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SA PORT WADE VOL1 CR.pdf 1 6/20/11 2:43 PM
Compuestos orgnicos y grupos funcionales comunes
Clase de compuesto Estructura general Grupo funcional Ejemplo
alcanos ninguno CH3CH2CH2CH3butano
haluros de alquilo X F, Cl, Br o I CH3CH2CH2Cl1-cloropropano
alquenos enlace doble carbono-carbonobut-1-eno
alquinos enlace triple carbono-carbonobut-2-ino
compuestos aromticos anillo de benceno,tambin dibujado
alcoholes grupo hidroxiloetanol
fenoles grupo hidroxilo en un anilloaromtico
tioles grupo sulfhidrilometanotiol
teres oxgeno entre dos grupos alquiloter dietlico
epxidos ter en un anillo de 3 miembros
1,2-epoxiciclohexano
cetonas grupo carboniloacetona
aldehdos grupo carbonilopropanal
cidos carboxlicos grupo carbonilocido actico
steres grupo alcoxicarboniloacetato de etilo
amidas grupo carboxamida N(CH 3)2N,N-dimetilformamida
aminas grupo aminoetilamina
nitrilos grupo cianopropionitrilo
nitroalcanos grupo nitronitroetano
CH3CH29NO2R9NO2
CH3CH29C#NR9C#N
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PERIODO
Abreviaturade los gruposorgnicos Significado Estructura
Ac acetilo
alilo
Boc (CH3)Bn bencilo
n-Bu n-butiloi-Bu isobutilo
s-Bu sec-butilo
t-Bu ter-butilo
Cbz (o Z) benciloxicarbonilo
Me metilo
Et etilo
c-Hx ciclohexilo
Ph fenilo
Pr propiloi-Pr isopropilo
Sia sec-isoamilo
THP tetrahidropiranilo
vinilo
Ts para-toluensulfonilo, tosilo
No todas estas abreviaturas se emplean en este texto, pero se ofrecen comoreferencia.
C&C
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Grupos comunes en qumica orgnica
ter-butiloxicarbonilo
Abreviatura Significado Estructura
Ac2O anhdrido actico
DCC diciclohexilcarbodiimida
DIBAL o DIBAH hidruro de diisobutilaluminio [(CH3)2CHCH2]2AlHDME, glima 1,2-dimetoxietano
diglyme ter bis(2-metoxietlico)
DMF N,N-dimetilformamida
DMSO sulfxido de dimetilo
EtOH etanol CH3CH2OH
EtO ion etxido
Et2O ter dietlico
HMPA, HMPT hexametiltriamida del cidofosfrico o hexametilfosforamida
[(CH3)2N]3
LAH hidruro de litio y aluminio LiAlH4LDA diisopropilamiduro de litio [(CH3)2CH]2N Li
MCPBA cido meta-cloroperoxibenzoico
MeOH metanol CH3OH
MeO ion metxido
MVK metilvinilcetona
NBS N-bromosuccinimida
PCC clorocromato de piridinio pyr CrO3 HCl
Pyr piridina
t-BuOH alcohol ter-butlico
t-BuOK ter-butxido de potasio
THF tetrahidrofurano
TMS tetrametilsilano (CH3)4Si
(CH3)3C9O K(CH3)3C9OH
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Reactivos y disolventes comunes
QUMICA ORGNICAVolumen 1
Sptima edicin
L.G. Wade, Jr.Whitman College
TRADUCCIN
Ma. Aurora Lanto Arriola Laura Fernndez EnrquezEscuela Nacional de Ciencias Biolgicas Divisin de Ciencias Bsicas e Ingeniera
Instituto Politcnico Nacional Universidad Autnoma Metropolitana
REVISIN TCNICAHctor Garca Ortega
Jos Norberto Farfn GarcaBlas Flores Prez
Fernando Len CedeoJos Manuel Mndez Stivalet
Alfredo Vzquez MartnezFacultad de Qumica
Universidad Nacional Autnoma de Mxico
Juan Manuel Jurez Ruiz Socorro Leyva RamosDepartamento de Qumica Facultad de Ciencias QumicasUniversidad de Guanajuato Universidad Autnoma de San Luis Potos
Mara del Roco Ramrez Salgado Gonzalo Trujillo ChvezJos Guillermo Penieres Carrillo Escuela Nacional de Ciencias Biolgicas
Facultad de Estudios Superiores, Cuautitln Instituto Politcnico NacionalUniversidad Nacional Autnoma de Mxico
Datos de catalogacin bibliogrfica
WADE, LEROY
Qumica orgnica. Volumen 1 Sptima edicin
PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2011
ISBN: 978-607-32-0790-4rea: Ciencias
Formato: 21 3 27 cm Pginas: 744
Authorized translation from the English language edition, entitled ORGANIC CHEMISTRY, 7th Edition, by LEROYWADE, published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright 2010. All rights reserved. ISBN 9780321592316
Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingls, titulada ORGANIC CHEMISTRY, 7a. edicin, por LEROY WADE,publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright 2010. Todos los derechos reservados.
Esta edicin en espaol es la nica autorizada.
Edicin en espaolEditora: Gabriela Lpez Ballesteros
e-mail: [email protected] Editor de desarrollo: Bernardino Gutirrez Hernndez Supervisor de produccin: Jos D. Hernndez Garduo
SPTIMA EDICIN, 2012
D.R. 2012 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco 500-5o. pisoCol. Industrial Atoto53519, Naucalpan de Jurez, Estado de Mxico
Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. nm. 1031.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse,por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, foto-qumico, magntico o electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del edi-tor o de sus representantes.
ISBN VERSIN IMPRESA: 978-607-32-0790-4ISBN VERSIN E-BOOK: 978-607-32-0791-1ISBN E-CHAPTER: 978-607-32-0792-8
PRIMERA IMPRESINImpreso en Mxico. Printed in Mexico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 15 14 13 12
L. G. Skip Wade decidi especializarse en qumica durante susegundo ao de estudiante en la Rice University, mientras tomaba clases de qu-mica orgnica con el profesor Ronald M. Magid. Despus de titularse en la Rice University, en 1969, Wade ingres a la Harvard University, donde realiz investi-gaciones con el profesor James D. White. Mientras estudiaba en Harvard fungicomo Director de los Laboratorios orgnicos y fue influenciado en gran medida porlos mtodos tcnicos de dos educadores de maestra, los profesores Leonard K.Nash y Frank H. Westheimer.
Despus de completar su doctorado en Harvard en 1974, el Dr. Wade se uni a laFacultad de qumica en la Colorado State University. En el transcurso de quinceaos, el Dr. Wade ense qumica orgnica a miles de estudiantes dirigida hacia lascarreras de todas las reas de biologa, qumica, medicina humana, medicina ve-terinaria y estudios ambientales. Tambin realiz ensayos de investigacin en las sntesis orgnicas y en la educacin qumica, y escribi once libros que revisan lainvestigacin actual en las sntesis orgnicas. Desde 1989, el Dr. Wade ha sido pro-fesor de qumica en el Whitman College, donde ensea qumica orgnica y realizainvestigaciones sobre sntesis orgnica y qumica forense. El Dr. Wade recibi el pre-mio A. E. Lange por el Distinguished Science Teaching en Whitman en 1993.
El inters del Dr. Wade en la ciencia forense lo ha llevado a testificar como peritoen casos de la corte que involucran drogas y armas de fuego; ha trabajado comoinstructor de armas de fuego en la polica, como consultor de drogas y oficial deseguridad de navegacin en bote. Tambin disfruta reparar y restaurar violines yarcos antiguos, lo cual ha realizado de manera profesional por muchos aos.
ACERCA DEL AUTOR
A mis estudiantes y colegas en el Whitman College
vii
Prefacio xxiv
Volumen 1
1 Introduccin y repaso 12 Estructura y propiedades de las molculas orgnicas 403 Estructura y estereoqumica de los alcanos 834 El estudio de las reacciones qumicas 1275 Estereoqumica 1696 Haluros de alquilo: sustitucin nucleoflica y eliminacin 2157 Estructura y sntesis de los alquenos 2818 Reacciones de los alquenos 3239 Alquinos 388
10 Estructura y sntesis de los alcoholes 42111 Reacciones de los alcoholes 46412 Espectroscopia infrarroja y espectrometra de masas 51013 Espectroscopia de resonancia magntica nuclear 56114 teres, epxidos y sulfuros 625
Apndices A1Respuestas a problemas seleccionados R1Crditos fotogrficos CF1ndice I1
Volumen 2
15 Sistemas conjugados, simetra orbital y espectroscopia ultravioleta 665
16 Compuestos aromticos 70717 Reacciones de los compuestos aromticos 75118 Cetonas y aldehdos 80719 Aminas 87220 cidos carboxlicos 93721 Derivados de cidos carboxlicos 98022 Condensaciones y sustituciones en alfa de compuestos
carbonlicos 104323 Carbohidratos y cidos nucleicos 109724 Aminocidos, pptidos y protenas 115325 Lpidos 120026 Polmeros sintticos 1222
Apndices A1Respuestas a problemas seleccionados R1Crditos fotogrficos CF1ndice I1
RESUMEN DE CONTENIDO
Acerca del autor v
Prefacio xxiv
1 INTRODUCCIN Y REPASO 11-1 Los orgenes de la qumica orgnica 11-2 Principios de la estructura atmica 31-3 Formacin de enlaces: la regla del octeto 61-4 Estructuras de Lewis 71-5 Enlaces mltiples 8
Resumen: Patrones de enlaces comunes (neutros) 91-6 Electronegatividad y polaridad de enlace 91-7 Cargas formales 101-8 Estructuras inicas 12
Resumen: Patrones comunes de enlace en los compuestos orgnicos y iones 131-9 Resonancia 13
1-10 Frmulas estructurales 171-11 Frmulas moleculares y empricas 201-12 cidos y bases de Arrhenius 211-13 cidos y bases de Brnsted-Lowry 221-14 cidos y bases de Lewis 29
Glosario 32Problemas de estudio 34
viii
CONTENIDO
Volumen 1
Contenido ix
2ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LAS MOLCULAS ORGNICAS 40
2-1 Propiedades ondulatorias de los electrones en los orbitales 402-2 Orbitales moleculares 422-3 Enlace pi 452-4 Hibridacin y formas moleculares 462-5 Cmo dibujar molculas tridimensionales 502-6 Reglas generales de hibridacin y geometra 512-7 Rotacin de enlaces 552-8 Isomera 572-9 Polaridad de enlaces y molculas 59
2-10 Fuerzas intermoleculares 622-11 Efecto de la polaridad sobre la solubilidad 662-12 Hidrocarburos 692-13 Compuestos orgnicos que contienen oxgeno 722-14 Compuestos orgnicos que contienen nitrgeno 74
Glosario 76Problemas de estudio 79
3ESTRUCTURA Y ESTEREOQUMICA DE LOS ALCANOS 83
3-1 Clasificacin de los hidrocarburos (repaso) 833-2 Frmulas moleculares de los alcanos 843-3 Nomenclatura de los alcanos 85
Resumen: Reglas para nombrar los alcanos 903-4 Propiedades fsicas de los alcanos 913-5 Usos y fuentes de los alcanos 933-6 Reacciones de los alcanos 953-7 Estructura y conformaciones de los alcanos 963-8 Conformaciones del butano 1003-9 Conformaciones de alcanos ms grandes 102
