QUÍMICA ORGÁNICA [PDF]
Autor: John McMurry
Cornell University
Séptima Edición
Cengage Learning
PRESENTACIÓN
Encuentro verdadero placer al enfrentar un tema complicado, darle vueltas hasta verlo claro y entonces explicarlo en palabras sencillas. Escribo para explicar química a los estudiantes del presente de la forma en que me habría gustado que me la explicaran hace años. Ha sido muy gratificante la respuesta entusiasta a las seis ediciones previas, e indica que este libro ha servido a los estudiantes. Espero que encuentres que esta séptima edición de Química orgánica, basada en las fortalezas de las seis ediciones previas, sea incluso más útil a los estudiantes. He realizado un gran esfuerzo para que esta nueva edición sea lo más efectiva, clara y legible posible; para mostrar la belleza y la lógica de la química orgánica, y para hacer agradable el aprendizaje de la química orgánica.
Organización y estrategias didácticas Esta séptima edición, al igual que sus predecesoras, mezcla el enfoque tradicional de grupos funcionales con un enfoque mecánico. La organización primaria es por grup
os funcionales, empezando por lo sencillo (alquenos), y progresando hacia lo más complejo. Los alumnos que carezcan de antecedentes sobre el tema, y que aún no conozcan acerca de las sutilezas de los mecanismos, aprovecharán mejor esta organización. En otras palabras, por lo general es más fácil comprender el qué de la química que el porqué. Sin embargo, dentro de esta organización primaria, hago especial énfasis en la explicación de las similitudes mecánicas fundamentales de las reacciones.
Este énfasis es particularmente notorio en los capítulos acerca de la química del grupo carbonilo (Capítulos 19-23), donde se cubren conjuntamente las reacciones con relación mecánica como las condensaciones aldólicas y la de Claisen. Para cuando los alumnos lleguen a este material, ya habrán visto todos los mecanismos comunes y su valor como principio organizador será más claro.
La reacción de partida: adición de HBr a alquenos Por lo general los estudiantes dan gran importancia a la reacción de partida de un texto, ya que es la primera que ven y está descrita con detalle. Usé la adición de HBr a un alqueno para ilustrar los principios generales de la química orgánica por varias razones: la reacción es relativamente directa; involucra un grupo funcional común, pero importante; no se necesita un conocimiento previo de estereoquímica o de cinética para comprenderla, y, lo más importante, es una reacción polar. Por tanto, creo que las reacciones de adición electrofílica representan una introducción mucho más útil y realista a la química de los grupos funcionales que una de partida, como la cloración de alcanos con radicales.
Mecanismos de reacción En la primera edición de este libro introduje un formato innovador para explicar los mecanismos de reacción en que los pasos de la reacción se imprimen verticalmente, mientras que los cambios que se efectúan en cada paso se explican al lado de la flecha de reacción. Este formato permite al lector ver fácilmente lo que está sucediendo en una reacción sin tener que ir de una página a la otra para leer y comparar estructuras y texto. Cada edición sucesiva ha visto un incremento en el número y calidad de estos mecanismos verticales, los cuales se mantienen tan actualizados y útiles como siempre.
Síntesis orgánicas En este texto las síntesis orgánicas son tratadas como auxiliares didácticos para ayudar a que los alumnos organicen y manejen un gran conjunto de información de los hechos: una destreza fundamental en medicina. Hay dos secciones, la primera en el Capítulo 8 (Alquinos), y la segunda en el Capítulo 16 (Química del benceno), que explican los procesos lógicos que intervienen en la solución de problemas de síntesis y que subrayan el valor de iniciar con lo que se conoce y retroceder en forma lógica. Además, hay recuadros “Enfocado a ...” que incluyen El arte de la síntesis orgánica, Química combinatoria y Síntesis enantioselectiva, que subrayan la importancia y la minuciosidad de las síntesis.
Presentación modular Los temas están organizados de una manera casi modular. De esta manera, los capítulos sobre ciertos temas están agrupados: hidrocarburos simples (Capítulos 3-8), espectroscopia (Capítulos 12-14), química del grupo carbonilo (Capítulos 19-23) y biomoléculas (Capítulos 25-29). Creo que esta organización da una coherencia a esos temas que no se encuentra en otros textos y que ofrece al instructor la flexibilidad necesaria para enseñarlos en un orden distinto al que se presenta en el libro.
