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S aint G aspar Co l le ge M i s i o n e r o s d e l a P r e c i o s a S a n g r e
Departamento de Ciencias y Tecnología. Profesora Daniela Herrera Ferrada
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.
Cl C C
Cl
Cl
H
H
H
H
P
- 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
F o r m a n d o P e r s o n a s Í n t e g r a s
SUSTRATO
+
REACTIVO INTER
MEDIARIOS
PRODUCTOS
FINALES
▪ +M: ceden dos electrones al átomo de C
CH2 CH
Br CH2 CH
Br
▪ -M: grupos que atraen hacia si los electrones del enlace П compartidos
con el C.
H2C CH
C
O
H
C
H
C
O
H
H2C
H2C CH
CH
CH
NH2 CH
CH
CH
NH4H2C
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
H+
O N O+
protón ión nitronio
CH3
C
CH3
CH 3
+
catión ter-butilo
Electrófilos neutros: moléculas con átomo sin octeto completo
Al
Cl
Cl
Cl Fe
Br
Br
Br
tricloruro de aluminio tribromuro de hierro
- 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
Cl
_ _
ión cloruro ión hidróxido
H O
Nucleófilos neutros: moléculas con átomo que presentan pares de electrones no
compartidos
3 R O H H O HNHamoniaco alcohol agua
Electrófilo es
aceptor de e-
Nucleófilo es
donante de e-
Ejemplo:
C
H
C C C
H Cl
Cl+
+
_
electrófilo nucleófilo
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.
Eact: energía de activación
Epot: energía potencial
ΔH: entalpía de la reacción
CH3 Cl + OH_
CH3OH + Cl_
cloruro de metilo ión hidroxido
DIAGRAMA DE ENERGÍA POTENCIAL
REACCIÓN EN DOS ETAPAS
b. Reacción en dos paso, con formación de un intermediario.
Ejemplo:
- 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.
Eact 1: energía de activación de la etapa 1
Eact 2: energía de activación de la etapa 2
Epot: energía potencial
ΔH: entalpía de la reacción
CH3 Cl OH_
CH3
Cl_
cloruro de ter-butilo
intermediario de reacción
3 C
_
C
CH3
CH3
+CH3 3 C
OH_
+
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.
*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).
*SE FORMAN IONES
Pueden ocurrir de dos formas:
Los productos pueden ser
átomos libres ó grupos de
átomos.
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.
Intermedios de reacción
Carbocatión C
Carbanión C
Radical libre C
7. Por lo tanto, existen tres tipos de reactivos:
- Radicales libres
- Reactivos nucleófilos
- Reactivos electrófilos
8. CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES ORGÁNICAS
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
SEGÚN CAMBIO
ESTRUCTURAL PRODUCIDO
EN LOS REACTIVOS
ADICIÓN ELIMINACIÓN TRANSPOSICIÓN SUSTITUCIÓN
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.
H3C
H
C O
+ −
+ H Br−+
lenta
Br
OH
H3C+ H
Br
OH
H3CH
rápida
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
C C
H
H
H
CH3
+ H Br
−+
CC
H CH3
H + CC
H CH3
H Brrápida
CCH2
HH CH3
H + Br CC
H CH3
HBrrápida
H H HH
HH HH
mayoritario
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.
- 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
BrC
R1
R2
R3
C
R2
R1
R3
+ Br rápida
OHOHC
R1
R2
R3
C
R1
R2
R3
HO + + Br
mezcla racemica
• Reacción nucleófila en dos etapas
H O H C+
R1
R2R3
Br
CHOH Br
R1
R2 R3
C
R1
OH
R3
R2
+ HBr
c) SUSTITUCIONES ELECTRÓFILAS: El reactivo electrófilo ataca zonas de
alta densidad del sustrato como los dobles enlaces en los hidrocarburos
aromáticos.
HH
EE
E
+ H
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.
- Ejemplos:
CH3 CH2OH + H CH2 CH2
+ H2O
deshidratación de alcoholes
- 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: