Quimica Organica (Schaum)

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    12-Dec-2014

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Quimica organica

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<p>,</p> <p>QUIMICA , ORGANICATERCERA EDICION</p> <p>Herbert Meislich Howard Nechamkin Jacob Sharefkin George Hademenos</p> <p>Contiene los fundamentos del curso. 1806 problemas total mente resueltos. Cientos de problemas practicos. Ideal para autoestudio. Es un excelente complemento para cualquier libro de texto. </p> <p>~. ~QUI MICA ORGANICATercera edici6nHERBERT MEISLICH, Ph.D.Professor Emeritus of Chemistry City College of CUNY</p> <p>(~t</p> <p>HOWARD NECHAMKIN, Ed.D.Professor Emeritus of Chemistry Trenton State College</p> <p>JACOB SHAREFKIN, Ph.D.Professor Emeritus of Chemistry Brooklyn College of CUNY</p> <p>GEORGE J. HADEMENOS, Ph.D.Visiting Assistant Professor Department of Physics University of Dallas</p> <p>Traducci6n CECILIA AVILA DE BAR6N Especialista en traduccion Universidad de Los Andes Revision Mcnica FIDEL ANTONIO CARDENAS S. Master en ensefianza de las ciencias y rnatematicas Universidad Estatal de Campinas Ph.D., Strathclyde University Profesor asociado del Departamento de Quirnica Universidad Pedag6gica Nacional </p> <p>Bogota Buenos Aires' Caracas Guatemala Llsboa Madrid Mexico New York Panama San Juan Santiago de Chile' Sao Paulo Auckland' Hamburgo Londres Milan' Montreal Nueva Delhi Paris San Francisco San Luis' Singapur Sidney Tokio Toronto </p> <p>HERBERT MEISLICH ostenta una Iicenciatura del Brooklyn College, y una maestria y un doctorado de la Columbia University. Es profesor emerito del City College of CUNY, en donde dict6 qufmica organica y quimica general durante cuarenta alios en los niveles de pregrado y doctorado. Recibi6 el premio de Profesor Sobresaliente en 1985, y ha sido coautor de ocho libros de texto, tres manuales de laboratorio para qufmica general y quimica organica, y quince publicaciones sobre sus temas de investigaci6n. HOWARD NECHAMKIN es profesor emerito de quimica en el Trenton State College; durante once alios se ha desempefiado como director del departamento. Su licenciatura es del Brooklyn College, su maestria del Polytech nic Institute of Brooklyn y su doctorado en ciencias de la educaci6n de la New York University. Es autor 0 coautor de cincuenta y tres publicaciones y seis libros en las areas de qufmica inorganica, analitica y del medio ambiente. JACOB SHAREFKIN es profesor emerito de quimica en el Brooklyn College. Despues de recibir su licenciatura en el City College of New York, recibi6 la maestria en Columbia University y el doctorado en la New York University. Sus publicaciones y temas de investigaci6n en anaIisis organico cualitativo y compuestos organicos de boro y yodo han sido reconocidos por la American Chemical Society, entidad para la cual tambien ha disefiado examenes sobre quimica organica de aplicaci6n a nivel nacional en su pais. GEORGE J. HADEMENOS es profesor asistente de visita de ffsica en la University of Dallas. Recibi6 sulicenciatura con una especializaci6n combinada en fisica y quimica de la Angelo State University, su maestria