Auxiliares básicos de aprendizaje Al escribir y revisar este texto, siempre me preocupé por presentar resúmenes al principio de los párrafos, además de proporcionar explicaciones lógicas y transiciones uniformes entre los párrafos y los temas. Introduzco nuevos conceptos sólo cuando son necesarios, no antes, y de inmediato los ilustro con ejemplos concretos. Se citan frecuentes referencias a materiales anteriores y se presentan numerosos resúmenes para conservar junta la información, tanto dentro de los capítulos como al término de ellos. Además, al final del libro se encuentra una gran cantidad de material útil en el aprendizaje de la química orgánica, incluyendo un glosario extenso, una explicación de cómo se denomina a los compuestos orgánicos polifuncionales y las respuestas a la mayor parte de los problemas del texto. Para mayor ayuda, una Guía de Estudio y un Manual de Soluciones proporcionan resúmenes de los nombres de reacciones, métodos para la preparación de grupos funcionales, reacciones de grupos funcionales y los usos de reactivos importantes.
CONTENIDO
1 Estructura y enlaces
1.1 Estructura atómica: el núcleo
1.2 Estructura atómica: orbitales
1.3 Estructura atómica: configuraciones electrónicas
1.4 Desarrollo de la teoría del enlace químico
1.5 La naturaleza de los enlaces químicos: teoría de enlace-valencia
1.6 Orbitales híbridos sp3 y la estructura del metano
1.7 Orbitales híbridos sp3 y la estructura del etano
1.8 Orbitales híbridos sp2 y la estructura del etileno
1.9 Orbitales híbridos sp y la estructura del acetileno
1.10 Hibridación del nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre
1.11 La naturaleza de los enlaces químicos: teoría del orbital molecular
1.12 Representación de estructuras químicas
2 Enlaces covalentes polares: ácidos y bases
2.1 Enlaces covalentes polares: electronegatividad
2.2 Enlaces covalentes polares: momentos dipolares
2.3 Cargas formales
2.4 Resonancia
2.5 Reglas para las formas resonantes
2.6 Representación de las formas resonantes
2.7 Ácidos y bases: la definición de Brønsted-Lowry
2.8 Fuerza de ácidos y bases
2.9 Predicción de las reacciones ácido-base a partir de los valores de pKa
2.10 Ácidos orgánicos y bases orgánicas
2.11 Ácidos y bases: la definición de Lewis
2.12 Modelos moleculares
2.13 Interacciones no covalentes
3 Compuestos orgánicos: alcanos y su estereoquímica
3.1 Grupos funcionales
3.2 Alcanos e isómeros de alcanos
3.3 Grupos alquilo
3.4 Nomenclatura de alcanos
3.5 Propiedades de los alcanos
3.6 Conformaciones del etano
3.7 Conformaciones de otros alcanos
4 Compuestos orgánicos: cicloalcanos y su estereoquímica
4.1 Nomenclatura de los cicloalcanos
4.2 Isomería cis-trans en cicloalcanos
4.3 Estabilidad de los cicloalcanos: tensión en el anillo
4.4 Conformaciones de los cicloalcanos
4.5 Conformaciones del ciclohexano
4.6 Enlaces axiales y ecuatoriales en el ciclohexano
4.7 Conformaciones de ciclohexanos monosustituidos
4.8 Conformaciones de los ciclohexanos disustituidos
4.9 Conformaciones de moléculas policíclicas
5 Perspectiva de las reacciones orgánicas
5.1 Tipos de reacciones orgánicas
5.2 Cómo suceden las reacciones orgánicas: mecanismos
5.3 Reacciones por radicales
5.4 Reacciones polares
5.5 Ejemplo de una reacción polar: la adición de HBr al etileno
5.6 Uso de flechas curvas en mecanismos de reacciones polares
5.7 Descripción de una reacción: equilibrios, rapidez y cambios de energía
5.8 Descripción de una reacción: energías de disociación de enlace
5.9 Descripción de una reacción: diagramas de energía y estados de transición
