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Timestamp: 2020-04-09 17:39:03+00:00

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Quimica Organica | L.G. Wade, Jr. | download
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que4292
del3429
ch33013
para2754
con2736
las2150
enlace1437
como1424
carbono1335
ch21079
grupo953
de carbono817
enlaces792
reacciones714
tiene662
compuestos625
grupos593
estructura587
alquilo570
figura549
electrones542
problema542
de las526
compuesto516
cuando515
producto508
alcoholes500
puede498
por lo488
que el484
esta479
productos458
protones433
para formar422
ejemplo420
alquenos413
mecanismo399
reactivos388
espectro388
muestra382
paso380
problemas375
enlace doble366
agua358
siguientes349
rmn348
átomo de carbono346
de enlace342
resonancia339
un enlace336
anillo335
SA PORT WADE VOL1 CR.pdf
Compuestos orgánicos y grupos funcionales comunes
R 9H
CH 3CH2CH2CH3
R 9X
X ⫽ F, Cl, Br o I
CH 3CH2CH2Cl
R 9CH" CH9R⬘
enlace doble carbono-carbono
CH3CH2 9CH" CH2
R 9C # C9 R⬘
enlace triple carbono-carbono
CH3 9C #C 9CH3
anillo de benceno,
R 9OH
CH3CH2 9OH
Ar 9OH
grupo hidroxilo en un anillo
R 9SH
R 9O9 R⬘
oxígeno entre dos grupos alquilo
CH 3CH2 9O9 CH2CH3
C 9C 9
éter en un anillo de 3 miembros
R 9 C 9R⬘
R 9 C 9H
CH3 9 C 9CH3
CH3CH2 9 C 9H
R 9 C 9OH
CH 3 9 C 9OH
R 9 C 9O9 R⬘
CH3 9 C 9O9 CH2CH3
H9 C 9 N(CH 3)2
R 9 C 9NH2
R9NH2
CH3CH2 9NH2
R9C #N
CH3CH2 9C #N
R9NO2
CH3CH2 9NO2
Darmstadio Roentgenio
*Entre paréntesis están los números de masa de los isótopos más estables o mejor conocidos de los elementos radiactivos.
Serie de los actínidos:
* Serie de los lantánidos:
Masa atómica*
Lawrencio Rutherfordio
Grupos comunes en química orgánica
Reactivos y disolventes comunes
CH3 9 C9R
H2C "CH 9CH2 9R
ter-butiloxicarbonilo
(CH3)3C 9O 9 C9R
Ph9CH2 9R
CH3 9CH2 9CH2 9CH2 9R
(CH3)2CH 9CH2 9R
CH3!CH2! C H!R
(CH3)3C 9R
Ph9 C 9R
Cbz (o Z)
benciloxicarbonilo
CH3 9 C9 O9C9 CH3
Ph9CH2 9O 9 C9R
CH3 9CH2 9R
DIBAL o DIBAH
hidruro de diisobutilaluminio
N"C"N
CH3 9 O9 CH2CH2 9 O9 CH3
DME, “glima”
éter bis(2-metoxietílico)
(CH3 9 O 9 CH2CH2)2O
H 9 C 9 N (CH3)2
CH3 9 S9 CH3
EtO ⫺
CH3CH2 9 O⫺
CH3CH2 9 O 9 CH2CH3
HMPA, HMPT
hexametiltriamida del ácido
fosfórico o hexametilfosforamida
[(CH3)2CH]2N⫺ Li⫹
[(CH3)2N]3 P" O
CH3 9R
MeO ⫺
ion metóxido
C9O9O9H
sec-isoamilo
CH3 9CH2 9CH2 9R
(CH3)2CH 9R
(CH3)2CH 9 C H!R
tetrahidropiranilo
para-toluensulfonilo, “tosilo”
ter-butóxido de potasio
N 9 Br
CH3 9 C9 CH " CH2
CH3 9 O⫺
pyr ⭈ CrO3 ⭈ HCl
H2C "C 9
No todas estas abreviaturas se emplean en este texto, pero se ofrecen como
(CH3)3C 9 OH
(CH3)3C 9 O⫺ K⫹
Ma. Aurora Lanto Arriola
Juan Manuel Juárez Ruiz
Gonzalo Trujillo Chávez
Química orgánica. Volumen 1
ISBN: 978-607-32-0790-4
Authorized translation from the English language edition, entitled ORGANIC CHEMISTRY, 7th Edition, by LEROY
WADE, published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright © 2010. All rights reserved.
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés, titulada ORGANIC CHEMISTRY, 7a. edición, por LEROY WADE,
publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright © 2010. Todos los derechos reservados.
ISBN VERSIÓN IMPRESA: 978-607-32-0790-4
ISBN VERSIÓN E-BOOK: 978-607-32-0791-1
ISBN E-CHAPTER:
978-607-32-0792-8
L. G. “Skip” Wade
decidió especializarse en química durante su
segundo año de estudiante en la Rice University, mientras tomaba clases de química orgánica con el profesor Ronald M. Magid. Después de titularse en la Rice
University, en 1969, Wade ingresó a la Harvard University, donde realizó investigaciones con el profesor James D. White. Mientras estudiaba en Harvard fungió
como Director de los Laboratorios orgánicos y fue influenciado en gran medida por
los métodos técnicos de dos educadores de maestría, los profesores Leonard K.
Nash y Frank H. Westheimer.
Después de completar su doctorado en Harvard en 1974, el Dr. Wade se unió a la
Facultad de química en la Colorado State University. En el transcurso de quince
años, el Dr. Wade enseñó química orgánica a miles de estudiantes dirigida hacia las
carreras de todas las áreas de biología, química, medicina humana, medicina veterinaria y estudios ambientales. También realizó ensayos de investigación en las
síntesis orgánicas y en la educación química, y escribió once libros que revisan la
investigación actual en las síntesis orgánicas. Desde 1989, el Dr. Wade ha sido profesor de química en el Whitman College, donde enseña química orgánica y realiza
investigaciones sobre síntesis orgánica y química forense. El Dr. Wade recibió el premio A. E. Lange por el Distinguished Science Teaching en Whitman en 1993.
El interés del Dr. Wade en la ciencia forense lo ha llevado a testificar como perito
en casos de la corte que involucran drogas y armas de fuego; ha trabajado como
instructor de armas de fuego en la policía, como consultor de drogas y oficial de
seguridad de navegación en bote. También disfruta reparar y restaurar violines y
arcos antiguos, lo cual ha realizado de manera profesional por muchos años.
A mis estudiantes y colegas
en el Whitman College
Introducción y repaso 1
Estructura y propiedades de las moléculas orgánicas 40
Estructura y estereoquímica de los alcanos 83
El estudio de las reacciones químicas 127
Estereoquímica 169
Haluros de alquilo: sustitución nucleofílica y eliminación 215
Estructura y síntesis de los alquenos 281
Reacciones de los alquenos 323
Alquinos 388
Estructura y síntesis de los alcoholes 421
Reacciones de los alcoholes 464
Espectroscopia infrarroja y espectrometría de masas 510
Espectroscopia de resonancia magnética nuclear 561
Éteres, epóxidos y sulfuros 625
Respuestas a problemas seleccionados R1
Créditos fotográficos CF1
Sistemas conjugados, simetría orbital y espectroscopia
ultravioleta 665
Compuestos aromáticos 707
Reacciones de los compuestos aromáticos 751
Cetonas y aldehídos 807
Aminas 872
Ácidos carboxílicos 937
Derivados de ácidos carboxílicos 980
Condensaciones y sustituciones en alfa de compuestos
carbonílicos 1043
Carbohidratos y ácidos nucleicos 1097
Aminoácidos, péptidos y proteínas 1153
Lípidos 1200
Polímeros sintéticos 1222
Acerca del autor v
Los orígenes de la química orgánica 1
Principios de la estructura atómica 3
Formación de enlaces: la regla del octeto 6
Estructuras de Lewis 7
Enlaces múltiples 8
Resumen: Patrones de enlaces comunes (neutros) 9
Electronegatividad y polaridad de enlace 9
Cargas formales 10
Estructuras iónicas 12
Resumen: Patrones comunes de enlace en los compuestos orgánicos y iones 13
Fórmulas estructurales 17
Fórmulas moleculares y empíricas 20
Ácidos y bases de Arrhenius 21
Ácidos y bases de Brønsted-Lowry 22
Ácidos y bases de Lewis 29
Problemas de estudio 34
DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS 40
Propiedades ondulatorias de los electrones en los orbitales 40
Orbitales moleculares 42
Enlace pi 45
Hibridación y formas moleculares 46
Cómo dibujar moléculas tridimensionales 50
Reglas generales de hibridación y geometría 51
Rotación de enlaces 55
Isomería 57
Polaridad de enlaces y moléculas 59
Fuerzas intermoleculares 62
Efecto de la polaridad sobre la solubilidad 66
Hidrocarburos 69
Compuestos orgánicos que contienen oxígeno 72
Compuestos orgánicos que contienen nitrógeno 74
Glosario 76
Problemas de estudio 79
ESTEREOQUÍMICA DE LOS ALCANOS 83
3-1 Clasificación de los hidrocarburos (repaso) 83
3-2 Fórmulas moleculares de los alcanos 84
3-3 Nomenclatura de los alcanos 85
Resumen: Reglas para nombrar los alcanos 90
3-4 Propiedades físicas de los alcanos 91
3-5 Usos y fuentes de los alcanos 93
3-6 Reacciones de los alcanos 95
3-7 Estructura y conformaciones de los alcanos 96
3-8 Conformaciones del butano 100
3-9 Conformaciones de alcanos más grandes 102
3-10 Cicloalcanos 102
3-11 Isomería cis-trans en los cicloalcanos 105
3-12 Estabilidad de los cicloalcanos. Tensión de anillo 105
3-13 Conformaciones del ciclohexano 109
Estrategia para resolver problemas: Cómo dibujar conformaciones
de silla 112
3-14 Conformaciones de ciclohexanos monosustituidos 113
3-15 Conformaciones de ciclohexanos disustituidos 116
Estrategia para resolver problemas: Cómo reconocer isómeros
cis y trans 118
3-16 Moléculas bicíclicas 119
Problemas de estudio 124
4-1 Introducción 127
4-2 Cloración del metano 127
4-3 Reacción en cadena de radicales libres 128
Mecanismo clave: Halogenación por radicales libres 130
Constantes de equilibrio y energía libre 132
Entalpía y entropía 135
Entalpías de disociación de enlace 136
Cambios de entalpía en reacciones de cloración 137
Cinética y la ecuación de rapidez 139
Energía de activación y dependencia de la rapidez de reacción
con respecto a la temperatura 141
Estados de transición 142
Rapidez de reacciones con varios pasos 144
La halogenación y su dependencia de la temperatura 145
Halogenación selectiva 146
Postulado de Hammond 151
Estrategia para resolver problemas: Cómo proponer mecanismos
de reacción 153
4-15 Inhibidores de radicales 155
4-16 Intermediarios reactivos 156
Resumen: Intermediarios reactivos 162
Problemas de estudio 165
Quiralidad 170
Nomenclatura (R) y (S) de los átomos de carbono asimétricos 176
Actividad óptica 181
Discriminación biológica de enantiómeros 186
Mezclas racémicas 187
Exceso enantiomérico y pureza óptica 188
Quiralidad de sistemas conformacionalmente móviles 189
Compuestos quirales sin átomos asimétricos 191
Proyecciones de Fischer 193
Resumen: Las proyecciones de Fischer y su uso 198
Diasterómeros 198
Resumen: Tipos de isómeros 199
Estereoquímica de moléculas con dos o más carbonos asimétricos 200
Compuestos meso 201
Configuraciones absoluta y relativa 203
