Liceo N°1 Javiera CarreraDepartamento de Química Prof. Eliana Guerrero F.

REACTIVIDAD EN QUÍMICA ORGÁNICA

La mayoría de las reacciones químicas se pueden representar a través del siguiente esquema:

+

1. SUSTRATO: es el reactante orgánico que se transforma en una reacción química. Su reactividad depende de los grupos funcionales, insaturaciones, etc., provocando desplazamientos electrónicos tales como

- Efecto inductivo: desplazamiento del par electrónico del enlace σ hacia el átomo más electronegativo, representado mediante flechas hacia éste. Se transmite a lo largo de la cadena perdiendo rápidamente intensidad. Puede ser:

+I: grupos que ceden densidad electrónica al átomo de C.

-I: atraen hacia si los electrones compartido con el C.

- Efecto mesómero o de resonancia: desplazamiento de electrones de enlaces C=C ó C=O o de pares no enlazantes de átomos contiguos hacia uno de los átomos enlazados, formándose estructuras resonantes se transmite a lo largo de la cadena si hay dobles enlaces alternos (conjugados) se representa por una flecha curva. Puede ser

+M: ceden dos electrones al átomo de C

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-M: grupos que atraen hacia si los electrones del enlace П compartidos con el C.

SUSTRATO

+REACTIVO INTER

MEDIARIOS

PRODUCTOSFINALES

2. REACTIVO: son las moléculas encargadas de producir la transformación. Estos reactivos se pueden clasificar en:

- REACTIVOS ELECTROFÍLICOS Ó ELECTRÓFILOS (del griego amante de los electrones): son iones positivos (deficientes en electrones), moléculas con átomos sin octeto completo (ácidos de Lewis) atacan zonas con alta densidad electrónica es decir donde hay enlaces dobles o triples, por lo tanto, aceptan electrones del sustrato.

Electrófilos cargados: iones positivos

Electrófilos neutros: moléculas con átomo sin octeto completo

- REACTIVOS NUCLEOFÍLICOS Ó NUCLEÓFILOS (del griego que aman a los núcleos) son aniones o moléculas que tienen pares de electrones no compartidos (bases de Lewis) atacan a partes de la molécula (sustrato) deficiente en electrones.

Nucleófilos cargados: iones negativos

Nucleófilos neutros: moléculas con átomo que presentan pares de electrones no compartidos

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Ejemplo:

3. INTERMEDIARIOS: son especies químicas altamente reactivas, no se pueden aislar, se producen cuando ocurre la transformación entre materiales iniciales y el producto. Estas especies se utilizan para explicar lo que se denomina mecanismo de una reacción.

- Mecanismo de una reacción: es el detalle de las transformaciones graduales que sufren las moléculas de las sustancias reaccionantes hasta convertirse en productos de la reacción.

- El mecanismo de las reacciones orgánicas debe explicar:- Debilitamiento de los enlaces entre los átomos de los reactantes - Formación de un complejo activado inestable - Aparición de nuevos enlaces entre los átomos que forman los productos - Variación de la energía del proceso (la energía necesaria para que se forme el

complejo activado es la energía de activación Eact )

DIAGRAMA DE ENERGÍA POTENCIAL REACCIÓN ENDOTÉRMICA EN UNA SOLA ETAPA

a. Reacción en un solo paso, con formación de un estado de transición. Ejemplo:

ΔH = H productos – H reactivos

- H productos > H reactivos por lo tanto, ΔH es positivo y la reacción es endotérmica

- En este caso no se forma intermediario.3

DIAGRAMA DE ENERGÍA POTENCIAL REACCIÓN EN DOS ETAPAS

b. Reacción en dos paso, con formación de un intermediario. Ejemplo:

Eact: energía de activación Epot: energía potencial ΔH: entalpía de la reacción

Electrófilo es aceptor

de e-

Nucleófilo es donante de e-

- Eact 1 >> Eact 2 por lo tanto, la etapa 1 es la que determina la velocidad de reacción.

La utilidad de la formación de intermediarios en una reacción, implica que la molécula se acomoda de tal forma de obtener productos termodinámicamente lo más estable posible.

Por tanto la reactividad en química orgánica se basa en la reacción entre nucleófilos y electrófilos, que estarían dados en dobles enlaces, triples enlaces y grupos funcionales. Pero también en la ruptura de enlaces en los sustratos y reactivos con la formación de nuevos enlaces en los productos.

Básicamente existen sólo dos formas para romper un enlace covalente de manera eléctricamente simétrica, homolítica ó asimétrica, heterolítica.

RUPTURA DE UN ENLACE COVALENTE

- HOMOLÍTICA TIPOS DE RUPTURAS

- HETEROLÍTICA

4. RUPTURA HOMOLÍTICA: se forman radicales libres, cada átomo se queda con uno de los electrones que forman el enlace.- Radical libre: es una especie que contiene un número impar de electrones, es

decir no apareado.- Orden de estabilidad del radical: terciario > secundario > primario > metilo.

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*SE FORMAN RADICALES LIBRES

Ejemplo:

Para la ruptura de un enlace se necesita aporte de energía: calor, luz, presencia de un radical, etc.

5. RUPTURA HETEROLÍTICA: se forman iones, el átomo más electronegativo se queda generalmente con ambos electrones, resultando un átomo con carga negativa (carbanión) y otro con carga positiva (carbacatión).

Eact 1: energía de activación de la etapa 1Eact 2: energía de activación de la etapa 2Epot: energía potencial ΔH: entalpía de la reacción

Los productos pueden ser átomos libres ó grupos de átomos.