y doctorado en ffsica de la University of Texas en Dallas, y complet6 estudios postdoctorales en medicina nuclear en el University of Massachusetts Medical Center, y en ciencias radio16gicaslffsica biomedica en el UCLA Medical Center. Sus temas de investigaci6n han inc1uido mecanismos bioffsicos y bioqufmicos de procesos de enfermedades, particularmente de afecciones cerebrovasculares y apoplejfa. Ha dado a conocer sus trabajos en publicaciones como American Scientist, Physics Today, Neurosurgery y Stroke. Ademas, ha escrito tres libros: Physics of Cerebrovascular Diseases: Biophysical Mechanisms of Development, Diagnosis, and Therapy, publi cado por Springer-Verlag; Schaum s Outline ofPhysicsfor Pre-Med, Biology, and Allied Health Students y Schaum S Outline of Biology, en coautorfa con George Fried, Ph. D., ambos publicados por McGraw-Hill. Entre otros cur sos, dicta fisica general para estudiantes de biologfa y pre-medicina.</p> <p>Quimica organica, 3a. eel.No esta permitida la reproducci6n total 0 parcial de este libro, ill su tratamiento infonmitico, ni la transmisi6n de ninguna forma 0 por cualquier medio, ya sea electr6nico, mecanico, por fotocopia, por registro u otros metodos, sin el penniso previo y por escrito de los titulares del Copyright DERECHOS RESERVADOS. Copyright 2001, por McGRAW-HILL IN1ERAMERlCANA, SA Avenida de las Americas 46-41. Bogota, Colombia. Traducido de la tercera edici6n en ingies de SCHAUM'S OU1LINE OF THEORY AND PROBLEMS OF ORGANIC CHEMISTRY Copyright MCMXCIX por THE McGRAW-HILL COMPANIES, INC. ISBN: 0-07-134165-X Editor: Lily Solano Arevalo Jefe de Producci6n: Consuelo E. Ruiz M. 1234567890 ISBN: 958-41-0132-3 Impreso en Colombia Se imprimieron 4070 ejemplares en el mes de Septiembre de 2000 Impreso por Quebecor Impreandes Printed in Colombia 2134567890</p> <p>El estudiante que se inicia en qufmica organica se ve abrumado por hechos, conceptos y un nuevo lenguaje. Cada ano, los libros de texto sobre quimica organica crecen en contenido y niveI de sofistica ci6n. Este texto, de la serie Outline de Schaum, se trabaj6 para dar una visi6n clara del primer ano de quimica organica, a traves de la soIuci6n detallada y cuidadosa de problemas tratados como ejemplos, los cuales constituyen mas de 80% de la obra, mientras que el porcentaje restante es una presentaci6n concisa del material sobre el area. Nuestra meta es que los estudiantes aprendan pensando y soIucionan do problemas, y no simplemente escuchando los temas .. Esta obra se puede emplear como apoyo para un texto estlindar, como complemento para un buen conjunto de notas de conferencias, como repaso para pre~entar examenes profesionales y como mecanis mo de aprendizaje para autodidactas. La tercera edici6n se ha reorganizado eombinando capitulos para haeer enfasis en similitudes de grupos funcionales y tipos de reacci6n, aSl como tambien en sus diferencias. Por consiguiente, los hidro carburos polinuc1eares se han combinado con bencenos y aromaticidad. EI desplazamiento nucleofilico se uni6 con las sustituciones aromaticas. Los acidos sulf6nicos estan en el mismo capitulo con los acidos carboxflicos y sus derivados, y las condensaciones de carbaniones estan en un capitulo nuevo. Los compuestos de azufre se estudian con sus anatogos de oxigeno. Esta edici6n tambien se ha actualizado para incluir efectos de solventes, espectroscopia RMC, un trabajo sobre qufmica de polimeros y concep tos mas recientes de estereoquimica, entre otro material. HERBERT MEISLICH HOWARD NECHAMKIN JACOB SHAREFKIN GEORGEJ.HADEMENOS</p> <p>CAPiTULO 1 </p> <p>ESTRUcrURA Y PROPIEDADES DE lOS COMPUESTOS ORGANICOS1.1 1.2 1.3 1.4 1.5Compuestos de carbono Formulas estructurales de Lewis Tipos de enlaces Grupos funcionales Carga formal </p> <p>1</p> <p>1 2 6 7 7</p> <p>CAPITULO 2 </p> <p>ENLACES Y ESTRUcrURA MOLECULAR2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8Orbitales atomicos Formacion de enlace covalente Metodo orbital molecular (OM) Hibridacion de orbitales atomicos Electronegatividad y polaridad Numero de oxidacion Fuerzas intermoleculares Solventes Resonancia y electrones 1r deslocalizados </p> <p>13 </p> <p>13 15 18 22 22 23 24 25 </p> <p>CAPITULO 3 </p> <p>.</p> <p>REACTIVIDAD QUiMICA Y REACCIONES ORGANICASMecanismo de reaccion Productos intermedios que contienen carbono Tipos de reacciones organicas Reactivos electrofilicos y nucleofilicos Termodinamica Energfas de disociacion de enlace Equilibrio qufmico Velocidades de las reacciones Teona del estado de transicion y diagramas de entalpfa Acidos y bases de Bronsted ~asicidad (acidez) yestructura 3.12 Acidos y bases de Lewis </p> <p>33 </p> <p>33 33 35 37 38 39 </p> <p>39 </p> <p>3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11</p> <p>41 42 44 45 47 </p> <p>CAPITULO 4</p> <p>AlCANOS 4.1 4.2 4.3Definicion Nomenclatura de los alcanos Preparacion de alcanos </p> <p>53 </p> <p>53 57 59 </p> <p>CONTENIDO</p> <p>4.4 4.5</p> <p>Propiedades qufmicas de los alcanos Resumen de la qufmica de los alcanos</p> <p>61 65 </p> <p>CAPiTULO 5</p> <p>ESTEREOQuiMICA5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Estereoisomeria Isomeria 6ptica Configuraci6n relativa y configuraci6n absoluta Moleculas con mas de un centro quiral Sintesis y actividad 6ptica</p> <p>71 </p> <p>71 72 74 79 81 </p> <p>CAPITULO 6</p> <p>ALQUENOS6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 Nomenclatura y estructura Isomeria geometrica (cis-trans) Preparaci6n de alquenos . Propiedades quimicas de los alquenos Reacciones de sustituci6n en la posici6n alilica Resumen de la qufmica de los alquenos</p> <p>88 </p> <p>88 </p> <p>89 </p> <p>91 96 106 108 </p> <p>CAPITULO 7</p> <p>HALOGENUROS DE ALQUILO7.1 7.2 7.3 7.4 Introducci6n Sintesis de RX Propiedades quimicas Resumen de la quimica de los halogenuros de alquilo</p> <p>118 </p> <p>118 119 121 132 </p> <p>CAPiTULO 8</p> <p>ALQUINOS Y DIE NOS8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 Alquinos Propiedades quimicas de los acetilenos Alcadienos Teoria del orbital molecular (OM) y sistemas Reacciones de adici6n de dienos conjugados Polimerizaci6n de dienos Cicloadici6n Resumen de la quimica de los alquinos Resumen de la quimica de los dienos</p> <p>140 </p> <p>140 143 146 147 149 153 154 154 154 </p> <p>1C deslocalizados</p> <p>CAPiTULO 9</p> <p>HIDROCARBUROS