Química orgánica básica

La química orgánica estudia los compuestos del carbono, principalmente con H, O, N, S, P y halógenos. Su variedad estructural casi infinita —debido a la tetravalencia del carbono, el enlace C–C estable y la posibilidad de cadenas y anillos— es la base química de la vida y de la mayoría de los materiales modernos.

Por qué el carbono

  • Tetravalencia: forma 4 enlaces covalentes simultáneos.
  • Enlace C–C (~347 kJ/mol): suficientemente fuerte para estructuras estables, pero permite reactividad controlada.
  • Hibridaciones múltiples: sp³ (alcanos), sp² (alquenos, aromáticos), sp (alquinos).
  • Catenación: encadenamientos largos sin perder estabilidad — algo que solo Si replica débilmente.

Tipos de hidrocarburos

TipoHibridaciónFórmulaEjemplo
Alcanossp³CnH2n+2Metano CH₄, etano C₂H₆, butano C₄H₁₀
Alquenossp²CnH2nEtileno C₂H₄
AlquinosspCnH2n−2Acetileno C₂H₂
Aromáticossp² (deslocalizado)AnillosBenceno C₆H₆
Cíclicos saturadossp³CiclanosCiclohexano C₆H₁₂

Grupos funcionales

GrupoEstructuraSufijo / prefijoEjemplo
Hidroxilo–OH–olEtanol, glucosa
Aldehído–CHO–alFormaldehído, glucosa
CetonaC=O (interno)–onaAcetona
Ácido carboxílico–COOH–oicoAcético, palmítico
Éster–COOR–oatoTriglicéridos, aspirina
Éter–O–Éter dietílico
Amina–NH₂, –NHR, –NR₂–aminaEtilamina, dopamina
Amida–CONH₂–amidaUrea, proteínas
Tiol–SH–tiolCisteína
Halogenuro–X (F, Cl, Br, I)Cloroformo CHCl₃
Nitro–NO₂TNT
Nitrilo–C≡NAcrilonitrilo
Fosfato–OPO₃ATP, ADN

Isomería

  • Estructural: misma fórmula, distinta conectividad (butano vs. isobutano).
  • Geométrica (cis/trans, E/Z): en dobles enlaces.
  • Quiralidad (estereoisomería óptica): centros con 4 sustituyentes distintos → enantiómeros (espejos no superponibles).
  • Importancia biológica: la mayoría de los aminoácidos son levógiros (L); los azúcares dextrógiros (D). Talidomida: enantiómero (R) sedante, (S) teratógeno.

Reacciones básicas

TipoMecanismoEjemplo
Sustitución (SN1, SN2)Un grupo reemplaza a otroSaponificación de ésteres
Eliminación (E1, E2)Pérdida de grupos → doble enlaceDeshidratación de alcoholes
AdiciónA doble o triple enlaceHidrogenación de alquenos
ReordenamientoCambio de conectividadPinacol
Oxidación / reducciónCambio de estado de oxidaciónAlcohol → aldehído → ácido
PolimerizaciónMonómeros → polímeroEtileno → polietileno

Aromaticidad

  • Regla de Hückel: anillos planos, completamente conjugados, con (4n + 2) electrones π son aromáticos (n entero).
  • Estabilidad inusual del benceno (~150 kJ/mol más estable que su forma “Kekulé”).
  • Aromáticos heterocíclicos: piridina, pirrol, furano, tiofeno; bases de ADN/ARN.

Bioquímica como química orgánica aplicada

  • Carbohidratos: polihidroxialdehídos/cetonas; incluyen monosacáridos (glucosa), disacáridos (sacarosa), polisacáridos (almidón, celulosa).
  • Lípidos: ácidos grasos, glicéridos, esteroides, fosfolípidos.
  • Proteínas: polímeros de aminoácidos unidos por enlaces amida (peptídicos).
  • Ácidos nucleicos: polímeros de nucleótidos (azúcar + base + fosfato).

Petroquímica e industria

  • Crudo y gas natural: 80 % de la química orgánica industrial parte de petróleo.
  • Cracking: rompe alcanos largos en moléculas más útiles.
  • Reformado: aumenta octano por isomerización y aromatización.
  • Producción: plásticos, fertilizantes, fármacos, solventes, combustibles, fibras sintéticas.

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