,
IN DICE
Prólpgo xvii
Al estudiante 1
( 1 Enlace e isomería6)
1.11.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
Cómo se encuentran ordenados los electrones en los átomos
Enlace iónico y covalente 81.2.a Compuestos iónicos 91.2.b Enlacecovalente la
El átomo de carbono y el enlace covalente 12Enlaces simples carbono-carbono 13Enlaces covalentes polares 14Enlaces covalentes múltiples 15Valencia 17Isomería 18
Escritura de las fórmulas estructurales 19Fórmulas estructurales abreviadas 21
Carga formal 23Resonancia 24Formalismo de las flechas 26
La visión orbital de los enlaces: el enlace sigma 27Orbitaleshíbridos sp3 del átomo de carbono 28El carbono tetraédrico: Los enlaces en el metano 30
Clasificación de acuerdo con el esqueleto molecular 321.17.a Compuestos acíclicos 321.17.b Compuestos carbocíclicos 331.17.c Compuestos heterocíclicos 33Clasificación de acuerdo con el grupo funcional 35
7
Problemas adicionales 37
2 Alcanos y cicloalcanos;isomería conformacional y geométrica 41 .-J
2.12.22.32.42.5
Estructura de los alcanos 42
Nomenclatura de los compuestos orgánicos 43Reglas de la IUPAC para nombrar alcanos 44Sustituyentes alquilo y halógenos 46Uso de las reglas de la IUPAC 48
vii
viii Químicaorgánica
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
Fuentes de alcanos 49
Propiedades físicas de los alcanos e interaccionesintermoleculares no enlazan tes 49Conformación de los alcanos 51
Nomenclatura y conformación de los cicloalcanosIsomería cis-trans en cicloalcanos 58Resumen de isomería 59
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Los isómeros: Lo posible y lo imposible
53
61
64
( 373)
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
60
Reacciones de los alcanos 60
2.12.8 Oxidación y combustión; los alcanos como combustibles
2.12.b Halogenación de alcanos 63
Mecanismo de halogenación mediante cadenas de radicales libres
UNAS PALABRAS ACERCA DE...El metano, el gas de los pantanosy el experimento de Miller 65
Resumen de reacciones 68Resumen de mecanismos 68Problemas adicionales 68
Alquenos y alquinos
Definición y clasificación 74Nomenclatura 75
Algunos aspectos acerca de los dobles enlaces
Modelo orbital de un doble enlace; el enlace piIsomería cis-trans en los alquenos 81
7879
UNAS PALABRAS ACERCA DE...La química de la visión 82
Comparación de las reacciones de adición y sustituciónReacciones de adición polar 843.7.8 Adición de halógenos 843.7.b Adición de agua (hidratación) 853.7.c Adición de ácidos 86
84
Adición de reactivos no simétricos a alquenosno simétricos: Regla de Markovnikov 86
Mecanismo de adición electrófila a alquenos 88Explicación de la regla de Markovnikov 90
Equilibrio de reacción: ¿Qué hace que una reacción tenga lugar?Velocidades de reacción:
¿Con qué velocidad tiene lugar una reacción? 93Hidroboración de alquenos 96Adición de hidrógeno 97Adición a sistemas conjugados 98
3.15.a Adición electrófila a dienos conjugados 983.15.b Cicloadición a dienos conjugados:
La reacción de Diels-Alder 100
92
-
,..........
