La química orgánica o química del carbono es la rama de la
química que estudia una clase numerosa de moléculas que contienen carbono
formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno y otros
hetero átomos, también conocidos como compuestos orgánicos.
La Química Orgánica se divide en varias cosas, por ejemplo:
1. Configuración Electrónica:
La configuración electrónica es la manera en la cual los electrones se estructuran o se modifican en un átomo, molécula o en otra estructura físico-química, de acuerdo con el modelo de capas electrónico, en el cual las funciones de ondas del sistema se expresa como un producto de orbitales antisimetrizadas.
En el caso de los orbitales de los átomos hidrogenoides el número cuántico principal n está asociado a los diferentes niveles de energía orbital permitidos o niveles cuánticos; los valores que toma son 1, 2, 3, 4, 5,... Para n=1 se tiene el nivel de menor energía. Todos los estados con el mismo número cuántico principal forman una capa (o nivel).
2. Geometría Molecular:
4. Isomeria o Isomeros
Isomería de función:
5. Hidrocarburos:
8. Carbohidratos:
9. Lipidos:
Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas (la mayoría biomoléculas) compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno. Tienen como característica principal el ser hidrófobas (insolubles en agua) y solubles en disolventes orgánicos como la bencina, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (como los triglicéridos), la estructural (como los fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (como las hormonas esteroides).
10. Proteínas.
En el caso de los orbitales de los átomos hidrogenoides el número cuántico principal n está asociado a los diferentes niveles de energía orbital permitidos o niveles cuánticos; los valores que toma son 1, 2, 3, 4, 5,... Para n=1 se tiene el nivel de menor energía. Todos los estados con el mismo número cuántico principal forman una capa (o nivel).
2. Geometría Molecular:
La geometría molecular o estructura molecular se refiere a
la disposición tridimensional de los átomos que constituyen una molécula.
Determina muchas de las propiedades de las moléculas, como son la reactividad,
polaridad, fase, color, magnetismo, actividad biológica, etc.
3. Tipos de cadena de carbono:
Una cadena carbonada es el esqueleto de prácticamente todos
los compuestos orgánicos y está formada por un conjunto de varios átomos de
carbono, unidos entre sí mediante enlaces covalentes carbono-carbono y a la que
se unen o agregan otros átomos como hidrógeno, oxígeno o nitrógeno, formando
variadas estructuras, lo que origina infinidad de compuestos diferentes.
La facilidad del carbono para formar largas cadenas es casi
específica de este elemento y es la razón del
elevado número de compuestos de
carbono
conocidos, si lo comparamos con
compuestos de otros átomos. Las cadenas
carbonadas son bastante estables y no sufren
variación en la mayoría de las
reacciones orgánicas.
4. Isomeria o Isomeros
La isomería es una propiedad de ciertos compuestos químicos
que con igual fórmula molecular (fórmula química no desarrollada) es decir,
iguales proporciones relativas de los átomos que conforman su molécula, pero
que presentan estructuras moleculares distintas y, por ello, diferentes
propiedades. Dichos compuestos reciben la denominación de isómeros. Por
ejemplo, el alcohol etílico o etanol y el éter dimetílico son isómeros cuya
fórmula molecular es C2H6O.
Isomeria de cadena: Varía la disposición de los átomos de C en la cadena o
esqueleto carbonado, es decir la estructura de éste, que puede ser lineal o
tener distintas ramificaciones. Por ejemplo el C4H10 corresponde tanto al
butano como al metilpropano
Isomería de posición
La presentan aquellos compuestos que poseen el mismo
esqueleto carbonado pero en los que el grupo funcional o el sustituyente ocupa
diferente posición.
Por ejemplo, la fómula molecular C4H10O puede corresponder a
dos sustancias isómeras que se diferencian en la posición del grupo OH: el
1-butanol y el 2-butanol.
Isomería de compensación o por compensación:
A veces se llama isomería de compensación o metamería la de
aquellos compuestos en los cuales una función corta la cadena carbonada en
porciones de longitudes diferentes.2
Por ejemplo tres metámeros de fórmula molecular C402H8
Isomería de función:
Varía el grupo funcional, conservando el esqueleto
carbonado.
Por ejemplo el C3H6O puede corresponder a la molécula de propanal
(función aldehído) o a la Propanona (función cetona).
5. Hidrocarburos:
Los
hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de
carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos
de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos son los
compuestos básicos de la Química Orgánica. Las cadenas de átomos de carbono
pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas. Los que tienen en su
molécula otros elementos químicos (heteroátomos),se denominan hidrocarburos
sustituidos.
Los
hidrocarburos se pueden clasificar en dos tipos, que son alifáticos y
aromáticos. Los alifáticos, a su vez se pueden clasificar en alcanos, alquenos
y alquinos según los tipos de enlace que unen entre sí los átomos de carbono.
Las fórmulas generales de los alcanos, alquenos y alquinos son CnH2n+2, CnH2n y
CnH2n-2, respectivamente.
Alcanos: Los alcanos
son hidrocarburos, es decir que tienen sólo átomos de carbono e hidrógeno. La
fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es CnH2n+2, y para
cicloalcanos es CnH2n. También reciben el nombre de hidrocarburos saturados.
