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PREGUNTA (Técnico Profesional)
Las siguientes reacciones orgánicas se utilizan para la síntesis del clorometano,
etileno y bromoetano, respectivamente:
I)
II)
III)
CH3OH + HCl
CH 3Cl + H2O
CH3CH2OH
CH 2=CH2 + H2O
CH2=CH2 + HBr
CH 3CH2Br
Al respecto, ¿a qué tipo de reacción corresponde cada una de ellas?
A)
B)
C)
D)
E)
I
Sustitución
Sustitución
Reordenamiento
Reordenamiento
Adición
II
Adición
Eliminación
Eliminación
Adición
Eliminación
III
Eliminación
Adición
Adición
Eliminación
Adición
COMENTARIO
Para responder esta pregunta es necesario analizar el mecanismo de reacción de
cada una de las síntesis propuestas en el enunciado, para lo cual es necesario
comprender los conceptos de nucleófilo y electrófilo:
 Un nucleófilo, es una especie rica en electrones, puede actuar como una base,
como por ejemplo: agua, alcoholes, aminas, especies con enlaces múltiples,
aniones, etc.
 Un electrófilo, es una especie deficiente de electrones, puede actuar como
ácido, como por ejemplo: agua, cationes, ácidos de Lewis etc.
Respecto de la Reacción I), planteada en el enunciado:
CH3OH + HCl
CH3Cl + H2O
En esta reacción se produce la sustitución de un nucleófilo por otro,
específicamente el grupo hidroxilo (-OH) del metanol (CH3OH) por el halógeno (-Cl)
del cloruro de hidrógeno (HCl), por lo que corresponde a una reacción de
sustitución.
Esta reacción se lleva a cabo en una sola etapa, sin intermediario, y ocurre cuando
el nucleófilo entrante reacciona con el sustrato desde una dirección opuesta al
grupo que desplaza (grupo saliente).
H
H+ Cl
-
H
C
H
H
Cl
OH
C
H
OH
C
H
H2O
H
H
H
Cl
Respecto de la Reacción II):
CH3CH2OH
CH2=CH2 + H2O
Para formar un enlace π (doble enlace), en esta reacción, se rompe el enlace
C-O y C-H vecino, produciéndose la salida del grupo OH del etanol
(CH3CH2OH). Formándose el eteno también llamado etileno (CH2=CH2) y agua,
por lo que corresponde a una reacción de eliminación.
El tratamiento de un alcohol con ácido, a alta temperatura, depende del tipo de
alcohol que este reaccionando, de modo que los alcoholes terciarios se
deshidratan fácilmente con ácido, los alcoholes secundarios pueden reaccionar,
pero en condiciones severas, 75% de H2SO4 y 100 °C; mientras que los
alcoholes primarios son aún menos reactivos que los secundarios, y se
necesitan condiciones muy rigurosas (95% de H2SO4 a 150 °C).
En la síntesis de etileno o eteno, el calentamiento de etanol en presencia de
ácido sulfúrico produce eteno con pérdida de una molécula de agua.
H
H
OH
C
C
H
H
H
H
H2SO4, conc
150 °C
H
C
H
H2O
C
H
Se protona el grupo OH transformándose en un grupo saliente. Posteriormente,
salen los hidrógenos del alcohol, perdiéndose al mismo tiempo la molécula de
agua.
CH3CH2OH
H+
H2C
H
H2
C
OH2
OH2
H2C
CH2
H2O
En la reacción III)
CH2=CH2 + HBr
CH3CH2Br
Se rompe el doble enlace presente en el eteno (CH 2=CH2) y se incorpora un
átomo de bromo proveniente del bromuro de hidrógeno (HBr) a la cadena
carbono-carbono, por lo que corresponde a una reacción de adición.
Esta reacción ocurre por adición electrofílica de halogenuros de hidrógeno,
como el bromuro de hidrógeno, a alquenos. Es decir:
X
C
C
HX
+
Alqueno
C
Halogenuro
de hidrógeno
C
Haloalcano
El mecanismo de adición electrofílica contempla la pérdida de un enlace pi (π)
para formar dos enlaces sigma (σ), por lo que este tipo de reacciones son
características de compuestos que poseen enlaces dobles o triples entre átomos
de carbono.
+
Como en este caso el electrófilo es pequeño (H ), en la primera etapa de la
reacción se forma un carbocatión con enlace sigma entre un átomo de carbono
y el hidrógeno proveniente del halogenuro:
Br H+
+
C
Br-
C
C
C+
H
Carbocatión
En la etapa 2 el intermediario con carga positiva (carbocatión) se combina con
–
un nucleófilo (Br ) para formar el otro enlace covalente.
Br
Br-
C
C+
C
C
H
Donde el producto final corresponde a bromoetano.
Es necesario destacar que en el caso de alquenos que presenten más de
2 átomos de carbono en su cadena principal, la adición del halogenuro se
realiza en el átomo de carbono de la cadena que presenta mayor cantidad de
sustituyentes (o menos átomos de hidrógeno), lo que corresponde a la regla de
Markovnikov, según el siguiente ejemplo:
Átomo de C con menor cantidad de hidrógeno
H
H
H
H
C
C
C
H
H
Acá se adiciona el Cl-
H
Acá se adiciona el H+
HCl
C
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
Cl
H
H
Átomo de C con mayor cantidad de hidrógeno
Secuenciando los tipos de reacciones involucradas en la síntesis u obtención de
clorometano (CH3Cl), etileno (CH2=CH2) y bromoetano (CH3CH2Br) se obtiene
como respuesta correcta la opción B), es decir sustitución, eliminación
y adición.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Eje Temático / Área Temática: Materia y sus transformaciones / Química orgánica
Nivel: II Medio
Objetivo Fundamental: Comprender que la formación de los compuestos
orgánicos y de sus grupos funcionales se debe a las propiedades del átomo de
carbono para unirse entre sí y con otros átomos, en organismos vivos, en la
producción industrial y aplicaciones tecnológicas.
Contenido Mínimo Obligatorio: Representación de diversas moléculas orgánicas
con grupos funcionales considerando su estereoquímica e isomería, en los casos
que corresponda.
Habilidad Cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación
Clave: B