Tema 4 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Química
Año del apunte 2014
Páginas 17
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 15
Subido por

Vista previa del texto

QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica 4 - Química orgànica 1. PRESENTACIÓ DE GRUPS FUNCIONALS ALCANS Hidrocarburs formats exclusivament per enllaços C-C i C-H (enllaços senzills).
La formula general es CnH2n+2.
Contenen el nombre màxim d’hidrògens possibles per carboni i per això reben el nom d’hidrocarburs saturats.
Nomenclatura ALCANS LINEALS S’usa un prefix que indica el nombre de carbonis i el sufix per anomenar els alcans = -à.
ALCANS RAMIFICATS Estan formats per una cadena principal (que serà el mes llarga possible) i un o varis substituents o ramificacions.
La cadena principal s’anomena igual que els alcans lineals prefix+à, però prèviament s’indiquen els substituents usant el mateix prefix però canviant –a per –il ALCANS CÍCLICS Quan tots els carbonis formen un anell Geometria La geometria al voltant de cada carboni es tetraèdrica.
Hibridació La hibridació del carboni es sp3.
Els enllaços C-C i C-H son enllaços sigma.
Permeten la rotació relativa de dos grups units per un enllaç C-C.
Projecció de Newman 1 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Forma de representació bidimensional.
Existeixen dues orientacions possibles: - En la conformació eclipsada, si es mira frontalment l’enllaç sigma, es veu que els substituents dels carbonis es sobreposen.
- En la conformació alternada, els substituents no es sobreposen.
La conformació alternada es normalment la més estable perquè es maximitza la distancia entre els substituents i per tant es disminueix la seva repulsió.
Quan els substituents son diferents, l’estructura alternada mes estable es aquella que te els grups mes voluminosos el mes allunyats possibles.
Isomeria estructural Els alcans que contenen mes de 4 carbonis, poden presentar diferents connectivitats donant lloc al que es coneix com isòmers estructurals.
- Tots aquells compostos que tenen una mateixa formula molecular, però una ordenació diferent dels àtoms.
- Els isòmers estructurals, són aquells que tenen una connectivitat diferent.
2 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Cicloalcans Els alcans també poden presentar estructures cícliques, llavors s’anomenen cicloalcans i tenen formula general CnH2n (no són saturats).
Els alcans cíclics s’anomenen afegint el prefix ciclo- .
Ciclopropà: C3H6 És pla Presenta angles d’enllaç C-C-C de 60º.
Es molt inestable (tensió d’anell); els lòbuls dels sp3 no estan encarats de la millor manera i forcen els orbitals.
Tots els hidrògens estan eclipsats.
Ciclobutà: C4H8 No es plana, esta lleugerament doblegada Presenta angles d’enllaç C-C-C ≈ 90º.
Es mes estable que el ciclopropà (menys tensió d’anell) No tots els hidrògens estan eclipsats, però tampoc són alternats purs.
Podem tenir dos radicals en 2 posicions diferents = estereoisòmers (cis i trans).
Ciclopentà: C5H10 No es pla.
S’evita que els H estiguin eclipsats.
Presenta angles d’enllaç C-C-C propers a 109º.
Es molt mes estable que el ciclopropà i el ciclobutà Estereoisòmers (cis i trans).
Ciclohexà: C6H12 S’evita que els H estiguin eclipsats.
Presenta angles d’enllaç C-C-C propers a 109º.
Existeixen dues conformacions. La conformació cadira i la nau.
La conformació cadira es mes estable perquè els substituents estan al màxim d’allunyats.
La interconversio entre dues conformacions cadires es fàcil: presenta poca tensió d’anell..
Els radicals els podem posar en posició equotarioal i en posició axial.
La majoria de cicloalcans presentaran anells de 5 i 6 carbonis.
3 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica ALQUENS Hidrocarburs que contenen com a mínim un enllaç doble C=C.
La formula general es CnH2n. Per cada doble enllaç hi ha 2 hidrògens menys.
Son hidrocarburs insaturats.
Nomenclatura Prefix (nº de C) + è Quan hi ha més de 3C cal indicar la posició del doble enllaç.
