Col egi oScol eCr ear e–Quí mi caEl ect i vo–4°M Me edi os–Uni dad1–Ma Mari anetZer ené–2013.
REACTI VI DAD EN QUI MI CA ORGANI CA REACTI VI DAD EN QUI MI CA ORGANI CA Aprendizaje(s) Esperado(s): Conocer y describir los distintos tipos d e reacciones organicas Habilidades: Identifican, describen, reconocen, aplican
Puntaje : PI:
Nota:
PR:
NOMBR NOMBRE:_ E:____ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ___ __________________________
FECHA FECHA::
CARACTERÍSTICAS DEL CARBONO El carbono posee unas características especiales, que juntas lo hacen único dentro del sistema periódico, por lo que es el elemento base de todos los compuestos orgánicos: Electronegati!idad intermedia por lo que puede f ormar enlace co!alente tanto con metales como con no metales" #etra!alencia: s $p$ ⇒ s p% py p& ' () * +-- ./0mol 1se desprenden 23- ./0mol ./0mol al formar $ enlaces C+)4 lo que ofrece la posibilidad de unirse a sí mismo formando cadenas" 5demás, tiene un tama6o peque6o lo que posibilita la formación de enlaces dobles y triples, ya que es posible que los átomos se apro%imen lo suficiente para formar enlaces 789, lo que no es posible en el i"
TI!OS DE HIBRIDACI"N # ENLACE #al #al y como se ha !isto en la unidad de enlace químico, el carbono puede hibridarse de tres manera di stintas: Hibrida$i%n sp&: orbitales sp3 iguales que forman enlaces simples de tipo 7;9 1frontales4"
drica: ángulos C+): ?-@AB y distancias C+) iguales" Ejemplo: C), C)3 +C) +C)3 Hibrida$i%n sp': 3 orbitales sp $iguales que forman enlaces 7;9 D ? orbital 7p9 1sin hibridar4 que formará un enlace 789 1lateral4 orma un enlace doble, uno 7;9 y otro 789, es decir, hay dos pares electrónicos compartidos con el mismo átomo" =eometría triangular: ángulos C+): ?$- y distancia C*C F C+C Ejemplo: )$C*C)$, )$C*G Hibrida$i%n sp: $ orbitales sp iguales que forman enlaces 7;9 D $ orbitales 7p9 1sin hibridar4 que formarán sendos enlaces 789 orma bien un enlace triple +un enlace 7;9 y dos 789+, es decir, d ecir, hay tres pares electrónicos compartidos con el mismo átomo" =eometría lineal: ángulos C+): ?2- y distancia CHC F C*C F C+C Ejemplo: )CHC), C)3 +CH +CH NOENCLATRA DE CO!ESTOS OR*+NICOS CON +S DE N *R!O ,NCIONAL Jara nombrar compuestos orgánicos con más de un grupo funcional, se identifica cuál es la función principal 1la primera en el orden de prioridad de la tabla siguiente4" Es la que da el nombre al compuesto"
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!rin$ipales -r.pos /.n$ionales (por orden de prioridad)
Ejemplo: C)3 +C)G)+CGG) unción principal: ácido carbo%ílico' unción secundaria: alcohol ombre del grupo secundario: hidro%ilo" Jrefijo: hidro%i" ombre del compuesto: Kcido $Lhidró%iLpropanoico"
No0en$la1.ra de -r.pos /.n$ionales se$.ndarios (eje0plos) +$ido: Carbo2i (–COOH) )GGC+C)+C)$ +CGG) ácido carbo%iLdibutanoico M CGG) 3s1er: al$o2i$arbonil (–COOR) )GGC+C)$ +CGGC)3 ácido meto%icarbonil etanoico A0ida: a0ido (–CONH 2 ) C)3 +C)+C)$ +CGG) ácido 3LamidoLbutanoico M CG)$ Ni1rilo: $iano (–CN) C+C)+C)$ +CGGC)3 3Lcianopropanoato de metilo Alde45do: o2o (=O en C primario) (o /or0il si nos referimos al grupo –CHO) G)C+C)$ +CG)$
3Lo%oLpropanamida 1o $LformilLetanamida4
Ce1ona: o2o (=O en C secundario) C)3 +CG+C)$ +CGG) ácido 3Lo%oLbutanoico Al$o4ol: 4idro2i (–OH) C)3 +C)G)+C)$ +C)G 3Lhidro%iLbutanal ) ,enol: /eno2i (–C 6H 5 CN)BG+C)+C)$ +CGG) ácido 3Lfeno%iLbutanoico M C)3 A0ina: a0ino (–NH 2 )
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C)3 +C)+CGG) ácido $Laminopropanoico 1alanina4 M )$ 31er: al$o2i (–OR) C)+G+C)+C)G meto%iLetanal
