Post on 30-Jul-2015
QUIMICA DEL CARBONO
REACTIVIDAD QUÍMICA Y REACCIONES ORGÁNICAS
¿Qué son las reacciones orgánicas?
• Transformaciones que ocurren por ruptura y formación de nuevos enlaces en compuestos del carbono.
• Suelen implicar cambios en la hibridación y en los ángulos de enlace.
• La mayoría se llevan a cabo en sitios específicos de reactividad: los grupos funcionales.
• Se desarrollan a muy baja velocidad.• Generalmente solo el grupo funcional interviene
en la reacción.
CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES ORGÁNICAS: existen distintos criterios para clasificarlas
Según cambio estructural producido en los reactivos
ADICIÓN
ELIMINACIÓN
SUSTITUCIÓN
TRANSPOSICIÓN
OTRAS MANERA DE CLASIFICAR LAS REACCIONES ORGÁNICAS
Según la manera en que se rompen los enlaces
Reacciones de homólisis Reacciones de heterólisis
A : B A + B. . A : B A: + B- +
anión catión1)
A : B A + B:-+
catión anión
2)
radicales
•Según la naturaleza del reactivo atacante:*Un reactivo deficiente en e- atacará centros ricos
en e-. Se lo denomina electrófilo.*Un reactivo rico en e-, atacará centros deficientes
en e-. Se lo denomina nucleófilo.
Las reacciones se pueden clasificar entonces en:• Nucleofílicas, como por ejemplo:
CH3Cl + NaOH CH3OH + NaCl
• Electrofílicas, como por ejemplo:
C6H6 + HNO3 H2SO4 C6H5NO2 + H2O
ESPECIES INTERMEDIAS DE REACCIÓN: durante las reacciones se producen y se consumen productos intermediarios o INTERMEDIOS DE REACCIÓN, que dependen del tipo de ruptura de enlace.
Rupturas de un enlace covalente
Tipos de rupturas
Heterolítica
Homolítica
Rupturas homolíticas
* Se forman radicales libres
A : B A + B. . Los productos pueden ser átomos libres o grupos de átomos.
radical metilo
átomo de cloro
CH3 Cl CH3 . + Cl .
Por ejemplo:
Para la ruptura de un enlace se necesita aporte de energía: calor, luz, presencia de un radical, etc.
Rupturas heterolíticas
* Se forman iones. Requiere mayor energía de disociaciónPuede ocurrir de dos formas:
bromuro de terc-butilo catión terc-butilo ion bromuro
C BrCH3
CH3
CH3
CCH3
CH3
CH3
+ + Br-
A : B A: + B- +
anión catión1)
A : B A + B:-+
catión anión
2)
Por ejemplo:
Reaccciones de adición
Ocurren cuando las moléculas poseen dobles o triples enlaces y se le incorporan dos átomos o grupos de átomos disminuyendo la insaturación de la molécula original.
C C
sustrato reactivo producto
+
AB C C
A B
Reaccciones generales
C+
C-
R1
R2
H
R3
+ E+
Nu-
R1
R2
Nu E
H
R3
C+
O-
R1
R2
+ E+
Nu-
O
R1
R2
Nu
E
Adición nucleofílica: Principales especies E-Nu: HX, H2O, HCN, R-OH, R-NH2, RMgX
C+
O-
R1
R2
+ H+
CN-
O
R1
R2
CN
H
Adición electrofílica: Principales especies E-Nu: HX, H2O, X2
Sigue la regla de Markownikoff:“La parte positiva del reactivo se adiciona al carbono más hidrogenado”.
Es característica de aldehídos y cetonas
CH2CCH3 CH3
O
CH2OHCH3+ CH2CCH3
O
CH3
OH
CH2CH3
Reaccciones de adición
Ejemplos con reactivos simétricos (Producto único):
propeno bromo 1,2-dibromopropano CH CH2CH3 + Br Br CH CH2CH3
Br Br
2-butino bromo 2,2,3,3-tetrabromobutano
C CCH3 CH3 + Br Br C CCH3
Br Br
Br
CH3
Br
2
2-butino bromo 2,3-dibromo-2-buteno
C CCH3 CH3 + Br Br
C C
CH3
Br CH3
Br
CH3 |
CH3 CH3–CCl–CH2–CH3
|
CH3–C=CH–CH3 + HCl mayor proporción
CH3 |
CH3–CH–CHCl–CH3
Reaccciones de adiciónEjemplos con reactivos asimétricos:
CH3–CH=CH2 + HBr CH3–CHBr–CH3
(mayor proporción)
(mayor proporción)
CH3
CH2
+ H 2SO 4OH2 CH3
CH3
OH
Reaccciones de sustitución
Son aquéllas en las que un átomo o grupo de átomos del sustrato son sustituidos por un átomo o grupo de átomos del reactivo.