Geometria És plana Hibridació 2xAB3  hibridació sp2 per cada carboni L’enllaç doble - Enllaç format per un enllaç sigma i un pi - El p que sobra de cada C (són sp2) és el que forma l’enllaç pi No hi ha lliure rotació al voltant de l’enllaç C=C (costa mes que rotar l’enllaç senzill C-C).
Isomeria Isòmers estructurals EX: Les molècules 1-bute i 2-bute tenen la mateixa formula molecular C4H8, però es diferencien en la posició del doble enllaç. Es diu que son isòmers estructurals.
Estabilitat Els alquens interns acostumen a ser mes estables que els alquens terminals.
El 2-butè és més estable que el 1-butè 4 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Isomeria cis/trans o Z/E Degut que els dobles enllaços no poden rotar a temperatura ambient,L’orientació espaial dels substituents del doble enllaç es rellevant.
No s’interconverteixen.
El cis-2-butè i el trans-2-butè son dos compostos diferents Estabilitat.
Normalment l’isòmer trans- es mes estable que l’isòmer cis-.
Nomenclatura cis-/trans- es la nomenclatura que s’usa principalment quan cada carboni del doble enllaç te un únic substituent.
- trans-: Grups prioritaris a costats oposats del doble enllaç - cis- : Grups prioritaris al mateix costat del doble enllaç Quan hi ha mes d’un substituent sobre un dels carbonis del doble enllaç no s’usa la nomenclatura cis-/trans- sinó E-/Z-.
- E - : Grups prioritaris a costats oposats - Z - : Grups prioritaris al mateix costat del doble enllaç COM ORDENEM LA PRIORITAT? Per determinar el nom, cal primer determinar quin substituent es prioritari seguint les regles següents: 1. Màxima prioritat a l’àtom amb nombre atòmic més gran.
2. Si igual, nombre atòmic dels àtoms successius en la cadena.
3. Els enllaços dobles i triples dupliquen i tripliquen el nombre de carbonis.
5 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica ALQUINS Hidrocarburs que contenen com a mínim un triple enllaç C≡C.
La formula general es CnH2n-2. Per cada triple enllaç hi ha 4 hidrògens menys.
Son hidrocarburs insaturats.
Nomenclatura Prefix no carbonis + -í Pels alquins de mes de 3 carbonis cal indicar la posició del triple enllaç (nombres mes petits possibles).
Geometria La geometria al voltant del doble enllaç es lineal.
Hibridació La hibridació dels carbonis que formen el triple enllaç es sp. 1 enllaç sigma i 2 enllaços pi.
Els alquins interns acostumen a ser mes estables que els alquins terminals.
El 2-butí és més estable que el 1-butí HIDROCARBURS AROMÀTICS Els hidrocarburs aromàtics son aquells compostos cíclics que presenten enllaços dobles i senzills alternats i que tenen 4n + 2 electrons en enllaços pi.
El benzè te 6 electrons participant en enllaços p, es el compost aromàtic mes comú 6 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica El 1,3,5-hexatrie no es aromàtic (no es cíclic).
Tampoc ho es el 1,3-ciclopentadie (nomes 4 electrons en enllaços p) Però si que ho son tant, el naftalè (10 electrons p) i el antracè (14 e- p).
Deslocalització electrònica 7 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Característiques Son compostos plans.
Totes les distancies entre àtoms de carboni son iguals.
Presenten una estructura electrònica que els dona una gran estabilitat (conjugació).
HALURS D’ALQUIL Son alcans on un o mes hidrògens s’han substituït per un halogen (F, Cl, Br, I).
Molts d’ells s’usen com a dissolvents orgànics.
Són compostos dipol-dipol = molècules polars.
L’excepció es CX4 (Quan el carboni té els 4 substituents iguals).
Nomenclatura La nomenclatura es la del hidrocarbur de referència indicant prèviament la substitució que ha tingut lloc (fluoro-, cloro-, bromo-, iodo-,) i la seva posició.