3-10 Cicloalcanos 1023-11 Isomera cis-trans en los cicloalcanos 1053-12 Estabilidad de los cicloalcanos. Tensin de anillo 1053-13 Conformaciones del ciclohexano 109
Estrategia para resolver problemas: Cmo dibujar conformaciones de silla 112
3-14 Conformaciones de ciclohexanos monosustituidos 1133-15 Conformaciones de ciclohexanos disustituidos 116
Estrategia para resolver problemas: Cmo reconocer ismeros cis y trans 118
3-16 Molculas bicclicas 119Glosario 121Problemas de estudio 124
x Contenido
4 EL ESTUDIO DE LAS REACCIONES QUMICAS 1274-1 Introduccin 1274-2 Cloracin del metano 1274-3 Reaccin en cadena de radicales libres 128
Mecanismo clave: Halogenacin por radicales libres 1304-4 Constantes de equilibrio y energa libre 1324-5 Entalpa y entropa 1354-6 Entalpas de disociacin de enlace 1364-7 Cambios de entalpa en reacciones de cloracin 1374-8 Cintica y la ecuacin de rapidez 1394-9 Energa de activacin y dependencia de la rapidez de reaccin
con respecto a la temperatura 1414-10 Estados de transicin 1424-11 Rapidez de reacciones con varios pasos 1444-12 La halogenacin y su dependencia de la temperatura 1454-13 Halogenacin selectiva 1464-14 Postulado de Hammond 151
Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 153
4-15 Inhibidores de radicales 1554-16 Intermediarios reactivos 156
Resumen: Intermediarios reactivos 162Glosario 162Problemas de estudio 165
5 ESTEREOQUMICA 1695-1 Introduccin 1695-2 Quiralidad 1705-3 Nomenclatura (R) y (S) de los tomos de carbono asimtricos 1765-4 Actividad ptica 1815-5 Discriminacin biolgica de enantimeros 1865-6 Mezclas racmicas 1875-7 Exceso enantiomrico y pureza ptica 1885-8 Quiralidad de sistemas conformacionalmente mviles 1895-9 Compuestos quirales sin tomos asimtricos 191
5-10 Proyecciones de Fischer 193Resumen: Las proyecciones de Fischer y su uso 198
5-11 Diastermeros 198Resumen: Tipos de ismeros 199
5-12 Estereoqumica de molculas con dos o ms carbonos asimtricos 2005-13 Compuestos meso 2015-14 Configuraciones absoluta y relativa 2035-15 Propiedades fsicas de los diastermeros 2055-16 Resolucin de enantimeros 206
Glosario 209Problemas de estudio 211
Contenido xi
6HALUROS DE ALQUILO: SUSTITUCIN NUCLEOFLICA Y ELIMINACIN 215
6-1 Introduccin 2156-2 Nomenclatura de los haluros de alquilo 2166-3 Usos comunes de los haluros de alquilo 2186-4 Estructura de los haluros de alquilo 2206-5 Propiedades fsicas de los haluros de alquilo 2216-6 Preparacin de haluros de alquilo 223
Resumen: Mtodos para preparar haluros de alquilo 2266-7 Reacciones de los haluros de alquilo: sustitucin nucleoflica y eliminacin 2286-8 Sustitucin nucleoflica de segundo orden: la reaccin SN2 229
Mecanismo clave: La reaccin SN2 2306-9 Generalidades de la reaccin SN2 231
Resumen: Reacciones SN2 de los haluros de alquilo 2316-10 Factores que influyen en las reacciones SN2: fuerza del nuclefilo 233
Resumen: Tendencia en la nucleofilia 2346-11 Reactividad del sustrato en reacciones SN2 2376-12 Estereoqumica de la reaccin SN2 2416-13 Sustitucin nucleoflica de primer orden: reaccin SN1 243
Mecanismo clave: La reaccin SN1 2446-14 Estereoqumica de la reaccin SN1 2476-15 Reordenamientos en las reacciones SN1 2496-16 Comparacin de las reacciones SN1 y SN2 252
Resumen: Sustituciones nucleoflicas 2546-17 Eliminacin de primer orden: reaccin E1 255
Mecanismo clave: La reaccin E1 255Resumen: Reacciones de los carbocationes 259
6-18 Orientacin posicional de la eliminacin: regla de Zaitsev 2606-19 Eliminacin de segundo orden: reaccin E2 261
Mecanismo clave: La reaccin E2 2626-20 Estereoqumica de la reaccin E2 2646-21 Comparacin de los mecanismos de eliminacin E1 y E2 265
Resumen: Reacciones de eliminacin 267Estrategia para resolver problemas: Prediccin de sustituciones nucleoflicasy eliminaciones 267Resumen: Reacciones de los haluros de alquilo 270Glosario 273Problemas de estudio 276
7 ESTRUCTURA Y SNTESIS DE LOS ALQUENOS 2817-1 Introduccin 2817-2 Descripcin orbital del enlace doble de los alquenos 2827-3 Elementos de insaturacin 2837-4 Nomenclatura de los alquenos 2857-5 Nomenclatura de los ismeros cis-trans 287
Resumen: Reglas para nombrar a los alquenos 289
xii Contenido
7-6 Importancia comercial de los alquenos 2907-7 Estabilidad de los alquenos 2927-8 Propiedades fsicas de los alquenos 2987-9 Sntesis de alquenos por eliminacin de haluros de alquilo 300
7-10 Sntesis de alquenos por deshidratacin de alcoholes 308Mecanismo clave: Deshidratacin de un alcohol catalizada con un cido 309
7-11 Sntesis de alquenos mediante mtodos industriales a altas temperaturas 311Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 312Resumen: Mtodos para sintetizar alquenos 316Glosario 317Problemas de estudio 319
8 REACCIONES DE ALQUENOS 3238-1 Reactividad del enlace doble carbono-carbono 3238-2 Adicin electroflica a alquenos 324
Mecanismo clave: Adicin electroflica a alquenos 3248-3 Adicin de haluros de hidrgeno a alquenos 3268-4 Adicin de agua: hidratacin de alquenos 3328-5 Hidratacin por oximercuracin-desmercuracin 3358-6 Alcoximercuracin-desmercuracin 3378-7 Hidroboracin de alquenos 3388-8 Adicin de halgenos a alquenos 3448-9 Formacin de halohidrinas 347
8-10 Hidrogenacin cataltica de los alquenos 3508-11 Adicin de carbenos a alquenos 3528-12 Epoxidacin de alquenos 3558-13 Apertura de epxidos catalizada por cido 3578-14 Hidroxilacin sin de alquenos 3608-15 Ruptura oxidativa de alquenos 3628-16 Polimerizacin de alquenos 3658-17 Mettesis de olefinas 369
Estrategia para resolver problemas: Sntesis orgnica 372
Resumen: Reacciones de alquenos 374Glosario 379Problemas de estudio 382
9 ALQUINOS 3889-1 Introduccin 3889-2 Nomenclatura de los alquinos 3899-3 Propiedades fsicas de los alquinos 3909-4 Importancia comercial de los alquinos 3909-5 Estructura electrnica de los alquinos 3929-6 Acidez de los alquinos. Formacin de iones acetiluro 3939-7 Sntesis de alquinos a partir de acetiluros 3959-8 Sntesis de alquinos por reacciones de eliminacin 399
Resumen: Sntesis de alquinos 400
Contenido xiii
9-9 Reacciones de adicin de alquinos 4019-10 Oxidacin de alquinos 411
Estrategia para resolver problemas: Sntesis multipasos 413
Resumen: Reacciones de los alquinos 414Glosario 417Problemas de estudio 418
10 ESTRUCTURA Y SNTESIS DE LOS ALCOHOLES 42110-1 Introduccin 42110-2 Estructura y clasificacin de los alcoholes 42110-3 Nomenclatura de alcoholes y fenoles 42310-4 Propiedades fsicas de los alcoholes 42710-5 Alcoholes comercialmente importantes 42910-6 Acidez de los alcoholes y fenoles 43110-7 Sntesis de alcoholes: introduccin y repaso 434
Resumen: Sntesis de alcoholes previas 43410-8 Reactivos organometlicos para sntesis de alcoholes 43610-9 Adicin de reactivos organometlicos a compuestos carbonlicos 439
Mecanismo clave: Reacciones de Grignard 439Resumen: Reacciones de Grignard 446
10-10 Reacciones secundarias de los reactivos organometlicos: reduccin de haluros de alquilo 447
10-11 Reduccin del grupo carbonilo: sntesis de alcoholes 1 y 2 449Resumen: Reacciones de LiAlH4 y NaBH4 452Resumen: Sntesis de alcoholes mediante adiciones nucleoflicas a grupos carbonilo 453
10-12 Tioles (mercaptanos) 455Glosario 457Problemas de estudio 459
11 REACCIONES DE LOS ALCOHOLES 46411-1 Estados de oxidacin de los alcoholes y grupos funcionales relacionados 46411-2 Oxidacin de alcoholes 46611-3 Mtodos adicionales para la oxidacin de alcoholes 46911-4 Oxidacin biolgica de los alcoholes 47111-5 Alcoholes como nuclefilos y electrfilos. Formacin de tosilatos 472
Resumen: Reacciones SN2 de los steres tosilato 47511-6 Reduccin de alcoholes 47511-7 Reacciones de alcoholes con cidos hidrohlicos
(haluros de hidrgeno) 47611-8 Reacciones de alcoholes con haluros de fsforo 48111-9 Reacciones de alcoholes con cloruro de tionilo 482
11-10 Reacciones de deshidratacin de alcoholes 484Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 488
11-11 Reacciones exclusivas de los dioles 49111-12 Esterificacin de alcoholes 49311-13 steres de cidos inorgnicos 494
xiv Contenido
11-14 Reacciones de los alcxidos 497Mecanismo clave: Sntesis de Williamson de teres 497Estrategia para resolver problemas: Sntesis de mltiples pasos 499Resumen: Reacciones de los alcoholes 502Glosario 504Problemas de estudio 506
12ESPECTROSCOPIA INFRARROJA Y ESPECTROMETRA DE MASAS 510
12-1 Introduccin 51012-2 Espectro electromagntico 51112-3 Regin infrarroja 51212-4 Vibraciones moleculares 51312-5 Vibraciones activas e inactivas en el IR 51512-6 Medicin del espectro IR 51612-7 Espectroscopia infrarroja de hidrocarburos 51912-8 Absorciones caractersticas de alcoholes y aminas 52412-9 Absorciones caractersticas de los compuestos carbonlicos 525
12-10 Absorciones caractersticas de los enlaces C!N 53112-11 Resumen simplificado de las frecuencias de estiramientos IR 53212-12 Lectura e interpretacin de los espectros IR (problemas resueltos) 53412-13 Introduccin a la espectrometra de masas 53912-14 Determinacin de la frmula molecular por medio de la espectrometra
de masas 54312-15 Patrones de fragmentacin en la espectrometra de masas 546
Resumen: Patrones de fragmentacin comunes 551Glosario 553Problemas de estudio 554
13 ESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNTICA NUCLEAR 561
13-1 Introduccin 56113-2 Teora de la resonancia magntica nuclear 56113-3 Proteccin magntica por parte de los electrones 56413-4 Espectrmetro de RMN 56613-5 Desplazamiento qumico 56713-6 Nmero de seales 57413-7 reas de las seales 57513-8 Desdoblamiento espn-espn 578
Estrategia para resolver problemas: Dibujo de un espectro de RMN 583
13-9 Desdoblamiento complejo 58713-10 Protones estereoqumicamente no equivalentes 59013-11 Dependencia del tiempo de la espectroscopia de RMN 593