Propiedades físicas de los diasterómeros 205
Resolución de enantiómeros 206
Problemas de estudio 211
HALUROS DE ALQUILO:
SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA Y ELIMINACIÓN 215
Nomenclatura de los haluros de alquilo 216
Usos comunes de los haluros de alquilo 218
Estructura de los haluros de alquilo 220
Propiedades físicas de los haluros de alquilo 221
Preparación de haluros de alquilo 223
Resumen: Métodos para preparar haluros de alquilo 226
6-7 Reacciones de los haluros de alquilo: sustitución nucleofílica y eliminación 228
6-8 Sustitución nucleofílica de segundo orden: la reacción SN2 229
Mecanismo clave: La reacción SN2 230
6-9 Generalidades de la reacción SN2 231
Resumen: Reacciones SN2 de los haluros de alquilo 231
6-10 Factores que influyen en las reacciones SN2: fuerza del nucleófilo 233
Resumen: Tendencia en la nucleofilia 234
6-11 Reactividad del sustrato en reacciones SN2 237
6-12 Estereoquímica de la reacción SN2 241
6-13 Sustitución nucleofílica de primer orden: reacción SN1 243
Mecanismo clave: La reacción SN1 244
6-14 Estereoquímica de la reacción SN1 247
6-15 Reordenamientos en las reacciones SN1 249
6-16 Comparación de las reacciones SN1 y SN2 252
Resumen: Sustituciones nucleofílicas 254
6-17 Eliminación de primer orden: reacción E1 255
Mecanismo clave: La reacción E1 255
Resumen: Reacciones de los carbocationes 259
6-18 Orientación posicional de la eliminación: regla de Zaitsev 260
6-19 Eliminación de segundo orden: reacción E2 261
Mecanismo clave: La reacción E2 262
6-20 Estereoquímica de la reacción E2 264
6-21 Comparación de los mecanismos de eliminación E1 y E2 265
Resumen: Reacciones de eliminación 267
Estrategia para resolver problemas: Predicción de sustituciones nucleofílicas
y eliminaciones 267
Resumen: Reacciones de los haluros de alquilo 270
Problemas de estudio 276
Introducción 281
Descripción orbital del enlace doble de los alquenos 282
Elementos de insaturación 283
Nomenclatura de los alquenos 285
Nomenclatura de los isómeros cis-trans 287
Resumen: Reglas para nombrar a los alquenos 289
Importancia comercial de los alquenos 290
Estabilidad de los alquenos 292
Propiedades físicas de los alquenos 298
Síntesis de alquenos por eliminación de haluros de alquilo 300
Síntesis de alquenos por deshidratación de alcoholes 308
Mecanismo clave: Deshidratación de un alcohol catalizada
con un ácido 309
7-11 Síntesis de alquenos mediante métodos industriales
a altas temperaturas 311
de reacción 312
Resumen: Métodos para sintetizar alquenos 316
Problemas de estudio 319
REACCIONES DE ALQUENOS 323
8-1 Reactividad del enlace doble carbono-carbono 323
8-2 Adición electrofílica a alquenos 324
Mecanismo clave: Adición electrofílica a alquenos 324
Adición de haluros de hidrógeno a alquenos 326
Adición de agua: hidratación de alquenos 332
Hidratación por oximercuración-desmercuración 335
Alcoximercuración-desmercuración 337
Hidroboración de alquenos 338
Adición de halógenos a alquenos 344
Formación de halohidrinas 347
Hidrogenación catalítica de los alquenos 350
Adición de carbenos a alquenos 352
Epoxidación de alquenos 355
Apertura de epóxidos catalizada por ácido 357
Hidroxilación sin de alquenos 360
Ruptura oxidativa de alquenos 362
Polimerización de alquenos 365
Metátesis de olefinas 369
Estrategia para resolver problemas: Síntesis orgánica 372
Resumen: Reacciones de alquenos 374
Glosario 379
Problemas de estudio 382
Nomenclatura de los alquinos 389
Propiedades físicas de los alquinos 390
Importancia comercial de los alquinos 390
Estructura electrónica de los alquinos 392
Acidez de los alquinos. Formación de iones acetiluro 393
Síntesis de alquinos a partir de acetiluros 395
Síntesis de alquinos por reacciones de eliminación 399
Resumen: Síntesis de alquinos 400
9-9 Reacciones de adición de alquinos 401
9-10 Oxidación de alquinos 411
Estrategia para resolver problemas: Síntesis multipasos 413
Resumen: Reacciones de los alquinos 414
Glosario 417
Problemas de estudio 418
Estructura y clasificación de los alcoholes 421
Nomenclatura de alcoholes y fenoles 423
Propiedades físicas de los alcoholes 427
Alcoholes comercialmente importantes 429
Acidez de los alcoholes y fenoles 431
Síntesis de alcoholes: introducción y repaso 434
Resumen: Síntesis de alcoholes previas 434
10-8 Reactivos organometálicos para síntesis de alcoholes 436
10-9 Adición de reactivos organometálicos a compuestos carbonílicos 439
Mecanismo clave: Reacciones de Grignard 439
Resumen: Reacciones de Grignard 446
10-10 Reacciones secundarias de los reactivos organometálicos:
reducción de haluros de alquilo 447
10-11 Reducción del grupo carbonilo: síntesis de alcoholes 1° y 2° 449
Resumen: Reacciones de LiAlH4 y NaBH4 452
Resumen: Síntesis de alcoholes mediante adiciones nucleofílicas
a grupos carbonilo 453
10-12 Tioles (mercaptanos) 455
Glosario 457
Problemas de estudio 459
Estados de oxidación de los alcoholes y grupos funcionales relacionados 464
Oxidación de alcoholes 466
Métodos adicionales para la oxidación de alcoholes 469
Oxidación biológica de los alcoholes 471
Alcoholes como nucleófilos y electrófilos. Formación de tosilatos 472
Resumen: Reacciones SN2 de los ésteres tosilato 475
Reducción de alcoholes 475
Reacciones de alcoholes con ácidos hidrohálicos
(haluros de hidrógeno) 476
Reacciones de alcoholes con haluros de fósforo 481
Reacciones de alcoholes con cloruro de tionilo 482
Reacciones de deshidratación de alcoholes 484
de reacción 488
11-11 Reacciones exclusivas de los dioles 491
11-12 Esterificación de alcoholes 493
11-13 Ésteres de ácidos inorgánicos 494
11-14 Reacciones de los alcóxidos 497
Mecanismo clave: Síntesis de Williamson de éteres 497
Estrategia para resolver problemas: Síntesis de múltiples pasos 499
Resumen: Reacciones de los alcoholes 502
Glosario 504
Problemas de estudio 506
Y ESPECTROMETRÍA DE MASAS 510
Espectro electromagnético 511
Región infrarroja 512
Vibraciones moleculares 513
Vibraciones activas e inactivas en el IR 515
Medición del espectro IR 516
Espectroscopia infrarroja de hidrocarburos 519
Absorciones características de alcoholes y aminas 524
Absorciones características de los compuestos carbonílicos 525
Absorciones características de los enlaces C!N 531
Resumen simplificado de las frecuencias de estiramientos IR 532
Lectura e interpretación de los espectros IR (problemas resueltos) 534
Introducción a la espectrometría de masas 539
Determinación de la fórmula molecular por medio de la espectrometría
de masas 543
12-15 Patrones de fragmentación en la espectrometría de masas 546
Resumen: Patrones de fragmentación comunes 551
Glosario 553
Problemas de estudio 554
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR 561
Introducción 561
Teoría de la resonancia magnética nuclear 561
Protección magnética por parte de los electrones 564
Espectrómetro de RMN 566
Desplazamiento químico 567
Número de señales 574
Áreas de las señales 575
13-8 Desdoblamiento espín-espín 578
Estrategia para resolver problemas: Dibujo de un espectro de RMN 583
13-9 Desdoblamiento complejo 587
13-10 Protones estereoquímicamente no equivalentes 590
13-11 Dependencia del tiempo de la espectroscopia de RMN 593
Estrategia para resolver problemas: Interpretación de los espectros de RMN
de protón 596
13-12 Espectroscopia de RMN de carbono-13 601
13-13 Interpretación de los espectros de RMN de carbono 609
13-14 Imagen por resonancia magnética nuclear 611
Estrategia para resolver problemas: Problemas de espectroscopia 612
Glosario 616
Problemas de estudio 618
Propiedades físicas de los éteres 625
Nomenclatura de los éteres 630
Espectroscopia de los éteres 633
Síntesis de Williamson de éteres 635
Síntesis de éteres por alcoximercuración-desmercuración 636
Síntesis industrial: deshidratación bimolecular de los alcoholes 637
Resumen: Síntesis de éteres (repaso) 638
Ruptura de éteres por HBr y HI 638
Autooxidación de los éteres 641
Resumen: Reacciones de los éteres 641
Sulfuros (tioéteres) 642
Síntesis de epóxidos 644
Resumen: Síntesis de epóxidos 647
Apertura del anillo de los epóxidos catalizada por un ácido 648
Apertura del anillo de los epóxidos catalizada por una base 651
Orientación de la apertura del anillo del epóxido 652
Reacciones de los epóxidos con reactivos de Grignard y de organolitio 654
Resinas epóxicas: la llegada de los pegamentos modernos 655
Resumen: Reacciones de los epóxidos 657
Glosario 658
Problemas de estudio 660
RMN: Desplazamientos químicos de los protones A2
RMN: Constantes de acoplamiento espín-espín A4
RMN: Desplazamientos químicos de 13C en compuestos orgánicos A5
IR: Frecuencias infrarrojas características de los grupos A6
IR: Absorciones infrarrojas características de los grupos funcionales A9
UV: Reglas de Woodward-Fieser para la predicción de los
espectros UV-Visible A11
4A Métodos y sugerencias para proponer mecanismos A15
4B Sugerencias para el desarrollo de síntesis multipasos A18
Valores de pKa para los compuestos representativos A19
SISTEMAS CONJUGADOS, SIMETRÍA
ORBITAL Y ESPECTROSCOPIA ULTRAVIOLETA 665
Introducción 665
Estabilidades de los dienos 665
Representación del orbital molecular de un sistema conjugado 667
Cationes alílicos 671
Adiciones 1,2 y 1,4 a dienos conjugados 672
Control cinético y control termodinámico en la adición de HBr
al 1,3-butadieno 674
Radicales alílicos 676
Orbitales moleculares del sistema alílico 678
Configuraciones electrónicas del radical, catión y anión alilo 680
Reacciones de desplazamiento SN2 de haluros y tosilatos alílicos 681
La reacción de Diels-Alder 682
Mecanismo clave: Reacción de Diels-Alder 682
