[Schaum - H.meislich.] Quimica Organica

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    03-Jan-2016

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Qumica Organica

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  • ,

    QUIMICA ,

    ORGANICA Herbert MeislichTERCERA EDICION Howard Nechamkin Jacob Sharefkin

    George Hademenos

    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.

  • (~t ~. ~ QUIMICA ORGANICA

    Tercera edici6n

    HERBERT MEISLICH, Ph.D. HOWARD NECHAMKIN, Ed.D. Professor Emeritus of Chemistry Professor Emeritus of Chemistry City College ofCUNY Trenton State College

    JACOB SHAREFKIN, Ph.D. GEORGE J. HADEMENOS, Ph.D. Professor Emeritus of Chemistry Visiting Assistant Professor Brooklyn College ofCUNY Department of Physics

    University of Dallas

    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

    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

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  • 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 Polytechnic 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 su licenciatura 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 ofCerebrovascular Diseases: Biophysical Mechanisms ofDevelopment, Diagnosis, and Therapy, publicado por Springer-Verlag; Schaum sOutline ofPhysicsfor Pre-Med, Biology, and Allied Health Students y Schaum S Outline ofBiology, en coautorfa con George Fried, Ph. D., ambos publicados por McGraw-Hill. Entre otros cursos, dicta fisica general para estudiantes de biologfa y pre-medicina.

    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 2134567890

    ISBN: 958-41-0132-3

    Impreso en Colombia Printed in Colombia

    Se imprimieron 4070 ejemplares en el mes de Septiembre de 2000 Impreso por Quebecor Impreandes

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  • 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 sofisticaci6n. 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 soIucionando 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 mecanismo 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 hidrocarburos 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 conceptos mas recientes de estereoquimica, entre otro material.

    HERBERT MEISLICH HOWARD NECHAMKIN

    JACOB SHAREFKIN GEORGEJ.HADEMENOS

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  • CAPiTULO 1 ESTRUcrURA Y PROPIEDADES DE lOS COMPUESTOS

    ORGANICOS 1

    1.1 Compuestos de carbono 1

    1.2 Formulas estructurales de Lewis 2

    1.3 Tipos de enlaces 6

    1.4 Grupos funcionales 7

    1.5 Carga formal 7

    CAPITULO 2 ENLACES Y ESTRUcrURA MOLECULAR 13

    2.1 Orbitales atomicos 13

    2.2 Formacion de enlace covalente Metodo orbital molecular (OM) 15

    2.3 Hibridacion de orbitales atomicos 18

    2.4 Electronegatividad y polaridad 22

    2.5 Numero de oxidacion 22

    2.6 Fuerzas intermoleculares 23

    2.7 Solventes 24

    2.8 Resonancia y electrones 1r deslocalizados 25

    ..

