Admisión UNAL · Química V · Orgánica

Todo el carbono se responde contando

Este estudio cierra la rama. El de estructura explicó por qué el carbono tiene cuatro electrones de valencia; el de enlace dio el tetraedro y la geometría; éste explica qué se puede construir con eso — y resulta que casi todo el componente de orgánica se responde contando.

Contar carbonos da el prefijo. Contar hidrógenos da la familia. Contar grupos alrededor de un carbono da su hibridación y su ángulo. Y contar sustituyentes distintos sobre un carbono dice si hay isomería óptica. La nomenclatura IUPAC no es una lista de nombres que memorizar: es un algoritmo de cinco pasos, y aquí va escrito como tal.

Prefijos por número de carbonos — 1 met · 2 et · 3 prop · 4 but · 5 pent · 6 hex · 7 hept · 8 oct · 9 non · 10 dec. Fórmulas generales: alcano CnH2n+2 · alqueno y cicloalcano CnH2n · alquino CnH2n−2.
1

El carbono no es especial por químico: es especial por geómetra

Hay millones de compuestos de carbono y apenas unos cientos de miles del resto de elementos juntos. La razón no es que el carbono reaccione de un modo raro: es que forma cuatro enlaces fuertes, incluidos los que forma consigo mismo, y eso permite cadenas, ramas y anillos de longitud arbitraria. A esa capacidad se le llama catenación.

Las tres formas de repartir los cuatro enlaces
Tetraédricaángulo 109,5°
carácter s
25 % de carácter s: se mezcla un orbital s con los tres p. Cuanto mayor es ese porcentaje, más cerca del núcleo queda el par enlazante y más corto es el enlace.
Carbono sp³4 enlaces sencillos (4 σ)
metano CH₄ · etano CH₃–CH₃
lo que importa Hay rotación libre alrededor del enlace: los grupos giran sin romper nada.
Cómo se reconoce la hibridación sin dibujar orbitales
Si el carbono tiene…HibridaciónGeometríaÁngulo
solo enlaces sencillossp³tetraédrica109,5°
un doble enlacesp²trigonal plana120°
un triple, o dos doblessplineal180°
Es la misma regla del VSEPR del estudio anterior, escrita en el vocabulario de la orgánica: cuente grupos alrededor del carbono —un doble o un triple cuentan como uno— y tendrá 4, 3 o 2. Ésos son los tres casos, y no hay más.
La trampa
Contar el triple enlace como tres grupos y responder «trigonal plana». Un enlace múltiple apunta en una sola dirección, así que un carbono con un triple y un sencillo tiene dos grupos y es lineal. Lo mismo pasaba con el CO₂.
2

Hidrocarburos: el nombre son dos sílabas y una cuenta

Un hidrocarburo tiene solo carbono e hidrógeno, y su nombre se arma con dos piezas: un prefijo que dice cuántos carbonos y una terminación que dice qué tipo de enlace hay. Con eso y una fórmula general se deduce la fórmula molecular sin dibujar nada.

Familia
Número de carbonos = 4
C₄H₁₀
butano
fórmula generalCnH2n+2 — Solo enlaces sencillos. Saturados: llevan el máximo de hidrógenos posible.
insaturación(2 × 4 + 2 − 10) ÷ 2 = 0 grados — un doble enlace o un anillo cuentan 1, un triple cuenta 2
prefijo4 carbonos → but-
Los diez prefijos, que sí hay que saberse
1 · met-2 · et-3 · prop-4 · but-5 · pent-6 · hex-7 · hept-8 · oct-9 · non-10 · dec-
A partir de cinco carbonos son los numerales griegos de siempre, así que solo los cuatro primeros —met, et, prop, but— hay que memorizarlos de verdad. Vienen de nombres históricos, no de un sistema.
Los aromáticos, aparte

El benceno, C₆H₆, es un anillo de seis carbonos sp² con seis electrones π deslocalizados sobre todo el anillo. No son tres dobles enlaces fijos alternando con tres sencillos: los seis enlaces carbono-carbono son idénticos y de longitud intermedia.

insaturación(2 × 6 + 2 − 6) ÷ 2 = 4 — tres «dobles enlaces» más el anillo
consecuenciaLa deslocalización lo estabiliza mucho: el benceno da reacciones de sustitución, no de adición, aunque parezca insaturado. Es lo que se pregunta.
disustituidosorto (posiciones 1,2) · meta (1,3) · para (1,4)
3

Grupos funcionales: el trozo que decide la química

La cadena de carbonos es el esqueleto y casi no reacciona. Lo que reacciona es el grupo funcional, y por eso todos los alcoholes se parecen entre sí más de lo que un alcohol se parece al alcano del que viene. Identificar el grupo es identificar el comportamiento.