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
índice ix
Adición de radicales libres; polietileno 101Oxidación de alquenos 102
3.17.a Oxidación con permanganato; un ensayo químico3.17.b Ozonolisis de alquenos 103
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
103
El etileno: Materia prima y hormona de las plantas
3.17.c Otras oxidaciones de los alquenos 105
Algunos aspectos acerca de los enlaces triple s 106
Modelo orbital de un triple enlace 106
Reacciones de adición de los alquinos 107
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
El petróleo, la gasolina y el índice de octano 108
104
Acidez de los alquinos 110
Resumen de reacciones 112Resumen de mecanismos 113Problemas adicionales 114
( 4 Compuestos aromáticos119 )
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
Algunos aspectos acerca del benceno
La estructura del benceno según KekuléModelo de resonancia para el bencenoModelo orbital para el benceno 122Símbolos para el benceno 123
Nomenclatura de los compuestos aro-,?áticos 123La energía de resonancia en el benceno 126Sustitución electrófila aromática 127
Mecanismo de la sustitución electrófila aromática 128
4.9.a Halogenación 1304.9.b Nitración 1304.9.c Sulfonación 131
4.9.d Alquilación y acilación 131Sustituyentes activantes y desactivantes del anillo aromático 132
Grupos orto-, para-orientadores y meta-orientadores 1334.11.a Grupos orto-, para-orientadores 1344.11.b Grupos meta-orientadores 1364.11.c Efecto de los sustituyentes sobre la reactividad 138Importancia de los efectos de la orientación en la síntesis 138
Hidrocarburos aromáticos policíclicos 139UNAS PALABRAS ACERCA DE...
120
121
122
Los hidrocarburosaromáticos policíclicos y el cáncer 140
UNAS PALABRAS ACERCA DE...CGo, una esfera aromática: Los fulerenos 142
Resumen de reacciones 144Resumen de mecanismos 145Problemas adicionales 145
x Químicaorgánica
( 5 149 )5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
Estereoisomería
Quiralidad y enantiómeros 150Centros estereogénicos: El átomo de carbono estereogénicoConfiguración y convenio R-S 155Convenio E-Z para los isómeros cis-trans 159Luz polarizada y actividad óptica 160UNAS PALABRAS ACERCA DE...Los experimentos de Pasteur y la explicaciónde van't Hoff-LeBel 162
Propiedades de los enantiómeros 164Fórmulas de la proyección de Fischer 165Compuestos con más de un centro estereogénico: DiastereómerosCompuestosmesa:Losestereoisómerosdel ácidotartárico 169Estereoquímica: Un resumen de las definiciones 171Estereoquímica y reacciones químicas 172
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
Los enantiómeros y la actividad biológica 174
151
167
6""\
111
Resolución de una mezcla racémica 175
Problemas adicionales 177
Compuestos orgánicos halogenados;reacciones de sustitución y eliminación 182
L
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
Sustitución nucleófila 183
Ejemplos de sustituciones nucleófilas 183Mecanismos de sustitución nucleófila 187
Mecanismo SN2 188Mecanismo SN1 190
Comparación entre los mecanismos SN1y SN2UNAS PALABRAS ACERCA DE...Las reacciones SN2 en la naturaleza:Metilaciones biológicas 194
193
Deshidrohalogenación: Una reacción de eliminación.Los mecanismos E2 y El 195
Competición entre la sustitución y la eliminación 197
6.8.a Halogenuros terciarios 197
6.8.b Haluros primarios 1976.8.c Haluros secundarios 198
Compuestos alifáticos polihalogenados 199
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
Los CFCs, la capa de ozono y solución de compromiso
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Los compuestos orgánicos halogenadosprocedentes del mar 202
Resumen de reacciones 203Resumen de mecanismos 203Problemas adicionales 204
200
.........
....
