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Reacciones en la química del
carbono
polímeros
Química del carbono
ESPECIES QUÍMICAS QUE
INTERVIENEN EN UNA
REACCIÓN ORGÁNICA
SUSTRATO
molécula reaccionante
más grande y que en la
reacción varía su grupo
funcional o experimenta
un cambio estructural
REACTIVO
especie que ataca a la
molécula del sustrato,
originando la formación
de nuevos enlaces
TIPOS DE
REACTIVOS
Radicales
libres
especies que
poseen un electrón
sin aparear. Son
muy reactivos
Reactivos
nucleófilos
Reactivos
electrófilos
grupos de átomos
que poseen zonas de
alta densidad
electrónica
especies que
poseen zonas con
deficiencia de
electrones
Reacciones de sustitución.
Un átomo o grupo de átomos de la molécula del sustrato es sustituido
por otro átomo o grupo atómico, suministrado por el reactivo
RX
Y
RY
reactivo
producto
+
sustrato
+
X
grupo saliente
Por radicales libres: el reactivo atacante es un radical libre producido en una ruptura
homolítica
CH3CH3
+
CH3CH2Cl
Cl2
+
HCl
Nucleófila (SN): el reactivo es una especie nucleófila que ataca a las zonas del sustrato
con deficiencia electrónica (ruptura heterolítica)
CH3CH2 Cl
CH3CH2 OH + Cl
+ OH
Electrófila (SE): el reactivo atacante es una especie nucleófila que ataca a las zonas del
sustrato con deficiencia electrónica
H
+
RX
AlCl3
R
+
HX
Reacciones de adición (I).
La molécula del sustrato gana dos átomos o grupos de átomos,
procedentes del reactivo
Y
CC
YZ
+
Z
 C C 
Nucleófila (SN): el reactivo atacante es una especie nucleófila que busca puntos con baja
densidad electrónica
OH
O
CH3 C
+
H
H CN
CH3  C  H
CN
Reacciones de adición (II).
Electrófila (SE): el reactivo es una especie electrófila que ataca los puntos con alta
densidad electrónica
Adición de halogenuros de hidrógeno (regla de MARKONIKOV):
H
CH3CH CH2 + H Cl
CH3CHCH2
Cl
CH3CHCH3 + Cl
CH3CHCH3
Adición de halógenos:
CH3CH  CHCH3 +
Br
Br2
Br
CH3  CH CH  CH3
Adición de hidrógeno en presencia de catalizadores:
H
CH3CH CH2 + H2
H
CH3CHCH2
Reacciones de eliminación.
La molécula del sustrato pierde dos átomos o grupos de átomos,
formando un enlace (o cerrando un ciclo)
A B
 C C 
CC
H
deshidratación de
un alcohol
AB
OH
H2SO4
CH2 CH2
H
deshidrohalogenación de
halogenuros de alquilo
+
H2CCH2 + H2O
Cl
CH3 CH2 CH2 + KOH
CH3CH CH2 + KCl + H2O
Br H
doble
eliminación
CH3 C CH + 2KOH
H Br
CH3 C  CH + 2KBr + 2H2O
Reacciones de condensación.
Dos moléculas orgánicas se unen desprendiéndose una molécula
pequeña, generalmente agua
formación de una amida a partir de un ácido carboxílico y una amina
O
O
CH3 C
+
CH3 CH2 N H
OH
CH3 CN  CH2 CH3 + H2O
H
H
esterificación o reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol para formar
un éster
O
CH3 C
+
OH
CH3 O  H
O
CH3 C
O  CH3
+ H2O
Reacciones de oxidación-reducción.
COMBUSTIÓN: son procesos de oxidación violentos en atmósfera de oxígeno
o en el aire que se producen con gran desprendimiento de luz y calor
CH3CH2CH2CH3 + 13/2 O2
4CO2 + 5H2O + energía
REACCIONES REDOX SIN RUPTURA DE LA CADENA: son oxidaciones
(y reducciones) más suaves, sin que se rompa la cadena carbonada
La oxidación se realiza con K2Cr2O7 o con KMnO4
La reducción se suele realizar con LiAlH4
RCH2OH
oxidación
RCHO
reducción
reducción
oxidación
RCOOH
Reacciones químicas principales
• Sustitución:
– un grupo entra y otro sale.
– CH3–Cl + H2O  CH3–OH + HCl
• Adición: a un doble o triple enlace
– CH2=CH2 + Cl2  CH2Cl–CH2Cl
• Eliminación: de un grupo de átomos.
– Se produce un doble enlace
– CH3–CH2OH 
CH2=CH2 + H2O
• Redox: (cambia el E.O. del carbono).
– CH3OH + ½ O2  HCHO + H2O
• Habitualmente, se sigue utilizando el
concepto de oxidación como aumento en
la proporción de oxígeno y reducción
como disminución es la proporción de
oxígeno.
Ejemplos de reacciones de adición.
• Electrófila:
• CH3–CH=CH2 + H2
• CH3–CH=CH2 + Cl2
• CH3–CH=CH2 + HBr



CH3–CH2–CH3
CH3–CHCl–CH2Cl
CH3–CHBr–CH3
(mayor proporción)
• CH3–CH=CH2 + H2O (H+)  CH3–CHOH–CH3
(mayor proporción)
• Nucleófila:
CH3–CO–CH3 + HCN
CN

|
CH3 –C–CH3
|
OH
Ejemplos de Sustitución nucleófila.
• Sustitución de 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 de alcoholes:
CH3–CH2–OH + HBr  CH3 CH2–Br + H2O
Reacciones de sustitución electrófila.
Nitración
(–M):
H2SO4