Noms tradicionals: CHF3 fluoroform CHBr3  bromoform CHCl3  cloroform CHI3  iodoform 8 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica ALCOHOLS Els alcohols son hidrocarburs que presenten un grup –OH (R-OH) enllacat a un carboni tetraèdric.
Nomenclatura Podem interpretar que la presencia del grup -OH es el resultat de substituir un H per un –OH i per tant l’anomenem com una substitució indicant la posició i el sufix -n-ol.
Noms tradicionals: etilenglicol (1,2-etandiol) i glicerol n1,2,3-propantriol).
Una molècula pot tenir mes d’un grup hidroxil. Els compostos amb dos hidroxils s’anomenen -diols i amb tres –triols.
Existeixen també hidrocarburs que contenen un grup hidroxil (alcohol) i un doble enllaç.
S’anomenen seguint els exemples següents: Classificació Els alcohols es classifiquen en primaris, secundaris i terciaris en funció del nombre de carbonis enllacats al carboni que conte el grup hidroxil.
Geometria La geometria del carboni que te enllacat el oxigen es tetraèdrica.
La geometria al voltant del oxigen es angular (aprox. 109º).
molècula polar i el grup hidroxil permet la formació d’enllaços d’hidrogen.
Els alcohols son líquids a temperatura ambient, degut als enllaços d’hidrogen i quan la R es petita tenen propietats similars a l’aigua.
9 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica ÈTERS Els èters son hidrocarburs que contenen el grup R-O-R Nomenclatura Es basa en el mot èter i els grups R es podrien considerar com substituents acabats amb el prefix -il.
Característiques Son molècules polars, però no poden formar enllaços d’hidrogen com els alcohols, per tant son solubles en dissolvents polars com els alcohols, però els seus punts d’ebullició s’assemblen mes al dels alcans.
AMINES Les amines es caracteritzen per la presencia del grup R–NH2, R-NH-R’ i NRR’R” Nomenclatura A. Indicant els grups R- com a substituents del nitrogen. R-il amina B. Com si el NH2 provingués de la substitució d’un hidrogen de la cadena principal R-a-posició-amina.
10 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Classificació En funció del nombre de substituents (R) en el grup amino- es classifiquen en: Característiques El nitrogen de les amines presenta una hibridació sp3 amb un parell lliure no compartit.
Son polars i les amines primàries i secundaries poden formar enllaços d’hidrogen, per tant acostumen a presentar punts de fusió relativament elevats.
Com que el nitrogen es menys electronegatiu que l’oxigen, els enllaços d’hidrogen que es formen son mes dèbils que els que es troben en l’aigua o els alcohols.
Son bases febles i per tant en aigua reaccionen parcialment acceptant un protó.
Deslocalització PI Les amines, seguint la teoria, són molècules sp3 amb geometria de piràmide trigonal. Però a la realitat presenten geometria plana sp2. PERQUÈ?  S’incorveteixen entre 2 estructures: l’estructura menys estable passa a ser estable perquè s’ajunta a un carboni.
Tenim un parell lliure en un “p” que permet deslocalitzar un enllaç pi i així la molècula passa a ser sp2.
Normalment el parell lliure hibrida i esta en un sp, però a la realitat els electrons estan en un orbital p.
Moltes molècules biològiques tenen aquestes amines (B. Nitrogenades) EX: GUANINA.
11 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica ALDÈHIDS I CETONES ALDÈHIDS Els aldehids son hidrocarburs que contenen el grup carbonil terminal Nomenclatura Sempre son un grup terminal, no cal indicar la posició.
S’anomenen mitjançant el sufix -n–al.
EXCEPCIONS: Formaldehid (metanal) ; etanal (acetaldehid); benzaldehid.
CETONES Les cetones també presenten un grup carbonil, però es diferencien dels aldehids en el fet que el grup carbonil NO terminal Nomenclatura mitjançant el sufix-n-ona.
En el grup carbonil (C=O), el carboni es pla i presenta una hibridació sp2.
Degut a la diferent electronegativitat del C i l’oxigen els aldehids i cetones son polars.
Son solubles en dissolvents polars.