    CAPITULO 3 REACTIVIDAD QUiMICA Y REACCIONES ORGANICAS 33

    3.1 Mecanismo de reaccion 33

    3.2 Productos intermedios que contienen carbono 33

    3.3 Tipos de reacciones organicas 35

    3.4 Reactivos electrofilicos y nucleofilicos 37

    3.5 Termodinamica 38

    3.6 Energfas de disociacion de enlace 39

    3.7 Equilibrio qufmico 39

    3.8 Velocidades de las reacciones 41

    3.9 Teona del estado de transicion y diagramas de entalpfa 42

    3.10 Acidos y bases de Bronsted 44

    3.11 ~asicidad (acidez) yestructura 45

    3.12 Acidos y bases de Lewis 47

    CAPITULO 4 AlCANOS 53

    4.1 Definicion 53

    4.2 Nomenclatura de los alcanos 57

    4.3 Preparacion de alcanos 59

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  • CAPiTULO 5

    CAPITULO 6

    CAPITULO 7

    CAPiTULO 8

    CAPiTULO 9

    CONTENIDO

    4.4 Propiedades qufmicas de los alcanos 61

    4.5 Resumen de la qufmica de los alcanos 65

    ESTEREOQuiMICA 71

    5.1 Estereoisomeria 71

    5.2 Isomeria 6ptica 72

    5.3 Configuraci6n relativa y configuraci6n absoluta 74

    5.4 Moleculas con mas de un centro quiral 79

    5.5 Sintesis y actividad 6ptica 81

    ALQUENOS 88

    6.1 Nomenclatura y estructura 88

    6.2 Isomeria geometrica (cis-trans) 89

    6.3 Preparaci6n de alquenos . 91

    6.4 Propiedades quimicas de los alquenos 96

    6.5 Reacciones de sustituci6n en la posici6n alilica 106

    6.6 Resumen de la qufmica de los alquenos 108

    HALOGENUROS DE ALQUILO 118

    7.1 Introducci6n 118

    7.2 Sintesis de RX 119

    7.3 Propiedades quimicas 121

    7.4 Resumen de la quimica de los halogenuros de alquilo 132

    ALQUINOS Y DIE NOS 140

    8.1 Alquinos 140

    8.2 Propiedades quimicas de los acetilenos 143

    8.3 Alcadienos 146

    8.4 Teoria del orbital molecular (OM) y sistemas 1C deslocalizados 147

    8.5 Reacciones de adici6n de dienos conjugados 149

    8.6 Polimerizaci6n de dienos 153

    8.7 Cicloadici6n 154

    8.8 Resumen de la quimica de los alquinos 154

    8.9 Resumen de la quimica de los dienos 154

    HIDROCARBUROS ciCLICOS 161

    9.1 Nomenclatura y estructura 161

    9.2 Isomeria geometrica y quiralidad 162

    9.3 Conformaci6n de cicloalcanos 164

    9.4 Sintesis 172

    9.5 Qufmica 174

    9.6 Teoria del orbital molecular de reacciones periciclicas 176

    9.7 Terpenos y la regIa del isopreno 180

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  • CONTENIDO

    CAPtrULO 10

    CAPiTULO 11

    CAPtrULO 12

    CAPiTULO 13

    CAPtrULO 14

    BENCENO Y COMPUESTOS AROMATICOS POLIN UCLEARES 10.1 Introduccion to.2 Aromaticidad y regIa de Hiickel 10.3 Antiaromaticidad 10.4 Compuestos aromaticos polinuc1eares 10.5 Nomenclatura 10.6 Reacciones quimicas to.7 Sfntesis

    SUSTITUCIDN AROMATICA. ARENOS 11.1 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

    ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA 12.1 Introduccion 12.2 Espectroscopia visible y ultravioleta 12.3 Espectroscopia infrarroja 12.4 Resonancia magnetica nuclear (RMN) (de proton, RMP) 12.5 RMN del 13C(RMC) 12.6 Espectroscopia de masa

    ALCOHOLES Y T10LES A. Alcoholes 13.1 Nomenclatura y enlace de hidrogeno 13.2 Preparacion 13.3 Reacciones 13.4 Resumen de Ia quimica de los alcoholes

    B. Tioles 13.5 Generalidades 13.6 Resumen de Ia qufmica de los tioles

    ETERES, EPDXIDOS, GLICOLES Y T10ETERES A. Eteres 14.1 Introduccion y nomenclatura 14.2 Preparacion 14.3 Propiedades quimicas 14.4 Eteres ciclicos 14.5 Resumen de la quimica de los eteres

