Química III

Hola chicos:

Les envío la guía de Química III para que la contesten y vamos viendo la posible fecha de examen. Pueden emplear cualquier libro de quimica orgánica. También les envío un material de apoyo para resolver una parte de la guia.

Con el texto de trabajo de quimica.doc, elaboren una tabla resumen de las FUNCIONES QUIMICAS ORGANICAS de la cual les mando el formato. Y les mando otro archivo que se llama CETIS 49 GUIA DE QUIMICA III SAETI 2011, sobre de ella nos vamos a basar para el examen.

Y para complementar el trabajo, necesito que me hagan un resumen de los tipos de reacciones químicas orgánicas de adición, eliminación y sustitución, con ejemplos ilustrativos de cada tipo de reacción.

Si les parce nos vemos el jueves 20 a las 4 pm en las aulas prefabricadas para ver posibles dudas y el examen sería el siguiente jueves 27 también a las 4 pm en el mismo lugar.

Seguimos en contacto.

Profr. Alejandro Borja

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN.

Según sea el reactivo que ataque y las condiciones de la reacción se clasifican en tres tipos:

• Radicálica.

• Electrófila.

• Nucleófila

Radicálica (homolítica):

Se da, por ejemplo, en la halogenación de alcanos (con luz U.V. o en presencia de peróxidos).

Ejemplo:

CH3–CH3 + Cl2 + luz ultravioleta  CH3–CH2–Cl + HCl (+CH3–CH2–CH2–CH3)

Reacciones de sustitución electrófila.

Se produce cuando un reactivo electrófilo ataca zonas de alta densidad electrónica, es decir dobles y triples enlaces, así como anillos bencénicos.

Vamos a estudiar tres casos de sustitución electrófila a un anillo bencénico:

• Nitración.

• Halogenación.

• Alquilación

Nitración (efecto “–M”).

Mecanismo: La reacción tiene lugar en tres etapas:

1.- HONO2 + H2SO4  NO2+ (reactivo electrófilo) + HSO4– + H2O

2.-

3.-

El segundo grupo electrófilo se orienta fundamentalmente a la posición “meta”, que es donde más densidad electrónica hay, ya que el grupo nitro con efecto “–M” provoca fracciones de carga positiva en posiciones “orto” y “para”.

Halogenación (efecto “+M”).

Mecanismo: La reacción también tiene lugar en tres etapas similares a las de la nitración:

1.- Cl2 + FeCl3  Fe+ (reactivo electrófilo) + FeCl4–

2.-

3.-

El segundo grupo electrófilo se orienta fundamentalmente a las posiciones “orto” y “para”, “meta”, que es donde hay “–” debido a la aportación “+M” de los pares electrónicos del Cl.

Alquilación Fridelf-Crafts (efecto “+I”).

El mecanismo de la reacción es similar a los anteriores en tres etapas en el que el catalizador AlCl3 ayuda a formar el reactivo electrófilo R+. El efecto “+I” del radical alquilo ayuda a soportar la fracción de carga positiva sobre el carbono al que se une, lo que produce que las posiciones “orto” y “para” estén favorecidas de cara a un segundo ataque por reactivo electrófilo.

Sustitución nucleófila.

Se produce cuando un reactivo nucleófilo ataca a un carbocatión. Para ello, es necesario que el carbono que va ha sufrir el ataque esté unido a un elemento muy electronegativo para que quede con déficit electrónico. Vamos a estudiar dos casos de sustitución nucleófila:

• Sustitución en derivados clorados.

• Sustitución en alcoholes.

Sustitución en derivados clorados:

(CH3)3C–Cl + NaOH  (CH3)3C–OH + NaCl

Nota: Esta reacción compite con la de eliminación, si bien en este caso, por formarse un carbocatión estable (terciario) se favorece la sustitución.

CH3–CH2–CH2–Cl + 2 NH3  CH3–CH2–CH2–NH2 + NH4Cl

Sustitución en alcoholes:

CH3–CH2–OH + HBr  CH3 CH2–Br + H2O

Existen dos posibles mecanismos dependiendo de la estabilidad del carbocatión:

Mecanismo Sustitución unimolecular (SN1): Es favorecida por carbocationes estables. Sucede en dos etapas:

1.- (CH3)3C–Cl  (CH3)3C+ + Cl– (etapa lenta)

2.- (CH3)3C+ + OH–  (CH3)3C–OH

Mecanismo Sustitución bimolecular (SN2): Es favorecida por carbocationes inestables. Sucede en una sola etapa. Por un lado entra el reactivo y por el otro sale el grupo sustituido. (Ver vídeo)

CH3–CH2–OH + HBr  CH3–CH2–Br + H2O

REACCIONES DE ADICIÓN.