El ben$eno (C6H6) Cada carbono presenta hibridación sp $ formando un doble enlace, por lo que la estructura es de un he%ágono" El hecho de que todas las distancias C+C sean iguales sugiere que se trata de una estructura plana resonante de tres dobles enlaces alternados"
5 cada átomo de carLbono le queda un e + en un orbital 7p9 sin hibridar con el que forma una nube electrónica por encima y por debajo del plano de los átomos en un solapamiento cíclico"
Al-.nos deri7ados del ben$eno $on no0bre propio: CN)B +C)3 tolueno CN)B +CG+)$ ben&amida CN)B +G) fenol CN)B +C)G ben&aldehído CN)B +CGG) ácido ben&oico
O1ras par1i$.laridades de la no0en$la1.ra i hay doble y triple enlace, el grupo 7ino se nombra como sufijo: Ejemplo: C)HC+C)$ +C)*C)+CHC) 3 heptenL?,N diino i hay doble o triple enlace, y un grupo principal que puede estar en más de un sitio se pone el n del carbono del grupo principal entre ambos sufijos: Ejemplo: C)3 +C)G)+C)*C) $ 3 butenL$Lol No0bres de -r.pos espe$iales
REACTI8IDAD DE LOS CO!ESTOS OR*+NICOS o cómo se produce una determinada reacción 1mecanismo4 es necesario comprender los despla&amientos electrónicos, que son de dos tipos: Efecto inducti!o" Efecto mesómero" 3
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DES!LA9AIENTOS ELECTR"NICOS E/e$1o ind.$1i7o: 7Es un despla&amiento parcial del par electrónico de un enlace sencillo 7;9 hacia el átomo más electronegati!o pro!ocando fracciones de carga9" 5 pesar del que el hidrógeno aporta le!emente al carbono su par electrónico, por con!enio, se toma como punto de referencia 1no pro!oca efecto inducti!o4" 5sí, podemos clasificar los grupos en dos tipos: I: =rupos que retiran electrones" Ejemplos:+G$, + CGG), + P 1halógeno4, +G)""" ; I: =rupos que aportan electrones 1más que el hidrógeno4" Ejemplos: +C)3, +C)$ +C)3, +C)1C)34$, +C1C)343, +CGG +, +G +""" El efecto inducti!o se transmite a lo largo de la cadena a enlaces adyacentes, aunLque cada !e& más d>bilmente" E/e$1o 0es%0ero o resonan$ia: 7Es un despla&amiento del par de electrones 789 del doble enlace hacia uno de los átomos por la presencia de pares electrónicos cercanos9" e produce cuando hay enlace múltiples y la posibilidad de que los e +se deslocalicen 1átomo electronegati!o con posibilidad de tener parejas de e + sin compartir4" 5 mayor número de formas resonantes mayor estabilidad" Ejemplo: C)$*C)+C)*C)$ Q DC)$ +C)*C)+C)$ + Q + C)$ +C)*C)+C)$D Juede escribirse:
: El átomo unido al carbono coge para sí un par de e+ del doble o triple enlace" Ejemplos: +C)G, +G, +C, +CG+C) 3, +CGG)"""
R!TRAS DE ENLACES E INTEREDIOS DE REACCI"N trica 1? e + para cada átomo4 formándose radicales libres 1átomos con e + desapareados4" 5 : T ⎯U 5< D trica 1uno de los átomos se queda con los dos e + que compartían4" Es la ruptura más habitual, quedando con carga negati!a el elemento más electronegati!o y con positi!a el menos" 5 : T U 5: + D TD, con lo que se forman dos tipos de iones: Q Carbocationes: V3CD :Ejemplo : 1C)34$C)D Q Carbanión: V3C: + Ejemplo : Cl3C: + Ejemplo de ruptura heterolítica: 1C) 343CCl U 1C)343CD D Cl + Rn efecto inducti!o 7DI9 es capa& de estabili&ar tanto a radicales libres como a carbocationes al suministrar parte del d>ficit electrónico que poseen, bien para completar el octeto del carbono en el primer caso, bien para compensar la carga positi!a en el segundo" Jor ello, la estabilidad de radicales libres y de carbocationes sigue el siguiente orden: terciario W secundario W primario W metilo" Ejemplo: 1C)343CD W 1C)34$C)D W C)3C) $DW C)3D
Ejer$i$io: Indica la ruptura heterolítica más probable del a) bromoetano; b) 2-propanol; c) 2-cloro-2-metil- propano.