Estrategia para resolver problemas: Interpretacin de los espectros de RMNde protn 596
13-12 Espectroscopia de RMN de carbono-13 601
Contenido xv
13-13 Interpretacin de los espectros de RMN de carbono 60913-14 Imagen por resonancia magntica nuclear 611
Estrategia para resolver problemas: Problemas de espectroscopia 612
Glosario 616Problemas de estudio 618
14 TERES, EPXIDOS Y SULFUROS 62514-1 Introduccin 62514-2 Propiedades fsicas de los teres 62514-3 Nomenclatura de los teres 63014-4 Espectroscopia de los teres 63314-5 Sntesis de Williamson de teres 63514-6 Sntesis de teres por alcoximercuracin-desmercuracin 63614-7 Sntesis industrial: deshidratacin bimolecular de los alcoholes 637
Resumen: Sntesis de teres (repaso) 63814-8 Ruptura de teres por HBr y HI 63814-9 Autooxidacin de los teres 641
Resumen: Reacciones de los teres 64114-10 Sulfuros (tioteres) 64214-11 Sntesis de epxidos 644
Resumen: Sntesis de epxidos 64714-12 Apertura del anillo de los epxidos catalizada por un cido 64814-13 Apertura del anillo de los epxidos catalizada por una base 65114-14 Orientacin de la apertura del anillo del epxido 65214-15 Reacciones de los epxidos con reactivos de Grignard y de organolitio 65414-16 Resinas epxicas: la llegada de los pegamentos modernos 655
Resumen: Reacciones de los epxidos 657Glosario 658Problemas de estudio 660
APNDICES 1243
1A RMN: Desplazamientos qumicos de los protones A21B RMN: Constantes de acoplamiento espn-espn A41C RMN: Desplazamientos qumicos de 13C en compuestos orgnicos A52A IR: Frecuencias infrarrojas caractersticas de los grupos A62B IR: Absorciones infrarrojas caractersticas de los grupos funcionales A93 UV: Reglas de Woodward-Fieser para la prediccin de los
espectros UV-Visible A114A Mtodos y sugerencias para proponer mecanismos A154B Sugerencias para el desarrollo de sntesis multipasos A185 Valores de pKa para los compuestos representativos A19
Respuestas a problemas seleccionados R1
Crditos fotogrficos CF1
ndice I1
xvi Contenido
15SISTEMAS CONJUGADOS, SIMETRA ORBITAL Y ESPECTROSCOPIA ULTRAVIOLETA 665
15-1 Introduccin 66515-2 Estabilidades de los dienos 66515-3 Representacin del orbital molecular de un sistema conjugado 66715-4 Cationes allicos 67115-5 Adiciones 1,2 y 1,4 a dienos conjugados 67215-6 Control cintico y control termodinmico en la adicin de HBr
al 1,3-butadieno 67415-7 Radicales allicos 67615-8 Orbitales moleculares del sistema allico 67815-9 Configuraciones electrnicas del radical, catin y anin alilo 680
15-10 Reacciones de desplazamiento SN2 de haluros y tosilatos allicos 68115-11 La reaccin de Diels-Alder 682
Mecanismo clave: Reaccin de Diels-Alder 68215-12 Reaccin de Diels-Alder como ejemplo de una reaccin pericclica 69115-13 Espectroscopia de absorcin en el ultravioleta 694
Glosario 701Problemas de estudio 703
16 COMPUESTOS AROMTICOS 70716-1 Introduccin: el descubrimiento del benceno 70716-2 Estructura y propiedades del benceno 70716-3 Los orbitales moleculares del benceno 71116-4 Representacin del ciclobutadieno con orbitales moleculares 71416-5 Compuestos aromticos, antiaromticosy no aromticos 71616-6 Regla de Hckel 71616-7 Deduccin de la regla de Hckel con orbitales moleculares 71816-8 Iones aromticos 71916-9 Compuestos aromticos heterocclicos 725
16-10 Hidrocarburos aromticos polinucleares 72916-11 Altropos aromticos del carbono 73116-12 Compuestos heterocclicos fusionados 73316-13 Nomenclatura de los derivados de benceno 73416-14 Propiedades fsicas del benceno y sus derivados 73616-15 Espectroscopia de los compuestos aromticos 737
Glosario 740Problemas de estudio 742
17 REACCIONES DE LOS COMPUESTOS AROMTICOS 75117-1 Sustitucin electroflica aromtica 751
Mecanismo clave: Sustitucin electroflica aromtica 75217-2 Halogenacin del benceno 75317-3 Nitracin del benceno 75517-4 Sulfonacin del benceno 757
Volumen 2
Contenido xvii
17-5 Nitracin del tolueno: efecto del grupo alquilo sobre la sustitucin 75917-6 Sustituyentes activadores, orientadores orto-para 761
Resumen: Grupos y compuestos activadores, orientadores orto-para 76417-7 Sustituyentes desactivadores, orientadores meta 765
Resumen: Desactivadores, orientadores meta 76817-8 Sustituyentes halogenados: desactivadores, pero orientadores orto-para 768
Resumen: Efectos de orientacin de los sustituyentes 77017-9 Efectos de mltiples sustituyentes sobre la sustitucin electroflica
aromtica 77017-10 Alquilacin Friedel-Crafts 77317-11 Acilacin de Friedel-Crafts 777
Resumen: Comparacin de la alquilacin y la acilacin de Friedel-Crafts 780
17-12 Sustitucin nucleoflica aromtica 78217-13 Reacciones de adicin de los derivados del benceno 78717-14 Reacciones en cadenas laterales de los derivados del benceno 78917-15 Reacciones de los fenoles 793
Resumen: Reacciones de los compuestos aromticos 796Glosario 799Problemas de estudio 802
18 CETONAS Y ALDEHDOS 80718-1 Compuestos carbonlicos 80718-2 Estructura del grupo carbonilo 80818-3 Nomenclatura de cetonas y aldehdos 80818-4 Propiedades fsicas de las cetonas y aldehdos 81118-5 Espectroscopia de las cetonas y aldehdos 81318-6 Importancia industrial de las cetonas y aldehdos 82018-7 Repaso de las sntesis de cetonas y aldehdos 82018-8 Sntesis de cetonas y aldehdos mediante 1,3-ditianos 82418-9 Sntesis de cetonas a partir de cidos carboxlicos 825
18-10 Sntesis de cetonas a partir de nitrilos 82618-11 Sntesis de aldehdos y cetonas a partir de cloruros de cido 827
Resumen: Sntesis de cetonas y aldehdos 82818-12 Reacciones de cetonas y aldehdos: adicin nucleoflica 831
Mecanismos clave: Adiciones nucleoflicas a grupos carbonilo 833
18-13 Reaccin de Wittig 83418-14 Hidratacin de cetonas y aldehdos 83818-15 Formacin de cianohidrinas 84018-16 Formacin de iminas 842
Mecanismo clave: Formacin de iminas 84218-17 Condensaciones con hidroxilamina e hidracinas 845
Resumen: Condensaciones de aminas con cetonas y aldehdos 84618-18 Formacin de acetales 847
Mecanismo clave: Formacin de acetales 848Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 850
18-19 Uso de acetales como grupos protectores 85218-20 Oxidacin de aldehdos 854
xviii Contenido
18-21 Reducciones de cetonas y aldehdos 854Resumen: Reacciones de cetonas y aldehdos 857Glosario 860Problemas de estudio 863
19 AMINAS 87219-1 Introduccin 87219-2 Nomenclatura de las aminas 87319-3 Estructura de las aminas 87519-4 Propiedades fsicas de las aminas 87719-5 Basicidad de aminas 87919-6 Efectos de la basicidad de las aminas 88019-7 Sales de aminas 88219-8 Sales de aminas como catalizadores de transferencia de fase 88419-9 Espectroscopia de aminas 886
19-10 Reacciones de aminas con cetonas y aldehdos (repaso) 89019-11 Sustitucin aromtica de arilaminas y piridina 89019-12 Alquilacin de aminas por haluros de alquilo 89419-13 Acilacin de aminas por cloruros de cido 89519-14 Formacin de sulfonamidas 89719-15 Aminas como grupos salientes: eliminacin de Hofmann 89819-16 Oxidacin de aminas; eliminacin de Cope 90219-17 Reacciones de aminas con cido nitroso 90419-18 Reacciones de sales de arildiazonio 906
Resumen: Reacciones de aminas 91019-19 Sntesis de aminas por aminacin reductiva 91219-20 Sntesis de aminas por acilacin-reduccin 91519-21 Sntesis limitada a aminas primarias 916
Resumen: Sntesis de aminas 923Glosario 925Problemas de estudio 928
20 CIDOS CARBOXLICOS 93720-1 Introduccin 93720-2 Nomenclatura de los cidos carboxlicos 93720-3 Estructura y propiedades fsicas de los cidos carboxlicos 94120-4 Acidez de los cidos carboxlicos 94220-5 Sales de los cidos carboxlicos 94620-6 Fuentes comerciales de los cidos carboxlicos 94920-7 Espectroscopia de los cidos carboxlicos 95020-8 Sntesis de cidos carboxlicos 954
Resumen: Sntesis de cidos carboxlicos 95720-9 Reacciones de cidos carboxlicos y derivados; sustitucin nucleoflica
sobre el grupo acilo 95820-10 Condensacin de cidos con alcoholes: esterificacin de Fischer 960
Mecanismo clave: Esterificacin de Fischer 961
Contenido xix
20-11 Esterificacin usando diazometano 96420-12 Condensacin de cidos con aminas: sntesis directa de amidas 96520-13 Reduccin de cidos carboxlicos 96520-14 Alquilacin de cidos carboxlicos para formar cetonas 96720-15 Sntesis y usos de cloruros de cido 968
Resumen: Reacciones de cidos carboxlicos 970Glosario 972Problemas de estudio 973
21 DERIVADOS DE CIDOS CARBOXLICOS 98021-1 Introduccin 98021-2 Estructura y nomenclatura de los derivados de cido 98121-3 Propiedades fsicas de los derivados de cidos carboxlicos 98721-4 Espectroscopia de los derivados de cidos carboxlicos 98921-5 Interconversin de los derivados de cido por la sustitucin
nucleoflica en el grupo acilo 996Mecanismo clave: Mecanismo de adicin-eliminacin para la susti-tucin nucleoflica de grupos acilo 997
21-6 Transesterificacin 1005Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 1006
21-7 Hidrlisis de los derivados de cidos carboxlicos 100821-8 Reduccin de derivados de cido 101321-9 Reacciones de derivados de cido con reactivos organometlicos 1015
21-10 Resumen de la qumica de los cloruros de cido 101721-11 Resumen de la qumica de anhdridos 101821-12 Resumen de la qumica de los steres 102121-13 Resumen de la qumica de las amidas 102421-14 Resumen de la qumica de los nitrilos 102721-15 Tiosteres 102821-16 steres y amidas del cido carbnico 1030
Glosario 1032Problemas de estudio 1034
22CONDENSACIONES Y SUSTITUCIONES EN ALFA DE COMPUESTOS CARBONLICOS 1043
22-1 Introduccin 104322-2 Enoles e iones enolato 104422-3 Alquilacin de los iones enolato 104822-4 Formacin y alquilacin de enaminas 104922-5 Halogenacin en alfa de cetonas 105222-6 a-Bromacin de cidos: la reaccin de HVZ 105722-7 Condensacin aldlica de cetonas y aldehdos 1057
Mecanismo clave: Condensacin aldlica catalizada por base 1058
22-8 Deshidratacin de los productos aldlicos 1061Mecanismo clave: Deshidratacin de un aldol catalizada por base 1061
