Fundamentos de Química Orgánica: Estructura, Reactividad e Isomería

Propiedades Físicas y Reactividad de Hidrocarburos

Punto de Fusión: Alcanos > Alquenos > Alquinos

Reactividad: Alquinos > Alquenos > Alcanos

Grupos Carbonilo: Aldehídos y Cetonas

El grupo carbonilo está presente en aldehídos y cetonas. Los aldehídos tienen mayor importancia que las cetonas en términos de nomenclatura y prioridad. Si el aldehído tiene la mayor prioridad, la cetona desaparece como sufijo y se sustituye por el prefijo "oxo".

• Aldehído: Tienen el grupo carbonilo al extremo de la cadena.
• Cetona: Tiene el grupo carbonilo dentro de la cadena.

Aminas

Las aminas se clasifican según su grado de sustitución:

• Amina Primaria (1ª): R-NH₂
• Amina Secundaria (2ª): R-NH-R'
• Amina Terciaria (3ª): R-N(R')-R''

Intermediarios de Reacción y Estados de Transición

Intermediario / Estado de Transición: Especie que demuestra el avance de una reacción que puedo aislar y observar.

• TODOS los intermediarios son estados de transición.
• NO todos los estados de transición son intermediarios.

Conceptos de Estabilidad y Estructura

Heteroátomo: Cualquier átomo distinto a Carbono (C) o Hidrógeno (H). El menos electronegativo es el más estable.

Hiperconjugación: Estabilización de una especie mediante el traslape secundario de orbitales con especies vecinas sp³.

Tipos de Ruptura de Enlace

• Homolítica: Cada uno se queda con un electrón (e^-), generando una deficiencia de densidad electrónica.
• Heterolítica: El grupo R se queda con el electrón; el Carbono tiene deficiencia de densidad y da un C sp².

Mientras más grande y menos electronegativo sea el átomo, es más estable.

Radicales, Carbocationes y Carbaniones

Radicales Libres

Presentan hibridación sp², lo que les otorga una geometría trigonal plana. Mientras más ramas tiene, es más estable. Se identifican porque "tienen el puntito" (electrón desapareado).

• Radical Metilo: Todo es Hidrógeno (H).
• Radical Primario: 2 Hidrógenos y 1 grupo R.
• Radical Secundario: 1 Hidrógeno y 2 grupos R.
• Radical Terciario: 3 enlaces R (no hay Hidrógeno).

Orden de Estabilidad: Metilo < Primario < Secundario < Terciario

Carbocationes

Siguen el mismo principio que un radical, pero tienen una carga positiva (+) en lugar del puntito.

Orden de Estabilidad: Metilo < Primario < Secundario < Terciario

Carbaniones

Tienen una carga negativa (-) en lugar del puntito. Poseen una estructura de tetraedro sp³ (carácter s 25%, carácter p 75%). En este caso, el más estable es el metilo.

Orden de Estabilidad: Terciario < Secundario < Primario < Metilo (el orden de estabilidad cambia por la carga negativa).

Pueden presentar hibridación sp² y sp; mientras mayor porcentaje tenga el orbital s, es más estable (esto aplica *solo para carboaniones*).

Isomería y Análisis Conformacional

Isomería: Misma fórmula mínima pero distinta estructura.

Isomería Conformacional

Misma fórmula mínima y mismo esqueleto, pero varía una rotación en el enlace σ Csp³-Csp³.

• Mayor Energía: Ángulo más pequeño.
• Más Estable: Menor energía.

Gauche: 60º-70º. Agrupación Espacial: 0º = Eclipsado, 180º = Antiperiplanar.

Tensión en Ciclos y Enlaces

• Enlace Banana: Se deforma la densidad de tal manera que se dobla su estructura. Ocurre en ciclos de 3 (se modifica).
• Enlace Mariposa: Ocurre en ciclos de 4 (se modifica).
• Ciclopentanos: Ciclo de 5. Se deforma; un vértice va hacia arriba, liberando tensión angular y deformando la molécula.
• Ciclohexano: Ciclo de 6. Se deforma en conformación de silla.

Nomenclatura de posición: β (arriba), α (abajo), a (axial = recto), e (ecuatorial = inclinado).

Sustituyente Voluminoso: Se ubica preferentemente en posición ecuatorial.

Estereoisomería y Quiralidad

Si la sustancia no modifica el ángulo en el que se mueve la onda de luz, entonces es NO quiral (θ=0).

Si la sustancia modifica el ángulo en que se mueve la onda, es quiral (-θ, +θ).

Quiralidad: Si NO hay simetría y un Carbono está rodeado de 4 sustituyentes distintos, es un Carbono Quiral.

• Enantiómeros: Pares de compuestos que son imágenes especulares no superponibles; todas sus propiedades físico-químicas son iguales.
• Compuesto Meso: Posee 2 centros quirales y 1 plano de simetría como mínimo.
• Nota biológica: En la naturaleza, todos los aminoácidos son de configuración S.
• Diastereoisómeros: No son superponibles pero tampoco son imagen especular uno del otro.