15-12 Reacción de Diels-Alder como ejemplo de una reacción pericíclica 691
15-13 Espectroscopia de absorción en el ultravioleta 694
Glosario 701
Problemas de estudio 703
Introducción: el descubrimiento del benceno 707
Estructura y propiedades del benceno 707
Los orbitales moleculares del benceno 711
Representación del ciclobutadieno con orbitales moleculares 714
Compuestos aromáticos, antiaromáticosy no aromáticos 716
Regla de Hückel 716
Deducción de la regla de Hückel con orbitales moleculares 718
Iones aromáticos 719
Compuestos aromáticos heterocíclicos 725
Hidrocarburos aromáticos polinucleares 729
Alótropos aromáticos del carbono 731
Compuestos heterocíclicos fusionados 733
Nomenclatura de los derivados de benceno 734
Propiedades físicas del benceno y sus derivados 736
Espectroscopia de los compuestos aromáticos 737
Glosario 740
Problemas de estudio 742
17-1 Sustitución electrofílica aromática 751
Mecanismo clave: Sustitución electrofílica aromática 752
17-2 Halogenación del benceno 753
17-3 Nitración del benceno 755
17-4 Sulfonación del benceno 757
17-5 Nitración del tolueno: efecto del grupo alquilo sobre la sustitución 759
17-6 Sustituyentes activadores, orientadores orto-para 761
Resumen: Grupos y compuestos activadores, orientadores orto-para 764
17-7 Sustituyentes desactivadores, orientadores meta 765
Resumen: Desactivadores, orientadores meta 768
17-8 Sustituyentes halogenados: desactivadores, pero orientadores orto-para 768
Resumen: Efectos de orientación de los sustituyentes 770
17-9 Efectos de múltiples sustituyentes sobre la sustitución electrofílica
aromática 770
17-10 Alquilación Friedel-Crafts 773
17-11 Acilación de Friedel-Crafts 777
Resumen: Comparación de la alquilación y
la acilación de Friedel-Crafts 780
17-12 Sustitución nucleofílica aromática 782
17-13 Reacciones de adición de los derivados del benceno 787
17-14 Reacciones en cadenas laterales de los derivados del benceno 789
17-15 Reacciones de los fenoles 793
Resumen: Reacciones de los compuestos aromáticos 796
Glosario 799
Problemas de estudio 802
Compuestos carbonílicos 807
Estructura del grupo carbonilo 808
Nomenclatura de cetonas y aldehídos 808
Propiedades físicas de las cetonas y aldehídos 811
Espectroscopia de las cetonas y aldehídos 813
Importancia industrial de las cetonas y aldehídos 820
Repaso de las síntesis de cetonas y aldehídos 820
Síntesis de cetonas y aldehídos mediante 1,3-ditianos 824
Síntesis de cetonas a partir de ácidos carboxílicos 825
Síntesis de cetonas a partir de nitrilos 826
Síntesis de aldehídos y cetonas a partir de cloruros de ácido 827
Resumen: Síntesis de cetonas y aldehídos 828
18-12 Reacciones de cetonas y aldehídos: adición nucleofílica 831
Mecanismos clave: Adiciones nucleofílicas a grupos
carbonilo 833
Reacción de Wittig 834
Hidratación de cetonas y aldehídos 838
Formación de cianohidrinas 840
Formación de iminas 842
Mecanismo clave: Formación de iminas 842
18-17 Condensaciones con hidroxilamina e hidracinas 845
Resumen: Condensaciones de aminas con cetonas y aldehídos 846
18-18 Formación de acetales 847
Mecanismo clave: Formación de acetales 848
de reacción 850
18-19 Uso de acetales como grupos protectores 852
18-20 Oxidación de aldehídos 854
18-21 Reducciones de cetonas y aldehídos 854
Resumen: Reacciones de cetonas y aldehídos 857
Glosario 860
Problemas de estudio 863
Introducción 872
Nomenclatura de las aminas 873
Estructura de las aminas 875
Propiedades físicas de las aminas 877
Basicidad de aminas 879
Efectos de la basicidad de las aminas 880
Sales de aminas 882
Sales de aminas como catalizadores de transferencia de fase 884
Espectroscopia de aminas 886
Reacciones de aminas con cetonas y aldehídos (repaso) 890
Sustitución aromática de arilaminas y piridina 890
Alquilación de aminas por haluros de alquilo 894
Acilación de aminas por cloruros de ácido 895
Formación de sulfonamidas 897
Aminas como grupos salientes: eliminación de Hofmann 898
Oxidación de aminas; eliminación de Cope 902
Reacciones de aminas con ácido nitroso 904
Reacciones de sales de arildiazonio 906
Resumen: Reacciones de aminas 910
19-19 Síntesis de aminas por aminación reductiva 912
19-20 Síntesis de aminas por acilación-reducción 915
19-21 Síntesis limitada a aminas primarias 916
Resumen: Síntesis de aminas 923
Glosario 925
Problemas de estudio 928
Introducción 937
Nomenclatura de los ácidos carboxílicos 937
Estructura y propiedades físicas de los ácidos carboxílicos 941
Acidez de los ácidos carboxílicos 942
Sales de los ácidos carboxílicos 946
Fuentes comerciales de los ácidos carboxílicos 949
Espectroscopia de los ácidos carboxílicos 950
Síntesis de ácidos carboxílicos 954
Resumen: Síntesis de ácidos carboxílicos 957
20-9 Reacciones de ácidos carboxílicos y derivados; sustitución nucleofílica
sobre el grupo acilo 958
20-10 Condensación de ácidos con alcoholes: esterificación de Fischer 960
Mecanismo clave: Esterificación de Fischer 961
Esterificación usando diazometano 964
Condensación de ácidos con aminas: síntesis directa de amidas 965
Reducción de ácidos carboxílicos 965
Alquilación de ácidos carboxílicos para formar cetonas 967
Síntesis y usos de cloruros de ácido 968
Resumen: Reacciones de ácidos carboxílicos 970
Glosario 972
Problemas de estudio 973
Introducción 980
Estructura y nomenclatura de los derivados de ácido 981
Propiedades físicas de los derivados de ácidos carboxílicos 987
Espectroscopia de los derivados de ácidos carboxílicos 989
Interconversión de los derivados de ácido por la sustitución
nucleofílica en el grupo acilo 996
Mecanismo clave: Mecanismo de adición-eliminación para la sustitución nucleofílica de grupos acilo 997
21-6 Transesterificación 1005
de reacción 1006
Hidrólisis de los derivados de ácidos carboxílicos 1008
Reducción de derivados de ácido 1013
Reacciones de derivados de ácido con reactivos organometálicos 1015
Resumen de la química de los cloruros de ácido 1017
Resumen de la química de anhídridos 1018
Resumen de la química de los ésteres 1021
Resumen de la química de las amidas 1024
Resumen de la química de los nitrilos 1027
Tioésteres 1028
Ésteres y amidas del ácido carbónico 1030
Glosario 1032
Problemas de estudio 1034
CONDENSACIONES Y SUSTITUCIONES
EN ALFA DE COMPUESTOS CARBONÍLICOS 1043
Introducción 1043
Enoles e iones enolato 1044
Alquilación de los iones enolato 1048
Formación y alquilación de enaminas 1049
Halogenación en alfa de cetonas 1052
a-Bromación de ácidos: la reacción de HVZ 1057
Condensación aldólica de cetonas y aldehídos 1057
Mecanismo clave: Condensación aldólica catalizada
por base 1058
22-8 Deshidratación de los productos aldólicos 1061
Mecanismo clave: Deshidratación de un aldol
catalizada por base 1061
22-9 Condensaciones aldólicas cruzadas 1062
de reacción 1063
22-10 Ciclaciones aldólicas 1065
22-11 Diseño de síntesis mediante condensaciones aldólicas 1066
22-12 Condensación de Claisen de ésteres 1067
Mecanismo clave: Condensación de Claisen de ésteres 1068
Condensación de Dieckmann: una ciclación de Claisen 1070
Condensaciones de Claisen cruzadas 1071
Síntesis con compuestos b-dicarbonílicos 1074
Síntesis con el éster malónico 1076
Síntesis con el éster acetoacético 1079
Adiciones conjugadas: reacción de Michael 1081
Anillación de Robinson 1085
de reacción 1086
Resumen: Adiciones y condensaciones de enolatos 1088
Glosario 1090
Problemas de estudio 1092
Introducción 1097
Clasificación de los carbohidratos 1098
Monosacáridos 1099
Diasterómeros eritro y treo 1102
Epímeros 1103
Estructuras cíclicas de los monosacáridos 1104
Anómeros de los monosacáridos; mutarrotación 1108
Reacciones de los monosacáridos: reacciones secundarias en medio básico 1110
Reducción de monosacáridos 1112
Oxidación de los monosacáridos; azúcares reductores 1113
Azúcares no reductores: formación de glicósidos 1115
Formación de éteres y ésteres 1117
Reacciones con fenilhidracina: formación de osazonas 1119
Acortamiento de la cadena: degradación de Ruff 1120
Alargamiento de la cadena: síntesis de Kiliani-Fischer 1121
Resumen: Reacciones de los azúcares 1122
Comprobación de Fischer de la configuración de la glucosa 1124
Determinación del tamaño del anillo; ruptura de los azúcares
por ácido peryódico 1127
Disacáridos 1129
Polisacáridos 1134
Ácidos nucleicos: introducción 1137
Ribonucleósidos y ribonucleótidos 1139
Estructura del ácido ribonucleico 1141
Desoxirribosa y la estructura del ácido desoxirribonucleico 1141
Funciones adicionales de los nucleótidos 1145
Glosario 1147
Problemas de estudio 1149
Introducción 1153
Estructura y estereoquímica de los a-aminoácidos 1154
Propiedades ácido-base de los aminoácidos 1158
Puntos isoeléctricos y electroforesis 1160
Síntesis de los aminoácidos 1161
Resumen: Síntesis de aminoácidos 1166
Resolución de aminoácidos 1167
Reacciones de aminoácidos 1167
Resumen: Reacciones de aminoácidos 1170
Estructura y nomenclatura de péptidos y proteínas 1170
Determinación de la estructura de péptidos 1174
Síntesis de péptidos en disolución 1180
Síntesis de péptidos en fase sólida 1183
Clasificación de las proteínas 1188
Niveles de la estructura de las proteínas 1188
Desnaturalización de las proteínas 1191
Glosario 1193
Problemas de estudio 1196
Introducción 1200
Ceras 1200
Triglicéridos 1201
Saponificación de grasas y aceites: jabones y detergentes 1205
Fosfolípidos 1208
Esteroides 1210
Prostaglandinas 1213
Terpenos 1214
Glosario 1217
Problemas de estudio 1219
Introducción 1222
Polímeros de adición 1223
Estereoquímica de los polímeros 1229
Control estereoquímico de la polimerización;
catalizadores de Ziegler-Natta 1230
Cauchos naturales y sintéticos 1230