xx Contenido
22-9 Condensaciones aldlicas cruzadas 1062Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 1063
22-10 Ciclaciones aldlicas 106522-11 Diseo de sntesis mediante condensaciones aldlicas 106622-12 Condensacin de Claisen de steres 1067
Mecanismo clave: Condensacin de Claisen de steres 106822-13 Condensacin de Dieckmann: una ciclacin de Claisen 107022-14 Condensaciones de Claisen cruzadas 107122-15 Sntesis con compuestos b-dicarbonlicos 107422-16 Sntesis con el ster malnico 107622-17 Sntesis con el ster acetoactico 107922-18 Adiciones conjugadas: reaccin de Michael 108122-19 Anillacin de Robinson 1085
Estrategia para resolver problemas: Cmo proponer mecanismos de reaccin 1086
Resumen: Adiciones y condensaciones de enolatos 1088Glosario 1090Problemas de estudio 1092
23 CARBOHIDRATOS Y CIDOS NUCLEICOS 109723-1 Introduccin 109723-2 Clasificacin de los carbohidratos 109823-3 Monosacridos 109923-4 Diastermeros eritro y treo 110223-5 Epmeros 110323-6 Estructuras cclicas de los monosacridos 110423-7 Anmeros de los monosacridos; mutarrotacin 110823-8 Reacciones de los monosacridos: reacciones secundarias en medio bsico 111023-9 Reduccin de monosacridos 1112
23-10 Oxidacin de los monosacridos; azcares reductores 111323-11 Azcares no reductores: formacin de glicsidos 111523-12 Formacin de teres y steres 111723-13 Reacciones con fenilhidracina: formacin de osazonas 111923-14 Acortamiento de la cadena: degradacin de Ruff 112023-15 Alargamiento de la cadena: sntesis de Kiliani-Fischer 1121
Resumen: Reacciones de los azcares 112223-16 Comprobacin de Fischer de la configuracin de la glucosa 112423-17 Determinacin del tamao del anillo; ruptura de los azcares
por cido perydico 112723-18 Disacridos 112923-19 Polisacridos 113423-20 cidos nucleicos: introduccin 113723-21 Ribonuclesidos y ribonucletidos 113923-22 Estructura del cido ribonucleico 114123-23 Desoxirribosa y la estructura del cido desoxirribonucleico 114123-24 Funciones adicionales de los nucletidos 1145
Glosario 1147Problemas de estudio 1149
Contenido xxi
24 AMINOCIDOS, PPTIDOS Y PROTENAS 115324-1 Introduccin 115324-2 Estructura y estereoqumica de los a-aminocidos 115424-3 Propiedades cido-base de los aminocidos 115824-4 Puntos isoelctricos y electroforesis 116024-5 Sntesis de los aminocidos 1161
Resumen: Sntesis de aminocidos 116624-6 Resolucin de aminocidos 116724-7 Reacciones de aminocidos 1167
Resumen: Reacciones de aminocidos 117024-8 Estructura y nomenclatura de pptidos y protenas 117024-9 Determinacin de la estructura de pptidos 1174
24-10 Sntesis de pptidos en disolucin 118024-11 Sntesis de pptidos en fase slida 118324-12 Clasificacin de las protenas 118824-13 Niveles de la estructura de las protenas 118824-14 Desnaturalizacin de las protenas 1191
Glosario 1193Problemas de estudio 1196
25 LPIDOS 120025-1 Introduccin 120025-2 Ceras 120025-3 Triglicridos 120125-4 Saponificacin de grasas y aceites: jabones y detergentes 120525-5 Fosfolpidos 120825-6 Esteroides 121025-7 Prostaglandinas 121325-8 Terpenos 1214
Glosario 1217Problemas de estudio 1219
26 POLMEROS SINTTICOS 122226-1 Introduccin 122226-2 Polmeros de adicin 122326-3 Estereoqumica de los polmeros 122926-4 Control estereoqumico de la polimerizacin;
catalizadores de Ziegler-Natta 123026-5 Cauchos naturales y sintticos 123026-6 Copolmeros de dos o ms monmeros 123226-7 Polmeros de condensacin 123226-8 Estructura y propiedades de los polmeros 1236
Glosario 1238Problemas de estudio 1239
xxii Contenido
APNDICES 1243
1A RMN: Desplazamientos qumicos de los protones A21B RMN: Constantes de acoplamiento espn-espn A41C RMN: Desplazamientos qumicos de 13C en compuestos orgnicos A52A IR: Frecuencias infrarrojas caractersticas de los grupos A62B IR: Absorciones infrarrojas caractersticas de los grupos funcionales A93 UV: Reglas de Woodward-Fieser para la prediccin de los
espectros UV-Visible A114A Mtodos y sugerencias para proponer mecanismos A154B Sugerencias para el desarrollo de sntesis multipasos A185 Valores de pKa para los compuestos representativos A19
Respuestas a problemas seleccionados R1
Crditos fotogrficos CF1
ndice I1
Contenido xxiii
MECANISMOS CLAVE
CAPTULO 4 Halogenacin por radicales libres 130CAPTULO 6 La reaccin SN2 230
La reaccin SN1 244La reaccin E1 255La reaccin E2 262
CAPTULO 7 Deshidratacin de un alcohol catalizada con un cido 309CAPTULO 8 Adicin electroflica a alquenos 324CAPTULO 10 Reacciones de Grignard 439CAPTULO 11 Sntesis de Williamson de teres 497CAPTULO 15 Reaccin de Diels-Alder 682CAPTULO 17 Sustitucin electroflica aromtica 752CAPTULO 18 Adiciones nucleoflicas a grupos carbonilo 833
Formacin de iminas 842Formacin de acetales 848
CAPTULO 20 Esterificacin de Fischer 961CAPTULO 21 Mecanismo de adicin-eliminacin para la sustitucin
nucleoflica de grupos acilo 997CAPTULO 22 Condensacin aldlica catalizada por base 1058
Deshidratacin de un aldol catalizada por base 1061Condensacin de Claisen de steres 1068
MECANISMOS
CAPTULO 6 Bromacin allica 225Inversin de configuracin en la reaccin SN2 241Racemizacin en la reaccin SN1 248Desplazamiento de hidruro en una reaccin SN1 250Desplazamiento de metilo en una reaccin SN1 251Reordenamiento en una reaccin E1 258
CAPTULO 7 Deshidrohalogenacin mediante el mecanismo E2 300Estereoqumica de la reaccin E2 302Desbromacin de un dibromuro vecinal 306
CAPTULO 8 Adicin inica de HX a un alqueno 327Adicin de HBr a alquenos por radicales libres 329Hidratacin de un alqueno catalizada por cido 333Oximercuracin de un alqueno 335Hidroboracin de un alqueno 340Adicin de halgenos a alquenos 345Formacin de halohidrinas 347Epoxidacin de alquenos 356Apertura de epxidos catalizada por cido 357Mettesis de olefinas 372
CAPTULO 9 Reduccin con metal-amoniaco de un alquino 404Tautomera ceto-enol catalizada por un cido 408Tautomera ceto-enol catalizada con una base 410
xxiv Contenido
CAPTULO 10 Reduccin de un grupo carbonilo mediante un hidruro 450CAPTULO 11 Reaccin de un alcohol terciario con HBr (SN1) 477
Reaccin de un alcohol primario con HBr (SN2) 477Reaccin de alcoholes con PBr3 481(Repaso): deshidratacin de un alcohol catalizada por cido 484Reordenamiento pinaclico 491
CAPTULO 14 Ruptura de un ter por HBr o HI 639Apertura de epxidos catalizada por un cido en agua 648Apertura de epxidos catalizada por un cido en unadisolucin con alcohol 649Apertura de epxidos catalizada por una base 651
CAPTULO 15 Adiciones 1,2 y 1,4 a un dieno conjugado 673Bromacin allica por radicales libres 676
CAPTULO 17 Bromacin del benceno 753Nitracin del benceno 756Sulfonacin del benceno 757Alquilacin de FriedelCrafts 774Acilacin de FriedelCrafts 778Sustitucin nucleoflica aromtica (adicin-eliminacin) 783Sustitucin nucleoflica aromtica (mecanismo del bencino) 786La reduccin de Birch 788
CAPTULO 18 Reaccin Wittig 836Hidratacin de cetonas y aldehdos 839Formacin de cianohidrinas 840Reduccin de WolffKishner 857
CAPTULO 19 Sustitucin electroflica aromtica de la piridina 892Sustitucin nucleoflica aromtica de la piridina 893Acilacin de una amina por un cloruro de cido 895Eliminacin de Hofmann 899Eliminacin de Cope de un xido de amina 903Diazotizacin de una amina 904Reordenamiento de Hofmann de amidas 921
CAPTULO 20 Sustitucin nucleoflica sobre el grupo acilo en la hidrlisisbsica de un ster 959Esterificacin mediante diazometano 964
CAPTULO 21 Conversin de un cloruro de cido en un anhdrido 1000Conversin de un cloruro de cido en un ster 1000Conversin de un cloruro de cido en una amida 1001Conversin de un anhdrido de cido en un ster 1001Conversin de un anhdrido de cido en una amida 1002Conversin de un ster en una amida (amonlisis de un ster) 1002Transesterificacin 1007Saponificacin de un ster 1009Hidrlisis bsica de una amida 1011Hidrlisis cida de una amida 1011
Contenido xxv
Hidrlisis de un nitrilo catalizada por base 1012Reduccin de un ster por medio de hidruro 1013Reduccin de una amida a una amina 1014Reaccin de un ster con dos moles de un reactivo deGrignard 1016
CAPTULO 22 Sustitucin en alfa 1043Adicin de un enolato a cetonas y aldehdos (una condensacin) 1044Sustitucin de un enolato en un ster (una condensacin) 1044Tautomerismo ceto-enlico catalizado por base 1044Tautomerismo ceto-enlico catalizado por cido 1045Halogenacin promovida por base 1052Pasos finales de la reaccin del haloformo 1054Halogenacin en alfa catalizada por cido 1055Condensacin aldlica catalizada por cido 1060Adicin 1,2 y adicin 1,4 (adicin conjugada) 1082
CAPTULO 23 Formacin de un hemiacetal cclico 1104Epimerizacin catalizada por base de la glucosa 1111Reordenamiento a un enodiol catalizado por base 1111
CAPTULO 26 Polimerizacin por radicales libres 1225Polimerizacin catinica 1226Polimerizacin aninica 1228
xxvi
Al estudianteA medida que comience su estudio de la qumica orgnica, podra sentirse abrumado por elnmero de compuestos, nombres, reacciones y mecanismos con los que se enfrenta. Podra in-cluso preguntarse si puede aprender todo este material en un solo curso. La funcin ms impor-tante de un libro de texto es organizar el material para demostrar que la mayor parte de la qumicaorgnica consiste en unos cuantos principios bsicos y muchas extensiones y aplicaciones deesos principios. No necesita de una gran memoria si comprende los conceptos principales ydesarrolla flexibilidad en la aplicacin de estos conceptos. Para ser franco, tengo mala memoriay odio memorizar listas de informacin. No recuerdo los detalles especficos de la mayora de las reacciones y los mecanismos presentados en este libro, pero puedo desarrollarlos recor-dando unos cuantos principios bsicos, como que la deshidratacin de alcoholes por lo regularse lleva a cabo por medio de mecanismos E1.
