moléculas pueden tener exactamente los mismos átomos y comportarse de forma muy distinta: el etanol está en la caña y en el alcohol de uso doméstico, mientras que el éter dimetílico es un gas a temperatura ambiente. La diferencia no está en qué átomos hay, sino en cómo están conectados y, sobre todo, en qué grupo funcional llevan. Reconocerlos y nombrarlos sin ambigüedad es lo primero que necesitás para entender las biomoléculas y las reacciones de este curso.

Los grupos funcionales del carbono

Fórmulas generales de los grupos funcionales orgánicos más frecuentes y orden decreciente de prioridad IUPAC. halogenuro R–X alcohol R–OH éter R–O–R' amina R–NH₂ aldehído R–CHO cetona R–CO–R' ácido carboxílico R–COOH éster R–COO–R' amida R–CO–NH₂ Prioridad IUPAC decreciente (de función principal a secundaria) ácido › éster › amida › nitrilo › aldehído › cetona › alcohol › amina › éter Los halógenos nunca son función principal: van siempre como prefijo.

Isomería de función

Dos compuestos son isómeros si tienen la misma fórmula molecular pero distinta estructura. En la isomería de función, los átomos forman grupos funcionales diferentes. Por ejemplo, $\mathrm{C_2H_6O}$ puede ser etanol ($\mathrm{CH_3CH_2OH}$, alcohol) o éter dimetílico ($\mathrm{CH_3OCH_3}$, éter). Del mismo modo, un aldehído y una cetona con igual número de carbonos son isómeros de función.

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Considerá los dos compuestos orgánicos oxigenados de tres átomos de carbono siguientes: el propanal y la propanona. a) Escribí la fórmula semidesarrollada de ambos…

Considerá los dos compuestos orgánicos oxigenados de tres átomos de carbono siguientes: el propanal y la propanona.

  1. a) Escribí la fórmula semidesarrollada de ambos compuestos e indicá la función orgánica a la que pertenece cada uno.
  2. b) Explicá qué tipo de isomería estructural existe entre ellos.
Resolver

Hidrocarburos y derivados halogenados

Fórmula esquelética del 3-cloropentano con la numeración de los cinco carbonos y el cloro en el carbono 3. C1 C2 C3 C4 C5 Cl

Isomería geométrica (cis-trans)

Un doble enlace C=C no gira libremente. Si cada carbono del doble enlace tiene dos sustituyentes distintos, hay dos disposiciones posibles: cis (los sustituyentes iguales del mismo lado) y trans (de lados opuestos). Si uno de los dos carbonos tiene dos sustituyentes iguales, no hay isomería geométrica.

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El compuesto orgánico de fórmula semidesarrollada $\mathrm{CH_3-CH_2-CH(Cl)-CH_2-CH_3}$ es un derivado halogenado de cadena abierta. a) Escribí el nombre sistemático de…

El compuesto orgánico de fórmula semidesarrollada $\mathrm{CH_3-CH_2-CH(Cl)-CH_2-CH_3}$ es un derivado halogenado de cadena abierta.

  1. a) Escribí el nombre sistemático de dicho compuesto de acuerdo con las normas de la IUPAC.
  2. b) Formulá y nombrá un isómero de posición perteneciente a la misma función química que mantenga la misma cadena carbonada lineal.
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Los hidrocarburos insaturados presentan dobles o triples enlaces que determinan su reactividad y nomenclatura IUPAC. a) Escribí la fórmula semidesarrollada del…

Los hidrocarburos insaturados presentan dobles o triples enlaces que determinan su reactividad y nomenclatura IUPAC.

  1. a) Escribí la fórmula semidesarrollada del hidrocarburo denominado 4-metilpent-2-ino.
  2. b) Justificá razonadamente si este compuesto puede presentar isomería geométrica (cis-trans).
Resolver

Compuestos oxigenados: de alcoholes a ésteres

Hidrólisis de un éster: da un ácido carboxílico y un alcohol. éster R–CO–O–R' hidrólisis ácido R–COOH + alcohol R'–OH
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En la siguiente figura se representa la estructura molecular de un compuesto orgánico oxigenado de cadena abierta con enlaces heteroatómicos explícitos: a) Identificá…

En la siguiente figura se representa la estructura molecular de un compuesto orgánico oxigenado de cadena abierta con enlaces heteroatómicos explícitos:

H₃C OH OH O
  1. a) Identificá razonadamente las dos funciones oxigenadas presentes en la molécula e indicá cuál de ellas tiene mayor prioridad como grupo principal según la IUPAC.
  2. b) Asigná la numeración correcta a la cadena principal y escribí el nombre sistemático del compuesto según las normas oficiales de la IUPAC.
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Un éster alifático de fórmula molecular $\mathrm{C_4H_8O_2}$ experimenta hidrólisis ácida completa originando un ácido carboxílico de dos átomos de carbono y un alcohol.…

Un éster alifático de fórmula molecular $\mathrm{C_4H_8O_2}$ experimenta hidrólisis ácida completa originando un ácido carboxílico de dos átomos de carbono y un alcohol.

  1. a) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre sistemático IUPAC del éster de partida, así como de los dos productos de hidrólisis.
  2. b) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre de una amida primaria de cadena lineal con cuatro átomos de carbono. Compará su fórmula molecular con la del éster y justificá por qué no son isómeros.
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Aminas, amidas y nitrilos

Un nitrógeno unido a carbonos saturados no es lo mismo que uno unido a un carbonilo. Fijate siempre a qué átomo está unido el N.