Copolímeros de dos o más monómeros 1232
Polímeros de condensación 1232
Estructura y propiedades de los polímeros 1236
Glosario 1238
Problemas de estudio 1239
CAPÍTULO 4 Halogenación por radicales libres 130
CAPÍTULO 6 La reacción SN2 230
La reacción SN1 244
La reacción E1 255
La reacción E2 262
CAPÍTULO 7 Deshidratación de un alcohol catalizada con un ácido 309
CAPÍTULO 8 Adición electrofílica a alquenos 324
CAPÍTULO 10 Reacciones de Grignard 439
CAPÍTULO 11 Síntesis de Williamson de éteres 497
CAPÍTULO 15 Reacción de Diels-Alder 682
CAPÍTULO 17 Sustitución electrofílica aromática 752
CAPÍTULO 18 Adiciones nucleofílicas a grupos carbonilo 833
Formación de acetales 848
CAPÍTULO 20 Esterificación de Fischer 961
CAPÍTULO 21 Mecanismo de adición-eliminación para la sustitución
nucleofílica de grupos acilo 997
CAPÍTULO 22 Condensación aldólica catalizada por base 1058
Deshidratación de un aldol catalizada por base 1061
Condensación de Claisen de ésteres 1068
CAPÍTULO 6 Bromación alílica 225
Inversión de configuración en la reacción SN2 241
Racemización en la reacción SN1 248
Desplazamiento de hidruro en una reacción SN1 250
Desplazamiento de metilo en una reacción SN1 251
Reordenamiento en una reacción E1 258
CAPÍTULO 7 Deshidrohalogenación mediante el mecanismo E2 300
Estereoquímica de la reacción E2 302
Desbromación de un dibromuro vecinal 306
CAPÍTULO 8 Adición iónica de HX a un alqueno 327
Adición de HBr a alquenos por radicales libres 329
Hidratación de un alqueno catalizada por ácido 333
Oximercuración de un alqueno 335
Hidroboración de un alqueno 340
Adición de halógenos a alquenos 345
Epoxidación de alquenos 356
Metátesis de olefinas 372
CAPÍTULO 9 Reducción con metal-amoniaco de un alquino 404
Tautomería ceto-enol catalizada por un ácido 408
Tautomería ceto-enol catalizada con una base 410
CAPÍTULO 10 Reducción de un grupo carbonilo mediante un hidruro 450
CAPÍTULO 11 Reacción de un alcohol terciario con HBr (SN1) 477
Reacción de un alcohol primario con HBr (SN2) 477
Reacción de alcoholes con PBr3 481
(Repaso): deshidratación de un alcohol catalizada
por ácido 484
CAPÍTULO 14 Ruptura de un éter por HBr o HI 639
Apertura de epóxidos catalizada por un ácido en agua 648
Apertura de epóxidos catalizada por un ácido en una
disolución con alcohol 649
Apertura de epóxidos catalizada por una base 651
CAPÍTULO 15 Adiciones 1,2 y 1,4 a un dieno conjugado 673
Bromación alílica por radicales libres 676
CAPÍTULO 17 Bromación del benceno 753
Nitración del benceno 756
Sulfonación del benceno 757
Alquilación de Friedel–Crafts 774
Acilación de Friedel–Crafts 778
Sustitución nucleofílica aromática (adición-eliminación) 783
(mecanismo del bencino) 786
La reducción de Birch 788
CAPÍTULO 18 Reacción Wittig 836
Hidratación de cetonas y aldehídos 839
Reducción de Wolff–Kishner 857
CAPÍTULO 19 Sustitución electrofílica aromática de la piridina 892
Sustitución nucleofílica aromática de la piridina 893
Acilación de una amina por un cloruro de ácido 895
Eliminación de Hofmann 899
Eliminación de Cope de un óxido de amina 903
Diazotización de una amina 904
Reordenamiento de Hofmann de amidas 921
CAPÍTULO 20 Sustitución nucleofílica sobre el grupo acilo en la hidrólisis
básica de un éster 959
Esterificación mediante diazometano 964
CAPÍTULO 21 Conversión de un cloruro de ácido en un anhídrido 1000
Conversión de un cloruro de ácido en un éster 1000
Conversión de un cloruro de ácido en una amida 1001
Conversión de un anhídrido de ácido en un éster 1001
Conversión de un anhídrido de ácido en una amida 1002
Conversión de un éster en una amida
(amonólisis de un éster) 1002
Transesterificación 1007
Saponificación de un éster 1009
Hidrólisis básica de una amida 1011
Hidrólisis ácida de una amida 1011
Hidrólisis de un nitrilo catalizada por base 1012
Reducción de un éster por medio de hidruro 1013
Reducción de una amida a una amina 1014
Reacción de un éster con dos moles de un reactivo de
Grignard 1016
CAPÍTULO 22 Sustitución en alfa 1043
Adición de un enolato a cetonas y aldehídos
(una condensación) 1044
Sustitución de un enolato en un éster
Tautomerismo ceto-enólico catalizado por base 1044
Tautomerismo ceto-enólico catalizado por ácido 1045
Halogenación promovida por base 1052
Pasos finales de la reacción del haloformo 1054
Halogenación en alfa catalizada por ácido 1055
Condensación aldólica catalizada por ácido 1060
Adición 1,2 y adición 1,4 (adición conjugada) 1082
CAPÍTULO 23 Formación de un hemiacetal cíclico 1104
Epimerización catalizada por base de la glucosa 1111
Reordenamiento a un enodiol catalizado por base 1111
CAPÍTULO 26 Polimerización por radicales libres 1225
Polimerización catiónica 1226
Polimerización aniónica 1228
A medida que comience su estudio de la química orgánica, podría sentirse abrumado por el
número de compuestos, nombres, reacciones y mecanismos con los que se enfrenta. Podría incluso preguntarse si puede aprender todo este material en un solo curso. La función más importante de un libro de texto es organizar el material para demostrar que la mayor parte de la química
orgánica consiste en unos cuantos principios básicos y muchas extensiones y aplicaciones de
esos principios. No necesita de una gran memoria si comprende los conceptos principales y
desarrolla flexibilidad en la aplicación de estos conceptos. Para ser franco, tengo mala memoria
y odio memorizar listas de información. No recuerdo los detalles específicos de la mayoría
de las reacciones y los mecanismos presentados en este libro, pero puedo desarrollarlos recordando unos cuantos principios básicos, como que “la deshidratación de alcoholes por lo regular
se lleva a cabo por medio de mecanismos E1”.
No obstante, tendrá que aprender algunos hechos y principios fundamentales que sirven
como el “vocabulario” de trabajo de cada capítulo. Como estudiante aprendí esto de la manera
difícil cuando saqué una D en mi segundo examen de química orgánica. Pensé que la orgánica
sería como la química general, donde podía memorizar un par de ecuaciones e improvisar durante
los exámenes. Por ejemplo, en el capítulo de los gases ideales, memorizaría PV ⫽ nRT y estaría
listo. Cuando traté el mismo método en orgánica, obtuve una D. Aprendemos a través de los
errores y aprendí mucho con la química orgánica.
Al escribir este libro he tratado de señalar un número pequeño de hechos y principios
importantes que deben aprenderse para prepararse en la resolución de problemas. Por ejemplo,
de los cientos de mecanismos de reacción mostrados aquí, alrededor de 20 son los pasos mecánicos fundamentales que se combinan en otros más largos y complicados. He resaltado estos
pasos fundamentales en los recuadros Mecanismo clave para alertarle de su importancia. La espectroscopia es otra área donde un estudiante podría sentirse presionado para memorizar cientos
de hechos, como los desplazamientos químicos de la RMN y las frecuencias de vibración en el
infrarrojo. Yo no podría hacerlo, por lo que siempre he sobrevivido con el conocimiento de casi
una docena de desplazamientos químicos de la RMN y otra docena de frecuencias de vibración
en el infrarrojo, y sabiendo cómo son afectados por otras influencias. He presentado estas frecuencias importantes del infrarrojo en la tabla 12-2 y los desplazamientos químicos de la RMN
en la 13-3.
No trate de memorizar todo a lo largo de este curso; no funciona. Tiene que conocer qué
está pasando para que pueda aplicar lo que indica el material. Además, no piense (como yo lo
hice) que puede sobrevivir sin memorizar nada. Lea el capítulo, escuche con atención las clases
y resuelva los problemas. Los problemas le indicarán si conoce o no el material. Si puede resolver
los problemas debe irle bien en los exámenes. Si no puede resolver los problemas es probable
que tampoco le vaya bien en los exámenes. Si tiene que consultar un punto para resolver los
problemas, ese punto es bueno para aprender.
Aquí presento algunas sugerencias que les doy a mis estudiantes al inicio del curso:
1. Lea el material en el libro antes de la clase (en promedio de 13 a 15 páginas por clase).
Si sabe qué esperar y qué hay en el libro puede tomar unas cuantas notas y pasar más
tiempo escuchando y comprendiendo la clase.
2. Después de la clase, revise sus notas, el libro, y resuelva los problemas dentro del capítulo. Lea también el material para la siguiente clase.
3. Si tiene dudas de algo, visite de inmediato a su profesor durante las horas de oficina, antes
de que se atrase. Lleve consigo sus intentos de soluciones a los problemas para que el
profesor vea en dónde está teniendo problemas.
4. Para estudiar para un examen, primero revise cada capítulo y sus notas, luego concéntrese
en los problemas de final de capítulo. También use los exámenes anteriores para practicar,
Recuerde las dos “reglas de oro” de la química orgánica.
1. ¡No se quede atrás! El curso avanza demasiado rápido y es difícil ponerse al día.
2. Resuelva muchos problemas. Todos necesitan práctica, y los problemas muestran dónde necesita trabajar más.
Siempre escucho con atención a los estudiantes que usan este libro. Si tiene alguna sugerencia acerca de cómo podría mejorarlo, o si ha encontrado un error, por favor hágamelo saber
(L. G. Wade, Whitman College, Walla Walla, WA 99362: E-mail wadelg@whitman.edu). Tomo
las sugerencias de los estudiantes con seriedad y cientos de ellas ahora aparecen en este libro.
Por ejemplo, un estudiante de Whitman, Brian Lian, sugirió la figura 21-9, y un estudiante de la
University of Minnesota (y piloto de carreras), Jim Coleman, me proporcionó los hechos del
uso de metanol en Indianápolis.