El reactivo se añada sobre una molécula que posee un doble o triple enlace. Se clasifican en:

• Electrófila.

• Nucleófila.

• Radicálica.

Electrófila:

El reactivo se añade a un doble o triple enlace poco polarizado, como el que hay entre dos átomos de carbono. Siguen la regla de Markownikoff: “:la parte positiva del reactivo se adiciona al carbono más hidrogenado”. Suelen seguir un mecanismo unimolecular.

Ejemplos:

• CH3–CH=CH2 + H2  CH3–CH2–CH3

• CH3–CH=CH2 + Cl2  CH3–CHCl–CH2Cl

• CH3–CH=CH2 + HBr  CH3–CHBr–CH3 (mayor proporción)

• CH3–CH=CH2 + H2O (H+)  CH3–CHOH–CH3 (mayor proporción)

Mecanismo: Sucede en dos etapas:

1.- (lenta) CH3–CH=CH2  CH3–C+H–C–H2

La carga positiva la soporta mejor el carbono secundario que el primario por estar mejor compensada por el efecto +I de dos grupos CH3 y C–H2 (regla de Markownikoff).

2.- (rápida) CH3–C+H–C–H2 + HBr  CH3–CHBr–CH3

Nucleófila:

Se da en sustancias orgánicas con dobles enlaces fuertemente polarizados, como por ejemplo el enlace C=O.

CN

|

CH3 –C–CH3

|

OH

Ejemplo:

CH3–CO–CH3 + HCN 

Mecanismo: Sucede en dos etapas:

1.- (lenta)

2.- (rápida)

Radicálica:

Es poco frecuente. Se produce en presencia de peróxidos. (antiMarkownikoff)

REACCIONES DE ELIMINACIÓN.

De la molécula orgánica se elimina una pequeña molécula, de manera que se obtiene otro compuesto de menor masa molecular. Siguen la regla de Saytzeff: “En las reacciones de eliminación, el hidrógeno sale del carbono adyacente al grupo funcional que tiene menos hidrógenos”. Vamos a estudiar dos casos:

• Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo.

• Deshidratación de alcoholes.

Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo.

Se produce en medio básico.

Ejemplo:

CH3–CH2–CHBr–CH3 + NaOH  CH3–CH=CH–CH3

Mecanismo: Sucede en dos etapas:

1.- CH3–CH2–CHBr–CH3 + Na+  CH3–CH2–C+H–CH3 + NaBr (lenta)

CH3–CH2–C+H–CH3 + OH– CH3–CH=CH–CH3 + CH3–CH2–CH=CH2 + H2O (rápida) (81 %) (19 %)

Nota: Esta reacción compite con la de sustitución, si bien en este caso, por formarse un carbocatión menos estable (secundario) se favorece la eliminación.

2.-

Deshidratación de alcoholes.

Se produce en medio ácido.

Ejemplo:

CH3–CH2–CHOH–CH3 + H2SO4  CH3–CH=CH–CH3

Mecanismo: Sucede en tres etapas:

CH3–CH2–CH–CH3 CH3–CH2–CH–CH3

| + H+  |

OH O+H2

1.- (protonación)

CH3–CH2–CH–CH3

|  CH3–CH2–C+H–CH3 + H2O

O+H2

2.- (formación de carbocatión).

(lenta)

3.- (formación de alqueno). Sigue la regla de Saytzeff:

CH3–CH2–C+H–CH3  (CH3–CH2–CH=CH2 + CH3–CH=CH–CH3) + H+

(mayor proporción)

Ejemplo:

Al reaccionar 2-metil-2-butanol con ácido sulfúrico se produce una mezcla de alquenos en diferente proporción. Escribe los posibles alquenos y justifica sus proporciones.

REACCIONES REDOX.

En Química Orgánica existen igualmente reacciones redox, si bien es más complejo determinar el estado de oxidación del carbono, ya que en una misma cadena, cada carbono puede tener un estado de oxidación distinto, y como consecuencia de ello, al calcular el estado de oxidación, en ocasiones salen números fraccionarios, que no son sino las medias aritméticas de los estados de oxidación de cada uno de los átomos de carbono. Habitualmente, se sigue utilizando el concepto de oxidación como aumento en la proporción de oxígeno y reducción

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