ciCLICOS9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 Nomenclatura y estructura Isomeria geometrica y quiralidad Conformaci6n de cicloalcanos Sintesis Qufmica Teoria del orbital molecular de reacciones periciclicas Terpenos y la regIa del isopreno</p> <p>161 </p> <p>161 162 164 172 174 176 180 </p> <p>CONTENIDO</p> <p>CAPtrULO 10</p> <p>BENCENO Y COMPUESTOS AROMATICOS POLIN UCLEARES10.1 to.2 10.3 10.4 10.5 10.6 to.7 Introduccion Aromaticidad y regIa de Hiickel Antiaromaticidad Compuestos aromaticos polinuc1eares Nomenclatura Reacciones quimicas Sfntesis</p> <p>189189 192 194 196 198 199 201</p> <p>CAPiTULO 11</p> <p>SUSTITUCIDN AROMATICA. ARENOS11.1 Sustitucion aromatica mediante electrofilos (addos de Lewis, E+ 0 E) 11.2 Sustituciones electrofflicas en sfntesis de derivados del benceno 11.3 Sustituciones aromatic as nucleofflicas 11.4 Arenos 11.5 Resumen de Ia quimica de arenos y halogenuros de arilo</p> <p>204204 213 214 217 222</p> <p>CAPtrULO 12</p> <p>ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 Introduccion Espectroscopia visible y ultravioleta Espectroscopia infrarroja Resonancia magnetica nuclear (RMN) (de proton, RMP) RMN del 13C(RMC) Espectroscopia de masa</p> <p>229229 230 232 235 245 247</p> <p>CAPiTULO 13</p> <p>ALCOHOLES Y T10LESA. 13.1 13.2 13.3 13.4 Alcoholes Nomenclatura y enlace de hidrogeno Preparacion Reacciones Resumen de Ia quimica de los alcoholes</p> <p>256256 256 258 262 267 268 268 269</p> <p>B. Tioles 13.5 Generalidades 13.6 Resumen de Ia qufmica de los tioles</p> <p>CAPtrULO 14</p> <p>ETERES, EPDXIDOS, GLICOLES Y T10ETERESA. 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 </p> <p>279279 279 280 283 285 287</p> <p>Eteres Introduccion y nomenclatura Preparacion Propiedades quimicas Eteres ciclicos Resumen de la quimica de los eteres</p> <p>CONTENIDO</p> <p>B. 14.6 14.7 14.8 14.9 C. 14.10 14.11 14.12 D. 14.13 14.14 14.15</p> <p>Epoxidos Introducci6n Sfntesis Qufmica Resumen de la qufmica de los ep6xidos Glicoles Preparaci6n de 1,2-glicoles Reacciones unicas de los glicoles Resumen de la qufmica de los glicoles Tioeteres Introducci6n Preparaci6n Qufmica</p> <p>287 287 287 288 290 291 291 292 294 294 294 295 295 </p> <p>CAPi-ru LO 15 </p> <p>COMPUESTOS CARBONILOS: ALDEHIDOS Y CETONAS15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 Introducci6n y nomenclatura Preparaci6n Oxidaci6n y reducci6n \ Reacciones de adici6n de nucle6filos a c=o</p> <p>302 </p> <p>302 305 310 313 316 319 320 322 323 </p> <p>/</p> <p>Adici6n de a1coholes: formaci6n de acetal y cetal Ataques con iluros; reacci6n de Wittig Reacciones varias Resumen de la qufmica de los aldehfdos Resumen de la qufmica de las cetonas</p> <p>CAPiTULO 16 </p> <p>ACIDOS CARBOxiucos Y SUS DERIVADOS16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10 16.11 16.12 16.13 Introducci6n y nomenclatura Preparaci6n de acidos carboxflicos Reacciones de acidos carboxflicos Resumen de la qufmica del acido carboxflico Acidos carboxflicos polifuncionales Transacilaci6n; interconversi6n de derivados acidos Mas qufmica de los derivados de acidos Resumen de la qufmica de los derivados de acidos carboxflicos Determinaci6n analftica de acidos y derivados