Buena suerte con la química orgánica. Estoy seguro de que disfrutará este curso, en especial si se relaja y desarrolla un interés en aprender cómo los compuestos orgánicos influyen
en nuestras vidas. Mi objetivo al escribir este libro ha sido hacer el proceso un poco más fácil:
construir los conceptos de manera lógica, uno después de otro, para que fluyan de forma natural uno tras otro. Estas sugerencias y recomendaciones para la resolución de problemas han
ayudado a mis estudiantes en el pasado y espero que algunas de ellas le ayuden a comprender
y a usar el material. Incluso si su memoria es peor que la mía (muy poco probable), debe ser
capaz de hacerlo bien en la química orgánica. Espero que ésta sea una buena experiencia de
aprendizaje para todos nosotros.
wadelg@whitman.edu
Al escribir la primera edición de este libro, mi objetivo era producir un texto moderno y claro
que usará las técnicas más efectivas de presentación y revisión. Las ediciones siguientes ampliaron y perfeccionaron este objetivo con una reescritura y reorganización sustanciales, y con
varias características nuevas. Esta séptima edición incorpora aún más mejoras que la sexta,
con revisiones en la organización, escritura e imágenes. Algunas de las modificaciones hechas
en las ediciones más recientes son:
1. Recuadros de mecanismos. Aproximadamente 100 de los mecanismos más importantes han sido organizados en estos recuadros, con grandes encabezados azules para una
revisión fácil. En esta séptima edición, estos recuadros se han mejorado para hacer los
pasos individuales más claros para los estudiantes. He tratado de elegir la mayoría de
los procesos estándar que casi todos enseñan; sin embargo, en algunos casos parece que
sería bueno tratar otros sistemas. Si hay mecanismos adicionales que deban ponerse en
recuadros, o alguno que no deba estarlo, por favor hágame saber lo que piensa.
Para esta elección he usado dos criterios principales. Si es uno de los mecanismos
fundamentales que forma parte de otros más grandes y complejos, entonces lo pongo como
mecanismo clave. Los ejemplos son SN1, SN2, E1, E2, la sustitución nucleofílica de acilos, la sustitución aromática electrofílica, la adición nucleofílica a carbonilos, y así sucesivamente. El otro criterio es más subjetivo: si el mecanismo es uno de los que espero
que los estudiantes realicen en los exámenes, entonces es un mecanismo clave. Algunos
ejemplos son la formación de iminas y acetales, condensaciones aldólicas y de Claisen,
y así sucesivamente. Si siente que he dejado alguno fuera o incluido uno que no debe ser
un mecanismo clave, por favor hágamelo saber.
2. Cobertura actualizada. En la sexta y séptima ediciones, he actualizado varios términos que poco a poco han recibido aceptación entre los químicos orgánicos. Ejemplos
son la entalpía de disociación del enlace que reemplaza la energía de disociación del
enlace más ambigua y la más nueva transliteración de Zaitsev que reemplaza la an-
tigua de Saytzeff. He continuado la transición gradual a la nueva nomenclatura de la
IUPAC con las localizaciones revisadas de los números, como en el hexa-1,3-dieno en
vez de 1,3-hexadieno. También he completado la transición de kcal a kJ como las unidades
de energía principal, dado que las unidades kJ se usan en todos los textos de química general actuales.
He agregado varias secciones a ediciones recientes para tratar material nuevo o de interés
Capítulo 4: se agregó una sección sobre inhibidores de radicales libres para mostrar
a los estudiantes cómo algunos de los inhibidores comunes rompen la reacción en cadena de los radicales libres y su importancia en la química y la bioquímica.
Capítulo 5: usando la definición de Mislow y Siegel (J. Am. Chem. Soc. 1984, 106,
3319), introduje el término popular (con frecuencia definido de manera incorrecta)
estereocentro y explico sus diferencias con los términos de la IUPAC: centro de quiralidad y átomo de carbono asimétrico (o átomo de carbono quiral). Estereocentro es mucho
más amplio que el término más preciso átomo de carbono asimétrico, y asume que
ya se conocen las propiedades estereoquímicas de la molécula (para saber cuáles enlaces darán origen a los estereoisómeros en su intercambio). El uso casual del término
amplio estereocentro donde se requiere un término más preciso con frecuencia resulta
en falacias lógicas (J. Chem. Educ. 2006, 83, 1793). Por ello he continuado alentando a los estudiantes a identificar los átomos de carbono asimétricos (inmediatamente
aparentes) para usarlos como herramientas al examinar una molécula para determinar
su estereoquímica.
Capítulo 8: se explica el trabajo de la reducción asimétrica, trabajo por el que
Noyori y Knowles ganaron el premio Nobel, junto con sus implicaciones para la síntesis
de fármacos enantioselectivos. Se ha agregado una nueva sección que cubre el mecanismo y los usos sintéticos de las metátesis de olefinas, enfatizando el trabajo realizado por
Chauvin, Grubbs y Schrock quienes recientemente ganaron el premio Nobel.
Capítulo 12: se explica la espectroscopia IR por medio de la transformada de
Fourier, junto con las razones de por qué esta técnica proporciona sensibilidad y resolución mejoradas sobre el método dispersivo.
Capítulo 13: se han convertido los espectros de RMN a espectros de campo alto
(300 MHz) a partir de la excelente colección de Aldrich. Se han mejorado y hecho más
claros los recuadros de expansión para asegurar que las separaciones individuales sean
visibles. La técnica de DEPT se ha ampliado y utilizado en más problemas.
Capítulo 14: se explica la epoxidación asimétrica de Sharpless, ganador del premio
Nobel, junto con los factores que potencian de manera selectiva la formación de un enantiómero del producto.
Capítulo 16: se ha agregado una sección que explica la aromaticidad de los
fullerenos y su relación con otros alótropos del carbono.
Capítulo 24: se ha agregado una sección que explica los priones: proteínas que
se piensa son infecciosas debido a la falta de plegado, que resulta en la aglutinación y la
formación de placas. Este tema relaciona el de conformaciones de las proteínas de manera directa con la preocupación constante acerca de la enfermedad de las vacas locas.
3. Mapas de potencial electrostático. Se usan mapas de potencial electrostático (MPE) en
casos donde podrían ayudar a los estudiantes a visualizar la distribución de la carga de
una especie química de manera que se pueda explicar la naturaleza electrofílica o nucleofílica de un compuesto. Al introducir los MPE, he enfatizado su naturaleza cualitativa sin hacer hincapié en su derivación matemática. Como resultado, los he explicado y
usado de manera muy parecida a como se introducen en los libros de texto de química
general. En esta séptima edición se han agregado varios MPE nuevos.
Se ha editado todo el libro, muchas secciones fueron reorganizadas y reescritas para mejorar su claridad. Como en la primera edición, cada tema nuevo se introduce de manera cuidadosa y se explica con detenimiento. Muchas secciones introductorias se han vuelto a escribir
para actualizarlas y hacerlas más accesibles a los estudiantes. Cuando fue posible, se agregaron
o modificaron ilustraciones para ayudar a visualizar los conceptos físicos.
Se sigue poniendo énfasis en la reactividad química. Las reacciones químicas se introducen tan pronto como es posible, y cada grupo funcional se considera desde el punto de
vista de su reactividad hacia los electrófilos, nucleófilos, oxidantes, reductores y otros reactivos.
Se hace mucho hincapié en los mecanismos “que empujan electrones” como un medio de explicación y predicción de esta reactividad. Los conceptos estructurales como la estereoquímica
y la espectroscopia se tratan a fondo como técnicas útiles que mejoran el estudio fundamental
de la reactividad química.
Este libro mantiene la organización tradicional que se concentra en un grupo funcional mientras se compara y contrasta la reactividad de los diferentes grupos funcionales. Se enfatizan las
reacciones, comenzando con las de ácido-base de Lewis, en el capítulo 1, continuando con la termodinámica y la cinética, en el capítulo 4, y cubriendo la mayor parte de las reacciones de sustitución, adición y eliminación importantes en los tres capítulos que siguen a la estereoquímica.
Las técnicas espectroscópicas [la espectrocospia infrarroja (IR), la espectometría de masas
(EM) y la espectrocospia de resonancia magnética nuclear (RMN)] se ven en los capítulos 12
y 13, por lo que pueden incluirse en el primer semestre si lo desea. Esta pronta cobertura es
necesaria para permitir el uso efectivo de la espectroscopia en el laboratorio. No obstante, se ha
visto una gran cantidad de química orgánica antes de esta digresión en la determinación de la
estructura. Los principios de la espectroscopia se practican y refuerzan en los últimos capítulos,
donde las características espectrales de cada grupo funcional se resumen y refuerzan por medio
No existen dos profesores que enseñen la química orgánica exactamente de la misma manera.
Este libro abarca todos los temas fundamentales con detalle, construyendo cada nuevo concepto sobre lo que se presentó antes. Se puede dar mayor o menor énfasis en muchos temas, dependiendo de la decisión del profesor. Ejemplos de estos temas son la espectroscopia de RMN
del 13C, la espectroscopia ultravioleta, la conservación de la simetría orbital, los aminoácidos y
las proteínas, los ácidos nucleicos y los capítulos sobre temas especiales, lípidos y polímeros
Otra área de la flexibilidad está en los problemas. Los conjuntos muy diversos de problemas revisan el material desde varios puntos de vista, y se proporcionan más problemas de
estudio de los que la mayoría de los estudiantes son capaces de completar. Esta enorme variedad permite al profesor seleccionar los problemas más apropiados para su curso.
Además de las reacciones clásicas, este libro abarca muchas de las técnicas y reacciones más
recientes utilizadas por los químicos practicantes. La teoría del orbital molecular se presenta al
principio y se usa para explicar los efectos electrónicos en los sistemas conjugados y aromáticos, reacciones pericíclicas y espectroscopia ultravioleta. La espectroscopia de RMN del 13C
se trata como la herramienta de rutina en la que se ha convertido en la mayoría de los laboratorios de investigación, y la técnica de DEPT se introduce en esta edición. También se incluyen
muchas de las técnicas sintéticas más nuevas, como la hidrogenación y la epoxidación asimétricas, el uso del triacetoxiborohidruro de sodio, la reducción de Birch, las oxidaciones de Swern,
la alquilación de 1,3-ditianos, la metátesis de olefinas y las oxidaciones que usan clorocromato
de piridinio.
Los mecanismos de reacción son importantes en todas las áreas de la química orgánica, pero
son difíciles para muchos estudiantes, quienes caen en la trampa de memorizar un mecanismo
cuando no comprenden por qué procede de la manera en que lo hace. Este libro enfatiza los
principios usados para predecir mecanismos. Las secciones de resolución de problemas desarrollan las técnicas básicas para abordar los problemas de mecanismos y trabajan para disminuir
al mínimo la rutina de la memorización. Estas técnicas destacan la decisión de si la reacción
es de naturaleza ácida, básica o de radicales libres, rompiéndola luego en las interacciones de
ácido-base de Lewis y usando “flechas que empujan electrones” para ilustrar estos pasos individuales. Los mecanismos importantes se realzan colocándolos en los recuadros de Mecanismo
y Mecanismo clave.