No obstante, tendr que aprender algunos hechos y principios fundamentales que sirvencomo el vocabulario de trabajo de cada captulo. Como estudiante aprend esto de la maneradifcil cuando saqu una D en mi segundo examen de qumica orgnica. Pens que la orgnicasera como la qumica general, donde poda memorizar un par de ecuaciones e improvisar durantelos exmenes. Por ejemplo, en el captulo de los gases ideales, memorizara PV nRT y estaralisto. Cuando trat el mismo mtodo en orgnica, obtuve una D. Aprendemos a travs de loserrores y aprend mucho con la qumica orgnica.
Al escribir este libro he tratado de sealar un nmero pequeo de hechos y principiosimportantes que deben aprenderse para prepararse en la resolucin de problemas. Por ejemplo,de los cientos de mecanismos de reaccin mostrados aqu, alrededor de 20 son los pasos mec-nicos fundamentales que se combinan en otros ms largos y complicados. He resaltado estospasos fundamentales en los recuadros Mecanismo clave para alertarle de su importancia. La es-pectroscopia es otra rea donde un estudiante podra sentirse presionado para memorizar cientosde hechos, como los desplazamientos qumicos de la RMN y las frecuencias de vibracin en elinfrarrojo. Yo no podra hacerlo, por lo que siempre he sobrevivido con el conocimiento de casiuna docena de desplazamientos qumicos de la RMN y otra docena de frecuencias de vibracinen el infrarrojo, y sabiendo cmo son afectados por otras influencias. He presentado estas fre-cuencias importantes del infrarrojo en la tabla 12-2 y los desplazamientos qumicos de la RMNen la 13-3.
No trate de memorizar todo a lo largo de este curso; no funciona. Tiene que conocer quest pasando para que pueda aplicar lo que indica el material. Adems, no piense (como yo lohice) que puede sobrevivir sin memorizar nada. Lea el captulo, escuche con atencin las clasesy resuelva los problemas. Los problemas le indicarn si conoce o no el material. Si puede resolverlos problemas debe irle bien en los exmenes. Si no puede resolver los problemas es probableque tampoco le vaya bien en los exmenes. Si tiene que consultar un punto para resolver losproblemas, ese punto es bueno para aprender.
Aqu 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 pginas por clase). Si sabe qu esperar y qu hay en el libro puede tomar unas cuantas notas y pasar mstiempo escuchando y comprendiendo la clase.
2. Despus de la clase, revise sus notas, el libro, y resuelva los problemas dentro del cap-tulo. Lea tambin el material para la siguiente clase.
3. Si tiene dudas de algo, visite de inmediato a su profesor durante las horas de oficina, antesde que se atrase. Lleve consigo sus intentos de soluciones a los problemas para que el profesor vea en dnde est teniendo problemas.
4. Para estudiar para un examen, primero revise cada captulo y sus notas, luego concntreseen los problemas de final de captulo. Tambin use los exmenes anteriores para practicar,si estn disponibles.
PREFACIO
Prefacio xxvii
Recuerde las dos reglas de oro de la qumica orgnica.
1. No se quede atrs! El curso avanza demasiado rpido y es difcil ponerse al da.2. Resuelva muchos problemas. Todos necesitan prctica, y los problemas muestran dnde ne-cesita trabajar ms.
Siempre escucho con atencin a los estudiantes que usan este libro. Si tiene alguna su-gerencia acerca de cmo podra mejorarlo, o si ha encontrado un error, por favor hgamelo saber(L. G. Wade, Whitman College, Walla Walla, WA 99362: E-mail [email protected]). Tomolas sugerencias de los estudiantes con seriedad y cientos de ellas ahora aparecen en este libro.Por ejemplo, un estudiante de Whitman, Brian Lian, sugiri la figura 21-9, y un estudiante de laUniversity of Minnesota (y piloto de carreras), Jim Coleman, me proporcion los hechos deluso de metanol en Indianpolis.
Buena suerte con la qumica orgnica. Estoy seguro de que disfrutar este curso, en espe-cial si se relaja y desarrolla un inters en aprender cmo los compuestos orgnicos influyen en nuestras vidas. Mi objetivo al escribir este libro ha sido hacer el proceso un poco ms fcil:construir los conceptos de manera lgica, uno despus de otro, para que fluyan de forma na-tural uno tras otro. Estas sugerencias y recomendaciones para la resolucin 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 ma (muy poco probable), debe ser capaz de hacerlo bien en la qumica orgnica. Espero que sta sea una buena experiencia deaprendizaje para todos nosotros.
L. G. Wade, Jr.Walla Walla, Washington
Al profesorAl escribir la primera edicin de este libro, mi objetivo era producir un texto moderno y claroque usar las tcnicas ms efectivas de presentacin y revisin. Las ediciones siguientes am-pliaron y perfeccionaron este objetivo con una reescritura y reorganizacin sustanciales, y convarias caractersticas nuevas. Esta sptima edicin incorpora an ms mejoras que la sexta, con revisiones en la organizacin, escritura e imgenes. Algunas de las modificaciones hechasen las ediciones ms recientes son:
1. Recuadros de mecanismos. Aproximadamente 100 de los mecanismos ms importan-tes han sido organizados en estos recuadros, con grandes encabezados azules para una revisin fcil. En esta sptima edicin, estos recuadros se han mejorado para hacer lospasos individuales ms claros para los estudiantes. He tratado de elegir la mayora de los procesos estndar que casi todos ensean; sin embargo, en algunos casos parece quesera bueno tratar otros sistemas. Si hay mecanismos adicionales que deban ponerse en recuadros, o alguno que no deba estarlo, por favor hgame saber lo que piensa.
Para esta eleccin he usado dos criterios principales. Si es uno de los mecanismosfundamentales que forma parte de otros ms grandes y complejos, entonces lo pongo comomecanismo clave. Los ejemplos son SN1, SN2, E1, E2, la sustitucin nucleoflica de aci-los, la sustitucin aromtica electroflica, la adicin nucleoflica a carbonilos, y as suce-sivamente. El otro criterio es ms subjetivo: si el mecanismo es uno de los que espero que los estudiantes realicen en los exmenes, entonces es un mecanismo clave. Algunosejemplos son la formacin de iminas y acetales, condensaciones aldlicas y de Claisen, y as sucesivamente. Si siente que he dejado alguno fuera o incluido uno que no debe serun mecanismo clave, por favor hgamelo saber.
2. Cobertura actualizada. En la sexta y sptima ediciones, he actualizado varios trmi-nos que poco a poco han recibido aceptacin entre los qumicos orgnicos. Ejemplos son la entalpa de disociacin del enlace que reemplaza la energa de disociacin del enlace ms ambigua y la ms nueva transliteracin de Zaitsev que reemplaza la an-
xxviii Prefacio
tigua de Saytzeff. He continuado la transicin gradual a la nueva nomenclatura de la IUPAC con las localizaciones revisadas de los nmeros, como en el hexa-1,3-dieno envez de 1,3-hexadieno. Tambin he completado la transicin de kcal a kJ como las unidadesde energa principal, dado que las unidades kJ se usan en todos los textos de qumica ge-neral actuales.
He agregado varias secciones a ediciones recientes para tratar material nuevo o de intersactual.
Captulo 4: se agreg una seccin sobre inhibidores de radicales libres para mostrara los estudiantes cmo algunos de los inhibidores comunes rompen la reaccin en cade-na de los radicales libres y su importancia en la qumica y la bioqumica.
Captulo 5: usando la definicin de Mislow y Siegel (J. Am. Chem. Soc. 1984, 106,3319), introduje el trmino popular (con frecuencia definido de manera incorrecta) estereocentro y explico sus diferencias con los trminos de la IUPAC: centro de quirali-dad y tomo de carbono asimtrico (o tomo de carbono quiral). Estereocentro es muchoms amplio que el trmino ms preciso tomo de carbono asimtrico, y asume que ya se conocen las propiedades estereoqumicas de la molcula (para saber cules en-laces darn origen a los estereoismeros en su intercambio). El uso casual del trminoamplio estereocentro donde se requiere un trmino ms preciso con frecuencia resultaen falacias lgicas (J. Chem. Educ. 2006, 83, 1793). Por ello he continuado alentan-do a los estudiantes a identificar los tomos de carbono asimtricos (inmediatamenteaparentes) para usarlos como herramientas al examinar una molcula para determinar su estereoqumica.