5.10 Descripción de una reacción: intermediarios
5.11 Comparación entre las reacciones biológicas y las reacciones de laboratorio
6 Alquenos: estructura y reactividad
6.1 Preparación industrial y usos de los alquenos
6.2 Cálculo del grado de insaturación
6.3 Nomenclatura de los alquenos
6.4 Isomería cis-trans en alquenos
6.5 Reglas de secuencia: la designación E,Z
6.6 Estabilidad de alquenos
6.7 Reacciones de adición electrofílica de alquenos
6.8 Orientación de las adiciones electrofílicas: regla de Markovnikov
6.9 Estructura y estabilidad de los carbocationes
6.10 Postulado de Hammond
6.11 Evidencia para el mecanismo de las adiciones electrofílicas: rearreglos de los carbocationes
7 Alquenos: reacciones y síntesis
7.1 Preparación de alquenos: perspectiva de las reacciones de eliminación
7.2 Adición de halógenos a alquenos
7.3 Adición de ácidos hipohalosos a alquenos: formación de halohidrinas
7.4 Adición de agua a los alquenos: oximercuración
7.5 Adición de agua a los alquenos: hidroboración
7.6 Adición de carbenos a los alquenos: síntesis del ciclopropano
7.7 Reducción de los alquenos: hidrogenación
7.8 Oxidación de los alquenos: epoxidación e hidroxilación
7.9 Oxidación de los alquenos: ruptura a compuestos carbonílicos
7.10 Adiciones de radicales a los alquenos: polímeros
7.11 Adiciones biológicas de radicales a los alquenos
8 Alquinos: introducción a la síntesis orgánica
8.1 Nomenclatura de los alquinos
8.2 Preparación de los alquinos: reacciones de eliminación de los dihaluros
8.3 Reacciones de los alquinos: adición de HX y X2
8.4 Hidratación de los alquinos
8.5 Reducción de los alquinos
8.6 Ruptura oxidativa de los alquinos
8.7 Acidez de los alquinos: formación de aniones acetiluro
8.8 Alquilación de aniones acetiluro
8.9 Introducción a la síntesis orgánica
9 Estereoquímica
9.1 Enantiómeros y la estructura tetraédrica del carbono
9.2 Razón de la quiralidad en las moléculas
9.3 Actividad óptica
9.4 El descubrimiento de los enantiómeros por Pasteur
9.5 Reglas de secuencia para especificar la configuración
9.6 Diastereómeros
9.7 Compuestos meso
9.8 Mezclas racémicas y la resolución de enantiómeros
9.9 Repaso de isomerismo
9.10 Estereoquímica de las reacciones: adición de H2O a un alqueno aquiral
9.11 Estereoquímica de las reacciones: adición de H2O a un alqueno quiral
9.12 Quiralidad en el nitrógeno, fósforo y azufre
9.13 Proquiralidad
9.14 Quiralidad en la naturaleza y ambientes quirales
10 Organohaluros
10.1 Nomenclatura de los haluros de alquilo
10.2 Estructura de los haluros de alquilo
10.3 Preparación de los haluros de alquilo a partir de alcanos: halogenación por radicales
10.4 Preparación de los haluros de alquilo a partir de alquenos: bromación alílica
10.5 Estabilidad del radical alilo: repaso de la resonancia
10.6 Preparación de los haluros de alquilo a partir de alcoholes
10.7 Reacciones de los haluros de alquilo: reactivos de Grignard
10.8 Reacciones de acoplamiento de compuestos organometálicos
10.9 Oxidación y reducción en química orgánica
11 Reacciones de haluros de alquilo: sustituciones nucleofílicas y eliminaciones
11.1 El descubrimiento de las reacciones de sustitución nucleofílica
11.2 La reacción SN2
11.3 Características de la reacción SN2
11.4 La reacción SN1
11.5 Características de la reacción SN1
11.6 Reacciones de sustitución biológica
11.7 Reacciones de eliminación de los haluros de alquilo: regla de Zaitsev
11.8 La reacción E2 y el efecto isotópico del deuterio
11.9 La reacción E2 y la conformación del ciclohexano
11.10 Las reacciones E1 y E1Bc