(
índice xi
7 Alcoholes, fenoles y tioles 207 )
(
7.1
7.27.3
7.47.57.67.7
7.87.9
7.107.117.12
7.13
7.14
7.157.16
7.17
Nomenclatura de los alcoholes 208
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
Los alcoholes industriales 209
Clasificación de los alcoholes 210Nomenclatura de los fenoles 210
El enlace de hidrógeno en alcoholes y fenoles 211Revisión de la acidez y basicidad 212Acidez de alcoholes y fenoles 214Basicidad de alcoholes y fenoles 217Deshidratación de alcoholes a alquenos 217Reacción entre alcoholes y halogenuros de hidrógeno 219Otras vías para preparar halogenuros de alquilo a partir de alcoholes 220Comparación entre alcoholes y fenoles 221Oxidación de alcoholes a aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos 221UNAS PALABRAS ACERCA DE...Alcoholes y fenoles biológicamente importantes 223
Alcoholes con más de un grupo hidroxiloSustitución aromática en fenoles 225
224
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
Las quinonas y el escarabajo bombardero 226
Oxidación de fenoles 227Los fenoles como antioxidantes 227
Tioles: Análogos de azufre de alcoholes y fenolesUNAS PALABRAS ACERCA DE...Cabello rizado o liso 229
228
Resumen de reacciones 230Problemas adicionales 231
8 Éteres y epóxidos 234)
8.1
8.28.38.48.5
8.6
8.78.8
8.9
Nomenclatura de los éteres 235
Propiedades físicas de los éteres 236Los éteres como disolventes 237
El reactivo de Grignard: Un compuesto organometálicoPreparación de éteres 240Ruptura de éteres 242UNAS PALABRASACERCADE...El éter y la anestesia 243
237
Epóxidos (oxiranos) 244Reacciones de los epóxidos 244
UNAS PALABRAS ACERCA DE...El epóxido de la polilla gitana (gypsy moth) 245
Éteres cíclicos 247
Resumen de reacciones 249Problemas adicionales 250
xii Química orgánica
( 9 253 )
1111
10
~
~f
\ .~~
Aldehídos y cetonas
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
9.11
9.12
9.13
9.14
9.15
9.16
9.17
9.18
9.19
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
10.10
10.11
Nomenclatura de aldehídos y cetonas 254Algunos aldehídos y cetonas comunes 255Síntesis de aldehídos y cetonas 257Aldehídos y cetonas en la naturaleza 258El grupo carbonilo 259Adición nucleófila a grupos carbonilo: Visión general 260Adición de alcoholes: Formación de hemiacetales yacetalesAdición de agua: Hidratación de aldehídos y cetonas 265Adición de reactivos de Grignard y acetiluros 265Adición de cianuro de hidrógeno; cianohidrinas 268Adición de nitrógenos nucleófilos 269Reducción de compuestos carbonílicos 270Oxidación de compuestos carbonílicos 271Tautomería ceto-enólica 272
Acidez de a-hidrógenos: El anión enolato 274Intercambio de deuterio en compuestos carbonílicos 275Condensación aldólica 276La condensación aldólica mixta 277
261
UNAS PALABRAS ACERCA DE...El tratamiento de agua y la química de enoles/enolatos 278
Síntesis comercial vía condensación aldólica 279
Resumen de reacciones 280Resumen" de mecanismos 281Problemas adicionales 281
Ácidos carboxílicos y sus derivados 285
Nomenclatura de los ácidos 286
Propiedades físicas de los ácidos 289Acidez y constante de acidez 290¿Qué provoca que un ácido carboxílico presente acidez? 291Efecto de la estructura sobre la acidez, retorno al efecto inductivo 293Conversión de ácidos en sales 294
Preparación de ácidos 29410.7.a Oxidación de alcoholes primarios o de aldehídos 29510.7.b Oxidación de cadenas laterales en compuestos aromáticos 29510.7.c Reacción de reactivos de Grignard con dióxido de carbono 29610.7.d Hidrólisis de cianuros (nitrilos) 296UNAS PALABRAS ACERCA DE...La química verde e ibuprofeno: Caso de estudio
Derivados de ácidos carboxílicos 298Ésteres 299
Preparación de ésteres: Esterificación de FischerMecanismo de esterificación catalizada
por ácido: Sustitución acil-nucleófIla 300
297
300
.......
...
10.1210.1310.1410.1510.1610.1710.1810.19
índice xiii
Lactonas 302
Saponificación de ésteres 303Amonólosis de ésteres 304
Reacción de ésteres con reactivos Grignard 304Reducción de ésteres 305
La necesidad de compuestos con acilos activadosHalogenuros de acilo 306Anhidros de acético 308
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Los tioésteres, activado res naturales del grupo acilo
305
310
10.20 Amidas 310
10.21 Resumen de los derivados de ácidos carboxílicos 313
10.22 El hidrógeno Q'de los ésteres: La condensación de Claisen
Resumen de reacciones 318Resumen de mecanismos 319Problemas adicionales 320
315
11\.
