3.7:
Compuestos Orgánicos
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Compuestos Orgánicos
Todos los seres vivos están formados principalmente de compuestos de carbono llamados compuestos orgánicos. La categoría de compuestos orgánicos incluye compuestos naturales y sintéticos que contienen carbono. Aunque la comunidad química aún no ha identificado una definición única y precisa, la mayoría están de acuerdo en que un rasgo definitorio de las moléculas orgánicas es la presencia de carbono como elemento principal, unido al hidrógeno y a otros átomos de carbono. Sin embargo, algunos compuestos que contienen carbono como los carbonatos, cianuros y óxidos simples (CO y CO2) no se clasifican como compuestos orgánicos.
Los compuestos orgánicos son componentes clave de plásticos, jabones, perfumes, edulcorantes, tejidos, productos farmacéuticos y muchas otras sustancias usadas diariamente. Los compuestos orgánicos incluyen compuestos provenientes de organismos vivos y aquellos sintetizados por químicos. La existencia de una amplia gama de moléculas orgánicas es una consecuencia de la capacidad de los átomos de carbono para formar hasta cuatro enlaces fuertes con otros átomos de carbono, lo que resulta en cadenas y anillos de muchos tamaños, formas y complejidades diferentes.
Hidrocarburos
Los compuestos orgánicos más simples contienen sólo los elementos carbono e hidrógeno y se llaman hidrocarburos. Los hidrocarburos pueden diferir en los tipos de enlaces carbono-carbono presentes en sus moléculas. Los que contienen solamente enlaces simples se llaman alcanos, mientras que los que contienen enlaces dobles o triples son alquenos y alquinos, respectivamente. Aunque todos los hidrocarburos están compuestos de sólo dos tipos de átomos (carbono e hidrógeno), hay una amplia variedad de hidrocarburos porque pueden consistir en cadenas de longitudes variables, cadenas ramificadas y anillos de átomos de carbono, o combinaciones de estas estructuras.
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| Butano (C4H10) | Isobutano (C4H10) | Ciclobutano (C4H8) |
Los hidrocarburos se utilizan todos los días, principalmente como combustibles, como el gas natural, acetileno, propano, butano y los principales componentes de la gasolina, el gasóleo y el aceite para calefacción. Los alcanos, o hidrocarburos saturados, contienen solamente enlaces covalentes simples entre sus átomos de carbono. Las propiedades tales como el punto de fusión y el punto de ebullición generalmente cambian predeciblemente a medida que cambia el número de átomos de carbono e hidrógeno en las moléculas.
Para nombrar un alcano simple, primero identifique el nombre base dependiendo del número de átomos de carbono en la cadena (met = 1, et = 2, prop = 3, but = 4, pent = 5, hex = 6, hept = 7, oct = 8, non = 9 y dec = 10). El nombre de la base va seguido de un sufijo, determinado por si el hidrocarburo es un alcano (-ano ), alqueno (-eno ) o alquino (-ino ). Por ejemplo, un alcano de dos carbonos se llama etano; un alcano de tres carbonos se llama propano; y un alcano de cuatro carbonos se llama butano. Las cadenas más largas se denominan de la siguiente forma: Pentano (cadena de 5 carbonos), hexano (6), heptano (7), octano (8), nonano (9), y decano (10).
Los alquenos y los alquinos son hidrocarburos no saturados que contienen enlaces dobles y triples, respectivamente, entre al menos dos átomos de carbono. Su nomenclatura sigue los mismos pasos que la de los alcanos: Nombre base + sufijo. Por ejemplo, una cadena de alqueno de dos carbonos se llama eteno, y un alquino de dos carbonos se llama etino; un alqueno de tres carbonos se llama propeno, y un alquino de tres carbonos se llama propino, y así sucesivamente.
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| Etano (C2H6) | Eteno (C2H4) | Etino (C2H2) |
Hidrocarburos Funcionalizados
La incorporación de un grupo funcional en moléculas que contienen carbono e hidrógeno conduce a nuevas familias de compuestos llamados hidrocarburos funcionalizados. El grupo funcional es un átomo o grupo de átomos característicos que determina principalmente las propiedades de los derivados de hidrocarburos.
Un tipo de grupo funcional es el grupo –OH. Los compuestos que tienen un grupo funcional –OH son alcoholes. El nombre del alcohol proviene del hidrocarburo del que se deriva. Por convención, la porción de hidrocarburo de la molécula se designa como 'R'; por lo tanto, la fórmula general de un alcohol es R–OH. La ‘–o’ final en el nombre del hidrocarburo se sustituirá por ‘–ol’. En el caso de un alcohol ramificado, el átomo de carbono al que se une el grupo –OH se indica mediante un número situado antes del nombre. A continuación se enumeran otros grupos funcionales comunes. Un grupo de compuestos que contienen el mismo grupo funcional forman una familia.
| Familia | Grupo funcional | Ejemplo | Fórmula | Nombre |
| Alcoholes |  |
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C 3H8O | Propanol |
| Éteres |  |
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C2H6O | Éter dimetilo |
| Aldehídos |  |
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C3H6O | Propanol |
| Cetonas |  |
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C3H6O | Propanona (acetona) |
| Ácidos carboxílicos |  |
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C3H6O2 | Ácido propanoico |
| Ésteres |  |
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C4H8O2 | Acetato de etilo |
| Aminas |  |
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C3H9N | Propilamina |
Los éteres son compuestos que contienen el grupo funcional –O–, con la fórmula general R–O–R’.
Otra clase de moléculas orgánicas contienen un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno por un enlace doble, comúnmente llamado grupo carbonilo. El carbono en el grupo carbonilo puede unirse a otros dos sustituyentes que conducen a varias subfamilias (aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres).
Los grupos funcionales relacionados con el grupo carbonilo incluyen el grupo –CHO de un aldehído, el grupo –CO– de una cetona, el grupo –CO2H de un ácido carboxílico y el grupo –CO2R de un éster. El grupo carbonilo, un enlace doble carbono-oxígeno, es la estructura clave en esta clase de moléculas orgánicas. Los aldehídos contienen al menos un átomo de hidrógeno unido al átomo de carbono carbonilo, las cetonas contienen dos grupos de carbono unidos al átomo de carbono carbonilo, los ácidos carboxílicos contienen un grupo hidroxilo unido al átomo de carbono carbonilo, y los ésteres contienen un átomo de oxígeno unido a otro grupo de carbono conectado al átomo de carbono carbonilo. Todos estos compuestos contienen átomos de carbono oxidados en relación con el átomo de carbono de un grupo de alcohol.
La adición de nitrógeno en un marco orgánico conduce a dos familias de moléculas, a saber, aminas y amidas. Los compuestos que contienen un átomo de nitrógeno unido en un marco de hidrocarburos se clasifican como aminas. Los compuestos que tienen un átomo de nitrógeno unido a un lado de un grupo carbonilo se clasifican como amidas. Las aminas son un grupo funcional básico. Las aminas y los ácidos carboxílicos pueden combinarse en una reacción de condensación para formar amidas.
Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 20: Introducción, Openstax, Química 2e, Sección 20.1: Hidrocarburos, Openstax, Química 2e, Sección 20.2: Alcoholes y éteres, Openstax, Química 2e, Sección 20,2: Aldehídos, Cetonas, Ácidos carboxílicos, y Ésteres, y Openstax, Química 2e, Sección 20.2: Aminas y amidas.