COMPUESTOS ORGÁNICOS
En cada aspecto de la vida humana se encuentran compuestos orgánicos. Toda la vida se basa en una interrelación compleja de miles de sustancias orgánicas, desde compuestos sencillos, como azúcares, aminoácidos y grasas, hasta los más complejos, como las enzimas que catalizan las reacciones químicas de los seres vivos o las gigantescas moléculas de ADN que heredan la información genética de una generación a otra. Los alimentos que ingerimos (incluidos muchos aditivos), la ropa que vestimos, los plásticos y polímeros que están por todos lados, los medicamentos que salvan vidas, el papel en que escribimos, los combustibles, además de muchos de nuestros venenos, plaguicidas, colorantes, jabones y detergentes; todos implican química orgánica.
Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su capa más externa con una configuración electrónica en su estado fundamental de 1s22s22p2. El átomo de C puede adquirir una configuración estable al formar cuatro enlaces covalentes.
Cada átomo de C puede formar enlaces sencillos, dobles o triples utilizando varias hibridaciones. Los enlaces del carbono se da con átomos similares y a la diversidad de compuestos que resultan de estos enlaces.
El carbono forma cadenas largas, cadenas ramificadas y anillos que también pueden tener unidas otras cadenas. Se conoce una enorme variedad de compuestos que contienen carbono. A pesar de que se conocen millones de compuestos orgánicos, los elementos que los forman son unos cuantos: C e H; con frecuencia N, O, S, P o un halógeno; y algunas veces otro elemento. El gran número y variedad de compuestos orgánicos son el resultado de las diversas estructuras, o distribuciones de los átomos, que son posibles. Las propiedades físicas y químicas de los compuestos orgánicos dependen de la estructura de sus moléculas; por lo tanto, saber sobre las estructuras y los enlaces es la base para comprender y sistematizar la química orgánica.
Hidrocarburos saturados: Alcanos y cicloalcanos
Los hidrocarburos saturados, o alcanos, son compuestos en los que cada átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos. Los cicloalcanos son hidrocarburos saturados que contienen átomos de carbono que se unen para formar un anillo.
La estructura del alcano más sencillo, el metano, CH4. Se vio que las moléculas de metano son tetraédricas con hibridación sp3 en el carbono.
El alcano más sencillo (es decir, con n = 1) es el metano, CH4, que es un producto natural de la descomposición bacteriana anaerobia de la materia vegetal subacuática. Debido a que se recolectó por primera vez en los pantanos, el metano llegó a conocerse como “gas de los pantanos”. Las termitas constituyen una fuente bastante inverosímil pero comprobada de metano. Cuando estos voraces insectos consumen madera, los microorganismos que habitan en su sistema digestivo degradan la celulosa (el componente principal de la madera) hasta metano, dióxido de carbono y otros compuestos. ¡Se calcula que las termitas producen anualmente 170 millones de toneladas de metano! También se produce en algunos procesos de tratamiento de desechos. A escala comercial, el metano se obtiene del gas natural.
La principal característica de las moléculas hidrocarbonadas alcanos es que sólo presentan enlaces covalentes sencillos. Los alcanos se conocen como hidrocarburos saturados porque contienen el número máximo de átomos de hidrógeno que pueden unirse con la cantidad de átomos de carbono presentes.
En efecto, se supone que los átomos de carbono en todos los alcanos presentan hibridación sp3 . Las estructuras del etano y del propano son únicas dado que sólo hay una forma de unir los átomos de carbono en estas moléculas. Sin embargo, el butano tiene dos posibles esquemas de enlace, dando como resultado isómeros estructurales, n-butano (la n indica normal) e día, moléculas que tienen la misma fórmula molecular pero diferente estructura. Los alcanos como los isómeros estructurales del butano se describen como de cadena lineal o de estructura ramificada. El n-butano es un alcano de cadena lineal porque los átomos de carbono están unidos a lo largo de una línea. En un alcano de cadena ramificada, como el día, uno o más átomos de carbono están unidos por lo menos a otros tres átomos de carbono. En la serie de los alcanos, a medida que aumenta el número de átomos de carbono, se incrementa rápidamente el número de isómeros estructurales. Por ejemplo, el butano, C4H10, tiene dos isómeros; el decano, C10H22, tiene 75 isómeros, y el alcano, C30H62, ¡tiene más de 400 millones, o 4 × 108 isómeros posibles! Por supuesto, la mayor parte de estos isómeros no existe en la naturaleza ni se ha sintetizado.