+ HNO3
Halogenación
+ Cl2
(+M):
+ H2O
NO2
FeCl3

+ HCl
Cl
Alquilación
(Friedelf–Crafts) (+I):
+ ClCH3
AlCl3

+ HCl
CH3
Ejemplos de reacciones de eliminación
• Deshidrohalogenación de halogenuros
de alquilo.
– Se produce en medio básico.
CH3–CH2–CHBr–CH3 + NaOH CH3–CH=CH–CH3
• Deshidratación de alcoholes.
– Se produce en medio ácido.
mayoritario
CH3–CH2–CHOH–CH3 + H2SO4  CH3–CH=CH–CH3
Reacciones más importantes
por grupos funcionales
Alcanos y halogenuros de alquilo
COMBUSTIÓN: (la dan todos los compuestos)
son procesos de oxidación violentos en atmósfera de oxígeno
o en el aire que se producen con gran desprendimiento de luz y
calor
CH3CH2CH2CH3 + 13/2 O2
4CO2 + 5H2O + energía
Sustitución: Por radicales libres: el reactivo atacante es un radical
libre producido en una ruptura homolítica
CH3CH3
+
Cl2
CH3CH2Cl
+
HCl
halogenuros de alquilo: deshidrohalogenación con KOH (r. de
eliminación)
H
Cl
CH3 CH CH2 + KOH
CH3CH CH2 + KCl + H2O
Alquenos (olefinas) y alquinos
• adición de:
HCl
Br2,Pierde el color marrón-rojizo
H2 (Pt,Ni como catalizador)
H2O (ácidos como catalizadores, H3PO4)
Regla si es asimétrica el H se adiciona al carbono que tiene más
hidrógenos
CH3CH CH2
• oxidación
CH3–CH=CH–CH3
KMnO4
CH3 –CHOH–CHOH–CH3
Benceno y sus derivados
• Reacciones de sustitución.
La más importante alquilación. Un hidrógeno
es sustituido por un resto orgánico (R-)
H
+
RX
AlCl3
R
+
HX
Alcoholes
• Eliminación de agua: deshidratación usando ácidos
sulfúrico o fosfórico u óxido de aluminio como catalizadores
H
OH
CH2 CH2
H2SO4
H2CCH2 + H2O
• Oxidación con dicromato de potasio o permanganato de potasio
Alcoholes primarios oxidación a aldehídos y posteriormente a ácidos
Alcoholes secundarios oxidación a cetonas
RCH2OH
oxidación
RCHO
oxidación
RCOOH
• Esterificación: ácido + alcohol  ester + agua
O
CH3 C
+
OH
CH3 O  H
O
CH3 C
O  CH3
+ H2O
Aldehídos, cetonas y ácidos
• Reducción con LiAlH4 a alcoholes
• Adición (poco importante)
OH
O
CH3 C
+
H CN
H
CH3  C  H
CN
• Esterificación (ácido + alcohol éster + agua
• Formación de amida: ácido + amina amida + agua
O
O
CH3 C
+
OH
CH3 CH2 N H
H
CH3 CN  CH2 CH3 + H2O
H
Polímeros y macromoléculas
1
Macromoléculas y polímeros.
Las macromoléculas orgánicas se forman por unión sucesiva de muchas unidades
pequeñas, todas del mismo tipo, denominadas MONÓMEROS
MONÓMERO
POLÍMERO
polimerización
F F
F
F
CC
F
polimerización
F
Monómero: tetrafluoretileno
F F
F F
 C C  C C  C C 
F F
F F nF F
Polímero: teflón
Recubrimientos de teflón
Reacciones de polimerización (I).
Por adición: la unión sucesiva de las moléculas del monómero da un único producto
Formación de polietileno a partir de etileno:
H H
H
H
CC
H
H
Monómero: etileno
Polimerización
Catalizador
H H
H H
 C C  C C  C C 
H H
H H nH H
Polímero: polietileno
Reacciones de polimerización (II).
Por condensación: los monómeros se unen produciendo dos tipos de compuestos
(polímero + agua)
Formación de almidón a partir de glucosa:
+ n glucosas
Glucosa
(C6H12O6)
Glucosa
Maltosa (dímero)
n
Almidón (polímero)
Polímeros de adición
Monómero
Polímero
CH2CH2
[CH2CH2 ] n
Eteno
CH2CH CH3
Propeno
CH2CHCl
Cloroeteno
CH2CHCN
Polietileno
[CH2CH ] n
CH3
Polipropileno
[CH2CH ] n
Cl
Policloruro de vinilo (PVC)
[CH2CH ] n
Acrilonitrilo
CN
Poliacrilonitrilo
CH2CH 
[CH2CH ] n
Estireno
Poliestireno
CF2CF2
Tetrafluoreteno
[CH2CH2 ] n
Teflón
Usos típicos
Contenedores, tuberías, bolsas,
juguetes, cables aislantes.
Fibras para alfombras, redes de
pesca, cuerdas, cesped artificial.
Cañerías, mangueras, discos,
cuero artificial, envoltorios para
alimentos, baldosas.
Fibras para ropa, alfombras,
tapices.
Espuma de poliestireno, vasos
para bebidas calientes,
embalajes, aislamientos.
Recubrimientos antiadherentes
para utensilios de cocina.
Polímeros de condensación (II).
NAILON
Monómero 1: ácido adípico
Monómero 2: hexametilendiamina
El grupo –COOH del ácido adípico reacciona con el grupo –NH2 de la hexametilendiamina,
desprendiéndose una molécula de agua:
Por adición sucesiva de ambos monómeros, se forma finalmente, el polímero:
Polímeros de condensación (III).
POLIÉSTERES
Polimerización de ácidos carboxílicos y alcoholes:
Un tipo importante de poliésteres son los POLICARBONATOS, empleados en la
fabricación de lentes ópticas