Grupo funcional — ordenados por prioridad, de mayor a menor
R–OHprioridad 6 de 9
como función principal…ol
como sustituyentehidroxi-
ejemploetanol, CH₃–CH₂–OH
Se clasifica en primario, secundario o terciario según cuántos carbonos tenga pegado el carbono del OH. Decide cómo se oxida.
Para qué sirve la prioridad

Cuando una molécula tiene más de un grupo funcional, solo el de mayor prioridad da la terminación; los demás pasan a prefijo. Es lo que decide si un compuesto se llama «ácido 3-hidroxibutanoico» o «4-carboxibutan-2-ol».

PrioridadGrupoTermina en
1Ácido carboxílicoácido …oico
2Éster…oato de …ilo
3Amida…amida
4Aldehído…al
5Cetona…ona
6Alcohol…ol
7Amina…amina
8Éter—
9Haluro de alquilo—
Con el ácido carboxílico ganando siempre, la respuesta a «¿cuál manda?» es casi siempre la misma. Debajo del alcohol, la escala rara vez se pregunta en admisión.
4

La nomenclatura IUPAC es un algoritmo, no una lista

Cinco pasos, siempre los mismos, siempre en este orden. La mayor parte de los nombres mal puestos vienen de saltarse el tercero —numerar desde el extremo equivocado— o de invertir el primero con el segundo, eligiendo la cadena larga antes de saber cuál es la función.

Molécula de ejemplo
CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH(OH)–CH₃
1de 5 pasos
1

Identifique la función principal

La de mayor prioridad de la molécula. Ella da la terminación del nombre; todo lo demás será prefijo.

Hay un –OH y no hay nada por encima → alcohol → terminación «-ol»
2

Elija la cadena principal

La cadena continua MÁS LARGA que contenga la función principal. Puede doblar esquinas: no tiene por qué ser la que está escrita en línea recta.

3

Numere para que la función principal reciba el localizador más bajo

La numeración no la decide el sustituyente ni el extremo de la izquierda: la decide la función principal.

4

Nombre los sustituyentes con su localizador

En orden alfabético, con di-, tri- y tetra- si se repiten. Esos multiplicadores NO cuentan para el orden alfabético.

5

Ensamble: sustituyentes, cadena, localizador de la función, terminación

Los localizadores van entre guiones, pegados a lo que numeran.

La trampa
Numerar desde el extremo que da el localizador más bajo al sustituyente. La regla del localizador bajo se aplica a la función principal primero, y solo cuando no hay función principal —en un alcano ramificado, por ejemplo— entra en juego el sustituyente. Con el ejemplo de arriba, numerar «al revés» daría 2-metilpentan-4-ol, que está mal.
5

Isomería: la fórmula molecular no identifica nada

Dos compuestos con la misma fórmula molecular pueden ser un líquido que se bebe y un gas anestésico. En orgánica la fórmula molecular es un dato incompleto, y por eso la estructura se escribe siempre. Los isómeros son la demostración de que hace falta.

Fórmula molecular
2isómeros de cadena
1butano — CH₃–CH₂–CH₂–CH₃
22-metilpropano — CH₃–CH(CH₃)–CH₃
Los mismos átomos, distinta forma de conectar el esqueleto. El ramificado hierve más bajo: es más compacto y sus moléculas tocan menos superficie entre sí.
El mapa completo, que es más corto de lo que parece
TipoQué cambiaEjemplo
Cadenala forma del esqueletobutano / 2-metilpropano
Posicióndónde está el grupo o el enlace múltiplebut-1-eno / but-2-eno
Funciónel grupo funcional en síetanol / metoximetano
Geométrica (cis-trans)a qué lado del doble enlace quedan los gruposcis / trans-but-2-eno
Ópticala disposición en el espacio, en imagen especularlos dos butan-2-oles
Las tres primeras son isomería estructural: cambia qué está unido a qué. Las dos últimas son estereoisomería: las uniones son las mismas y lo que cambia es la disposición en el espacio.
Las dos condiciones que sí hay que saber comprobar
1