INTRODUCCIÓN A LOS MECANISMOS USANDO LA HALOGENACIÓN
Durante varios años se han debatido las ventajas y desventajas del uso de la halogenación de radicales libres para introducir los mecanismos de reacción. La principal objeción a la halogenación de radicales libres es que no es una reacción sintética útil. Pero las reacciones útiles como
la sustitución nucleofílica y las adiciones a alquenos se complican por la participación del disolvente y otros efectos. La halogenación de radicales libres en fase gaseosa permite un tratamiento más claro de la cinética y la termodinámica, siempre que se expliquen sus desventajas como
una reacción sintética y que los estudiantes estén conscientes de las limitaciones.
A lo largo de este libro se hace hincapié en la síntesis orgánica, con explicaciones progresivas
del proceso involucrado en el desarrollo de una síntesis. Se destaca el análisis retrosintético y
el estudiante aprende a trabajar de manera inversa a partir del compuesto objetivo, y en forma
directa a partir de las materias primas para encontrar un intermediario común.
Se han proporcionado los rendimientos comunes para muchas reacciones sintéticas, aunque
espero que los estudiantes no hagan mal uso de estos números. Con mucha frecuencia los estudiantes consideran que el rendimiento de un compuesto producido en una reacción es una característica fija, de la misma manera que lo es el punto de fusión de un compuesto. En la práctica, varios
factores afectan el rendimiento de los productos, y los valores bibliográficos para reacciones
aparentemente similares con frecuencia difieren por un factor de 2 o más. Los rendimientos dados
en este libro son los comunes que podría obtener un buen estudiante con una técnica excelente.
La espectroscopia es una de las herramientas más importantes del químico orgánico. Este libro
desarrolla la teoría para cada tipo de espectroscopia y explica las características espectrales. Las
características más útiles y confiables se resumen en un número pequeño de reglas generales
que permiten al estudiante interpretar la mayoría de los espectros sin buscar o memorizar grandes
tablas de información. Para uso de referencia, se proporcionan como apéndices tablas completas de la información de RMN e IR, y una versión más completa de las reglas de Woodward-Fieser
para el UV.
Este método es muy efectivo con la espectroscopia IR y de RMN, y con la espectrometría
de masas. Se dan las reglas prácticas para ayudar a los estudiantes a ver qué información está
disponible en el espectro y qué características espectrales corresponden con qué características
estructurales. Los problemas resueltos muestran cómo se combina la información a partir de varios
espectros para proponer una estructura. El objetivo es ayudar a los estudiantes a desarrollar un sentimiento intuitivo para el uso de la espectroscopia en la resolución de problemas estructurales.
A lo largo del libro se destaca la nomenclatura de la IUPAC, pero también se explica la nomenclatura común, la cual se usa para desarrollar la confianza de los estudiantes. El enseñar sólo la
nomenclatura de la IUPAC podría justificarse en la teoría, pero pondría en desventaja a los estudiantes en estudios posteriores y al usar la bibliografía. La mayor parte de la bibliografía de
química, biología y medicina usa nombres como metil etil cetona, ácido isovalérico, éter metil
tert-butílico, ácido g-aminobutírico y e-caprolactama. Este libro señala por qué con frecuencia
se prefiere la nomenclatura sistemática, aunque también promueve la familiaridad con los nombres comunes.
He disfrutado trabajar en esta nueva edición y he tratado de que no haya errores en el
texto, pero no dudo de que se habrán ido algunos. Si encuentra un error o tiene sugerencias sobre
cómo mejorar el libro, por favor hágamelo saber (L. G. Wade, Whitman College, Walla Walla,
WA 99362: e-mail wadelg@whitman.edu). Los errores pueden corregirse rápido en la siguiente
impresión. Ya he comenzado un archivo de cambios posibles y mejoras para la octava edición,
y espero que muchos de los usuarios actuales contribuyan con sugerencias. Espero que este libro haga su trabajo más sencillo y ayude a que más estudiantes tengan éxito. Ésta es la razón
más importante de por qué lo escribí.
En la página web del libro encontrará material de apoyo como preguntas CRS interactivas;
lecturas en PowerPoint; el Test Bank, un banco de datos en archivos de Word; y el TestGen, una
versión computarizada del Test Item File (archivo de pruebas) que permite a los profesores
crear y ajustar exámenes de acuerdo con sus necesidades.
Pearson agradece a los centros de estudio y profesores usuarios de esta obra su apoyo y retroalimentación, elemento fundamental para esta nueva edición de Química orgánica.
Miguel Ángel Maestro Saavedra
Ángel Manuel Montaña Pedrero
Virginia Marañón Ruiz
Norma Tiempos Flores
Olivia Carolina Porras Andujo
Irma Salgado Escobar
Adonay Elías Jiménez
Graciela Canseco Melchor
María del Carmen Doria Serrano
Martha Ibargüengoitia Correa
Susana Ortiz de Elguea Ruigomez
Mónica Patricia Silva Jiménez
José Luis Aguilera Fuentes
Olivia Noguez Córdova
Óscar Rodolfo Suárez Castillo
Gloria Isabel Moreno Morales
Lydia María Pérez Díaz
Ramiro Garza Molina
Gerardo Valerio Alfaro
Me complace agradecer a tanta gente talentosa que ayudó con esta revisión. Sobre todo, a Jan Simek, autor del Manual de soluciones, quien
constantemente me ha dado excelentes consejos y juicios razonables a lo largo de varias ediciones de este libro. En esta edición, Jan realizó aportaciones en todas las revisiones de los capítulos y ayudó con la escritura de la nueva sección sobre la metátesis de olefinas.
También es coautor de la mayoría de los problemas nuevos y de todas las respuestas a los problemas seleccionados. Gracias en particular a John Murdzek y Ray Mullaney, quienes realizaron miles de sugerencias útiles a lo largo del proceso de escritura y revisión, y quienes
ayudaron a dar forma a esta nueva edición.
Me gustaría agradecer a los revisores por su valiosa percepción y comentarios. Aunque no adopté todas sus sugerencias, la mayoría
fueron útiles y contribuyeron a la calidad del producto final.
Revisores de la séptima edición
Arthur J. Ashe
Cal Polytechnic at San Luis Obispo
Joseph B. Wachter
Revisores de la sexta edición
Maria de Graca Vicente
Revisores del manuscrito de la sexta edición
Hindy Bronstein
Jamie Lee Cohen
Aouad Emmanuel
Julius Harp
Helena Malinakova
Martin McClinton
Gholam Mirafzal
Thomas Nalli
Kent Voelkner
Dan Von Riesen
Sheild Wallace
Revisores de precisión de la sexta edición
Por último, deseo agradecer a la gente de Prentice Hall, cuya dedicación y flexibilidad contribuyeron para concluir satisfactoriamente este proyecto. A la editora asistente Carol DuPont y a la editora en jefe Nicole Folchetti por mantener el proyecto en marcha, asegurando que los recursos necesarios estuvieran disponibles y realizando muchos comentarios y sugerencias útiles. A la editora de producción
Rebeca Dunn quien mantuvo el proceso de producción organizado, por buen camino y en los tiempos previstos. Ha sido un placer trabajar con todas estas personas tan profesionales y competentes.
¿Cómo puede ayudarle su texto a pensar en
la química orgánica de manera diferente?
En las siguientes páginas encontrará un resumen
breve de algunas de las características empleadas
para guiarlo a lo largo de este curso.
Se proporcionan varios tipos de ayudas de
estudio para enfatizar y revisar los puntos más
importantes, y el texto usa una gama de colores
que le dirá cómo identificar cada ayuda y
en verde que le ayudan
características en azul
para ayudarle a organizar y revisar el
En este texto aparecen cientos de reacciones, y muchos tipos de reacciones
aparecen varias veces. Los iconos de primera exposición, una mano azul
apuntando, indican la introducción de una reacción importante. Cuando estudia
estas reacciones, este icono le ayudará a saber cuándo está viendo una reacción
Las reglas bien conocidas, las ideas
importantes y las definiciones clave
se resaltan en letras azules. Esto
es primordial para la comprensión
del material del capítulo
Más ayudas para organizar
• Los resúmenes de reacciones incluyen referencias
cruzadas a reacciones que se explican en otra
• Los glosarios al final de cada capítulo definen y
explican los términos técnicos abordados y le ayudan a repasar el material del capítulo.
• Las tablas de resumen sirven para comparar
y contrastar el material y lo conduce a un resumen
conciso cuando existe una gran cantidad de
Este libro usa un esquema de colores para ayudarle a identificar cada ayuda
y su propósito. Las características en AZUL le facilitan la organización y
repaso del material.
Los recuadros de mecanismos
le ayudan a comprender cómo
se llevan a cabo las reacciones,
enfocándose en los pasos
individuales de cada reacción.
Tienen encabezados grandes en
azul para que pueda localizarlos
con facilidad a medida que
Marcados por un icono de llave, los
MECANISMOS CLAVE son los principios
mecánicos fundamentales que vuelven
a utilizarse durante el curso. Son las piezas
que componen la mayoría de los demás
Encontrará una lista completa de estos
mecanismos en la tabla de contenido
Abordar la resolución de problemas puede ser desafiante para
muchos estudiantes, y estas
estrategias le ayudan a dividir
los problemas en piezas más sencillas. Se proporcionan métodos
para resolver problemas complicados, como los que requieren proponer mecanismos y desarrollar
síntesis de varios pasos. Sirven
como un punto inicial, no una ruta
garantizada para las respuestas.
Cuando necesite ayuda para la resolución de problemas, busque las
características en VERDE, como Estrategia para resolver problemas,
Consejo para resolver problemas y Habilidades esenciales para resolver
Consejo para resolver
Estas sugerencias aparecen al margen del texto y
le recuerdan los hechos o principios que pueden
ser de utilidad para la resolución de tipos comunes
de problemas. Son consejos que le proporciona el
autor a sus estudiantes para ayudarles a resolver
problemas y repasar para los exámenes.
Esta lista, que se encuentra al final de cada capítulo, le recuerda las habilidades que necesita para resolver los problemas comunes asociados con ese material del capítulo. La lista
puede señalar conceptos que debería repasar, o sugerir tipos de problemas y soluciones
que no ha considerado. Esta lista con frecuencia es un buen preludio para resolver los
La definición moderna de química orgánica es la química
de los compuestos del carbono. ¿Qué tiene de especial el carbono que toda una rama de la química se dedica a estudiar sus compuestos? A diferencia de la mayoría de los otros elementos, el carbono forma enlaces fuertes
con otros átomos de carbono y con una amplia variedad de elementos. Se pueden generar cadenas y anillos de átomos de carbono para formar una variedad infinita de moléculas, y es esta
diversidad de compuestos del carbono la que representa la base de la vida en la Tierra. Los seres
vivos están formados principalmente de compuestos orgánicos complejos, los cuales se ocupan de las funciones estructurales, químicas o genéticas.
El término orgánico significa literalmente “derivado de los organismos vivos”. En un principio, la ciencia de la química orgánica se encargaba del estudio de los compuestos extraídos
de organismos vivos y de sus productos naturales. Compuestos como el azúcar, urea, almidón,
ceras y aceites vegetales se consideraban “orgánicos”, y la gente aceptaba el Vitalismo, la creencia de que los productos naturales necesitaban una “fuerza vital” para producirlos. La química
orgánica estudiaba entonces a los compuestos que tenían una fuerza vital, mientras que la
química inorgánica estudiaba los gases, las piedras, los minerales y los compuestos que podían
generarse a partir de ellos.
