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TEMA 8. ESTUDIO DE ALGUNAS FUNCIONES ORGÁNICAS
Los compuestos orgánicos
• Fórmula empírica
• Fórmula molecular
• Fórmulas estructurales
Clasificación de los compuestos orgánicos
• Grupo Funcional.
• Serie homóloga
Isomería
• Plana:
I. de cadenas o de ciclos
I. de posición
I. de función
• Del espacio: I. geométrica o cis−trans
I. óptica
Reacciones de sustitución alifática y aromática.
Reacciones de adición de hidrógeno, halógenos, haluros de hidrógeno y agua al doble y
triple enlace carbono-carbono.
Reacciones de eliminación de agua y de haluros de hidrógeno.
Reacciones de esterificación.
No se exigirá el conocimiento de los mecanismos de las reacciones anteriores.
LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
La química orgánica estudia los compuestos del carbono, aunque algunas combinaciones sencillas,
como sus óxidos, carburos y carbonatos se estudian dentro de los compuestos inorgánicos.
La inmensa cantidad de compuestos orgánicos, la mayoría de ellos formados solo por la
unión a hidrógeno y oxígeno, se debe a:
• La capacidad que tiene el carbono de unirse a sí mismo y formar cadenas, ya que
las energías de enlace C−C es muy grande y comparable a la que tiene lugar en
la unión con el hidrógeno o con el oxígeno. Eso no le ocurre al silicio, porque la
unión Si−Si tiene una energía de enlace muy pequeña que no compite con las
uniones más estables que forma con los otros elementos.
• Además el carbono tiene la capacidad de formar consigo mismo dobles y triples
enlaces cuando presenta, respectivamente, las hibridaciones sp2 (trigonal plana)
y sp (lineal), como ya vimos.
Las fórmulas de los compuestos orgánicos pueden representarse con varios niveles de
concreción y así tenemos:
1. Fórmula empírica, expresa solamente la proporción en que se encuentran los átomos,
por ejemplo (C2H4)n
2. Fórmula molecular, indica el total de átomos que forman en la molécula: C4H8
3. Fórmulas estructurales: Indican los enlacen que unen los átomos entre sí. Pueden ser:
• Lineal o Condensada: CH2=CH−CH2−CH3
• Plana o Expandida: representan en un plano todos los enlaces
H
H H
\
| |
C=C−C−C−H
/ | | |
H H H H
H
\
C=CH−CH2−CH3
/
H
En la mayoría de los casos lo que se suele utilizar una mezcla en la que se
combina la forma condensada y expandida, como se escribe a la derecha.
• Tridimensional, en las que se representan los enlaces según las direcciones en el
espacio. El criterio para dibujar los enlaces es con un trazo normal cuando el
enlace está en el plano del papel, en forma de cuña cuando apunta hacia delante
del papel y por un trazo discontinuo cuando el enlace apunta hacia detrás.
CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
Los compuestos orgánicos se clasifican de acuerdo a determinadas agrupaciones de
átomos que por sus características le confieren al resto de la cadena unas propiedades
químicas especiales. A ese grupo de átomos se le llama Grupo Funcional.
Serie homóloga: Se llama así al grupo de compuestos que tienen el mismo grupo
funcional (por tanto pertenecen a la misma clase), pero difieren en la longitud de la
cadena, es decir tienen un –CH2− más o menos.
