Reacciones quimicas organicas e inorganicas unidad iv-quimicas 1
Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas
-
Upload
leonard-cid -
Category
Documents
-
view
46 -
download
5
Transcript of Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas
![Page 1: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/1.jpg)
UNIDAD 6
ASPECTOS GENERALES DE LAS REACCIONES ORGÁNICAS. ENERGÉTICA Y MECANISMOS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
•Clasificación de reacciones: Según tipo de ruptura de enlaces. Según variación del número de ligandos. Reacciones de adición, sustitución y eliminación.
•Factibilidad y extensión de las transformaciones químicas.
•Cinética de reacción. Catálisis.
•Clasificación de intermediarios de reacción. Radicales libres, iones carbonio, carbaniones.
•Clasificación de reactivos: Nucleófilos; Electrófilos.
QUIMICA ORGANICA IQUIMICA ORGANICA I
![Page 2: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/2.jpg)
CLASIFICACION GENERAL DE LAS REACCIONES
Sustrato + ReactivoProductos
CH3
COO-K
+
+ +KMnO4MnO2 + KOH +H2O
![Page 3: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/3.jpg)
CLASIFICACIÓN DE REACCIONES ORGÁNICAS
1. SEGÚN EL TIPO DE RUPTURA DE ENLACE
a)a) Ruptura homolíticaRuptura homolítica: : se caracteriza por una fragmentación simétrica del enlace, generándose especies neutras, denominadas radicales.
A B A + B REACCION RADICALARIA
![Page 4: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/4.jpg)
b) Ruptura heterolíticab) Ruptura heterolítica: : se caracteriza por una fragmentación asimétrica del enlace, generándose especies con carga, esto es, iones.
A B A+ + :B- REACCIÓN IÓNICA
Ejemplo 1
Ejemplo 2:
![Page 5: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/5.jpg)
2. VARIACIÓN EN EL NÚMERO DE SUSTITUYENTES
a)a) Reacciones de sustituciónReacciones de sustitución..
H Cl
+ Cl Cl + ClH
R – Y + Z R – Z + Y
CH3 – OH + HCl CH3 – Cl + H2
Reacción de sustitución aromática
Reacción de sustitución entre un alcohol y un halogenuro de hidrogeno
![Page 6: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/6.jpg)
b)b) ReaccionesReacciones de adiciónde adición
Adición de halógenos a un alqueno
CH3
H H
CH3
CH3 CH3
H
Cl
H
Cl
Cl Cl+
![Page 7: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/7.jpg)
c)c) ReaccionesReacciones de eliminaciónde eliminación
CH3CH2OH ----> CH2 = CH2 + H2O
X-YCH3 C C CH3
CH3
CH3
CH 3
CH3 CH3
CH3CH3
CH3 X Y
+
X y
![Page 8: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/8.jpg)
FACTIBILIDAD (ESPONTANEIDAD) Y EXTENSION DE LAS REACCIONES
FACTIBILIDAD O ESPONTANEIDAD
Energía total = Energía libre + Energía organizativa
En símbolos termodinámicos, esta relación puede ser escrita como:
H = H = G + TG + TSS
H es la función entalpía
G es la energía libre,
S es la función entropía
T es la temperatura absoluta
![Page 9: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/9.jpg)
Puesto que es la energía libre la que determina la potencialidad de una sustancia para reaccionar, la ecuación (1) suele más frecuentemente expresarse como sigue:
G = H - TS
G 0: proceso factible o espontáneoG 0: proceso no factibleG = 0: sistema en equilibrio
![Page 10: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/10.jpg)
El cambio de entalpía (ΔH) es el calor de reacción, es
decir el calor desprendido o consumido en el curso de una
reacción. El cambio de entalpía es una medida de la fuerza
de los enlaces en los productos y los reactivos. Las
reacciones tienden a favorecer los productos con menor
entalpía, que es lo mismo que decir los productos con los
enlaces más fuertes.
La entropía se describe como la libertad de
movimiento del sistema. Un valor positivo del cambio
de la entropía indica que los productos tienen más
libertad de movimiento que los reactivos: aumenta el
desorden del sistema.
![Page 11: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/11.jpg)
EXOTÉRMICAS ENDOTERMICAS
CALOR DE REACCIÓN
![Page 12: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/12.jpg)
EXTENSION DE LAS REACCIONES
Válido suponer que cualquier reacción química puede escribirse como un equilibrio donde, como ya es conocido, la posición del equilibrio viene dada por la correspondiente constante de equilibrio, K. Así, para la reacción general:
![Page 13: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/13.jpg)
De la termodinámica se obtiene la relación matemática existente entre el ∆G y K,
• R: CONSTANTE DE LOS GASES
• T: TEMPERATURA K
• K: CONSTANTE DE EQUILIBRIO
![Page 14: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/14.jpg)
CINETICA DE REACCION
Por lo tanto, el hecho que una reacción sea termodinámicamente favorable no implica necesariamente que ocurrirá en la práctica; previamente debe determinarse si dicho proceso tendrá lugar a una velocidad suficiente.