12 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Àcids carboxíl·lics i derivats d’àcids.
Els àcids carboxílics son els hidrocarburs que presenten un grup carboxílic.
El grup carboxílic sempre es terminal.
Nomenclatura Es un grup terminal i per tant no s’indica posició. S’anomenen afegint àcid al davant i el sufix –n–oic al prefix que indica la llargada de la cadena.
Noms tradicionals: àcid fòrmic (metanoic), àcid acètic (àcid etanoic), àcid oxàlic i àcid benzoic.
Característiques Els àcids carboxílics son àcids, de tal manera que en dissolució aquosa poden desprotonar-se.
Estan formats per que presenta una geometria trigonal plana (hibridació sp2) enllacat a dos oxígens (un amb hibridació sp2 i l’altre amb hibridació sp3).
La presencia del grup O-H permet la formació d’enllaços d’hidrogen.
Formen dímers.
Punts de fusió elevats.
Es coneix per derivat d’àcid aquells grups funcionals que presenten un grup carbonil enllacat a un àtom amb parells lliures.
13 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica 2. ISOMERIA S’usa el mot isòmer per referir-se a aquells compostos que tenen una mateixa formula molecular, però una ordenació diferent dels àtoms.
Isòmers estructurals Son aquells isòmers que presenten una mateixa formula molecular, però diferent connectivitat dels àtoms (els àtoms estan enllaçats diferentment entre si) Diferent llargada de la cadena principal Diferent posició del grup funcional Diferent grup funcional Estereoisòmers Dues molècules que tinguin el mateix nombre d’àtoms i la mateixa connectivitat però que difereixin amb la manera d’orientar-se a l’espai seran estereoisòmers.
Enantiòmers Una és la imatge especular de l’altre.
ÀTOM QUIRAL Un carboni sp3 asimètric (4 lligands diferents).
Aquest àtom presenta dues possibles orientacions en l’espai que son imatges especulars entre si i per tant no son superposables.
Es diu que la molècula es quiral.
14 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica ISOMERIA ÒPTICA Moltes molècules biològiques son quirals i cadascun dels enantiòmers pot tenir funcions molt diferents.
Els aminoàcids són molècules quirals.
NOMENCLATURA Cal distingir quin enantiòmer tenim, per això s’usa un procés sistemàtic.
1. Identificar els àtoms quirals (4 substituents diferents) 2. Identificar aquest substituents 3. Ordenar els substituents per ordre de prioritat.
1. Màxima prioritat a l’àtom amb nombre atòmic més gran.
2. Si igual, mirem el major nombre atòmic dels àtoms de la cadena.
3. Els enllaços dobles i triples dupliquen i tripliquen el nombre de carbonis.
4. S’orienta la molècula situant l’àtom de menor prioritat al darrera del punt de visió 5. Un cop orientada la molècula anem del mes prioritari al menys prioritari.
- Si seguim sentit horari, l’enantiòmer es (R).
- Si seguim el sentit contrari, tenim l’enantiòmer (S).
Diastereoisòmers Es poden distingir tres grups de diastereoisòmers: Confòrmers: isòmers relacionats per la rotació d’un enllaç senzill C-C Isomeria cis-,trans- : Diferent orientació al voltant d’un doble enllaç o un compost cíclic.
Compostos amb més d’un àtom quiral 15 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Confòrmers Isòmers relacionats per la rotació d’un enllaç senzill C-C Isomeria cis/trans Isòmers deguts a la diferent orientació al voltant d’un doble enllaç / compost cíclic cis- mateix costat / trans- al costat oposat.
Z-(mateix costat)/E- (oposat) enlloc de cis-/trans-.
En compostos cíclics també existeixen isòmers cis-,trans Algunes molècules poden presentar varies isomeries. Per exemple, els carbonis encerclats son àtoms quirals.
16 QUÍMICA Tema 4 – Química Orgànica Compostos amb més d’1 centre quiral Quan els substituents dels dos centres quirals son iguals, nomes existeixen tres estereoisòmers diferents. La molècula R,S i S,R són iguals (forma meso) 17 ...