Aminas y compuestosnitrogenados relacionados 325
11.111.211.3
I
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
Clasificación y estructura de las aminas 326Nomenclatura de las aminas 327
Propiedades físicas e interacciones intermolecularesde las aminas 328
Preparación de aminas: Alquilación de amoníaco yaminas 329
Preparación de aminas: Reducción de compuestos nitrogenadosBasicidad de las aminas 333
Comparación de la basicidad y la acidez de aminas y amidas 336Reacción de aminas con ácidos fuertes: Sales de aminas 337
331
11.9
11.10
11.11
11.12
11.13
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
Los alcaloides y las ranas venenosas 339
Aminas quirales como agentes para resolver mezclas racémicasAcilación de aminas con derivados de ácido 341
Compuestos de amonio cuaternarios 342Compuestos aromáticos de diazonio 343Acoplamiento diazoico: Colorantes diazoicos 346
Resumen de reacciones 348Resumen de mecanismos 349Problemas adicionales 349
340
12 Espectroscopia y determinación de estructuras 353
.
12.1
12.2
Principios de espectroscopia 354
Espectroscopia mediante resonancia magnética nuclear (RMN)12.2.a Medición de un espectro RMN 356
12.2.b Desplazamientos químicos y áreas bajo los picos 35712.2.c Desdoblamiento espín-espín 361
356
""
xiv Química orgánica
v¡
V-
12.3
12.4
12.5
12.6
Espectroscopia RMN con BC 365UNAS PALABRAS ACERCA DE...La RMN en biología y en medicina 366
Espectroscopia infrarroja 369Espectroscopia visible y ultravioletaEspectrometría de masas 376
Problemas adicionales
373
380
( 13 Compuestos heterocícl icos388 )
111111
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
Piridina: Enlace y basicidad 389Sustitución en la piridina 390Otros heterociclos de seis componentes 393Heterociclos de cinco componentes: Furano, pirrol y tiofeno 396Sustitución electrofílica en el furano, el pirrol y el tiofeno 398Otros heterociclos de cinco componentes: Azoles 399
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Las porfirinas: ¿Qué hace que la sangresea roja y la hierba verde? 400
Anillos fundidos, heterociclos de cinco componentes:Indoles y purinas 401
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
La morfina y otras drogas con contenido en nitrógeno 403
Resumen de reacciones 405Resumen de mecanismos 406Problemas adicionales 406
( 14 Polímeros sintéticos409 )
lb)
I~
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
14.9
Clasificación de los polímeros 410Polimerización por crecimiento en cadenapor medio de radicales libres 410Polimerización con crecimiento en cadena por medio de cationes 416Polimerización con crecimiento en cadena por medio de aniones 417Polímeros estereorregulares; polimerización de Ziegler-Natta 418UNAS PALABRAS ACERCA DE...Poliacetileno y polímeros conductores 419
Polímeros de dieno: Caucho natural y sintético 420Copolímeros 422
Polimerización con crecimiento por pasos: Dacrón y nylonUNAS PALABRAS ACERCA DE...Polímeros degradables 424
423
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Aroamidas, lo más reciente en poliamidas 425
Poliuretanos y otros polímeros con crecimiento por pasosResumen de reacciones 431Resumen de mecanismos 432Problemas adicionales 433
427
.....
,..