Ejemplos de amina, amida y nitrilo. AminaCH₃–NH₂ AmidaCH₃–C(=O)–NH₂ NitriloCH₃–C≡N
Familia Grupo Ejemplo y nombre
Amina $\mathrm{RNH_2}$, $\mathrm{R_2NH}$ o $\mathrm{R_3N}$ $\mathrm{CH_3NH_2}$: metanamina (metilamina)
Amida $\mathrm{RCONH_2}$ $\mathrm{CH_3CONH_2}$: etanamida
Nitrilo $\mathrm{RC\equiv N}$ $\mathrm{CH_3CN}$: etanonitrilo (el carbono del nitrilo cuenta en la cadena)

Compuestos aromáticos sencillos

El benceno, $\mathrm{C_6H_6}$, es un anillo de seis carbonos. Con un sustituyente se nombra como prefijo + benceno: clorobenceno, nitrobenceno; el metilbenceno se llama tolueno. Con la amina como grupo principal, $\mathrm{C_6H_5NH_2}$ es la anilina (fenilamina). Con dos sustituyentes se numeran los carbonos del anillo con los locantes más bajos (1,2-; 1,3-; 1,4-). Si el anillo es un sustituyente, se llama fenilo. El ácido benzoico es $\mathrm{C_6H_5COOH}$ y la benzamida, $\mathrm{C_6H_5CONH_2}$.

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Las aminas y los compuestos aromáticos son ampliamente utilizados en síntesis química. a) Formulá y nombrá dos aminas aromáticas distintas que contengan un anillo…

Las aminas y los compuestos aromáticos son ampliamente utilizados en síntesis química.

  1. a) Formulá y nombrá dos aminas aromáticas distintas que contengan un anillo bencénico y cuya fórmula molecular sea $\mathrm{C_7H_9N}$, una siendo primaria y otra secundaria.
  2. b) Indicá razonadamente el orden de prioridad entre la función amina y la función alcohol según las normas IUPAC para nombrar un compuesto que posea ambas.
Resolver

De la composición centesimal a la fórmula

Al quemar $1{,}00\ \text{g}$ de una sustancia pura se obtienen $2{,}00\ \text{g}$ de $\mathrm{CO_2}$ y $0{,}82\ \text{g}$ de $\mathrm{H_2O}$. Eso fija los porcentajes de cada elemento, pero deja muchas estructuras posibles: ¿cómo deducís la fórmula molecular y cuántos dobles enlaces o ciclos tiene antes de dibujarla?

Esquema para pasar de la composición centesimal a la fórmula empírica y, con la masa molar, a la fórmula molecular. % en masa + masa molar fórmula empírica × k fórmula molecular
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Considerá un compuesto polifuncional de fórmula molecular $\mathrm{C_6H_9NO_3}$ cuya estructura presenta una cadena abierta carbonada con las siguientes características:…

Considerá un compuesto polifuncional de fórmula molecular $\mathrm{C_6H_9NO_3}$ cuya estructura presenta una cadena abierta carbonada con las siguientes características:

  • Contiene un grupo carboxilo como función principal.

  • Posee un grupo amino y un doble enlace carbono-carbono.

  • Presenta una función cetona en posición no terminal.

  1. a) Calculá el número de insaturaciones (equivalentes de doble enlace o anillos) presentes en la molécula.
  2. b) Proponé una estructura semidesarrollada coherente con todos los requisitos donde la cadena principal tenga 5 carbonos con un sustituyente metilo, y asigná el nombre sistemático IUPAC completo indicando la prioridad de funciones. Para calcular las insaturaciones podés usar $I=(2C+2+N-H-X)/2$, donde $X$ es el número de halógenos; el oxígeno no modifica esta expresión.
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Un hidrocarburo $X$ de fórmula molecular $\mathrm{C_7H_8}$ contiene un único anillo bencénico y se somete a oxidación enérgica con $\mathrm{KMnO_4}$ en medio ácido,…

Un hidrocarburo $X$ de fórmula molecular $\mathrm{C_7H_8}$ contiene un único anillo bencénico y se somete a oxidación enérgica con $\mathrm{KMnO_4}$ en medio ácido, rindiendo un ácido monocarboxílico aromático $Y$ ($\mathrm{C_7H_6O_2}$).

  1. a) Determiná el grado de insaturación de $X$, deducí su estructura y escribí su nombre sistemático IUPAC.
  2. b) Escribí la fórmula semidesarrollada y el nombre IUPAC de dos derivados de $Y$: un cloruro de ácido y una amida primaria aromática. Para calcular las insaturaciones podés usar $I=(2C+2+N-H-X)/2$, donde $X$ es el número de halógenos; el oxígeno no modifica esta expresión.
Resolver

Volvé al principio: el etanol ($\mathrm{CH_3-CH_2-OH}$) tiene un grupo alcohol y forma enlaces de hidrógeno entre sus moléculas, por eso es líquido a temperatura ambiente. El éter dimetílico ($\mathrm{CH_3-O-CH_3}$) no puede formarlos, y hierve a unos $-24\ ^\circ\mathrm{C}$: es un gas. Misma fórmula molecular, distinto grupo funcional.

Resumen

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