*SE FORMAN IONES

Pueden ocurrir de dos formas:

Ejemplo:

- Estos procesos de formación y ruptura generan grupos de reacciones químicas:- Reacciones por radicales: no son tan comunes, pero son importantes en

química orgánica, particularmente en la industria.- Reacciones polares: estas representan a la mayoría de las reacciones en química

orgánica.

6. LAS ESPECIES INTERMEDIAS que se forman a medida que la reacción avanza desde los reactivos hacia los productos, son menos estables que los reactivos y los productos y tienen una vida media muy corta en la mezcla de reacción.

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7. Por lo tanto, existen tres tipos de reactivos:

- Radicales libres- Reactivos nucleófilos - Reactivos electrófilos

8. CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES ORGÁNICAS

SEGÚN CAMBIO ESTRUCTURAL PRODUCIDO

EN LOS REACTIVOS

ADICIÓN ELIMINACIÓN TRANSPOSICIÓNSUSTITUCIÓN

9. REACCIONES DE ADICIÓN: ocurren cuando las moléculas poseen dobles ó triples enlaces y se les incorporan dos átomos ó grupos de átomos disminuyendo la insaturación de la molécula original.

- Ejemplos de:

a) ADICIÓNES RADICÁLICAS

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b) ADICIÓNES NUCLEÓFILAS: se producen en sustratos con insaturaciones polarizadas como C=O, -C≡ N,… lo que facilita que el C sea atacado por reactivos nucleófilos.

c) ADICIONES ELECTRÓFILAS: adición de un reactivo electrófilo a la insaturacion. Cuando se adiciona un reactivo asimétrico la parte más electropositiva del reactivo se adiciona al C mas hidrogenado

10.REACCIONES DE SUSTITUCIÓN: son aquellas en las que un átomo ó grupo de átomos del sustrato son sustituidos por un átomo ó grupo de átomos del reactivo.

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- Ejemplos de:

a) SUSTITUCIONES RADICÁLICAS: A través de radicales libres, típicas en hidrocarburos saturados obteniéndose variedad de productos

b) SUSTITUCIONES NUCLEÓFILAS: Un reactivo nucleófilo sustituye a un grupo electronegativo. Según sea la ruptura del enlace en el sustrato tenemos:

Reacción nucleófila en una etapa

Reacción nucleófila en dos etapas

c) SUSTITUCIONES ELECTRÓFILAS: El reactivo electrófilo ataca zonas de alta densidad del sustrato como los dobles enlaces en los hidrocarburos aromáticos.

11.REACCIONES DE ELIMINACIÓN: dos átomos o grupos de átomos que se encuentra en carbonos adyacentes se eliminan generándose un doble ó triple enlace. Es la reacción opuesta a la adición.

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- Ejemplos:

- Los deshidratantes más utilizados para los alcoholes son el ácido sulfúrico y fosfórico

12.REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN: consisten en un reordenamiento de los átomos de una molécula que origina otra con una estructura distinta, pero isómero.

- En síntesis :

- REACCIÓN DE ADICIÓN:

- REACCIÓN DE ELIMINACIÓN:

- REACCIÓN SUSTITUCIÓN:

- REACCIÓN DE TRANSPOSICIÓN:

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GUÍA DE EJERCICIOS REACTIVIDAD EN QUÍMICA ORGÁNICA

1. Identifique las siguientes especies como: iones carbocationes; iones carbaniones; radicales.

 a) b) c)

d) e) f)

2. Clasifique las siguientes especies como nucleofílicas o electrofílicas y dé la razón de su clasificación.

 a) b) c) d) e) f)

 g) h) i) j) k) l)

3. Escriba la fórmula para las especies que resultan de (a) ruptura homolítica, (b) ruptura heterolítica del enlace C-C en el etano (CH3-CH3) y clasifique dichas  especies.

4. ¿Porqué la reacción CH3-Br  +   -OH    CH3OH   +   Br- es un desplazamiento nucleofílico?

5. Explique las diferencias entre las reacciones de adición, eliminación, sustitución  y transposición.

6. Clasifique las siguientes reacciones como sustitución, adición, eliminación y transposición (una reacción puede tener más de una designación).

a) CH2=CH2   +   Br2           CH2Br-CH2Brb) C2H5-OH    +   HCl           C2H5-Cl    +     H2

c) CH3CHClCHClCH3         CH3CH=CHCH3   +   ZnCl2d) -----   +   Br2                    Br-CH2CH2CH2-Bre) CH3CH2CH2CH3           (CH3)3-CHf) CHC–CH3 + HBr CH2=CHBr–CH3

g) CH3–CH2–CHOH–CH3 CH3–CH=CH–CH3

h) CH3–CH=CH2 + Cl2 CH3–CHCl–CH2Cl

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7. Qué tipo de reacción debe ocurrir para transformar:

a) 2-clorobutano en butano

b) 1-propeno en 2-propanol

c) benceno en trinitrotolueno

d) 1-propino en propano

8. Completa las reacciones, indicando el tipo de reacción:

a) CH3–CH2–CH2–CH2Br + KOH

b) C6H6 + Cl2 + AlCl3

a) CH2=CH2 + Br2

b) clorobenceno + HNO3 + H2SO4

c) .......... + HBr CH3-CH2-CHBr-CH3

d) CH3–CH=CH2 + HCl

e) CH3–CHOH–CH2–CH3 + H2SO4

f) CH3Br  + KCN  

9. Escribe las ecuaciones correspondientes, nombrando reactivos y productos para cada caso

a) adición de un halógeno a un alqueno

b) deshidratación de un alcohol secundario.

c) 2-butanol + ácido sulfúrico.

d) 2-buteno + bromuro de hidrógeno (HBr).

e) 2-clorobutano + hidróxido de potasio (KOH)

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