Los alcanos
se presentan en estado gaseoso, líquido o sólido según el tamaño de la cadena
de carbonos. Hasta 4 carbonos son gases (metano, etano, propano y butano), a
partir del pentano hasta el hexadecano (16 carbonos) son líquidos y los
compuestos superiores a 16 carbonos se presentan como sólidos aceitosos
(parafinas). Todos los alcanos son combustibles, al ser una forma reducida del
carbono, y liberan grandes cantidades de energía durante la combustión.
Alquinos: Los alquinos
pueden ser hidrogenados par dar los cis-alquenos correspondientes con hidrógeno
en presencia de un catalizador de paladio sobre sulfato de bario o sobre
carbonato cálcico parcialmente envenenado con óxido de plomo. Si se utiliza
paladio sobre carbón activo el producto obtenido suele ser el alcano
correspondiente.
HC≡CH + H2 → CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3.
Aunque la
densidad de electrones y con esto de carga negativa en el triple enlace es
elevada pueden ser atacados por nucleófilos. La razón se encuentra en la
relativa estabilidad del anión de vinilo formado.
Frente a
bases fuertes como el sodio en disolución amoniacal, el bromomagnesiano de
etilo etc. reaccionan como ácidos débiles. Ya con el agua sus sales se
hidrolizan para dar de nuevo el alquino libre.
Alquenos: Los alquenos
son hidrocarburos que tienen doble enlace carbono-carbono en su molécula, y por
eso son denominados insaturados. La fórmula genérica es CnH2n. Se puede decir
que un alqueno no es más que un alcano que ha perdido un hidrógeno produciendo
como resultado un enlace doble entre dos carbonos.
Al igual que
ocurre con otros compuestos orgánicos, algunos alquenos se conocen todavía por
sus nombres no sistemáticos, en cuyo caso se sustituye la terminación -eno
sistemática por -ileno, como es el caso del eteno que en ocasiones se llama
etileno, o propeno por propileno. Los alquenos cíclicos reciben el nombre de
cicloalquenos.
6. Grupo funcional:
6. Grupo funcional:
El grupo funcional es un átomo o conjunto de átomos unidos a
una cadena carbonada, representada en la fórmula general por R para los
compuestos alifáticos y como Ar (radicales arílicos) para los compuestos
aromáticos. Los grupos funcionales son responsables de la reactividad y
propiedades químicas de los compuestos orgánicos.
La combinación de los nombres de los grupos funcionales con
los nombres de los alcanos de los que proceden una nomenclatura sistemática
poderosa para denominar a los compuestos orgánicos.
Los grupos funcionales se asocian siempre con enlaces
covalentes, al resto de la molécula. Cuando el grupo de átomos se asocia con el
resto de la molécula primeramente mediante fuerzas iónicas, se denomina más
apropiadamente al grupo como un ion poliatómico o ion complejo.
El grupo alquilo (nombre derivado de alcano con la
terminación ilo) es un sustituyente, formado por la separación de un átomo de
hidrógeno de un hidrocarburo saturado o alcano,1 para que así el alcano pueda
enlazarse a otro átomo o grupo de átomos.
Se puede suponer que un grupo alquilo puede formarse a
partir de un alcano, pero estos grupos no existen por separado (en ese caso se
llaman radicales alquilo), o sea, los grupos alquilo no son compuestos en sí
mismos, sino partes de compuestos mayores.2 Los grupos alquilo siempre se
encuentran unidos a otro átomo o grupo de átomos, como en el gráfico de la
derecha. A pesar de ello, es interesante considerarlos como partes que se
pueden separar pues esto facilita la nomenclatura de los compuestos orgánicos y
la comprensión del mecanismo de ciertas reacciones como la transmetilación.
Los carbohidratos o hidratos de carbono o también llamados
azúcares son los compuestos orgánicos más abundantes y a su vez los más
diversos. Están integrados por carbono, hidrógeno y oxígeno, de ahí su nombre.
Son parte importante de nuestra dieta, es decir, el conjunto de alimentos
consumidos en un día (no confundir con el régimen que se sigue para bajar de
peso o tratar algunas enfermedades). Entendiendo esto, la dieta está compuesta
principalmente por carbohidratos, lípidos y proteínas. Los carbohidratos se
clasifican en:
Simples: son azúcares de rápida absorción ya que por su
tamaño pueden empezarse a digerir desde la saliva; éstos generan la inmediata
secreción de insulina. Son aquellos que saben más dulces.
Complejos: son de absorción más lenta, y actúan más como
energía de reserva.
9. Lipidos:
Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas (la mayoría biomoléculas) compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno. Tienen como característica principal el ser hidrófobas (insolubles en agua) y solubles en disolventes orgánicos como la bencina, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (como los triglicéridos), la estructural (como los fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (como las hormonas esteroides).
10. Proteínas.
Las proteínas son los materiales que desempeñan un
mayor numero de funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado,
forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel,
uñas, etc.) y, por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras
(asimilación de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasas en la sangre,
inactivación de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los
elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la
estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de
organismos extraños en el sistema inmunitario.