Los principales grupos funcionales son los siguientes:
Clase
alcanos
Grupo funcional terminación radical
ninguno
Hidrocarburos
alquenos
alquinos
R−C≡C−R
cíclicos
ano
il/ilo
eno
enil/enilo
CH3−CH=CH2
propeno
ino
inil/inilo
CH3−C≡C−CH3
2−Butino
ciclo−
ciclohexano
aromáticos
eno
fenil
metilbenceno / fenilmetano
(tolueno)
derivados del
benceno
Funciones oxigenadas
Ejemplo
CH3−CH3
etano
haluros de
alquilo
R−X
cloruro
cloro
CH3−CH2−Br
bromuro de etilo
alcoholes
R−OH
ol
hidroxi
CH3−CH2−OH etanol
fenoles
Ar−OH
ol
hidroxi
fenol
éteres
aldehídos
R−O−R´
éter
oxi
al
formil
CH3−CH2−O−CH2−CH3
etoxietano / dietiléter
etanal
cetonas
ona
oxo
propanona
ácidos
carboxílicos
ác. −oico
carboxi
ácido etanoico (ác. acético)
ésteres
y sales
−ato de
−ilo
Funciones nitrogenads
etanoato de metilo
aminas
primarias
R−NH2
amina
amino
CH3−NH2
metilamina
aminas
secundarias
R−NH−R´
amina
amino
(CH3)2NH
dimetilamina
aminas
terciarias
amina
amino
(CH3)3N
trimetilamina
amidas
amida
etanamida
nitrilos
−C≡N
nitrilo
nitroderivados
−NO2
nitro
ciano
CH3CN etanonitrilo
CH3NO2
nitrometano
Esqueletos carbonados: cadenas principales
n Nombre (−ano)
Fórmula (CnH2n+2)
n
Nombre (−ano)
Fórmula (CnH2n+2)
1
metano
CH4
8
octano
CH3(CH2)6CH3
2
etano
CH3CH3
9
nonano
CH3(CH2)7CH3
3
propano
CH3CH2CH3
10
decano
CH3(CH2)8CH3
4
butano
CH3(CH2)2CH3
11
undecano
CH3(CH2)9CH3
5
pentano
CH3(CH2)3CH3
12
dodecano
CH3(CH2)10CH3
6
hexano
CH3(CH2)4CH3
13
tridecano
CH3(CH2)11CH3
7
heptano
CH3(CH2)5CH3
14
tetradecano
CH3(CH2)12CH3
ISOMERÍA
Se dice que dos compuestos son isómeros cuando tienen la misma fórmula molecular
pero distinta fórmula desarrollada. Por tanto, los isómeros son sustancias que tienen el
mismo número y tipo de átomos, aunque éstos están unidos de forma diferente y
consecuentemente presentan distintas propiedades.
Los tipos de isomería se clasifican en dos grandes grupos: Isomería plana o simple, que
es la que puede explicarse con fórmulas planas y la Isomería del espacio o
estéreo−isomería que para explicarla se necesita recurrir a la forma tridimensional de las
moléculas.
de cadenas o
de ciclos
plana o simple
de posición
de función
Isomerías
CH3–CH2OH
CH3–O– CH3
geométrica o
cis−trans
del espacio o
estéreo−isomería
óptica
1.1 La isomería de cadenas o de ciclos se presenta en hidrocarburos que teniendo el
mismo número de carbonos presentan distinto esqueleto. Por ejemplo el butano y el
metil−propano formulados anteriormente o el ciclohexano y el metil−ciclopentano o el
etil−ciclobutano presentarían isomería de ciclos:
1.2 La isomería de posición se presenta cuando en el esqueleto hidrocarbonado se
introduce otra función o átomo distinto del hidrógeno. Dependiendo del lugar que
ocupe, tenemos por ejemplo el 1−cloro−butano o el 2−cloro−butano formulados
anteriormente.
Otro ejemplo es que se tiene para el orto, meta y para−diclorobenceno
1.3 La isomería de función tiene lugar cuando la diferente ordenación de los átomos da
lugar a distintos grupos funcionales, por ejemplo como ocurre entre alcoholes y éteres,
caso del etanol y el dimetiléter formulados anteriormente o entre aldehídos y cetonas
como por ejemplo entre el propanal y la propanona:
2.1 La isomería geométrica o cis−trans es consecuencia del impedimento de giro del
doble enlace. El 1,2−dicloroetano formulado anteriormente presenta un isómero cis
cuando los dos cloros están enfrentados y otro trans cuando están en las posiciones
opuestas. Otro ejemplo lo tendríamos el but−2−eno:
2.2 La isomería óptica la presentan todas aquellas sustancias que tienen un carbono
asimétrico, es decir un carbono con sus cuatro sustituyentes diferentes. Estos isómeros
con como imágenes especulares y tienen las mismas propiedades a diferencia de que
uno hace girar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda y el otro hacia la derecha,
por eso a los isómeros se les llama, respectivamente, isómero levo o (–) y al otro
isómero dextro o (+)
El ácido láctico formulado anteriormente es un ejemplo. Como vemos presenta un
carbono asimétrico (suele marcarse con un asterisco) que es el responsable de la
isomería óptica.