Son reacciones características de los derivados halogenados, lo que permite obtener una gran variedad de productos cambiando el reactivo atacante.
sustrato reactivo productos
+ +RA B RB A
+R H HNO3
Luz ó
calorR NO2 + H2O
+R HLuz ó
calorR X + H XX2
Reaccciones generales
R OH + ClH R Cl + OH2
R X
R
+ H X
AlCl3
+
+ HNO3
H 2SO 4
+ OH2
NO2
R C+
OH
O
+ R1
OH+ R
OR1
O
+ H2O
No polar
Nucleofílica
Electrofílica
Reaccciones de sustitución
Ejemplos:
+ KC N KBrCH2 BrCH3 C NCH2CH3 +
bromoetano cianuro de potasio
propanonitrilo bromurode potasio
LuzCH CH3CH3
H
+ Cl Cl CH CH3CH3
Cl
H Cl+ propano cloro 2-cloropropano cloruro de
hidrógeno
(CH3)3C–Cl + NaOH (CH3)3C–OH + NaCl
CH3–CH2–OH + HBr CH3 CH2–Br + H2O
Reaccciones de eliminación
Dos átomos o grupos de átomos que se encuentran en carbonos adyacentes se eliminan generándose un doble o triple enlace. Es la reacción opuesta a la adición. Se obtiene siempre un alqueno, normalmente el más sustituido
C C
sustrato reactivo productos
+
ZC C
A B
ZAB +
Reaccciones generalesR
2
R1
H X
R4
R3
R2
R1
R4
R3
E Nu+
EX + HNu +
R2
R1
H OH
R4
R3
R2
R1
R4
R3
+Deshidratante
H2O
H
H H
HH
H
X X
H
HZn
ZnX2 +
H
H
H
H
H
H
H
H
Eliminación 1:2
Eliminación
Reaccciones de eliminación
2,3-dibromobutano
+CH CH CH3CH3
BrBr
C C CH3CH32 KOH 2 KBr 2 HOH+ +
2-butinohidróxido de potasio
Ejemplos:
2-clorobutano
etanol+CH CH CH3CH3
HCl
CH CH CH3CH3KOH KCl HOH+ +
2-buteno(mayoritario)
hidróxido de potasio
Siguen la regla de Saytzeff:“En las reacciones de eliminación el hidrógeno sale del carbono adyacente al grupo funcional que tiene menos hidrógenos
Reacción Redox
• En general podemos decir que, en orgánica, se relaciona la oxidación con la formación de enlaces C-O y reducción con la formación de enlaces C-H
• Oxidación
Alcano-> Alcohol->Aldehido(Cetona)->Ácido Carboxílico->Dióxido de carbono
Reducción
Reaccciones de oxidación
Reacciones en las que se gana O ó se pierde H. Se efectúa utilizando agentes oxidantes
KMnO4/OH K2Cr2O7/H+
Cr2O3/H+ O2/V2O5 O3
Las reacciones que presenta reacciones de oxidación son: alquenos, alquinos, alcoholes 1º y 2º, aldehídos y cadenas laterales de compuestos aromáticos
Reaccciones generalesR
2
R1
R4
R3
+ KMnO4/OH
R2
R1
OH OH
R4
R3
R
H
OH
H
+ K2Cr2O7/H+
O
R
OH
+ H2O
+ K2Cr2O7/H+
O
R
OH
O
R
H
+ K2Cr2O7/H+
O
R
R1
+ H2OR1
H
R
OH
R KMnO 4
OH -
OH
O
CH CH2
OH
CH3 CH3 C CH2
O
CH3 CH3
KMnO 4 /OH -
CH3
KM NO 4
O H -
O
OH
CH3OH
CH3O
Cr2O 3
H +
CH3OH
CH3O
OHK2Cr2O 7
H +
Cl
CH3
OOH
ClKMnO 4
OH -
Reaccciones de oxidación
Ejemplos:
Reaccciones de reducción
Reacciones en las que se gana H ó se pierde O. Se efectúa utilizando agentes reductores que pueden ser:Débiles: Pd inactivo/H
+, NaBH4/H
+
Moderados: Pt/H+, Sn/H
+, LiAlH4/H
+, Zn/H
+, Ni/H
+, B2H6
Fuertes: HgZn/H+
Las reacciones que presenta reacciones de reducción son: alquenos, alquinos, nitrilos, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y derivados de ácido.
Reaccciones generales
C CR R1 + C CR R
1
H
H
+ C C
H
R
H H
R1
H
H2 H2
O
OH
R
+ H2 O
H
R
+ H2 R
H
OH
H
+ H2 R CH3 + H2O
O
R1
R
+ H2 R
H
OH
R1
R C N + H2 R CH2NH2
Reaccciones de reducción
Ejemplos:
CH3 O
H
NaBH 4 o LiAlH 4
H +
Pt
H +
CH3 OH
H
H2+
CH3CH3
OH
CH3CH3
O NaBH 4 o LiAlH 4
H +
Pt
H +
H2+
CH3CH3
O
+ H2
Zn(Hg)
H +
CH3CH3
+ OH2
CH3 O
H
+ H2
Zn(Hg)
H +
CH3CH3
+ OH2