Fundamentos Esenciales de la Química Orgánica: Hidrocarburos y Compuestos Aromáticos

Introducción a la Química Orgánica

La Química Orgánica es una rama de la química enfocada al estudio de los compuestos con base de carbono. Estos compuestos son la piedra fundamental de toda la vida en el planeta.

Fundamentos Estructurales del Carbono

Los fulerenos son la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante y el grafito. Fueron descubiertos por primera vez en 1985 por los investigadores R. Curl, H. Kroto y R. Smalley, aunque su existencia ya fue predicha en 1965.

Conceptos Clave en Química Orgánica

Grupo Funcional

Conjunto de átomos, enlazados de una determinada forma, que presentan una estructura y propiedades fisicoquímicas determinadas que caracterizan a los compuestos orgánicos que los contienen.

Determinación Química

Es la determinación de los componentes de una sustancia de química orgánica. Puede ser cualitativa (si solo los demuestra) o cuantitativa (si logra medir sus cantidades).

Tipos de Fórmulas Químicas

• Fórmula Empírica: Es la fórmula que expresa la relación más simple entre sus átomos constituyentes y, por tanto, no es la verdadera fórmula del compuesto.
• Fórmula Molecular: Indica qué átomos tiene una molécula y el número de átomos de la molécula, por ejemplo: O₂.
• Fórmula Estructural: Indica las posiciones que ocupan los átomos con relación a los otros, es decir, la información acerca de la estructura de la molécula.
• Fórmula Electrónica: Indica el carácter electrónico de los átomos en la molécula, o si la unión entre ellos es iónica o covalente, como puede verse en los siguientes ejemplos.

Clasificación de Hidrocarburos

Hidrocarburos Acíclicos (Alifáticos)

• Alquenos u Olefinas (Hidrocarburos Insaturados): Son hidrocarburos insaturados que tienen uno o varios dobles enlaces carbono-carbono en su molécula. Se puede decir que un alqueno no es más que un alcano que ha perdido dos átomos de hidrógeno, produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos. Su fórmula general es C_nH_2n.
• Alcanos (Hidrocarburos Saturados): Son hidrocarburos saturados, están formados exclusivamente por carbono e hidrógeno y únicamente hay enlaces sencillos en su estructura. Su fórmula general es C_nH_2n+2.
• Alquinos (Hidrocarburos Insaturados): Compuestos que contienen un triple enlace entre dos átomos de carbono (no saturado). Su fórmula general es C_nH_2n-2.

Hidrocarburos Cíclicos

Los cicloalcanos o alcanos cíclicos son hidrocarburos saturados, cuyo esqueleto está formado únicamente por átomos de carbono unidos entre ellos con enlaces simples en forma de anillo. Su fórmula genérica es C_nH_2n. Por fórmula, son isómeros de los alquenos. También existen compuestos que contienen varios anillos, los compuestos policíclicos.

Los compuestos son sistemas cíclicos que poseen una gran energía de resonancia y en los que todos los átomos del anillo forman parte de un sistema conjugado único (conjugación cíclica cerrada).

Compuestos Aromáticos

Derivados del Benceno

• Benceno: Es un hidrocarburo aromático de fórmula molecular C₆H₆. En el benceno, cada átomo de carbono ocupa el vértice de un hexágono regular.
• Tolueno o Metilbenceno: (C₆H₅CH₃). Hidrocarburo incoloro.
• Nitrobenceno: Es un compuesto químico con la fórmula C₆H₅NO₂. Es un líquido aceitoso tóxico, ligeramente amarillento con un cierto olor a almendras.

Métodos de Obtención del Benceno

1. A partir del petróleo.
2. A partir del etileno (o acetileno).
3. Por descarboxilación del benzoato de sodio.