Los carbohidratos (llamados también glúcidos o azúcares) presentan isomería óptica,
desde el más sencillo que es el gliceraldehído:
E1B.S2010
Para el compuesto CH3CH2CH=CHCOOH (ácido pent−2−enoico), escriba:
a) La fórmula de un isómero que contenga la función cetona.
b) La pareja de moléculas de este ácido que son isómeros cis−trans.
c) La fórmula de un isómero de cadena de este ácido.
a) se trata de obtener un isómero de función, ya que en el primer caso es un ácido y en
el segundo una cetona (y en el isómero propuesto además es alcohol)
b) La isomería cis−trans es debida al impedimento de giro por un doble enlace. El
isómero cis es aquel que enfrenta a los grupos diferentes al hidrógeno, que no es
preciso que sean iguales, como así ocurre en este caso, ya que los grupos son un radical
etilo y el grupo carboxilo:
c) Un isómero de cadena debe mantener los mismos grupos funcionales y variar
exclusivamente en la forma del esqueleto, así que sería: (CH3)2C=CHCOOH
E1B.S2008
Dados los compuestos: (CH3)2CHCOOCH3 ; CH3OCH3 ; CH2=CHCHO
a) Identifique y nombre la función que presenta cada uno.
b) Razone si presentan isomería cis−trans.
c) Justifique si presentan isomería óptica.
a) Escribiremos mejor las fórmulas en su forma plana para ver mejor los grupos
funcionales:
El primero es un éster formado por la esterificación del ácido 2−metilpropanoico
(llamado también ácido isobutírico) y del metanol, así que su nombre es el
2−metilpropanoato de metilo.
El segundo es un éter: el éter dimetílico o metoximetano
El tercero es un aldehído, que además tiene un doble enlace y por tanto es también un
alqueno. Su nombre propenal.
b) El único que podría presentar isomería cis−trans es el que posee doble enlace, pero
no la tiene en este caso porque los dos sustituyentes de uno de los carbonos son
hidrógenos
c) Ninguno de ellos presenta isomería óptica porque ninguno de sus carbonos es
asimétrico, es decir, no hay ningún carbono con los cuatro sustituyentes distintos.
E6A.S2008
Para cada compuesto, formule:
a) Los isómeros cis−trans de CH3CH2CH=CHCH3
b) Un isómero de función de CH3OCH2CH3
c) Un isómero de posición del derivado bencénico C6H4Cl2
a) Se trata del pent−2−eno que al tener un doble enlace y por tanto impedimeto de giro
y ser los sustituyentes distintos al hidrógeno presenta isomería geométrica o cis−trans.
El isómero cis cuando los dos grupos están enfrentados y el trans cuando están en las
posición opuesta:
b) Los éteres presentan isomería de función con los alcoholes. Así el metoxietano es
isómero del propan−1−ol y del propan−2−ol, que a su vez son isómeros de posición.
c) El diclorobenceno tiene 3 isómeros de posición: orto, meta y para según que los
sustituyentes estén en carbonos contiguos, alternos u opuestos respectivamente.
E6A.S2007
Para los compuestos benceno (C6H6) y acetileno (C2H2), justifique la veracidad o
falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) Ambos tienen la misma fórmula empírica.
b) Poseen la misma fórmula molecular.
c) La composición centesimal de los dos compuestos es la misma.
a) Verdad: La fórmula empírica de una sustancia solamente indica la proporción en la
que se encuentran sus átomos, que en el caso del benceno y del acetileno es la misma: 1
átomo de carbono por cada 1 átomo de hidrogeno, lo que se suele expresar como
(CH)n, por tanto para calcular el valor de n y escribir sus fórmulas moleculares es
necesario conocer el peso molecular.
b)Falso, ya que la fórmula molecular nos indica el total de átomos en la molécula y por
tanto nos permite diferenciar la molécula de benceno de la de aceliteno. Lo que nos
permitiría es diferenciar entre los posibles isómeros en el caso de haberlos.
c) Verdad, ya que la composición centesimal lo que nos indica es la cantidad de cada
elemento que hay en 100 g de compuesto y al estar los átomos en la misma proporción
en ambas moléculas la cantidad es la misma.
E4A.S2006
Escriba:
a) Dos hidrocarburos saturados que sean isómeros de cadena entre sí.
b) Dos alcoholes que sean entre sí isómeros de posición.
c) Un aldehído que muestre isomería óptica.
a) Por ejemplo el butano y el metilpropano (isobutano)
b) Por ejemplo el propan−1−ol y el propan−2−ol
c) Cualquier aldosa (monosacárido con la función aldehído). El más sencillo que es el
gliceraldehído tiene un carbono asimétrico y es el responsable de su isomería óptica:
MECANISMOS DE LAS REACCIONES ORGÁNICAS
La mayoría de las reacciones orgánicas pueden clasificarse en:
1.