11.11 Reacciones de eliminación biológica
11.12 Resumen de reactividad: SN1, SN2, E1, E1Bc y E2
12 Determinación de la estructura: espectrometría de masas y espectroscopia de infrarrojo
12.1 Espectrometría de masas de moléculas pequeñas: instrumentos de sector magnético
12.2 Interpretación de los espectros de masas
12.3 Espectrometría de masas de algunos grupos funcionales comunes
12.4 Espectrometría de masas en la química biológica: instrumentos para el tiempo de recorrido (TOF)
12.5 Espectroscopia y el espectro electromagnético
12.6 Espectroscopia de infrarrojo
12.7 Interpretación de espectros de infrarrojo
12.8 Espectros de infrarrojo de algunos grupos funcionales comunes
13 Determinación estructural: espectroscopia de resonancia magnética nuclear
13.1 Espectroscopia de resonancia magnética nuclear
13.2 La naturaleza de las absorciones de RMN
13.3 Desplazamientos químicos
13.4 Espectroscopia de RMN-13C: promedio de la señal y TF-RMN
13.5 Características de la espectroscopia de RMN-13C
13.6 Espectroscopia de RMN-13C DEPT
13.7 Usos de la espectroscopia de RMN-13C
13.8 Espectroscopia de RMN-1H y equivalencia de protones
13.9 Desplazamientos químicos en la espectroscopia de RMN-1H
13.10 Integración de absorciones de RMN-1H: conteo de protones
13.11 Desdoblamiento espín-espín en los espectros de RMN-1H
13.12 Patrones más complejos de desdoblamiento espín-espín
13.13 Usos de la espectroscopia de RMN-1H
14 Compuestos conjugados y espectroscopia de ultravioleta
14.1 Estabilidad de dienos conjugados: teoría de los orbitales moleculares
14.2 Adiciones electrofílicas para dienos conjugados: carbocationes alílicos
14.3 Control cinético frente al control termodinámico de las reacciones
14.4 La reacción de cicloadición de Diels-Alder
14.5 Características de la reacción de Diels-Alder
14.6 Polímeros de dienos: cauchos naturales y sintéticos
14.7 Determinación de la estructura en sistemas conjugados: espectroscopia de ultravioleta
14.8 Interpretación de los espectros de ultravioleta: el efecto de la conjugación
14.9 Conjugación, color y la química de la visión
15 Benceno y aromaticidad
15.1 Fuentes y nombres de los compuestos aromáticos
15.2 Estructura y estabilidad del benceno: teoría del orbital molecular
15.3 Aromaticidad y la regla 4n + 2 de Hückel
15.4 Iones aromáticos
15.5 Heterociclos aromáticos: piridina y pirrol
15.6 ¿Por qué 4n + 2?
15.7 Compuestos aromáticos policíclicos
15.8 Espectroscopia de los compuestos aromáticos
16 Química del benceno: sustitución electrofílica aromática
16.1 Reacciones de sustitución electrofílica aromática: bromación
16.2 Otras sustituciones aromáticas
16.3 Alquilación y acilación de anillos aromáticos: la reacción de Friedel-Crafts
16.4 Efectos de los sustituyentes en anillos aromáticos sustituidos
16.5 Una explicación de los efectos de los sustituyentes
16.6 Bencenos trisustituidos: aditividad de efectos
16.7 Sustitución nucleofílica aromática
16.8 Bencino
16.9 Oxidación de compuestos aromáticos
16.10 Reducción de compuestos aromáticos
16.11 Síntesis de bencenos trisustituidos
17 Alcoholes y fenoles
17.1 Nomenclatura de alcoholes y fenoles
17.2 Propiedades de alcoholes y fenoles
17.3 Preparación de alcoholes: un repaso
17.4 Alcoholes a partir de la reducción de compuestos carbonílicos
17.5 Alcoholes a partir de la reacción de compuestos carbonílicos con reactivos de Grignard
17.6 Reacciones de alcoholes
17.7 Oxidación de alcoholes
17.8 Protección de alcoholes
17.9 Fenoles y sus usos
17.10 Reacciones de fenoles
17.11 Espectroscopia de alcoholes y fenoles