Captulo 8: se explica el trabajo de la reduccin asimtrica, trabajo por el que Noyori y Knowles ganaron el premio Nobel, junto con sus implicaciones para la sntesisde frmacos enantioselectivos. Se ha agregado una nueva seccin que cubre el mecanis-mo y los usos sintticos de las mettesis de olefinas, enfatizando el trabajo realizado porChauvin, Grubbs y Schrock quienes recientemente ganaron el premio Nobel.
Captulo 12: se explica la espectroscopia IR por medio de la transformada de Fourier, junto con las razones de por qu esta tcnica proporciona sensibilidad y resolu-cin mejoradas sobre el mtodo dispersivo.
Captulo 13: se han convertido los espectros de RMN a espectros de campo alto (300 MHz) a partir de la excelente coleccin de Aldrich. Se han mejorado y hecho msclaros los recuadros de expansin para asegurar que las separaciones individuales seanvisibles. La tcnica de DEPT se ha ampliado y utilizado en ms problemas.
Captulo 14: se explica la epoxidacin asimtrica de Sharpless, ganador del premioNobel, junto con los factores que potencian de manera selectiva la formacin de un enan-timero del producto.
Captulo 16: se ha agregado una seccin que explica la aromaticidad de losfullerenos y su relacin con otros altropos del carbono.
Captulo 24: se ha agregado una seccin que explica los priones: protenas que se piensa son infecciosas debido a la falta de plegado, que resulta en la aglutinacin y laformacin de placas. Este tema relaciona el de conformaciones de las protenas de ma-nera directa con la preocupacin constante acerca de la enfermedad de las vacas locas.
3. Mapas de potencial electrosttico. Se usan mapas de potencial electrosttico (MPE) encasos donde podran ayudar a los estudiantes a visualizar la distribucin de la carga de una especie qumica de manera que se pueda explicar la naturaleza electroflica o nu-cleoflica de un compuesto. Al introducir los MPE, he enfatizado su naturaleza cualitati-va sin hacer hincapi en su derivacin matemtica. Como resultado, los he explicado yusado de manera muy parecida a como se introducen en los libros de texto de qumicageneral. En esta sptima edicin se han agregado varios MPE nuevos.
Se ha editado todo el libro, muchas secciones fueron reorganizadas y reescritas para me-jorar su claridad. Como en la primera edicin, cada tema nuevo se introduce de manera cuida-dosa y se explica con detenimiento. Muchas secciones introductorias se han vuelto a escribirpara actualizarlas y hacerlas ms accesibles a los estudiantes. Cuando fue posible, se agregarono modificaron ilustraciones para ayudar a visualizar los conceptos fsicos.
Prefacio xxix
Se sigue poniendo nfasis en la reactividad qumica. Las reacciones qumicas se in-troducen tan pronto como es posible, y cada grupo funcional se considera desde el punto de vista de su reactividad hacia los electrfilos, nuclefilos, oxidantes, reductores y otros reactivos.Se hace mucho hincapi en los mecanismos que empujan electrones como un medio de ex-plicacin y prediccin de esta reactividad. Los conceptos estructurales como la estereoqumicay la espectroscopia se tratan a fondo como tcnicas tiles que mejoran el estudio fundamentalde la reactividad qumica.
OrganizacinEste libro mantiene la organizacin tradicional que se concentra en un grupo funcional mien-tras se compara y contrasta la reactividad de los diferentes grupos funcionales. Se enfatizan lasreacciones, comenzando con las de cido-base de Lewis, en el captulo 1, continuando con la ter-modinmica y la cintica, en el captulo 4, y cubriendo la mayor parte de las reacciones de susti-tucin, adicin y eliminacin importantes en los tres captulos que siguen a la estereoqumica.
Las tcnicas espectroscpicas [la espectrocospia infrarroja (IR), la espectometra de masas(EM) y la espectrocospia de resonancia magntica nuclear (RMN)] se ven en los captulos 12 y 13, por lo que pueden incluirse en el primer semestre si lo desea. Esta pronta cobertura esnecesaria para permitir el uso efectivo de la espectroscopia en el laboratorio. No obstante, se havisto una gran cantidad de qumica orgnica antes de esta digresin en la determinacin de laestructura. Los principios de la espectroscopia se practican y refuerzan en los ltimos captulos,donde las caractersticas espectrales de cada grupo funcional se resumen y refuerzan por mediode problemas prcticos.
Caractersticas claveFLEXIBILIDAD DE LA COBERTURANo existen dos profesores que enseen la qumica orgnica exactamente de la misma manera.Este libro abarca todos los temas fundamentales con detalle, construyendo cada nuevo concep-to sobre lo que se present antes. Se puede dar mayor o menor nfasis en muchos temas, de-pendiendo de la decisin del profesor. Ejemplos de estos temas son la espectroscopia de RMNdel 13C, la espectroscopia ultravioleta, la conservacin de la simetra orbital, los aminocidos ylas protenas, los cidos nucleicos y los captulos sobre temas especiales, lpidos y polmerossintticos.
Otra rea de la flexibilidad est en los problemas. Los conjuntos muy diversos de pro-blemas revisan el material desde varios puntos de vista, y se proporcionan ms problemas de estudio de los que la mayora de los estudiantes son capaces de completar. Esta enorme varie-dad permite al profesor seleccionar los problemas ms apropiados para su curso.
TRATAMIENTO ACTUALIZADOAdems de las reacciones clsicas, este libro abarca muchas de las tcnicas y reacciones msrecientes utilizadas por los qumicos practicantes. La teora del orbital molecular se presenta alprincipio y se usa para explicar los efectos electrnicos en los sistemas conjugados y arom-ticos, reacciones pericclicas y espectroscopia ultravioleta. La espectroscopia de RMN del 13Cse trata como la herramienta de rutina en la que se ha convertido en la mayora de los labora-torios de investigacin, y la tcnica de DEPT se introduce en esta edicin. Tambin se incluyenmuchas de las tcnicas sintticas ms nuevas, como la hidrogenacin y la epoxidacin asim-tricas, el uso del triacetoxiborohidruro de sodio, la reduccin de Birch, las oxidaciones de Swern,la alquilacin de 1,3-ditianos, la mettesis de olefinas y las oxidaciones que usan clorocromatode piridinio.
MECANISMOS DE REACCINLos mecanismos de reaccin son importantes en todas las reas de la qumica orgnica, peroson difciles para muchos estudiantes, quienes caen en la trampa de memorizar un mecanismocuando no comprenden por qu procede de la manera en que lo hace. Este libro enfatiza los principios usados para predecir mecanismos. Las secciones de resolucin de problemas desa-rrollan las tcnicas bsicas para abordar los problemas de mecanismos y trabajan para disminuir
xxx Prefacio
al mnimo la rutina de la memorizacin. Estas tcnicas destacan la decisin de si la reaccin es de naturaleza cida, bsica o de radicales libres, rompindola luego en las interacciones decido-base de Lewis y usando flechas que empujan electrones para ilustrar estos pasos indi-viduales. Los mecanismos importantes se realzan colocndolos en los recuadros de Mecanismoy Mecanismo clave.
INTRODUCCIN A LOS MECANISMOS USANDO LA HALOGENACINDE RADICALES LIBRESDurante varios aos se han debatido las ventajas y desventajas del uso de la halogenacin de ra-dicales libres para introducir los mecanismos de reaccin. La principal objecin a la haloge-nacin de radicales libres es que no es una reaccin sinttica til. Pero las reacciones tiles comola sustitucin nucleoflica y las adiciones a alquenos se complican por la participacin del disol-vente y otros efectos. La halogenacin de radicales libres en fase gaseosa permite un tratamien-to ms claro de la cintica y la termodinmica, siempre que se expliquen sus desventajas comouna reaccin sinttica y que los estudiantes estn conscientes de las limitaciones.
SNTESIS ORGNICASA lo largo de este libro se hace hincapi en la sntesis orgnica, con explicaciones progresivasdel proceso involucrado en el desarrollo de una sntesis. Se destaca el anlisis retrosinttico yel estudiante aprende a trabajar de manera inversa a partir del compuesto objetivo, y en formadirecta a partir de las materias primas para encontrar un intermediario comn.
Se han proporcionado los rendimientos comunes para muchas reacciones sintticas, aunqueespero que los estudiantes no hagan mal uso de estos nmeros. Con mucha frecuencia los estu-diantes consideran que el rendimiento de un compuesto producido en una reaccin es una carac-terstica fija, de la misma manera que lo es el punto de fusin de un compuesto. En la prctica, variosfactores afectan el rendimiento de los productos, y los valores bibliogrficos para reaccionesaparentemente similares con frecuencia difieren por un factor de 2 o ms. Los rendimientos dadosen este libro son los comunes que podra obtener un buen estudiante con una tcnica excelente.
ESPECTROSCOPIALa espectroscopia es una de las herramientas ms importantes del qumico orgnico. Este librodesarrolla la teora para cada tipo de espectroscopia y explica las caractersticas espectrales. Lascaractersticas ms tiles y confiables se resumen en un nmero pequeo de reglas generalesque permiten al estudiante interpretar la mayora de los espectros sin buscar o memorizar grandestablas de informacin. Para uso de referencia, se proporcionan como apndices tablas comple-tas de la informacin de RMN e IR, y una versin ms completa de las reglas de Woodward-Fieserpara el UV.
Este mtodo es muy efectivo con la espectroscopia IR y de RMN, y con la espectrometra de masas. Se dan las reglas prcticas para ayudar a los estudiantes a ver qu informacin estdisponible en el espectro y qu caractersticas espectrales corresponden con qu caractersticasestructurales. Los problemas resueltos muestran cmo se combina la informacin a partir de variosespectros para proponer una estructura. El objetivo es ayudar a los estudiantes a desarrollar un sen-timiento intuitivo para el uso de la espectroscopia en la resolucin de problemas estructurales.
NOMENCLATURAA lo largo del libro se destaca la nomenclatura de la IUPAC, pero tambin se explica la nomen-clatura comn, la cual se usa para desarrollar la confianza de los estudiantes. El ensear slo lanomenclatura de la IUPAC podra justificarse en la teora, pero pondra en desventaja a los estu-diantes en estudios posteriores y al usar la bibliografa. La mayor parte de la bibliografa dequmica, biologa y medicina usa nombres como metil etil cetona, cido isovalrico, ter metiltert-butlico, cido g-aminobutrico y e-caprolactama. Este libro seala por qu con frecuenciase prefiere la nomenclatura sistemtica, aunque tambin promueve la familiaridad con los nom-bres comunes.