Velocidad de una reacción química dependía de las
concentraciones de las sustancias reaccionantes
k~0 reacciones lentas, k >>0 reacciones rápidas
![Page 15: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/15.jpg)
TEORÍA DE LAS COLISIONESTEORÍA DE LAS COLISIONES
De acuerdo con la teoría de las colisiones, la velocidad con que
ocurre una reacción dependerá del número de choques o
colisiones efectivas entre las moléculas de reactantes. Una
colisión efectiva se define como un choque que conduce a la
formación de producto. Contrariamente, colisiones que no
determinen cambio químico alguno se denominan choques
elásticos.
![Page 16: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/17.jpg)
Una interpretación más moderna de la problemática cinética proviene de la teoría del ESTADO DE TRANSICIÓNESTADO DE TRANSICIÓN. Según la teoría, la región de la cúspide de la barrera de energía se denomina estado de transición y la especie activada que puebla dicho estado se identifica con el complejo activo, que en este caso se representa con una doble cruz, de este modo, LA MAGNITUD DE LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN DEPENDERÁ DEL NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE ALCANCEN EL ESTADO TRANSICIÓN transformándose en complejos activados.
LA TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN.
![Page 18: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/18.jpg)
La energía de activación, Ea, es la energía cinética mínima que deben poseer las moléculas para vencer las repulsiones entre sus nubes electrónicas cuando chocan.
![Page 19: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/19.jpg)
MECANISMOS DE REACCION Y VELOCIDAD DE REACCION
-Las especies que aparecen en la ecuación son las participan en la formación del complejo activado y el número de ellas determina la molecularidad de la reacción.
-Los exponentes que acompañan a las concentraciones corresponden a las órdenes parciales y la suma de todas ellas, esto es, a + b + c constituye el orden total de la reacción.
-En general el orden de reacción indica en que magnitud una modificación en la concentración del sustrato modifica la velocidad de reacción.
![Page 20: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/20.jpg)
Resultados cinéticos y deducciones mecanísticas.
![Page 21: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/21.jpg)
CLASIFICACION DE REACCIONES: MECANISTICO
Categorías a saber, reacciones concertadas, o de una etapa, y reacciones que ocurren en más de una etapa
A.Reacciones concertadas o de una etapa
En estas reacciones existe sólo un estado transición y no presentan compuestos intermedios.
Los diagramas de energía para estos procesos son los más sencillos puesto que presentan sólo un máximo de energía.
![Page 22: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/22.jpg)
CH3 –Br + NaOH CH3 – OH + NaBr
V = k [ Bromometano] [OH-]
![Page 23: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/23.jpg)
B. Reacciones en etapas
Reactantes => I => Productos
V = k [ Bromuro de terbutilo]
Reactantes lenta=> I rápida =>Productos
![Page 24: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/24.jpg)
La reacción del cloruro de t-butilo con el ion hidróxido podría estar representada por este tipo de perfil de reacción. La cual es una reacción SN1 típica.
![Page 25: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/26.jpg)
ESPECIES INTERMEDIAS DE REACCIÓN
Los carbocationes, o iones
carbonio tienen todos los electrones
externos compartidos y están
cargados positivamente.
Los radicales, también llamados
radicales libres, tienen un electrón
no compartido y son neutros.
Los carbaniones tienen un
numero par de electrones no
compartidos y tienen carga
negativa.
![Page 27: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/27.jpg)
Los carbocationes se pueden estabilizar mediante efectos
inductivos, resonantes o de hiperconjugación. Los grupos
alquilo estabilizan a los carbocationes por:
1) el efecto inductivo: 1) el efecto inductivo: El efecto inductivo es una
donación de la densidad electrónica de los enlaces sigma de la
molécula. El átomo de carbono carbocatiónico, cargado
positivamente, retira algo de densidad electrónica de los grupos
alquilo que están enlazados con él estabilizando el sistema.
![Page 28: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/28.jpg)
• 2) el efecto de hiperconjugación: 2) el efecto de hiperconjugación: es un efecto
que se produce mediante el solapamiento parcial de orbitales
llenos con orbitales vacíos. Los sustituyentes alquilo tienen
sus orbitales sp3 llenos y pueden solaparse con el orbital p
vacío del átomo de carbono estabilizando el carbocatión.
• Uno de los orbitales sp3 que se encuentra paralelo al orbital
p vacío se extiende ligeramente hacia este orbital p vacío
estabilizando al átomo de carbono deficiente en electrones.
Este tipo de solapamiento entre un orbital p vacío y un
enlace sigma se denomina hiperconjugación. A continuación
se muestra el efecto de hiperconjugación en el carbocatión
etilo.