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TI!OS DE REACTI8OS E%isten tres tipos de reacti!os: Vadicales libres" Veacti!os nucleófilos" Veacti!os electrófilos"
Radi$ales libres on especies químicas que tienen átomos con electrones desapareados" e forman en la reacciones con ruptura homolítica" Rea$1i7os n.$le%/ilos #ienen uno o más pares de electrones libres 1bases de cula con deficiencia de electrones" Ejemplos: V+G), V+G +, )$G, V+)$, V + CH, V+CGG +, )3, G) +, Cl +, Tr +, O Rea$1i7os ele$1r%/ilos #ienen orbitales e%ternos !acíos 1ácidos de
REACCIONES DE SSTITCI"N egún sea el reacti!o que ataque y las condiciones de la reacción se clasifican en tres tipos: Radi$alaria (4o0ol51i$a): Se da, por ejemplo, en la alogenaci!n de alcanos (con lu" #$%$ o en presencia de per!&idos)$
Ejemplo: C)3 +C)3 D Cl$ Dlu& ultra!ioleta ⇒ C)3 +C)$ +Cl D )Cl 1DC)3 +C)$ +C)$ +C)34
Rea$$iones de s.s1i1.$i%n ele$1r%/ili$a e produce cuando un reacti!o electrófilo ataca &onas de alta densidad electrónica, es decir dobles y triples enlaces, así como anillos benc>nicos"
Samos a estudiar tres casos de sustitución electrófila a un anillo benc>nico: a4 Ni1ra$i%n (e/e$1o >?)
Halo-ena$i%n (e/e$1o >;?)
[email protected]$i%n ,ridel/Cra/1s (e/e$1o >;I?)
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S.s1i1.$i%n n.$le%/ili$a e produce cuando un reacti!o nucleófilo ataca a un carbocatión" Jara ello, es necesario que el carbono que !a ha sufrir el ataque est> unido a un elemento muy electroLnegati!o para que quede con d>ficit electrónico" Samos a estudiar dos casos de sustitución nucleófila: ustitución en deri!ados clorados" ustitución en alcoholes" S.s1i1.$i%n en deri7ados $lorados: 1C)343C+Cl D aG) ⇒ 1C)343C+G) D aCl No1a: Esta reacción compite con la de eliminaci!n, si bien en este caso, por formarLse un carbocatión estable 1terciario4 se fa!orece la sus'i'uci!n" C)3 +C)$ +C)$ +Cl D $ )3 ⇒ C)3 +C)$ +C)$ +)$ D )Cl
S.s1i1.$i%n en al$o4oles: C)3 +C)$ +G) D )Tr ⇒ C)3 C)$ +TrD )$G E%isten dos posibles mecanismos dependiendo de la estabilidad del carbocatión: a) ecanismo Sus'i'uci!n unimolecular (SN )* Es fa!orecida por carbocationes estables" ucede en dos etapas: 1C)343C+Cl ⇒ 1C)343CD D Cl + (e'apa len'a) ' 1C)343CD D G) + ⇒ 1C)343C+G) +) ecanismo Sus'i'uci!n +imolecular (SN 2 )* Es fa!orecida por carbocationes inestables" ucede en una sola etapa" Jor un lado entra el reacti!o y por el otro sale el grupo sustituido" 1 ?"L C)3 +C)$ +G) D )Tr ⇒ C)3 +C)$ +Tr D )$G
REACCIONES DE ADICI"N El reacti!o se a6ada sobre una mol>cula que posee un doble o triple enlace" e clasifican en: Ele$1r%/ila: El reacti!o se a6ade a un doble o triple enlace poco polari&ado, como el que hay entre dos átomos de carbono" iguen la regla de aronio//: 7:la parte positi!a del reacti!o se adi ciona al carbono más hidrogenado9" uelen seguir un mecanismo unimolecular" Ejemplos: C)3 +C)*C)$ D )$ ⇒ C)3 +C)$ +C)3 C)3 +C)*C)$ D Cl$ ⇒ C)3 +C)Cl+C)$Cl C)3 +C)*C)$ D )Tr ⇒ C)3 +C)Tr+C)3 (maor proporci!n) C)3 +C)*C)$ D )$G 1)D4 ⇒ C)3 +C)G)+C)3 (maor proporci!n) ecanismo* ucede en dos etapas: (len'a) C)3 +C)*C)$ ⇒ C)3 +CD)+C+)$