Prefacio xxxi
He disfrutado trabajar en esta nueva edicin y he tratado de que no haya errores en eltexto, pero no dudo de que se habrn ido algunos. Si encuentra un error o tiene sugerencias sobrecmo mejorar el libro, por favor hgamelo saber (L. G. Wade, Whitman College, Walla Walla,WA 99362: e-mail [email protected]). Los errores pueden corregirse rpido en la siguienteimpresin. Ya he comenzado un archivo de cambios posibles y mejoras para la octava edicin,y espero que muchos de los usuarios actuales contribuyan con sugerencias. Espero que este li-bro haga su trabajo ms sencillo y ayude a que ms estudiantes tengan xito. sta es la razn ms importante de por qu lo escrib.
RECURSOS PARA EL PROFESOR (EN INGLS)En la pgina web del libro encontrar material de apoyo como preguntas CRS interactivas; lecturas en PowerPoint; el Test Bank, un banco de datos en archivos de Word; y el TestGen, unaversin computarizada del Test Item File (archivo de pruebas) que permite a los profesores crear y ajustar exmenes de acuerdo con sus necesidades.
AgradecimientosPearson agradece a los centros de estudio y profesores usuarios de esta obra su apoyo y retro-alimentacin, elemento fundamental para esta nueva edicin de Qumica orgnica.
ESPAAMiguel ngel Maestro Saavedra Universidad de A Coruangel Manuel Montaa Pedrero Universidad de Barcelona
Departamento de Qumica Orgnica
Miguel Ferrero Fuertes Universidad de Oviedo
MXICODistrito FederalEnrique Sols Garca Instituto Tecnolgico y de EstudiosIrma Salgado Escobar Superiores de Monterrey,
campus Ciudad de MxicoAdonay Elas Jimnez Universidad IberoamericanaGraciela Canseco MelchorMara del Carmen Doria SerranoMartha Ibargengoitia CorreaSusana Ortiz de Elguea Ruigomez
Estado de MxicoFredy Cullar Robles Instituto Tecnolgico de TolucaMnica Patricia Silva Jimnez Instituto Tecnolgico y de
Estudios Superiores de Monterrey,campus TolucaEscuela de Ingeniera y Arquitectura
Gabriel Arturo Arroyo Razo Universidad Nacional Autnoma Jos Luis Aguilera Fuentes de MxicoOlivia Noguez Crdova Facultad de Estudios Superiores
Cuautitln
GuanajuatoTeresa Snchez Prez Instituto Tecnolgico de Celaya
Hidalgoscar Rodolfo Surez Castillo Universidad Autnoma del Estado
de Hidalgo
JaliscoVirginia Maran Ruiz Centro Universitario de Los Lagos
Universidad de GuadalajaraNuevo LenRamiro Quintanilla Licea Universidad Autnoma
de Nuevo LenFacultad de Ciencias Biolgicas
Norma Tiempos Flores Universidad Autnoma Olivia Carolina Porras Andujo de Nuevo Len
Facultad de Ciencias QumicasPueblaGloria Isabel Moreno Morales Benemrita Universidad Lydia Mara Prez Daz Autnoma de Puebla
Facultad de Ingeniera QumicaFelipe Crdova Lozano Universidad de las Amricas, Miguel ngel Mndez Rojas PueblaSan Luis PotosElisa Leyva Ramos Universidad Autnoma
de San Luis PotosFacultad de Ciencias Qumicas
TamaulipasRamiro Garza Molina Universidad Autnoma
de TamaulipasUnidad Acadmica Multidisciplinaria Reynosa-Rodhe
VeracruzGerardo Valerio Alfaro Instituto Tecnolgico
de Veracruz
xxxii Prefacio
Por ltimo, deseo agradecer a la gente de Prentice Hall, cuya dedicacin y flexibilidad contribuyeron para concluir satisfactoria-mente este proyecto. A la editora asistente Carol DuPont y a la editora en jefe Nicole Folchetti por mantener el proyecto en marcha, ase-gurando que los recursos necesarios estuvieran disponibles y realizando muchos comentarios y sugerencias tiles. A la editora de produccinRebeca Dunn quien mantuvo el proceso de produccin organizado, por buen camino y en los tiempos previstos. Ha sido un placer tra-bajar con todas estas personas tan profesionales y competentes.
L. G. Wade, Jr.Walla Walla, Washington
Revisores de la sptima edicinJung-Mo Ahn University of Texas at Dallas Arthur J. Ashe University of MichiganMerritt B. Andrus Brigham Young UniversityDavid Brown St. Johns UniversityKristen Meisenheimer Cal Polytechnic at San Luis ObispoStephen A. Miller University of FloridaGuillermo Moyna University of the Sciences in PhiladelphiaAnthony J. Pearson Case Western Reserve UniversityStanley Raucher University of WashingtonDavid Son Southern Methodist UniversityJoseph B. Wachter Michigan State University
Revisores de la sexta edicinBill Baker University of South FloridaBarry Coddens Northwestern UniversityBarbara Colonna University of MiamiChris Gorman North Carolina State UniversityGeneive Henry Susquehanna UniversityWilliam Jenks Iowa State UniversityPrzemyslaw Maslak Pennsylvania State UniversityRabi Musah University at AlbanyAllan Pinhas University of CincinnatiSuzanne Ruder Virginia Commonwealth UniversityMaria de Graca Vicente Louisiana State University
Revisores del manuscrito de la sexta edicinDavid Alonso Andrews UniversityDan Becker Loyola UniversityJohn Berger Montclair State UniversityBob Bly University of South CarolinaMary Boyd Loyola University, ChicagoHindy Bronstein Fordham College at Lincoln CenterPhilip Brown North Carolina State UniversityChristine Brzezowski University of AlbertaPatrick Buick Florida Atlantic UniversityDavid Cantillo Hillsborough Community CollegeDee Ann Casteel Bucknell UniversityAmber Charlebois William Paterson UniversityCai Chengzhi University of HoustonJamie Lee Cohen Pace UniversityRichard Conley Middlesex County CollegeRobert Crow St. Louis College of PharmacyWilliam Donaldson Marquette UniversityAouad Emmanuel Rutgers University, Newark CampusMalcolm Forbes University of North Carolina, Chapel HillAnne Gaquere State University of West GeorgiaRainer Glaser University of Missouri, Columbia
Steven Graham St. Johns University, JamaicaFathi Halaweish South Dakota State UniversityJulius Harp North Carolina A&T UniversityChristine Hermann Radford UniversityKathy Hess Cypress CollegeSteve Holmgren Montana State UniversityAngela King Wake Forest UniversityVera Kolb University of Wisconsin, ParksidePaul Kropp University of North Carolina, Chapel HillScott Lewis James Madison UniversityGuigen Li Texas Tech UniversityHelena Malinakova University of KansasMark Mascal University of California, DavisJohn Masnovi Cleveland State UniversityJohn McBride Northwest Vista CollegeMartin McClinton Brevard Community CollegeJames R. McKee University of the Sciences in PhiladelphiaGary Miracle Texas Tech UniversityGholam Mirafzal Drake UniversityTom Mitzel Trinity CollegeDavid Modarelli University of AkronAndrew Morehead East Carolina UniversityRichard Morrison University of GeorgiaThomas Nalli Winona State UniversityMichael Nee University of California, BerkeleyMark Niemczyk Wheaton CollegeGlenn Nomura Georgia Perimeter CollegePatrick OConnor Rutgers UniversityCyril Parkanyi Florida Atlantic UniversityAnthony Pearson Case Western Reserve UniversityJohn Penn West Virginia UniversityJames Poole Ball State UniversityOwen Priest Northwestern UniversityJohn Rainier University of UtahKirk Schanze University of FloridaDavid Shultz North Carolina State UniversityJoseph Sloop United States Military AcademyLuise Strange Georgia Perimeter CollegeJohn Struss University of TampaJoseph Tufariello University at BuffaloKent Voelkner Lake Superior State CollegeDan Von Riesen Roger Williams UniversitySheild Wallace Albuquerque Technical Vocational InstituteLisa Whalen University of New Mexico
Revisores de precisin de la sexta edicinThomas Nalli Winona State UniversitySusan Schelble University of Colorado at Denver
ReconocimientosMe complace agradecer a tanta gente talentosa que ayud con esta revisin. Sobre todo, a Jan Simek, autor del Manual de soluciones, quienconstantemente me ha dado excelentes consejos y juicios razonables a lo largo de varias ediciones de este libro. En esta edicin, Jan rea-liz aportaciones en todas las revisiones de los captulos y ayud con la escritura de la nueva seccin sobre la mettesis de olefinas. Tambin es coautor de la mayora de los problemas nuevos y de todas las respuestas a los problemas seleccionados. Gracias en particu-lar a John Murdzek y Ray Mullaney, quienes realizaron miles de sugerencias tiles a lo largo del proceso de escritura y revisin, y quienesayudaron a dar forma a esta nueva edicin.
Me gustara agradecer a los revisores por su valiosa percepcin y comentarios. Aunque no adopt todas sus sugerencias, la mayorafueron tiles y contribuyeron a la calidad del producto final.
Cmo puede ayudarle su texto a pensar en la qumica orgnica de manera diferente?
En las siguientes pginas encontrar un resumen
breve de algunas de las caractersticas empleadas
para guiarlo a lo largo de este curso.
Se proporcionan varios tipos de ayudas de
estudio para enfatizar y revisar los puntos ms
importantes, y el texto usa una gama de colores
que le dir cmo identificar cada ayuda y
su propsito.
Piense en azulEche un vistazo a las
caractersticas en azul
para ayudarle a orga-
nizar y revisar el
material.Piense en verdeRevise las caractersticas
en verde que le ayudan
a resolver problemas.
PIENSE EN Azul
Ms ayudas para organizar su estudio Los resmenes de reacciones incluyen referencias
cruzadas a reacciones que se explican en otra
parte.
Los glosarios al final de cada captulo definen y
explican los trminos tcnicos abordados y le ayu-
dan a repasar el material del captulo.
Las tablas de resumen sirven para comparar
y contrastar el material y lo conduce a un resumen
conciso cuando existe una gran cantidad de
informacin.
ReglasLas reglas bien conocidas, las ideas
importantes y las definiciones clave
se resaltan en letras azules. Esto
es primordial para la comprensin
del material del captulo
correspondiente.
Iconos de primera exposicinEn este texto aparecen cientos de reacciones, y muchos tipos de reacciones
aparecen varias veces. Los iconos de primera exposicin, una mano azul
apuntando, indican la introduccin de una reaccin importante. Cuando estudia
estas reacciones, este icono le ayudar a saber cundo est viendo una reaccin
por primera vez.
Este libro usa un esquema de colores para ayudarle a identificar cada ayuda y su propsito. Las caractersticas en AZUL le facilitan la organizacin yrepaso del material.
Recuadros demecanismosLos recuadros de mecanismos
le ayudan a comprender cmo
se llevan a cabo las reacciones,
enfocndose en los pasos
individuales de cada reaccin.