18 Éteres y epóxidos: tioles y sulfuros
18.1 Nombres y propiedades de los éteres
18.2 Síntesis de éteres
18.3 Reacciones de los éteres: ruptura ácida
18.4 Reacciones de los éteres: reordenamiento de Claisen
18.5 Éteres cíclicos: epóxidos
18.6 Reacciones de los epóxidos: apertura del anillo
18.7 Éteres corona
18.8 Tioles y sulfuros
18.9 Espectroscopia de los éteres
Introducción a los compuestos carbonílicos
I Tipos de compuestos carbonílicos
II Naturaleza del grupo carbonilo
III Reacciones generales de los compuestos carbonílicos
IV Resumen
19 Aldehídos y cetonas: reacciones de adición nucleofílica
19.1 Nomenclatura de aldehídos y cetonas
19.2 Preparación de aldehídos y cetonas
19.3 Oxidación de aldehídos y cetonas
19.4 Reacciones de adición nucleofílica a aldehídos y cetonas
19.5 Adición nucleofílica de H2O: hidratación
19.6 Adición nucleofílica de HCN: formación de cianohidrinas
19.7 Adición nucleofílica de reactivos de Grignard y de hidruros: formación de alcoholes
19.8 Adición nucleofílica de aminas: formación de iminas y enaminas
19.9 Adición nucleofílica de hidracina: la reacción de Wolff-Kishner
19.10 Adición nucleofílica de alcoholes: formación de acetales
19.11 Adición nucleofílica de iluros de fósforo: la reacción de Wittig
19.12 Reducciones biológicas
19.13 Adición nucleofílica conjugada a aldehídos y cetonas insaturados
19.14 Espectroscopia de aldehídos y cetonas
20 Ácidos carboxílicos y nitrilos
20.1 Nomenclatura de ácidos carboxílicos y nitrilos
20.2 Estructura y propiedades de los ácidos carboxílicos
20.3 Ácidos biológicos y la ecuación de Henderson-Hasselbalch
20.4 Efectos de los sustituyentes sobre la acidez
20.5 Preparación de ácidos carboxílicos
20.6 Reacciones de los ácidos carboxílicos: un repaso
20.7 Química de los nitrilos
20.8 Espectroscopia de los ácidos carboxílicos y los nitrilos
21 Derivados de los ácidos carboxílicos: reacciones de sustitución nucleofílica en el grupo acilo
21.1 Nomenclatura de los derivados de los ácidos carboxílicos
21.2 Reacciones de sustitución nucleofílica en el grupo acilo
21.3 Reacciones de sustitución nucleofílica en el grupo acilo de los ácidos carboxílicos
21.4 Química de los haluros de ácido
21.5 Química de los anhídridos de ácido
21.6 Química de los ésteres
21.7 Química de las amidas
21.8 Química de los tioésteres y de los fosfatos de acilo: derivados biológicos de los ácidos carboxílicos
21.9 Poliamidas y poliésteres: polímeros que crecen en pasos
21.10 Espectroscopia de los derivados de los ácidos carboxílicos
22 Reacciones de sustitución en alfa al grupo carbonilo
22.1 Tautomería ceto-enólica
22.2 Reactividad de enoles: el mecanismo de las reacciones de sustitución en alfa
22.3 Halogenación en alfa de aldehídos y cetonas
22.4 Bromación en alfa de ácidos carboxílicos: la reacción de Hell-Volhard-Zelinskii
22.5 Acidez de los átomos de hidrógeno en alfa: formación del ion enolato
22.6 Reactividad de los iones enolato
22.7 Alquilación de los iones enolato
23 Reacciones de condensación carbonílica
23.1 Condensaciones carbonílicas: la reacción aldólica
23.2 Condensaciones carbonílicas contra las sustituciones en alfa
23.3 Deshidratación de productos aldólicos: síntesis de enonas
23.4 Utilización de las reacciones aldólicas en síntesis
23.5 Reacciones aldólicas mixtas
23.6 Reacciones aldólicas intramoleculares
23.7 Reacción de condensación de Claisen
23.8 Condensaciones mixtas de Claisen
23.9 Condensaciones intramoleculares de Claisen: la ciclación de Dieckmann
23.10 Adiciones conjugadas carbonílicas: reacción de Michael