2.
3.
4.
Sustitución: Electrófila y Nucleófila
Adición
Eliminación
Transposición
A su vez las reacciones pueden clasificarse en heteropolares (cuando se originan iones)
y homopolares (tienen lugar por medio de radicales libres)
1.1 Sustitución electrófila: Tiene su máximo interés en los hidrocarburos aromáticos.
El reactivo, como su nombre indica, es electrófilo, es decir, que tiene tendencia hacia
los electrones.
Son reactivos electrófilos:
• las partículas cargadas positivamente y que sean inestables. Por ejemplo Na+,
H+, Br+, NO2+ son todos ellos electrófilos, pero solo el Br+ y NO2+ son buenos
reactivos porque son muy inestables.
• las estructuras, que aunque no tengan carga positiva, posean déficit de electrones
para completar su octete, por ejemplo CO, BF3, AlCl3
Vamos a ver la cloración del benceno catalizada por AlCl3
Ampliación
El mecanismo de la reacción es el siguiente: Comienza por el ataque del cloro al AlCl3,
donde el aluminio con solo 3 pares de e– acepta un Cl– pasando así a formar la
estructura AlCl4– con la que el aluminio obtiene su octete, y formándose de paso Cl+
que es el reactivo eletrófilo, muy inestable:
ahora el Cl+ ataca el anillo bencénico porque tiene una alta densidad electrónica. (Lo
mismo haría con un doble enlace aunque en este caso daría lugar a una adición en lugar
de una sustitución.)
por último el H+ reacciona con el AlCl4– dando cloruro de hidrógeno y devolviendo el
catalizador: AlCl4– + H+ → AlCl3 + HCl
El ataque al núcleo bencénico es lento porque en ese paso se pierde la aromaticidad
aunque luego se vuelve a recuperar. De todas formas el complejo aromático que se
forma tiene una cierta estabilidad debido a la deslocalización de la carga positiva, ya
que se forman 3 estructuras resonantes:
El mismo mecanismo tiene lugar cuando se trata benceno con ácido nítrico en presencia
de sulfúrico. El sulfúrico con el nítrico da lugar a NO2+ que es un reactivo electrófilo y
ataca al núcleo del benceno dando nitrobenceno y agua:
1.2 Sustitución nucleófila: El reactivo, como su nombre indica, es nucleófilo, es decir,
que tiene tendencia hacia las cargas positivas. Son reactivos nucleófilos X–, OH–, CN–, y
moléculas neutras en las que hay pares de electrones no enlazantes, como el H2O, NH3.
CH3CH2–Cl + HBr → CH3CH2–Br + HCl
CH3CH2–Cl + H2O ——→
CH3CH2–Cl + AgOH ——→
CH3–CH2OH + HCl
CH3–CH2OH + AgCl ↓
base débil
CH3–CH2OH + KCl
CH3CH2–Cl + KOH
base fuerte
CH2=CH2 + KCl + H2O
Ampliación
Debido a que el halógeno es muy electronegativo el enlace con el carbono está muy
polarizado, pudiendo llevarse el par de electrones del enlace y dejando un radical
cargado positivamente llamado carbanión. El bromuro se une al carbanión y el protón
al ión del halógeno:
2. Adición: Las reacciones de adición tienen lugar a doble o triple enlace. Debido a la
alta densidad elecrónica del doble y triple enlace, éste es atacado por reactivos
electrófilos ya que tienen tendencia hacia los electrones.
Los tres ejemplos típicos son la reacción de alqueno con X2, HX y H2O catalizada por
ácido.
CH2=CH2 + Cl2 → Cl–CH2–CH2–Cl
CH2=CH2 + HCl → CH3–CH2–Cl
H+
CH2=CH2 + H2O → CH3–CH2–OH
Ampliación
La adición electrófila siempre tiene lugar en trans. Esta reacción tiene una primera fase
muy lenta. Mejora catalizada por AlCl3 ya que Cl2 + AlCl3 → Cl+ + AlCl4– y, como
hemos visto antes, el Cl+ que es muy reactivo y ataca fácilmente el doble enlace de la
misma manera que en el ejemplo anterior atacó al núcleo bencénico.