![Page 29: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/29.jpg)
De acuerdo con los apartados anteriores se puede deducir que los carbocationes más estables serán los más sustituidos. Por tanto, el orden de estabilidad de los carbocationes es:
![Page 30: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/30.jpg)
Estructura y estabilidad de los radicales.
![Page 31: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/31.jpg)
Los radicales libres presentan hidridación sp2 en el átomo de carbono deficiente en electrones y son planos. A diferencia de los carbocationes el orbital p no está vacío sino que contiene al electrón impar.
Los radicales y los carbocationes son deficientes en
electrones porque les falta el octeto alrededor del
átomo de carbono. Al igual que los carbocationes, los
radicales también se estabilizan por el efecto de
donación electrónica de los grupos alquilo. De esta
manera se explica que los radicales más estables
sean los más sustituidos.
Estructura y estabilidad de los radicales.
![Page 32: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/32.jpg)
• Un carbanión presenta también, al igual que los
carbocationes y los radicales libres, un carbono trivalente
(tres enlaces). Sin embargo, el carbanión porta una carga
negativa y alrededor del átomo de carbono hay ocho
electrones que corresponden a los tres enlaces y a un par
solitario. El carbanión no es deficitario en electrones sino que
tiene abundancia de electrones. El átomo de carbono del
carbanión presenta hibridación sp3 y es por tanto
tetrahédrico. Una de las posiciones tetrahédricas está
ocupada por el par solitario de electrones:
Estructura y estabilidad de los carbaniones.
![Page 33: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/34.jpg)
• Los grupos alquilo, como el grupo metilo,
ceden densidad electrónica por efecto
inductivo y por efecto de hiperconjugación.
• Estos sustituyentes, y otros electróndadores,
aumentan la inestabilidad de los carbaniones al
provocar una elevada concentración de
densidad electrónica en el carbono aniónico.
• En consecuencia, el orden de estabilidad de los
carbaniones es opuesto al de los carbocationes
y al de los radicales
![Page 35: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/35.jpg)
CATALISIS
• Un catalizador es una sustancia que, agregada en bajísimas concentraciones a una reacción muestra como efecto acelerar el proceso.
• Estas sustancias no pasan a formar parte de las moléculas de los productos sino que sólo actúan en el mecanismo de la reacción.
• Puesto que la velocidad de la reacción está determinada por la energía de activación, las funciones del catalizador consisten en posibilitar un nuevo camino de reacción cuya energía de activación sea menor.Existe una gama muy amplia de catalizadores, pudiendo
ser clasificados como catalizadores heterogéneos y catalizadores homogéneos.
![Page 36: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/36.jpg)
Los catalizadores heterogéneos generalmente son metales, usados finamente divididos, que son insolubles en el medio de reacción y proporcionan una superficie para que sobre ella pueda tener lugar la reacción (Cu, Ni, Pd etc.).
Por el contrario, los catalizadores homogéneos son solubles en el medio de reacción. Los casos más importantes y frecuentes de catálisis homogénea incluyen los ácidos y las bases (H2SO4, NaOH).
![Page 37: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/38.jpg)
CLASIFICACION DE REACTIVOS. REACCIONES NUCLEOFILICAS Y ELECTROFILICAS
Son reactivos ricos en electrones pudiendo ser
especies aniónicas, como también sustancias neutras
que presenten átomos con pares de electrones no
comprometidos en enlaces. Así, nucleófilos típicos
son las especies
OH-, I-, R3-C-, H2O, etc.
Sus características electrónicas determinan entonces que los
nucleófilos (Nu:) ataquen centros positivos o deficientes en
electrones.
A. Nucleófilos
![Page 39: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/39.jpg)
Son reactivos deficientes en electrones, pudiendo ser especies catiónicas, como también sustancias neutras que poseen átomos con octetos incompletos. Ejemplos típicos son las especies
H+, NO2+, Br+, R3C+,
Los electrófilos (E+), serán entonces especies que atacarán centros negativos, o centros con pares de electrones libres.
B. ElectrófilosB. Electrófilos
![Page 40: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/40.jpg)
De este modo, según sea la naturaleza
de la especie atacante, las reacciones
orgánicas del tipo iónicas pueden ser
clasificadas en dos grandes categorías,
a saber, reacciones nucleofílicas, o vía
aniónica, y reacciones electrofílicas o
vía catiónica.
A continuación se muestra algunos
ejemplos característicos.
![Page 41: Unidad 6 Clasificacion de Las Reacciones Organicas](https://reader034.fdocuments.mx/reader034/viewer/2022042615/55cf996f550346d0339d6445/html5/thumbnails/41.jpg)
Ejemplo: Reacciones electrofílicas o vía catiónica
Ejemplo: , Reacciones nucleofílicas, o vía aniónica