    189 189 192 194 196 198 199 201

    204

    204 213 214 217 222

    229 229 230 232 235 245 247

    256 256 256 258 262 267

    268 268 269

    279 279 279 280 283 285 287

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  • CAPi-ru LO 15

    CAPiTULO 16

    cAPi'ruLO 17

    CONTENIDO

    B. Epoxidos 287

    14.6 Introducci6n 287

    14.7 Sfntesis 287

    14.8 Qufmica 288

    14.9 Resumen de la qufmica de los ep6xidos 290

    C. Glicoles 291

    14.10 Preparaci6n de 1,2-glicoles 291

    14.11 Reacciones unicas de los glicoles 292

    14.12 Resumen de la qufmica de los glicoles 294

    D. Tioeteres 294

    14.13 Introducci6n 294

    14.14 Preparaci6n 295

    14.15 Qufmica 295

    COMPUESTOS CARBONILOS: ALDEHIDOS Y CETONAS 302

    15.1 Introducci6n y nomenclatura 302

    15.2 Preparaci6n 305

    15.3 Oxidaci6n y reducci6n \ 310

    15.4 Reacciones de adici6n de nucle6filos a c=o 313

    / 15.5 Adici6n de a1coholes: formaci6n de acetal y cetal 316

    15.6 Ataques con iluros; reacci6n de Wittig 319

    15.7 Reacciones varias 320

    15.8 Resumen de la qufmica de los aldehfdos 322

    15.9 Resumen de la qufmica de las cetonas 323

    ACIDOS CARBOxiucos Y SUS DERIVADOS 330

    16.1 Introducci6n y nomenclatura 330

    16.2 Preparaci6n de acidos carboxflicos 333

    16.3 Reacciones de acidos carboxflicos 335

    16.4 Resumen de la qufmica del acido carboxflico 341

    16.5 Acidos carboxflicos polifuncionales 341

  • CAPITULO 18

    CAPITULO 19

    CAPITULO 20

    CONTENIDO

    17.3 Alquilaci6n de carbani6n-enolatos estables 17.4 Adici6n nucleofflica a compuestos carbonilos conjugados:

    adici6n 3,4- de Michael 17.5 Condensaciones

    AMINAS 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8

    Nomenclatura y propiedades ffsicas Preparaci6n Propiedades quimicas Reacciones de sales de amonio cuaternario Reacciones del anillo de las arninas aromaticas Propiedades espectrales Reacciones de las sales de arildiazonio Resumen de la qufmica ,de los arninas

    COMPUESTOS FENOUCOS

    19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6

    Introducci6n Preparaci6n Propiedades qufmicas Determinaci6n analitica de fenoles Resumen de la qufmica de los fenoles Resumen de eteres y esteres fen6licos

    COMPUESTOS HETEROcicucos AROMATICOS 20.1 Heterociclicos aromaticos con anillos

    de cinco miembros con un hetermltomo 20.2 Heterocfclicos de seis miembros con un heteroatomo 20.3 Compuestos con dos heteroatomos 20.4 Sistemas de anillos unidos (condensados)

    IN DICE

    379

    384 385

    399 399 401 406 412 413 415 415 418

    429 429 430 432 439 440 440

    447

    447 453 457 457

    463

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    1:!!=~~:::=':j:!"'llV tambien son tipicas, siendo comun la isomeria.

    Estructura y propiedades

    e compuestos organicos ESTOS DE CARBONO

    Qulmla organica es el estudio de los compuestos de carbono (C), los cuales tienen enlaces covaatomos de carbono pueden unirse entre sf para formar compuestos de cadena abierta, o compuestos ciclicos (anillo), figura 1-1 c). Ambos tipos pueden tener rarnificaciones C, figuras 1-1 b) y d). Los compuestos saturados tienen atomos de C enlazados entre sf

    enlac=e$ simples, C-C ; los compuestos insaturados tienen atomos de C unidos por enlaces la figura 1-1 e) se presentan ejemplos con enlaces dobles y triples. Los compuestos

    tienen por 10 menos un atomo en el anillo, diferente al de C (un heteroatomo), se Haman IhelteI"iOCllcJi(:'pS, figura 1-11). Los heteroatomos suelen ser oxigeno (0), nitr6geno (N) y azufre (S).

    l~oblmI81.1 ~Por que hay tantos compuestos que contienen carbono? entre carbonos son covalentes y fuertes, de manera que el carbono puede formar largas cadenas ales puede haber ramificaciones. El carbono puede unirse a casi todos los elementos de la tabla pelri~lIicll. r1~u.;;I1.IQ.", la cantidad de is6meros aumenta a medida que las moleculas organicas se vuelven mas com

    y establezca las diferencias entre las propiedades de compuestos i6nicos y compuestos .....

    K"'l llllllq , los compuestos i6nicos son inorganicos; tienen puntos de fusi6n y ebullici6n elevados debido electrostaticas que atraen a los iones con carga opuesta; son solubles en agua e insolubles en

    tsol.VeIltes OJJtAniC

  • 2 QulMICA OROANICA

    H H H H H H H I I J I I I I H,/H H-y-ry-y-H H-C-C-C-H H, /H H,Ic..HI I IH H H H H/hH H, I~~H H, I~ .... He-H~H /C-c::..H/ H H H

    n-butano Isobutano Ciclopropano MetilcicIopropano estructura lineal, estructura ramijicada estructura cfclica estructura ramijicada, cadena abierta cadena abierta sin ramijicaciones cfclica

    a) b) c) d)

    vV H HH-C-C-H \ II I H-C-C-H H-~/C-HH-..c C-H H'\/f Q:

    Z Eteno (etileno) Ciclop...