Cuando se adiciona un haluro de hidrógeno a doble enlace, de acuerdo con la regla de
Marconicof, el halógeno se une al carbono que tiene el radical mayor y que está más
sustituido por grupos R.
La adición de agua catalizada por un ácido da lugar a un alcohol. Sería:
3. Eliminación: Las reacciones de eliminación son aquellas en las que normalmente se
eliminan dos sustituyentes de carbonos contiguos dando lugar a doble o triple enlace.
Entre ellas está las que dan los haluros del alquilo catalizadas por bases , o la
deshidratación de un alcohol en medio ácido o la deshidrogenación de un alcano
catalizada por metales.
KOH/Etanol
CH3CH2–Cl
——→ CH2=CH2 + KCl + H2O
KOH/Etanol
Cl–CH2CH2–Cl
——→ CH≡CH + 2 KCl + 2 H2O
(es igual a la anterior, pero en dos pasos)
H2SO4
CH3CH2–OH
——→ CH2=CH2 + H2O
Pt / Pd
CH3CH3
——→ CH2=CH2 + H2
Ampliación
Las reacciones de eliminación pueden ser monomoleculares, bimoleculares y
deshidrogenación
La reacción de eliminación en derivados halogenados es monomolecular
Esta reacción de eliminación en derivados halogenados es mucho más rápida si se
cataliza por una base, por ejemplo KOH en etanol, en cuyo caso es bimolecular. Tiene
lugar en trans.
poniendo una base general, la misma reacción en el espacio sería la siguiente:
La deshidratación de un alcohol para dar el compuesto etilénico y agua es:
esta reacción, en lugar de catalizarla una base va mejor cuando la cataliza un ácido ya
que el enlace C–OH no está tan polarizado como en el caso del halógeno. De esta
manera el ácido acepta los pares no enlazantes del oxígeno polarizando mucho el enlace
hasta romperse:
La eliminación de hidrógeno para dar un alqueno, lo mismo que la hidrogenación. Se
catalizan por metales como platino o paladio y son siempre en cis
Al calentar el acetato de etilo y otros ésteres (pirólisis) se produce una eliminación en
cis:
4. Transposición: Son reacciones en las que los átomos solamente cambian de lugar,
dando lugar a un isómero. Un ejemplo típico lo tenemos en la transposición
ceto−enólica en la que un enol da lugar a un aldehído:
Reacciones homopolares o por radicales libres. Tienen lugar cuando una molécula se
rompe homolíticamente y da lugar a dos restos muy inestables y muy reactivos. Por
ejemplo, la luz solar puede romper la molécula de cloro, dando lugar a dos átomos de
cloro muy reactivos:
Cl2 → 2 Cl.
Estos cloros pueden chocar con una molécula de alcano y adicionarse a la molécula:
Luz
CH4 + Cl2 ——→ CH3Cl
Luz
2 CH3CH2Cl
——→ CH3CH2CH2CH3 + Cl2
Las reacciones por radicales libres tienen lugar en tres fases: 1− Iniciación, que requiere
un aporte energético para romper la molécula, 2− Propagación, que tiene lugar en
cadena y 3− Finalización.
Las reacciones por radicales libres son muy inespecíficas porque dependiendo de por
donde tenga lugar el choque entre las moléculas se forma un compuesto u otro. En el
caso concreto de la cloración del metano se forma una mezcla de CH3Cl, CH2Cl2,
CHCl3 y CCl4 y la proporción depende de la proporción en la que estén los reactivos.
HIDROCARBUROS
Son compuestos formados exclusivamente de carbono e hidrógeno. El petróleo es una
mezcla de hidrocarburos, y de él se obtienen por destilación fraccionada
• Sus puntos de fusión y ebullición aumentan con la longitud de la cadena, debido
a al aumento de las fuerzas de Van der Waals. Los 4 primero son gases, entre 5 y
15 carbonos líquidos y los demás sólidos.
• Los que tienen moléculas planas, como el CH2=CH2 o el benceno se empaquetan
fácilmente y tienen untos de fusión anómalamente superiores a lo esperado, por
el contrario los hidrocarburos ramificados tienen puntos de fusión más bajos
debido a lo contrario.
• Son compuestos apolares y por tanto muy poco solubles en agua, aunque se
disuelven en disolventes orgánicos.