Tienen encabezados grandes en
azul para que pueda localizarlos
con facilidad a medida que
hojea el libro.
Recuadros de mecanismosclaveMarcados por un icono de llave, los
MECANISMOS CLAVE son los principios
mecnicos fundamentales que vuelven
a utilizarse durante el curso. Son las piezas
que componen la mayora de los dems
mecanismos.
Encontrar una lista completa de estos
mecanismos en la tabla de contenido
de este libro.
PIENSE EN Verde
Estrategias pararesolver problemasAbordar la resolucin de proble-
mas puede ser desafiante para
muchos estudiantes, y estas
estrategias le ayudan a dividir
los problemas en piezas ms sen-
cillas. Se proporcionan mtodos
para resolver problemas complica-
dos, como los que requieren pro-
poner mecanismos y desarrollar
sntesis de varios pasos. Sirven
como un punto inicial, no una ruta
garantizada para las respuestas.
Cuando necesite ayuda para la resolucin de problemas, busque las caractersticas en VERDE, como Estrategia para resolver problemas,Consejo para resolver problemas y Habilidades esenciales para resolverproblemas.
Consejo para resolver problemasEstas sugerencias aparecen al margen del texto y
le recuerdan los hechos o principios que pueden
ser de utilidad para la resolucin de tipos comunes
de problemas. Son consejos que le proporciona el
autor a sus estudiantes para ayudarles a resolver
problemas y repasar para los exmenes.
Habilidades esenciales para resolver problemasEsta lista, que se encuentra al final de cada captulo, le recuerda las habilidades que nece-
sita para resolver los problemas comunes asociados con ese material del captulo. La lista
puede sealar conceptos que debera repasar, o sugerir tipos de problemas y soluciones
que no ha considerado. Esta lista con frecuencia es un buen preludio para resolver los
problemas de final de captulo.
px
py
px
pz
py
pz
La definicin moderna de qumica orgnica es la qumica de los compuestos del carbono. Qu tiene de especial el carbo-
no que toda una rama de la qumica se dedica a estudiar sus com-puestos? A diferencia de la mayora de los otros elementos, el carbono forma enlaces fuertescon otros tomos de carbono y con una amplia variedad de elementos. Se pueden generar ca-denas y anillos de tomos de carbono para formar una variedad infinita de molculas, y es estadiversidad de compuestos del carbono la que representa la base de la vida en la Tierra. Los seresvivos estn formados principalmente de compuestos orgnicos complejos, los cuales se ocu-pan de las funciones estructurales, qumicas o genticas.
El trmino orgnico significa literalmente derivado de los organismos vivos. En un prin-cipio, la ciencia de la qumica orgnica se encargaba del estudio de los compuestos extrados de organismos vivos y de sus productos naturales. Compuestos como el azcar, urea, almidn,ceras y aceites vegetales se consideraban orgnicos, y la gente aceptaba el Vitalismo, la creen-cia de que los productos naturales necesitaban una fuerza vital para producirlos. La qumicaorgnica estudiaba entonces a los compuestos que tenan una fuerza vital, mientras que laqumica inorgnica estudiaba los gases, las piedras, los minerales y los compuestos que podangenerarse a partir de ellos.
En el siglo XIX, ciertos experimentos mostraron que los compuestos orgnicos podan sin-tetizarse a partir de compuestos inorgnicos. En 1828, el qumico alemn Friedrich Whlertransform al cianato de amonio, formado a partir de amoniaco y cido cinico, en urea simple-mente al calentarlo en ausencia de oxgeno.
La urea siempre haba provenido de organismos vivos y se presuma que contena la fuerzavital, aunque el cianato de amonio es inorgnico y por lo tanto carece de la fuerza vital. Variosqumicos argumentaron que algn rastro de la fuerza vital de las manos de Whler seguramen-te haba contaminado la reaccin, pero la mayora admiti la posibilidad de sintetizar com-puestos orgnicos a partir de inorgnicos. Se realizaron muchas otras sntesis, y al final sedescart la teora de la fuerza vital.
Como a principios del siglo XIX se refut el Vitalismo, se podra pensar que en la actua-lidad la teora ya no existe, pero estara equivocado! El Vitalismo persiste hoy en da en lasmentes de aquellos que creen que las vitaminas, compuestos saborizantes, etctera, naturales(derivados de las plantas) son de cierta manera diferentes y ms saludables que los compues-tos idnticos artificiales (sintetizados).
NH4 OCNcalor H2N9C9NH2
O
urea
(orgnico)cianato de amonio
(inorgnico)
C A P T U L O
1 INTRODUCCIN Y REPASO
1
Corazn artificial autosuficiente deAbiomed, el cual se implant porprimera vez en un paciente el 2 de juliode 2001. El armazn externo es depolicarbonato, y las vlvulas y lacmara interna son de poliuretano.
1-1
Los orgenes de la qumicaorgnica
morfina
OOH OHH
CH3N
2 CAPTULO 1 Introduccin y repaso
Como qumicos sabemos que los compuestos derivados de las plantas y los compuestossintetizados son idnticos. Si asumimos que son puros, la nica forma de distinguirlos es me-diante datacin utilizando 14C: los compuestos sintetizados a partir de petroqumicos tienen uncontenido menor de 14C radiactivo y parecen antiguos debido a que su 14C ha disminuido con eltiempo. Los compuestos derivados de las plantas se han sintetizado recientemente a partir delCO2 del aire, por lo que stos tienen mayor contenido de 14C. Algunos proveedores importantesde productos qumicos ofrecen anlisis de la relacin de istopos para mostrar que sus produc-tos naturales tienen mayor contenido de 14C y que se derivan de las plantas. Estos anlisissofisticados dan un aire de alta tecnologa a esta forma de Vitalismo del siglo XXI.
Aun cuando los compuestos orgnicos no necesitan una fuerza vital, de todas maneras sediferencian de los compuestos inorgnicos. La caracterstica distintiva de los compuestosorgnicos es que todos contienen uno o ms tomos de carbono. Sin embargo, no todos loscompuestos de carbono son sustancias orgnicas; sustancias tales como el diamante, grafito,dixido de carbono, cianato de amonio y carbonato de sodio se derivan de minerales y tienenpropiedades inorgnicas tpicas. No obstante, la mayora de los millones de compuestos del car-bono se clasifican como orgnicos.
En gran medida los seres humanos estamos formados por molculas orgnicas y nos nutri-mos con los compuestos orgnicos de los alimentos. Las protenas de nuestra piel, los lpidos de las membranas celulares, el glucgeno del hgado y el ADN que se encuentra enel ncleo de nuestras clulas son todos compuestos orgnicos. Nuestro cuerpo tambin es regu-lado y defendido por compuestos orgnicos complejos.
N
N CH3
nicotina
OH
O
CH2OH
HO
HCOH
H
O
vitamina C
glucosa
OHOH
COOHOH O
OHO
carmn
Cuatro ejemplos de compuestos orgnicos en organismos vivos. El tabaco contiene nicotina, un alcaloide adictivo. Los escaramujos contienenvitamina C, esencial para prevenir el escorbuto. El colorante rojo carmn proviene de las cochinillas, las cuales se muestran en el nopal. Las amapolas contienen morfina, un alcaloide analgsico y adictivo.
Los qumicos han aprendido a sintetizar o simular muchas de estas molculas complejas.Los productos sintticos sirven como frmacos, medicamentos, plsticos, pesticidas, pinturas yfibras. Muchos de los avances mdicos ms importantes son en realidad avances en la qumicaorgnica. Se desarrollan nuevos frmacos sintticos para combatir enfermedades, y los nuevospolmeros son moldeados para reemplazar rganos daados. La qumica orgnica ha cerrado elcrculo. Comenz como el estudio de los compuestos derivados de rganos, y ahora nos pro-porciona los frmacos y materiales que necesitamos para salvar o sustituir dichos rganos.
Uno de los efectos de la nicotina es aumentar la concentracin dedopamina, una sustancia qumicadel sistema de recompensa delcerebro. La liberacin de esta sus-tancia hace que los fumadores sesientan bien y refuerza la necesidadde fumar.
Una de las razones por las cuales losqumicos sintetizan derivados decompuestos orgnicos complejoscomo la morfina es el descubrirnuevos frmacos que conserven laspropiedades benficas (analgsicospotentes), pero no las propiedadesnocivas (altamente adictivas).
nube de electrones
ncleo(protones y neutrones)
FIGURA 1-1Estructura atmica bsica. Un tomotiene un ncleo denso, cargadopositivamente y rodeado por una nube de electrones.
1-2 Principios de la estructura atmica 3
Antes de comenzar a estudiar qumica orgnica, debemos repasar algunos principios bsicos.Los conceptos de la estructura atmica y molecular son cruciales para comprender la estructuray los enlaces de los compuestos orgnicos.
1-2A Estructura del tomoLos tomos estn formados por protones, neutrones y electrones. Los protones tienen carga po-sitiva y se encuentran junto con los neutrones (sin carga) en el ncleo. Los electrones, los cualestienen una carga negativa de igual magnitud a la carga positiva del protn, ocupan el espacio querodea al ncleo (figura 1-1). Los protones y neutrones tienen masas parecidas, aproximadamen-te 1800 veces la masa de un electrn. Casi toda la masa del tomo se concentra en el ncleo, peroson los electrones quienes participan en los enlaces y en las reacciones qumicas.
Cada elemento se distingue por el nmero de protones en el ncleo (el nmero atmico).El nmero de neutrones en general es muy similar al nmero de protones, aunque el nmero deneutrones puede variar. Los tomos con el mismo nmero de protones pero diferente nmero de neutrones se conocen como istopos. Por ejemplo, la clase ms comn de tomos de car-bono tienen seis protones y seis neutrones en su ncleo. Su nmero de masa (la suma de pro-tones y neutrones) es 12, y escribimos su smbolo como 12C. Aproximadamente el 1 por cientode los tomos de carbono tiene siete neutrones; el nmero de masa es 13 y se escribe 13C. Unafraccin muy pequea de los tomos de carbono tiene ocho neutrones y un nmero de masa de 14. El istopo 14C es radiactivo, con una vida media (el tiempo que toma para que la mi-tad de los ncleos decaigan) de 5730 aos. El decaimiento predecible del 14C se utiliza para de-terminar la antigedad de los materiales orgnicos de hasta 50,000 aos.
1-2B Estructura electrnica del tomoLas propiedades qumicas de un elemento se determinan mediante el nmero de protones en el ncleo y el correspondiente nmero de electrones alrededor de ste. Los electrones formanenlaces y determinan la estructura de las molculas resultantes. Debido a que son pequeos y ligeros, los electrones presentan propiedades tanto de partculas como de ondas; en muchossentidos, los electrones de tomos y molculas se comportan ms como ondas que