índice xv
( 15436)
Lípidos y detergentes
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
15.8
15.9
Grasas y aceites: Triésteres de glicerolHidrogenación de aceites vegetalesSaponificación de grasas y aceites; jabón¿Cómo trabajan los jabones? 442Detergentes sintéticos (sindets) 443UNAS PALABRAS ACERCA DE...Detergentes comerciales 445
437
440
441
( 16458 )
Fosfolípidos 447
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Prostaglandinas, aspirinas y dolor 448
Prostaglandinas, leucotrienos y lipoxinas 448Ceras 450
Terpenos y esteroides 450
Resumen de reacciones 455Problemas adicionales 455
Ca rbo h id ratos
Definiciones y clasificación 459Monosacáridos 459
Quiralidad en monosacáridos: Fórmulas de proyeccionesde Fischer y D,L-azúcares 460Las estructuras hemiacetálicas, cíclicas y de los monosacáridosCarbonos anoméricos: Mutarrotación 466
Estructuras de la piranosa y la fructosa 467Conformaciones de la piranosa 468Ésteres y éteres provenientes de los monosacáridos 469Reducción de monosacáridos 470Oxidación de monosacáridos 470
Formación de glicósidos a partir de monosacáridos 471Disacáridos 47316.12.a Maltosa 47316.12.b Celobiosa 47416.12.c Lactosa 47416.12.d Sacarosa 475
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Sabor dulce y edulcorantes 477
16.13 Polisacáridos 478
16.13.a Almidón y glicógeno16.13.b Celulosa 479
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
16.8
16.9
16.10
16.11
16.12
478
UNAS PALABRAS ACERCA DE...Sustitutos de grasas provenientesde carbohidratos 480
16.13.c Otros polisacáridos16.14 Fosfatos de azúcar 48216.15 Desoxiazúcares 482
81
464
xvi
17
I
111111
Química orgánica
16.16 Aminoazúcares 482
16.17 Ácido ascórbico (vitamina C)
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
17.617.7
17.8
17.9
17.10
17.11
17.12
17.13
17.14
17.15
483
Resumen de reacciones 484Problemas adicionales 485
Aminoácidos, péptidos y proteínas
Aminoácidos de origen natural 490Las propiedades ácido-base de los aminoácidos 492Las propiedades ácido-base de los aminoácidos con másde un grupo ácido o más de un grupo básico 495Electroforesis 497Reacciones de los aminoácidos 497La reacción de la ninhidrina 498
Péptidos 499UNAS PALABRAS ACERCA DE...Algunos péptidos de origen natural 500
El enlace disulfuro 501Proteínas 502
La estructura primaria de las proteínas 50217.10.a Análisis de aminoácidos 50217.10.b Determinación de la secuenciación 503
17.10.c Ruptura de selectividad de enlaces peptídicosLa lógica en la determinación de la secuencia 506
505
489
( 18
Lo
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
18.8
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
La secuenciaciónde las proteínas y la evolución 507
Síntesis de péptidos 508Estructura secundaria de las proteínas 51217.13.a Geometría del enlace peptídico 51217.13.b Puente de hidrógeno 51217.13.c La hélice a y la lámina plegada 513Estructura terciaria: Proteínas fibrosas y globularesEstructura cuaternaria de una proteína 516
Resumen de reacciones 518Problemas adicionales 519
514
Nucleótidos y ácidos nucleicos
La estructura general de los ácidos nucleicos 525Componentes del ácido desoxirribonucleico (ADN)Nucleósidos 526Nucleótidos 528
La estructura primaria del ADN 529Secuenciación de los ácidos nucleicos 530
525
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
El ADN Y el crimen 531
Síntesis de ácidos nucleicos en el laboratorio 532
Estructura secundaria del ADN; la doble hélice 532
524)
.......
,..I
18.9
18.10
18.11
18.12
índice
La replicación del ADN 534Ácidos ribonucleicos; ARN 536
El código genético y la biosíntesis de proteínasUNAS PALABRAS ACERCA DE...El genoma humano 539
537
UNAS PALABRAS ACERCA DE...
Los ácidos nucleicos y los virus 540
Otros nucleótidosde importanciabiológica
Resumen de reacciones 545Problemas adicionales 545
542
Créditos fotográficos 548
Apéndice 549
Tabla A: Energías de enlace para la disociación de algunos enlaceshabituales según la reacción A-X -- AT+ XT(en kcal/mol) 549
Tabla B: Longitudes de enlace de algunos sistemas habituales (enangstroms, Al 549
Tabla C:Acidez típica de algunos grupos funcionales orgánicos 550
índice/Glosario 553
xvii