Los hidrocarburos se clasifican en:
•
•
•
•
•
Saturados o alcanos (CnH2n+2)
Alquenos (CnH2n)
Alquinos (CnH2n−2)
Cicloalcanos (CnH2n)
Aromáticos (derivados del benceno)
Hidrocarburos saturados: En ellos el carbonos están unidos por enlaces simples y
saturados de hidrógeno. A partir del butano pueden presentar isomería de cadenas y
algunos isomería óptica, aumentando el número de isómeros con la longitud de la
cadena.
Síntesis de alcanos: Aunque se obtienen a partir del petróleo, pueden sintetizarse por:
1. Hidrogenación de haluros del alquilo, de alcoholes o de alquenos. (El hidrógeno se
requiere en forma monoatómica por eso se hace con hidrógeno naciente o en presencia
de catalizadores)
R–X + H2 → R–H + HX
R–OH + H2 → R–H + H2O
CH2=CH2 + H2 → CH3CH3
2. La acción de metales alcalinos sobre haluros del alquilo es muy importante porque
permite adicionar cadenas:
2 R–X + 2 Na → R–R + 2 NaX
R–X + R´–X + 2 Na → R–R´ + 2 NaX
Reacciones de los alcanos: Los alcanos son bastante estables, de ahí que también se les
llame parafinas.
1. Combustión. Como todos los hidrocarburos, al arder dan CO2 y vapor de H2O y gran
cantidad de energía:
2. Craking o pirólisis: Consiste en partirlos (de ahí su nombre) en otros de cadenas más
pequeñas. El craking se hace a unos 500º, en ausencia de aire para evitar su combustión
y en presencia de catalizadores. El resultado suele ser una mezcla compleja.
Q
CH3CH2CH2CH3 → CH3CH=CH2 + CH4
Q
CH3CH2CH2CH3 → CH2=CH2 + CH3CH3
3. Sustitución: Como los alcanos son muy estables solo dan reacciones de sustitución
por reacción homopolar con radicales libres (Cl. o NO2.) ya que estos sí que son muy
inestables.
La halogenación de un alcano se hace en presencia de luz. La luz rompe la molécula de
cloro o de bromo formando dos radicales libres muy reactivos y produciendo una
reacción en cadena.
En realidad se forma una mezcla de productos: CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 y CCl4,
dependiendo de la proporción de los reactivos:
La nitración es la reacción con ácido nítrico en caliente, en presencia de ácido sulfúrico
concentrado, y da lugar a nitro−derivados y agua:
4. Los cicloalcanos dan reacciones de adición, especialmente el ciclopropano y
ciclobutano, ya que al ser ciclos muy pequeños las repulsiones hacen que no sean
estructuras muy estables.
Hidrocarburos insaturados: Son los que contienen dobles o triples enlaces. Al
contrario que los alcanos
En primer lugar enlaces están formados por un enlace σ y uno o dos π que son mucho
más débiles, por lo que se rompen más fácilmente.
Además la alta densidad electrónica del doble y triple enlace hace que se ataque
fácilmente por reactivos electrófilos dando reacciones de adición.
Síntesis de alquenos y alquinos: Por reacciones de eliminación:
KOH/Etanol
CH3CH2–Cl
——→ CH2=CH2 + KCl + H2O
KOH/Etanol
Cl–CH2CH2–Cl
——→
Cl–CH2CH2–Cl
——→
CH≡CH + 2 KCl + 2 H2O
Zn
CH2=CH2 + ZnCl2
H2SO4
CH3CH2–OH
——→ CH2=CH2 + H2O
Pt / Pd
CH3CH3
——→ CH2=CH2 + H2
Reacciones de alquenos y alquinos:
1. Reacciones de adición electrófila: de halógenos, haluros de hidrógeno y agua en
medio ácido. La adición de bromo
CH2=CH2 + Cl2 → Cl–CH2–CH2–Cl
CH≡CH + 2 Cl2 → Cl2CH–CHCl2
CH2=CH2 + HCl → CH3–CH2–Cl
CH≡CH + HCl → CH2=CHCl
(Cloruro de vinilo)
H+
CH2=CH2 + H2O → CH3–CH2–OH
2. Oxidación. Además de arder dando CO2 y agua como todos los hidrocarburos, se
oxidan fácilmente con KMnO4 o con K2Cr2O7 , en medio ácido. Cuando la oxidación es
suave dan lugar a alcoholes dihidroxilados llamados glicoles y si la oxidación es fuerte
el doble enlace se rompe y dan lugar a ácidos.