REACCIONES DE ELIINACI"N [e la mol>cula orgánica se elimina una peque6a mol>cula, de manera que se obtiene otro compuesto de menor masa molecular" iguen la regla de Sa1ze// : 7En las reacciones de eliminación, el hidrógeno sale del carbono adyacente al grupo funcional que tiene menos h idrógenos9" Samos a estudiar dos casos: Des4idro4alo-ena$i%n de 4alo-en.ros de [email protected] e produce en medio bFsi$o" Ejemplo: C)3 +C)$ +C)Tr+C)3 D aG) U C)3 +C)*C)+C)3 ' Des4idra1a$i%n de al$o4oles e produce en medio F$ido" Ejemplo: 6
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C)3 +C)$ +C)G)+C)3 D )$G U C)3 +C)*C)+C)3
REACCIONES REDOG En \uímica Grgánica e%isten igualmente reacciones redo%, si bien es más complejo determinar el estado de o%idación del carbono, ya que en una misma cadena, cada carLbono puede tener un estado de o%idación distinto, y como consecuencia de ello, al calcular el estado de o%idación, en ocasiones salen números fraccionarios, que no son sino las medias aritm>ticas de los estados de o%idación de cada uno de los átomos de carbono" )abitualmente, se sigue utili&ando el concepto de o%idación como aumento en la proporción de o%ígeno y reducción como disminución es la proporción de o%ígeno"
i no se toman precauciones la o%idación puede ser más profunda y formarse aldehídos y0o cetonas"
Ozonolisis Es una reacción específica del doble enlace, que consiste en la ruptura del mismo partiendo la cadena en dos y formando ácidos carbo%ílicos o cetonas" Ejemplo:
En presencia de un ambiente reductor, es posible obtener aldehídos en !e& de á cidos carbo%ílicos"
O2ida$i%n de al$o4oles
O2ida$i%n red.$$i%n de alde45dos $e1onas n pueden transformarse en alcoholes primarios e incluso en hidrocarburos en presencia de un ambiente reductor fuerte, dependiendo del catali&ador empleado" En cambio, las cetonas sufren reacciones de reducción similares a los aldehídos, pero se resisten a ser o%idadas" Ejemplos:
Co0b.s1i%n Constituyen un caso especial dentro de las reacciones redo%" En ellas, el compuesto se quema para formar CG $ y )$G y liberándose gran cantidad de energía" Ejemplo: C)$*C)$ D 3 G $ $CG$ D $ )$G D energía OTRAS REACCIONES OR*+NICAS Es1eri/i$a$i%n Hidr%lisis F$ida: e produce entre ácidos carbo%ílicos cuando reaccionan con alcoholes" e forman >steres y se desprende una mol>cula de agua" e trata de una reacción re!ersible" V+CGG) D VA+G) K V+CG+G+VA D ) $G Ejemplo: C)3 +CGG) DC)3 +C)$ +G) C)3 +CG+G+C)$ +C) 3 D )$G
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Saponi/i$a$i%n (4idr%lisis bFsi$a): ,or0a$i%n de a0idas: e produce entre ácidos carbo%ílicos cuando reaccionan con aminas primarias o secundarias" e forman amidas y se desprende una mol>cula de agua" Rna reacción muy conocida de este tipo es la que une los aminoácidos para formar p>ptidos" V+CGG) D VA+)+VAA ⇒ V+CG+VAVA D )$G Ejemplo: C)3 +CGG) D C)3 +)$ ⇒ C)3 +CG+)+C)3 D )$G Condensa$i%n: C)3 +C)G D )$ +G) ⇒ C)3 +C)*+G) D )$G
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