23.11 Condensaciones carbonílicas con enaminas: la reacción de Stork
23.12 La reacción de anillación de Robinson
23.13 Algunas reacciones biológicas de condensación carbonílica
24 Aminas y heterociclos
24.1 Nomenclatura de aminas
24.2 Propiedades de las aminas
24.3 Basicidad de las aminas
24.4 Basicidad de arilaminas sustituidas
24.5 Aminas biológicas y la ecuación de Henderson-Hasselbalch
24.6 Síntesis de aminas
24.7 Reacciones de aminas
24.8 Reacciones de arilaminas
24.9 Heterociclos
24.10 Espectroscopia de las aminas
25. Biomoléculas: carbohidratos
25.1 Clasificación de carbohidratos
25.2 Representación de la estereoquímica de los carbohidratos: proyecciones de Fischer
25.3 Azúcares D,L
25.4 Configuraciones de las aldosas
25.5 Estructuras cíclicas de monosacáridos: anómeros
25.6 Reacciones de los monosacáridos
25.7 Los ocho monosacáridos esenciales
25.8 Disacáridos
25.9 Polisacáridos y su síntesis
25.10 Algunos otros carbohidratos importantes
25.11 Carbohidratos de la superficie celular y vacunas de carbohidratos
26 Biomoléculas: aminoácidos, péptidos y proteína
26.1 Estructuras de los aminoácidos
26.2 Aminoácidos, la ecuación de Henderson-Hasselbalch y los puntos isoeléctricos
26.3 Síntesis de aminoácidos
26.4 Péptidos y proteínas
26.5 Análisis de los aminoácidos de los péptidos
26.6 Secuenciación de péptidos: degradación de Edman
26.7 Síntesis de péptidos
26.8 Síntesis automatizada de péptidos: el método en fase sólida de Merrifield
26.9 Estructura de las proteínas
26.10 Enzimas y coenzimas
26.11 ¿Cómo actúan las enzimas? Citrato sintasa
27 Biomoléculas: lípidos
27.1 Ceras, grasas y aceites
27.2 Jabón
27.3 Fosfolípidos
27.4 Prostaglandinas y otros eicosanoides
27.5 Terpenoides
27.6 Esteroides
27.7 Biosíntesis de esteroides
28 Biomoléculas: ácidos nucleicos
28.1 Nucleótidos y ácidos nucleicos
28.2 Apareamiento de bases en el ADN: el modelo de Watson-Crick
28.3 Replicación de ADN
28.4 Transcripción del ADN
28.5 Traducción de ARN: biosíntesis de proteínas
28.6 Secuenciación de ADN
28.7 Síntesis de ADN
28.8 La reacción en cadena de la polimerasa
29 La química orgánica de las rutas metabólicas
29.1 Resumen de metabolismo y energía bioquímica
29.2 Catabolismo de triacilgliceroles: el destino del glicerol
29.3 Catabolismo de triacilgliceroles: oxidación
29.4 Biosíntesis de ácidos grasos
29.5 Catabolismo de carbohidratos: glucólisis
29.6 Conversión de piruvato en acetil CoA
29.7 El ciclo del ácido cítrico
29.8 Biosíntesis de carbohidratos: gluconeogénesis
29.9 Catabolismo de proteínas: transaminación
29.10 Algunas conclusiones acerca de la química biológica
30 Orbitales y química orgánica: reacciones pericíclicas
30.1 Orbitales moleculares y reacciones pericíclicas de los sistemas Pi conjugados
30.2 Reacciones electrocíclicas
30.3 Estereoquímica de las reacciones electrocíclicas térmicas
30.4 Reacciones electrocíclicas fotoquímicas
30.5 Reacciones de cicloadición
30.6 Estereoquímica de las cicloadiciones
30.7 Rearreglos sigmatrópicos
30.8 Algunos ejemplos de rearreglos sigmatrópicos
30.9 Un resumen de las reglas para las reacciones pericíclicas
31 Polímeros sintéticos
31.1 Polímeros de crecimiento en cadena
31.2 Estereoquímica de la polimerización: catalizadores de Ziegler-Natta
31.3 Copolímeros
31.4 Polímeros de crecimiento por pasos
31.5 Estructura y propiedades físicas de los polímeros
* Recuerda que nuestras publicaciones están libres de enlaces maliciosos, ni publicidad engañosa. Si alguno de nuestros enlaces se encuentra caído, agradecería que nos lo comuniquen.
Atentamente,
Admin de Hidro SM