Para que haya cis-trans

Hace falta un doble enlace (o un anillo) y que cada uno de sus dos carbonos lleve dos sustituyentes distintos. Si un carbono repite sustituyente, no hay dos formas posibles.

but-2-eno CH₃–CH=CH–CH₃ → sí, cada carbono lleva CH₃ y H
2-metilprop-1-eno (CH₃)₂C=CH₂ → no, un carbono lleva dos CH₃ iguales
2

Para que haya isomería óptica

Hace falta un carbono quiral: un carbono con cuatro sustituyentes todos distintos. La molécula y su imagen en el espejo no se pueden superponer.

butan-2-ol CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃ → el C2 lleva H, OH, CH₃ y CH₂CH₃ → cuatro distintos → quiral
propan-2-ol CH₃–CH(OH)–CH₃ → el C2 lleva dos CH₃ iguales → no quiral
Las dos comprobaciones son contar sustituyentes distintos, y en las dos el fallo es el mismo: no fijarse en que dos de ellos son iguales. Es una pregunta de mirar con cuidado, no de saber más química.
La trampa
Buscar cis-trans en un enlace sencillo. Alrededor de un enlace simple hay rotación libre, así que las dos supuestas formas son la misma molécula girando. La isomería geométrica existe precisamente porque el doble enlace no rota — es el enlace π del panel 1 impidiéndolo.
6

Seis reacciones y cuatro familias de biomoléculas

La reactividad orgánica del examen se reduce a una pregunta: ¿el compuesto está saturado o no? Lo saturado sustituye, porque no tiene dónde añadir; lo insaturado añade, porque el enlace múltiple se abre. Todo lo demás son casos particulares de esas dos.

Tipo de reacción
Adiciónalquenos y alquinos
CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃
El enlace múltiple se abre y entran dos grupos nuevos. Es la reacción típica de lo insaturado, y con reactivos asimétricos sigue la regla de Markovnikov: el hidrógeno va al carbono que ya tiene más hidrógenos.
Las cuatro biomoléculas, y el enlace que las arma
FamiliaUnidadEnlace que las uneFunción principal
Carbohidratosmonosacárido (glucosa, C₆H₁₂O₆)glucosídicoenergía inmediata y estructura vegetal
Lípidosácido graso + glicerolésterreserva de energía y membranas
Proteínasaminoácidopeptídico (una amida)estructura, transporte, catálisis
Ácidos nucleicosnucleótidofosfodiésterinformación genética
Los cuatro enlaces son reacciones orgánicas que ya están en la tabla de arriba: el éster de un lípido es la misma esterificación, y el enlace peptídico de una proteína es una amida. La bioquímica no introduce química nueva: reutiliza ésta.
Los tres se forman soltando una molécula de agua —condensación— y se rompen metiéndola —hidrólisis—. Es la pareja de procesos que más aparece en las preguntas que cruzan química y biología, y por eso conviene reconocerla escrita de las dos formas.
La trampa
Dar por hecho que el benceno hace adición «porque tiene dobles enlaces». No los tiene: tiene seis electrones deslocalizados, y esa deslocalización lo estabiliza tanto que el benceno da sustitución. Perder la aromaticidad para ganar un enlace no le compensa.
Tres frases. La fórmula molecular no identifica un compuesto orgánico: C₂H₆O es etanol o es éter dimetílico, y son un líquido que se bebe y un gas. La nomenclatura es un algoritmo y el paso que más se falla es el tercero — se numera para que la función principal quede baja, no el sustituyente. Y lo saturado sustituye, lo insaturado añade, con el benceno como excepción que confirma la regla: parece insaturado, se comporta como saturado, y la razón es que sus electrones están deslocalizados.
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Sources & bibliography

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  1. 01

    DIPA — Demostración Interactiva de la Prueba de Admisión

    Universidad Nacional de Colombia · Dirección Nacional de Admisiones

    Herramienta oficial y repetible para practicar con preguntas de los cinco componentes; entrega un puntaje por componente y un puntaje estandarizado al terminar. La propia página advierte que sirve para familiarizarse con el tipo de pregunta y que no hace parte del proceso de admisión. Es la referencia contra la que conviene contrastar la dificultad de cualquier banco generado, incluido este.