3. Polimerización: Un polímero es un compuesto de elevado peso molecular, cuya
estructura puede considerarse constituido por muchas partes idénticas más pequeñas
llamadas monómeros. Los alquenos se polimerizan por adición en presencia de
catalizadores.
Por ejemplo, al calentar etileno por encima de los 100 ºC y a presión de 100 atm. en
presencia de pequeñas cantidades de oxigeno es convertido en polietileno
4. El hidrógeno terminal de los alquinos es ácido y puede ser sustituido por metales
activos como el sodio:
R–C≡C–H + Na → R–C≡C–Na + ½ H2
esto se utiliza para obtener otros alquinos distintos haciéndolo reaccionar con un haluro
del alquilo:
R–C≡C–Na + X–R´ → R–C≡C–R´ + NaX
Reacciones de sustitución aromática: La alta densidad electrónica del anillo bencénico
hace que se ataque por reactivos electrófilos. Así las sustituciones mas importantes son
la halogenacion y nitración
También, como los alcanos, por reacción de haluros con metales alcalinos permite
adicionar cadenas
ALCOHOLES Y FENOLES
Contienen el grupo hidroxilo –OH. Cuando está unido a un radical alifático se llaman
alcoholes R–OH y cuando está unido a un grupo aromático se llaman fenoles Ar–OH.
Síntesis de alcoholes:
1. Sustitución nucleófila de un haluro, donde se sustituye X– por OH– por reacción de
agua o con una base débil
CH3CH2–Cl + H2O ——→
CH3–CH2OH + HCl
CH3CH2–Cl + AgOH ——→
CH3–CH2OH + AgCl ↓
si el haluro reacciona con una base fuerte como KOH da alcohol, pero también se
produce la eliminación dando un alqueno:
CH3–CH2OH + KCl
CH3CH2–Cl + KOH
CH2=CH2 + KCl + H2O
2. También pueden obtenerse por reducción con hidrógeno de aldehídos o cetonas:
CH3COCH3 + H2 ——→
CH3–CHOH–CH3
Reacciones de alcoholes: Tienen unas propiedades parecidas al agua.
1. Con los metales alcalinos reaccionan de forma parecida a como lo hace el agua,
dando hidrógeno y un etóxido.
CH3–CH2OH + Na ——→ CH3–CH2ONa + ½ H2
2. Sustitución: Reaccionan con haluros de hidrógeno
CH3–CH2OH + HCl ——→ CH3–CH2–Cl + H2O
3. Eliminación: Con un deshidratante como el ácido sulfúrico dan alquenos:
4.Si arden dan lugar a CO2 y agua, pero por oxidación suave dan aldehídos (o cetonas si
son alcoholes secundarios) y si continúa la oxidación dan lugar a ácidos. Por ese motivo
cuando el alcohol del vino se oxida al aire finalmente forma ácido etanoico o acético y
se dice que se ha avinagrado. Como oxidante también puede utilizarse por ejemplo
KMnO4 o K2Cr2O7 ambos en medio ácido.
CH3–CH2OH + Ox ——→ CH3–CHO + H2O
si, por ejemplo utilizamos el dicromato potásico, que es de color naranja. se reducirá a
Cr3+ de color verde y oxidará el etanol a etanal o a ácido acético si se pone exceso de
dicromato.
5. Con los ácidos dan ésteres. A la reacción, que es similar a la neutralización de un
ácido por una base, se le conoce como esterificación:
Ampliación
Ajuste de la reacción redox del etanol con permanganato potásico en medio ácido para
dar enatal:
CH3–CH2OH + KMnO4 + H2SO4 → CH3–CHO + K2SO4 + MnSO4 + H2O
Las semireacciones que son: Para obtener el número de oxidación del carbono es mejor
escribir las fórmulas en su forma molecular y seguir las reglas, y recuerda que el
número de oxidación, aunque normalmente coincide con la valencia, no es lo mismo y
en este ejemplo el carbono pasa de –2 a –1.