En el siglo XIX, ciertos experimentos mostraron que los compuestos orgánicos podían sintetizarse a partir de compuestos inorgánicos. En 1828, el químico alemán Friedrich Wöhler
transformó al cianato de amonio, formado a partir de amoniaco y ácido ciánico, en urea simplemente al calentarlo en ausencia de oxígeno.
H2N9C9NH2
La urea siempre había provenido de organismos vivos y se presumía que contenía la fuerza
vital, aunque el cianato de amonio es inorgánico y por lo tanto carece de la fuerza vital. Varios
químicos argumentaron que algún rastro de la fuerza vital de las manos de Wöhler seguramente había contaminado la reacción, pero la mayoría admitió la posibilidad de sintetizar compuestos orgánicos a partir de inorgánicos. Se realizaron muchas otras síntesis, y al final se
descartó la teoría de la fuerza vital.
Como a principios del siglo XIX se refutó el Vitalismo, se podría pensar que en la actualidad la teoría ya no existe, ¡pero estaría equivocado! El Vitalismo persiste hoy en día en las
mentes de aquellos que creen que las vitaminas, compuestos saborizantes, etcétera, “naturales”
(derivados de las plantas) son de cierta manera diferentes y más saludables que los compuestos idénticos “artificiales” (sintetizados).
Corazón artificial autosuficiente de
Abiomed, el cual se implantó por
primera vez en un paciente el 2 de julio
de 2001. El armazón externo es de
policarbonato, y las válvulas y la
cámara interna son de poliuretano.
Uno de los efectos de la nicotina
es aumentar la concentración de
dopamina, una sustancia química
del sistema de recompensa del
cerebro. La liberación de esta sustancia hace que los fumadores se
sientan bien y refuerza la necesidad
Como químicos sabemos que los compuestos derivados de las plantas y los compuestos
sintetizados son idénticos. Si asumimos que son puros, la única forma de distinguirlos es mediante datación utilizando 14C: los compuestos sintetizados a partir de petroquímicos tienen un
contenido menor de 14C radiactivo y parecen antiguos debido a que su 14C ha disminuido con el
tiempo. Los compuestos derivados de las plantas se han sintetizado recientemente a partir del
CO2 del aire, por lo que éstos tienen mayor contenido de 14C. Algunos proveedores importantes
de productos químicos ofrecen análisis de la relación de isótopos para mostrar que sus “productos naturales” tienen mayor contenido de 14C y que se derivan de las plantas. Estos análisis
sofisticados dan un aire de alta tecnología a esta forma de Vitalismo del siglo XXI.
Aun cuando los compuestos orgánicos no necesitan una fuerza vital, de todas maneras se
diferencian de los compuestos inorgánicos. La característica distintiva de los compuestos
orgánicos es que todos contienen uno o más átomos de carbono. Sin embargo, no todos los
compuestos de carbono son sustancias orgánicas; sustancias tales como el diamante, grafito,
dióxido de carbono, cianato de amonio y carbonato de sodio se derivan de minerales y tienen
propiedades inorgánicas típicas. No obstante, la mayoría de los millones de compuestos del carbono se clasifican como orgánicos.
En gran medida los seres humanos estamos formados por moléculas orgánicas y nos nutrimos con los compuestos orgánicos de los alimentos. Las proteínas de nuestra piel,
los lípidos de las membranas celulares, el glucógeno del hígado y el ADN que se encuentra en
el núcleo de nuestras células son todos compuestos orgánicos. Nuestro cuerpo también es regulado y defendido por compuestos orgánicos complejos.
Cuatro ejemplos de compuestos orgánicos en organismos vivos. El tabaco contiene nicotina, un alcaloide adictivo. Los escaramujos contienen
vitamina C, esencial para prevenir el escorbuto. El colorante rojo carmín proviene de las cochinillas, las cuales se muestran en el nopal.
Las amapolas contienen morfina, un alcaloide analgésico y adictivo.
Una de las razones por las cuales los
químicos sintetizan derivados de
como la morfina es el descubrir
nuevos fármacos que conserven las
propiedades benéficas (analgésicos
potentes), pero no las propiedades
nocivas (altamente adictivas).
Los químicos han aprendido a sintetizar o simular muchas de estas moléculas complejas.
Los productos sintéticos sirven como fármacos, medicamentos, plásticos, pesticidas, pinturas y
fibras. Muchos de los avances médicos más importantes son en realidad avances en la química
orgánica. Se desarrollan nuevos fármacos sintéticos para combatir enfermedades, y los nuevos
polímeros son moldeados para reemplazar órganos dañados. La química orgánica ha cerrado el
círculo. Comenzó como el estudio de los compuestos derivados de “órganos”, y ahora nos proporciona los fármacos y materiales que necesitamos para salvar o sustituir dichos órganos.
Antes de comenzar a estudiar química orgánica, debemos repasar algunos principios básicos.
Los conceptos de la estructura atómica y molecular son cruciales para comprender la estructura
y los enlaces de los compuestos orgánicos.
1-2A Estructura del átomo
Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones. Los protones tienen carga positiva y se encuentran junto con los neutrones (sin carga) en el núcleo. Los electrones, los cuales
tienen una carga negativa de igual magnitud a la carga positiva del protón, ocupan el espacio que
rodea al núcleo (figura 1-1). Los protones y neutrones tienen masas parecidas, aproximadamente 1800 veces la masa de un electrón. Casi toda la masa del átomo se concentra en el núcleo, pero
son los electrones quienes participan en los enlaces y en las reacciones químicas.
Cada elemento se distingue por el número de protones en el núcleo (el número atómico).
El número de neutrones en general es muy similar al número de protones, aunque el número de
neutrones puede variar. Los átomos con el mismo número de protones pero diferente número
de neutrones se conocen como isótopos. Por ejemplo, la clase más común de átomos de carbono tienen seis protones y seis neutrones en su núcleo. Su número de masa (la suma de protones y neutrones) es 12, y escribimos su símbolo como 12C. Aproximadamente el 1 por ciento
de los átomos de carbono tiene siete neutrones; el número de masa es 13 y se escribe 13C. Una
fracción muy pequeña de los átomos de carbono tiene ocho neutrones y un número de masa
de 14. El isótopo 14C es radiactivo, con una vida media (el tiempo que toma para que la mitad de los núcleos decaigan) de 5730 años. El decaimiento predecible del 14C se utiliza para determinar la antigüedad de los materiales orgánicos de hasta 50,000 años.
(protones y neutrones)
Estructura atómica básica. Un átomo
tiene un núcleo denso, cargado
positivamente y rodeado por una
1-2B Estructura electrónica del átomo
Las propiedades químicas de un elemento se determinan mediante el número de protones en
el núcleo y el correspondiente número de electrones alrededor de éste. Los electrones forman
enlaces y determinan la estructura de las moléculas resultantes. Debido a que son pequeños
y ligeros, los electrones presentan propiedades tanto de partículas como de ondas; en muchos
sentidos, los electrones de átomos y moléculas se comportan más como ondas que como
Los electrones que están alrededor del núcleo se encuentran en orbitales. El principio
de incertidumbre de Heisenberg establece que nunca podemos determinar exactamente en
dónde se encuentra el electrón; sin embargo, podemos determinar la densidad electrónica, la
probabilidad de encontrar al electrón en una parte específica del orbital. Entonces, un orbital es
un estado de energía permitido para un electrón, con una función de probabilidad asociada
que define la distribución de la densidad electrónica en el espacio.
Los orbitales atómicos se agrupan en distintas “capas” a diferentes distancias del núcleo.
Cada capa se identifica mediante un número cuántico principal, n, con n  1 para la capa de
menor energía y más cercana al núcleo. Conforme n aumenta, las capas se alejan del núcleo,
tienen mayor energía y pueden albergar a más electrones. La mayoría de los elementos comunes de los compuestos orgánicos se encuentran en las dos primeras filas (periodos) de la
tabla periódica, lo que indica que sus electrones se encuentran en las dos primeras capas
electrónicas. La primera capa (n  1) puede alojar dos electrones, y la segunda (n  2) puede
alojar ocho.
La primera capa electrónica sólo contiene al orbital 1s. Todos los orbitales s son simétricamente esféricos, lo que significa que son no direccionales. La densidad electrónica es únicamente función de la distancia desde el núcleo. La densidad electrónica del orbital 1s aparece
en la figura 1-2. Observe que la densidad electrónica es mayor en el núcleo y disminuye exponencialmente al aumentar la distancia desde el núcleo. Podemos imaginar al orbital 1s
como un capullo de algodón, con la semilla en medio representando el núcleo. La densidad del
algodón es más elevada cerca de la semilla, y se hace menos densa a distancias mayores de
este “núcleo”.
La segunda capa electrónica consiste en los orbitales 2s y 2p. El orbital 2s es simétricamente esférico como el orbital 1s, pero su densidad electrónica no es una simple función
exponencial. El orbital 2s tiene una cantidad más pequeña de densidad electrónica cercana al
núcleo. La mayor parte de la densidad electrónica está muy alejada, más allá de una región de
densidad electrónica cero llamada nodo. Debido a que la mayor parte de la densidad electró-
Energías relativas de los orbitales
Gráfica y diagrama del orbital
atómico 1s. La densidad electrónica
es más elevada en el núcleo y
disminuye exponencialmente
cuando la distancia desde el núcleo
aumenta en cualquier dirección.
nica del 2s está más alejada del núcleo que la del 1s, el orbital 2s tiene mayor energía. La figura 1-3 presenta una gráfica del orbital 2s.
Además del orbital 2s, la segunda capa también contiene tres orbitales atómicos 2p, orientados respectivamente en cada una de las tres direcciones espaciales. Estos orbitales se conocen como 2px, 2py y 2pz, de acuerdo con su dirección a lo largo de los ejes x, y o z. Los orbitales
2p tienen ligeramente mayor energía que los 2s, ya que la ubicación promedio de un electrón
en un orbital 2p se encuentra más alejada del núcleo. Cada orbital p consiste en dos lóbulos,
cada uno a ambos lados del núcleo, con un plano nodal en el núcleo. El plano nodal es una
región espacial plana, la cual incluye al núcleo, con una densidad electrónica igual a cero. Los
tres orbitales 2p difieren sólo en su orientación espacial, por lo que tienen energías idénticas.