  2. 02

    Prueba de admisión — estructura y componentes

    Universidad Nacional de Colombia · Dirección Nacional de Admisiones

    120 preguntas de opción múltiple en 3 horas y 30 minutos, repartidas en cinco componentes: análisis textual 25, matemáticas 25, ciencias naturales 25, ciencias sociales 25 y análisis de la imagen 20. De ahí sale el ritmo promedio de 1 min 45 s por pregunta que usa el cronómetro de los bancos.

  3. 03

    Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)

    International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)

    Definiciones formales de los términos que estos estudios usan de manera estricta: número atómico, número de masa, isótopo, electronegatividad, energía de ionización, afinidad electrónica, enlace de hidrógeno, número de oxidación, catalizador, energía de activación, pH, quiralidad y aromaticidad.

  4. 04

    Nomenclature of Organic Chemistry — IUPAC Recommendations and Preferred IUPAC Names (Libro Azul)

    International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)

    Autoridad del algoritmo de nomenclatura del panel 4: elección de la cadena principal, criterio de localizadores más bajos con la función principal por delante del sustituyente, orden alfabético de los sustituyentes y sufijos de cada clase funcional. También la ordenación por antigüedad de las funciones, que el material simplifica al subconjunto que el examen usa.

  5. 05

    Regla de Markovnikov

    Vladímir Markóvnikov · 1870

    Regla empírica sobre la orientación de la adición de reactivos asimétricos a un doble enlace, citada en el panel 6. Se enuncia en su forma escolar; su justificación moderna, por estabilidad del carbocatión intermedio, queda fuera del alcance del material.

Open questions

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  • El orden de prioridad de los nueve grupos funcionales del panel 3.Reproduce la ordenación por antigüedad de la IUPAC recortada al subconjunto que se estudia en admisión: la ordenación completa incluye clases que aquí no aparecen y algunos matices entre las intermedias. La parte que sostiene las preguntas —que el ácido carboxílico gana a todo lo demás y que el haluro nunca es función principal— es la que no admite discusión.
  • Los recuentos de isómeros del panel 5 (2 para C₄H₁₀, 3 para C₅H₁₂, 4 para C₄H₈).Están comprobados enumerando estructuras a mano, no contra un catálogo. El de C₄H₈ excluye a propósito los isómeros cíclicos —ciclobutano y metilciclopropano—, y el enunciado del panel se limita a los que enumera en vez de afirmar que son todos los posibles.
  • La descripción del ácido láctico como el compuesto «que se acumula en el músculo durante el ejercicio intenso».Es la formulación divulgativa habitual, y la fisiología del lactato durante el ejercicio se entiende hoy de forma bastante más matizada que la que sugiere esa frase. En el banco solo sirve de escenario: ninguna pregunta depende de la fisiología, todas dependen de la estructura CH₃–CH(OH)–COOH, que sí es correcta.
  • Que la prueba se aplique en dos partes de 60 preguntas cada una, con 2 horas para la primera (análisis textual y matemáticas, más parte de ciencias) y 1 hora 30 minutos para la segunda (ciencias, sociales y análisis de imagen).Aparece de forma consistente en material preuniversitario, pero NO en las páginas de la Dirección Nacional de Admisiones, que solo declaran 120 preguntas y 3 h 30 min en total. Si fuera cierta, el ritmo real sería de 2 min por pregunta en la primera parte y de 1 min 30 s en la segunda, no de 1 min 45 s en todas. Por eso el cronómetro de los bancos ofrece los tres ritmos etiquetados por su procedencia en vez de imponer el promedio.
  • Las 22 preguntas del banco y sus respuestas.Están escritas para este material, no tomadas de exámenes publicados. La aritmética está verificada numéricamente; el estilo y la dificultad son una aproximación al examen real, no una muestra de él.