–4 +6 –2
–2 +4 –2
5 * ( C2H6O – 2e– – 2 H+ → C2H4O )
+7
+2
2 * ( MnO4– + 5 e– + 8 H+ → Mn2+ + 4 H2O )
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
5 C2H6O +2 MnO4– + 6 H+ → 5 C2H4O + 2 Mn2+ + 8 H2O
la reacción es su forma molecular sería:
5 C2H6O + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 → 5 C2H4O + K2SO4 + 2 MnSO4 + 8 H2O
La oxidación del etanol hasta ácido acético sería:
C2H6O + KMnO4 + H2SO4 → C2H4O2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
La semireacción de oxidación del carbono sería:
–4 +6 –2
0 +4 –4
C2H6O – 4e– + H2O – 4 H+ → C2H4O2
5 C2H6O + 4 KMnO4 + 6 H2SO4 → 5 C2H4O2 + 2 K2SO4 + 4 MnSO4 + 11 H2O
ALDEHÍDOS Y CETONAS
Contienen el grupo carbonilo >C=O. Si uno de los sustituyentes es el hidrógeno resulta
un aldehído y si los dos sustituyentes son radicales es una cetona.
Reacciones de aldehídos y cetonas:
El grupo carbonilo se encuentra polarizado debido a la mayor electronegatividad del
oxígeno. Además tiene una gran densidad electrónica por lo que puede dar lugar a
reacciones de adición electrófila por ataque al oxígeno, pero también de adición
nucleófila por ataque al carbono.
1. La adición de un alcohol a un aldehído da lugar a acetales. Se cataliza en medio ácido:
2. El mismo mecanismo tiene la adición de ácido cianhídrico (no necesita de un medio
ácido porque el HCN ya lo es) para dar un α−hidroxinitrilo,.
3. Los aldehídos por reducción dan alcoholes, y por oxidación ácidos carboxílicos (esta
ultima reacción es la que tiene lugar cuando se oxida el vio y se transforma en vinagre)
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Contienen el grupo carboxilo
El carácter ácido se explica porque el doble enlace del oxígeno está deslocalizado entre
los dos oxígenos, como prueba que la longitud de enlace entre los dos oxígenos y el
carbono sea la misma. El resultado son dos estructuras resonantes que le dan mucha
estabilidad a la vez que hacen que el protón se encuentre muy suelto y de ahí su carácter
ácido:
Son ácidos débiles, aunque su acidez depende de la composición del radical R. Así por
ejemplo el ácido cloroacético es bastante más fuerte que el acético debido a que la
electronegatividad del cloro provoca un corrimiento de los electrones hacia él cloro y
como consecuencia el protón está más suelto:
Reacciones de los ácidos carboxílicos:
1. Reaccionan con los metales (los que están por encima del hidrógeno en la tabla de
potenciales de reducción) exactamente igual que los ácidos inorgánicos, es decir, dando
una sal y desprendiendo hidrógeno:
2. Dan reacciones de neutralización con las bases dando sal y agua, exactamente como
lo hacen los ácidos inorgánicos:
3. Con los alcoholes reaccionan de forma parecida y dan ésteres. La reacción entre un
ácido y un alcohol se le llama “esterificación”:
4. Por reacción con el amoníaco o con una amina dan lugar a amidas:
Ampliación
Los lípidos, también llamados grasas cuando son sólidos y aceites cuando son líquidos,
se forman por esterificación de ácidos grasos (ácidos de cadena larga) y glicerina
(propano−1,2,3−triol).
Cuando el ácido graso es el oleico: CH3–(CH2)7–CH=CH–(CH2)7–COOH tenemos el
aceite de oliva. Como puedes ver, tiene un doble enlace y eso hace que sea más fácil de
asimilar por el organismo al ser más reactivo que los aceites saturados, como el de
palma o de coco, que contienen el ácido palmítico CH3–(CH2)14–COOH.
Se llama Saponificación a la reacción de aceites (o de grasas) con bases como el
NaOH, dando lugar a una sal de ácido graso, que se denomina jabón, y glicerina.
Los jabones tienen la propiedad de ser anfipáticos, es decir que tienen un extremo
hidrofílico (soluble en agua) y otro extremo hidrófobo (repele el agua). En efecto, son
solubles por la polarización del enlace RCOO–Na+ , pero además como tienen una
cadena muy larga que es apolar. Como ves en la figura, las gotas de grasa son rodeadas
por la parte hidrófoba del jabón formando micelas. Las micelas son solubles en agua
porque ofrecen hacia fuera los grupos COO– y de esa forma es como un jabón disuelve
a la grasa.