Los orbitales con energías idénticas se conocen como orbitales degenerados. La figura 1-4
muestra las formas de los tres orbitales atómicos degenerados 2p.
atómico 2s. El orbital 2s tiene una
pequeña región de alta densidad
electrónica cercana al núcleo, pero la
mayor parte de la densidad electrónica
se encuentra alejada de él, más allá de
un nodo, o región de densidad
electrónica cero.
direcciones de los ejes
(z sale hacia nosotros)
los orbitales 2px, 2py y 2pz
se superponen en
ángulos de 90
El principio de exclusión de Pauli nos dice que cada orbital puede albergar un máximo
de dos electrones, dado que sus espines están apareados. La primera capa (un orbital 1s) puede
alojar dos electrones. La segunda capa (un orbital 2s y tres orbitales 2p) puede albergar ocho
electrones, y la tercera capa (un orbital 3s, tres orbitales 3p y cinco orbitales 3d) puede alojar
1-2C Configuraciones electrónicas de los átomos
En alemán aufbau significa “construir”, y el principio de aufbau nos indica cómo elaborar la
configuración electrónica de un átomo en su estado basal (el más estable). Si comenzamos con
el orbital de menor energía, llenamos los orbitales en orden hasta haber añadido el número
adecuado de electrones. La tabla 1-1 muestra las configuraciones electrónicas de los elementos que se encuentran en las dos primeras filas de la tabla periódica en su estado basal.
Configuraciones electrónicas de los elementos de la primera y segunda filas
1s 22s 22p 1x
1s 22s 22p 1x 2p 1y
1s 22s 22p 1x 2p 1y 2p 1z
1s 22s 22p 2x 2p 1y 2p 1z
1s 22s 22p 2x 2p 2y 2p 1z
1s 22s 22p 2x 2p 2y 2p 2z
Orbitales 2p. Los tres orbitales 2p
se encuentran orientados en ángulos
rectos entre sí. Cada uno se marca
de acuerdo con su orientación a lo
largo del eje x, y o z.
Tabla periódica parcial
Las tres primeras filas (periodos) de
la tabla periódica. La organización
de la tabla periódica es el resultado
del llenado de los orbitales atómicos
en orden creciente de energía. Para
estos elementos representativos, el
número de la columna corresponde
al número de electrones de valencia.
El carbonato de litio, una sal del
litio, es un agente estabilizador
del ánimo que se utiliza para tratar
el desorden psiquiátrico conocido
como manía. La manía se caracteriza
por comportamientos tales como
ánimo exaltado, sentimientos de
grandeza, pensamiento acelerado
e incapacidad para dormir. Aún no
se sabe cómo es que el carbonato
de litio ayuda a estabilizar el
estado de ánimo de estos
La tabla 1-1 ilustra dos conceptos adicionales. Los electrones de valencia son aquellos
que se encuentran en la capa externa. El carbono tiene cuatro electrones de valencia, el nitrógeno cinco y el oxígeno seis. El helio tiene dos electrones de valencia y el neón tiene ocho, lo
que corresponde a una primera y segunda capas llenas, respectivamente. En general (para los
elementos representativos), la columna o grupo de la tabla periódica corresponde al número
de electrones de valencia (figura 1-5). El hidrógeno y el litio tienen un electrón de valencia, y
ambos se encuentran en la primera columna (grupo IA) de la tabla periódica. El carbono tiene
cuatro electrones de valencia y está en el grupo IVA.
En la tabla 1-1 observe que el tercero y cuarto electrones de valencia del carbono no
están apareados y ocupan orbitales separados. Aunque el principio de exclusión de Pauli
dice que dos electrones pueden ocupar el mismo orbital, los electrones se repelen entre sí, y
para que se apareen se necesita energía adicional. La regla de Hund establece que cuando
hay dos o más orbitales con la misma energía, los electrones se acomodarán en orbitales
distintos, en lugar de aparearse en el mismo orbital. El primer electrón 2p (boro) se acomoda
en un orbital 2p, el segundo (carbono) entra en un orbital distinto, y el tercero (nitrógeno)
ocupa el último orbital 2p. Los electrones 2p cuarto, quinto y sexto deben aparearse con los
tres primeros electrones.
(a) El nitrógeno tiene isótopos relativamente estables (vida media mayor que 1 segundo) con números
de masa 13, 14, 15, 16 y 17. (Todos, excepto el 14N y 15N, son radiactivos). Calcule cuántos protones y neutrones hay en cada uno de estos isótopos del nitrógeno.
(b) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos de la tercera fila, los cuales aparecen en la
tabla periódica parcial de la figura 1-5.
enlaces: la regla
En 1915, G. N. Lewis propuso diversas teorías nuevas que describían la forma en que los átomos se enlazaban para formar moléculas. Una de estas teorías establece que una capa llena de
electrones es muy estable y que los átomos transfieren o comparten electrones para lograr
tener una capa llena de electrones. Una capa llena de electrones es simplemente la configuración electrónica de un gas noble, como el He, Ne o Ar. A este principio se le ha llamado la
regla del octeto, ya que una capa llena implica ocho electrones de valencia para los elementos
de la segunda fila de la tabla periódica.
1-3A Enlace iónico
Existen dos formas en las que los átomos pueden interactuar para lograr las configuraciones de
los gases nobles. Algunas veces los átomos logran la configuración de un gas noble mediante la
transferencia de electrones de un átomo a otro. Por ejemplo, el litio tiene un electrón más que
la configuración del helio, y el flúor tiene un electrón menos que la configuración del neón.
El litio pierde fácilmente su electrón de valencia, y el flúor gana uno:
configuración del He
configuración del Ne
Li F
La transferencia de un electrón da a cada uno de estos elementos la configuración de un
gas noble. Los iones resultantes tienen cargas opuestas y se atraen mutuamente para formar
un enlace iónico. Por lo general este enlace da como resultado la formación de una gran red
cristalina, en lugar de moléculas individuales. El enlace iónico es común en compuestos inorgánicos, pero relativamente raro en compuestos orgánicos.
1-3B Enlace covalente
El enlace covalente, en el cual los electrones se comparten en lugar de transferirse, es el tipo
más común de enlace en los compuestos orgánicos. Por ejemplo, el hidrógeno necesita un segundo electrón para lograr la configuración del gas noble helio. Si dos átomos de hidrógeno
se juntan y forman un enlace, éstos “comparten” sus dos electrones y cada átomo tiene dos electrones en su capa de valencia.
H H Cada H comparte dos electrones
(configuración del He)
En el capítulo 2 estudiaremos con más detalle el enlace covalente.
Una manera de simbolizar los enlaces de una molécula covalente es mediante las estructuras
de Lewis, en las cuales cada electrón de valencia se representa mediante un punto. Un par de
electrones de enlace se simboliza mediante un par de puntos o con un guión (—). Intentamos
acomodar todos los átomos de tal manera que tengan las configuraciones adecuadas de un
gas noble: dos electrones para el hidrógeno y octetos para los elementos de la segunda fila.
Considere la estructura de Lewis para el metano (CH4).
El carbono contribuye con cuatro electrones de valencia y cada hidrógeno con uno, lo que da
un total de ocho electrones. Los ocho electrones que rodean al carbono representan un octeto,
y cada átomo de hidrógeno comparte dos de los electrones.
La estructura de Lewis para el etano (C2H6) es más compleja.
Una vez más, hemos calculado el número total de electrones de valencia (14) y los distribuimos
de tal manera que cada átomo de carbono esté rodeado por 8 y cada hidrógeno por 2. La única
estructura posible para el etano es la que se muestra, con los dos átomos de carbono compartiendo un par de electrones y cada átomo de hidrógeno compartiendo un par con uno de los carbonos. La estructura del etano muestra la característica más importante del carbono: su
capacidad de formar enlaces fuertes carbono-carbono.
Los electrones no enlazados son electrones de la capa de valencia que no se comparten
entre dos átomos. Un par de electrones no enlazados con frecuencia se conoce como par solitario de electrones. Los átomos de oxígeno, nitrógeno y halógenos (F, Cl, Br, I) generalmente
tienen electrones no enlazados en sus compuestos estables. Estos pares de electrones no enlazados ayudan a determinar la reactividad de sus compuestos de origen. Las siguientes estructuras
de Lewis muestran un par de electrones no enlazados en el átomo de nitrógeno de la metilamina y dos pares de electrones no enlazados en el átomo de oxígeno del etanol. Los átomos de los
halógenos por lo general tienen tres pares de electrones no enlazados, como se aprecia en la
estructura del clorometano.
Una estructura de Lewis correcta debe mostrar todos los pares de electrones no enlazados.
Los químicos orgánicos con frecuencia dibujan estructuras que omiten la mayoría o todos los
pares de electrones no enlazados. Éstas no son verdaderas estructuras de Lewis, ya que debemos imaginarnos el número correcto de electrones no enlazados.
Dibuje las estructuras de Lewis de los siguientes compuestos.
Las estructuras de Lewis
son la forma en que escribimos
Aprender a dibujarlas rápida
y correctamente le será de
ayuda a lo largo de este curso.
ion hidronio, H3O
dimetilamina, CH3NHCH3
1-cloropropano, CH3CH2CH2Cl
borano, BH3
dietil éter, CH3CH2OCH2CH3
2-propanol, CH3CH(OH)CH3
Explique qué hay de inusual en los enlaces de los compuestos de los incisos (i) y (j).
En la sección 1-4, cuando dibujamos las estructuras de Lewis, colocamos sólo un par de electrones entre dos átomos cualesquiera. Cuando dos átomos comparten un par de electrones se
dice que forman un enlace sencillo. Muchas moléculas tienen átomos adyacentes que comparten dos o incluso tres pares de electrones. Cuando comparten dos pares se dice que forman
un enlace doble, y cuando comparten tres forman un enlace triple.
El etileno (C2H4) es un compuesto orgánico con un enlace doble. Cuando dibujamos una
estructura de Lewis para el etileno, la única manera de mostrar los dos átomos de carbono con
octetos es dibujarlos compartiendo dos pares de electrones. Los siguientes ejemplos muestran
compuestos orgánicos con enlaces dobles. En cada caso dos átomos comparten cuatro electrones (dos pares) para tener los octetos. Dos guiones (") simbolizan un enlace doble.
El acetileno (C2H2) tiene un enlace triple. Su estructura de Lewis muestra tres pares de
electrones entre los átomos de carbono para formar los octetos. Los siguientes ejemplos presentan compuestos orgánicos con enlaces triples. Tres guiones simbolizan un enlace triple (#).
dimetilacetileno
Todas estas estructuras de Lewis muestran que el carbono normalmente forma cuatro enlaces en compuestos orgánicos neutros. El nitrógeno por lo general forma tres enlaces, y el
oxígeno usualmente forma dos. El hidrógeno y los halógenos tienden a formar un solo enlace.
El número de enlaces que un átomo por lo regular forma se conoce como su valencia. El carbono
es tetravalente, el nitrógeno trivalente, el oxígeno divalente y el hidrógeno y los halógenos son
monovalentes. Si recordamos el número usual de enlaces de estos elementos comunes, podemos
escribir con mayor facilidad estructuras orgánicas. Si dibujamos una estructura y cada átomo
tiene su número usual de enlaces, en general obtenemos una estructura de Lewis correcta.
El acetileno es un hidrocarburo
gaseoso de alta energía que es
explosivo a presiones elevadas.
Si se combina con oxígeno, el
acetileno arde con una flama tan

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