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