Derivados del acido carb6nico Resumen de la qufmica de los derivados de acido carb6nico Polfmeros por condensaci6n sintetica Derivados de acidos sulf6nicos</p> <p>330 </p> <p>330 333 335 341 341 345 347 355 355 357 358 359 360 </p> <p>-0-NH2 -NRjX</p> <p>~N+X-</p> <p>Cloruro de deciltrimetilamonio</p> <p>-c=o I H -c=o</p> <p>R-C=O I H R I R-C=O 0 II R-C-OH</p> <p>Aldehido</p> <p>CH3CH2CH=O I H CH3 I CH3CH2C=O 0 II CH3-C-OH</p> <p>Prop anal</p> <p>Propionaldehido</p> <p>I0 II -C-OH</p> <p>Cetona</p> <p>2-Butanona</p> <p>Metiletilcetona</p> <p>Acido carboxflico</p> <p>Acido etanoico</p> <p>Acido acetico(continua)</p> <p>Tabla 1-3 (continuacwn)</p> <p>Ejemplo Grupo funcional0 II -C-OR'</p> <p>Formula general0 II R-C-OR' 0 II R-C-NHz 0 II R-C-CI</p> <p>Nombre general</p> <p>Formula 0 II CH3-C-OCzHs</p> <p>Nombre IUPACI Eti! etanoatoEtanamida</p> <p>Nombrecomun</p> <p>I Acetato de etilo I Acetamida</p> <p>-C-NHz</p> <p>0 II</p> <p>Amida</p> <p>0 II CH3-C-NHZ 0 II CH3-C-CI0 0 II II CH3-C-O-C-CH3</p> <p>0 II -C-CI</p> <p>Cloruro de ridos sp. En cada atomo, un orbital hfurido sp forma un enlace (5 mientras que el otro tiene el par no compartido. Cada atomo tiene un orbital at6mico Py y un orbital at6mico Pz' Los dos orbitales py se superponen para formar un enlace n:y en el plano xy; los dos orbitales pz se superponen para formar un enlace Trz en el plano xz. Por consiguiente, entre los ::itomos de C y de N existen dos enlaces 1C en angulo recto entre S1 y un enlace (5.</p> <p>ENLACES Y ESTRUCTURA MOLECULAR</p> <p>29</p> <p>\jZ : , 0 sp:ac - III 3):0: b)</p> <p>:0:.. , +</p> <p>H-C-Q-HV</p> <p>II</p> <p>H-C=Q-HVI</p> <p>.. H- VI 2) &gt; VII 3) &gt; VIII 4)</p> <p>Problema 2.40 lCual es la diferencia entre isomeros y estructuras de resonancia contribuyentes? Los isomeros son compuestos reales que difieren en el ordenamiento de sus atomos. Las estructuras de con tribucion tienen el rnismo ordenamiento de "itomos; ellas difieren unicamente en la distribuci6n de sus electrones. Sus estructuras imaginarias se escriben para dar alguna indicacion sobre la estructura electr6nica de ciertas especies para las cuales no se puede escribir una estructura de Lewis tfpica.</p> <p>32</p> <p>QUfMICA ORGANICA</p> <p>Problema 2.41 Utilice el metoda de n6mero de orbitales hfbridos para determinar el estado hfbrido de los elementos que aparecen subrayados:c)Numero de enlacesHC==~-</p> <p>(j</p> <p>+</p> <p>Numero de pares de electrones no compartidos</p> <p>=</p> <p>Numero de orbitales hfbridos</p> <p>Estado hfbrido</p> <p>a) b) c)</p> <p>2 31</p> <p>d)e)</p> <p>f)</p> <p>6 5 2</p> <p>0 0 1 0 0 2</p> <p>2 3 2 6 5 4</p> <p>sp sp2 sp</p> <p>syJlsp3d sp3</p> <p>Reactividad quimica . . y reaCC10neS organlcas;</p> <p>3.1La</p> <p>0 DE REACCIONcomo ocurre una reacci6n se conoce como mecanismo. Una reacci6n puede darse en un paso frecuencia, a traves de una secuencia de varios pasos. Por ejemplo A + B ~ X + Y puede dos pasos:1)</p> <p>A-I+X</p> <p>seguido por</p> <p>2)</p> <p>B+I-- Y</p> <p>I, que se forman en pasos intermedios y se consumen en pasos posteriores, se conocen como pl'4X1lli,ct()s intermedios. En ocasiones, los mismos reactantes pueden...</p>