Download reactividad de los compuestos orgánicos

IES PROFESOR MÁXIMO TRUEBA
QUÍMICA 2º BACHILLERATO TEMA: ORGÁNICA
REACTIVIDAD DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
TIPOS DE REACCIONES ORGANICAS:
1. Reacciones de adición: moléculas con dobles o triples enlaces incorporan un átomo o un
grupo de átomos dando lugar a enlaces sencillos
2. Reacciones de sustitución.
Un átomo o grupo de átomos es desplazado o sustituido por otro
3. Reacciones de eliminación
Dos átomos o grupos de átomos unidos a carbonos vecinos son eliminados con formación de
un enlace doble o triple
En las reacciones orgánicas hay que tener en cuenta los medios de reacción ya que con los
mismos reactivos se pueden obtener diferentes reacciones. En muchos casos los reactivos que
provocan la reacción no se colocan en el primer miembro de la reacción, se coloca sobre la
flecha que separa ambas partes, y las condiciones de reacción o los catalizadores se suelen
escribir debajo de la flecha
ALCANOS
Los alcanos son muy poco reactivos debido a la fortaleza de sus enlaces (covalentes) y su
escasa polaridad, son muy estables y no son afectados por la mayoría de reactivos. Las
reacciones más importantes de este grupo de compuestos son:
1. Oxidación (combustión):
C3 H8 + 5O2 → 3CO2 + 4 H2 O
2. Halogenación fotoquímica (sustitución por radicales libres)
La halogenación de alcanos es una reacción de sustitución que transcurre a través de
radicales.
CH4 + Cl2
CH3-Cl + HCl
metano
clorometano
transcurre a través de los siguientes paso:
a) iniciación
Se produce la disociación de la molécula de cloro por medio de la luz, transformándola en dos
radicales libres.
hυ
Cl − Cl 
→ 2Cl ⋅
b) Propagación
Estos radicales actúan sobre el alcano, formándose nuevos radicales
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CH 3 − H + Cl⋅ → ⋅CH 3 + HCl
Los radicales actúan sobre nuevas moléculas de cloro, incorporando átomos de cloro y
formando nuevos radicales Cl⋅
⋅CH 3 + Cl 2 → CH 3 − Cl + Cl ⋅
c) terminación
El agotamiento de estos radicales puede suceder de varias maneras:
Cl ⋅ + Cl⋅ → Cl 2
⋅CH 3 + ⋅CH 3 → CH 3 − CH 3
⋅CH 3 + Cl⋅ → Cl − CH 3
En algunos casos se producen isómeros de posición:
UV
CH3 − CH2 − CH3 + Cl2 luz

→ CH3 − CH2 − CH2 Cl + CH3 − CHCl − CH3
1-cloropropano
2-cloropropano
3. Pirolisis o Craqueo
Por acción del calor o de catalizadores los Alcanos más pesados se conviertes en otros más
ligeros o alquenos
600ºC
CH3 –CH2- CH3 ------ CH2= CH2 + CH4
ALQUENOS Y ALQUINOS
El enlace π del doble enlace es más débil que el enlace σ, lo que explica la tendencia de los
alquenos a producir reacciones:
1. adición electrófila, es decir por ataque a la nube electrónica π del doble enlace.
X
CH2 = CH2 + HX
H
CH2 - CH2
X
CH2 = CH2 + X2
X
CH2 - CH2
Si el átomo de Halógeno se puede unir a dos carbonos diferentes, obteniéndose dos productos
posibles se sigue la regla de Markovnikov, que establece que el Hidrógeno del ácido se
une al carbono menos sustituido.
R - CH = CH2 + HX
X
R - CH - CH3
X
+ R - CH2 - CH2
Los alquinos adicionan dos moléculas:
R
−
C
CH ≡ CH + 2 Cl2 → CHCl2 − CHCl2
1,1,2,2-tetracloroetano
HC ≡ CH + 2 HCl → CH3 − CHCl2 (Markovnikov)
1,1-dicloroetano
2. Reacción de Hidrogenación
catalizador metálico
CH2 = CH2 + H2  → CH3 − CH3
Se suele utilizar como catalizador Pd o Ni
La hidrogenación de alquinos puede dar lugar a alcanos o alquenos.
2
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3. Reacción de adición de agua:
2
4
→ CH3 − CHOH − CH3
CH3 − CH = CH2 + H2O  
H SO dil
2-propanol
IMPORTANTERegla de Markovnikov: en la adición de moléculas asimétricas (H-OH, H-Cl), el
hidrógeno queda unido al carbono que tiene mayor nº de hidrógenos:
CH3 − CH = CH2 + HCl → CH3 − CHCl − CH3
2-cloropropano
La Hidratación de alquinos se producirá según el siguiente esquema
H2O/H2SO4
Se oxidará hasta formar el aldehído
4. Reacciones de oxidación
KMnO4
CH3-CH2-CH=CH2
CH3-CH2-COOH + CO2 El doble enlace está en un C secundario
CH3-CH2-C=CH2
CH3-CH2-CO-CH3 + CO2 El doble enlace está en un C terciario
CH3
Si la oxidación se produce con KMnO4 puede originar un ácido carboxílico o una cetona
dependiendo de la localización del doble enlace
Si la oxidación se produce con ozono el producto de la reacción es un aldehído o una cetona
O3
CH3-CH2-CH=CH2
CH3-CH2-CHO+ HCOH
O3
CH3-CH2-C=CH2
CH3-CH2-CO-CH3 + HCOH
CH3
HIDROCARBUROS AROMATICOS
Las reacciones más características y que origina con más facilidad son las de Sustitución de
sus hidrógenos permaneciendo inalterable el anillo.
1. Nitración.
+ HNO3
2 SO4
H
→
- NO +
2
H2 O
nitrobenceno
El HNO3 es una molécula neutra, incapaz de atacar al anillo. Pero acompañado de ácido
sulfúrico:
3
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+
HNO3 + 2 H2SO4
-
+
H3O + 2 HSO4 + NO2
ión nitronio (electrófilo)
2. Halogenación.
Requiere del catalizador AlCl3 o FeCl3.
+ Cl2
AlCl

3 →
-Cl + HCl
clorobenceno
3. Alquilación.
+ R − Cl  
3 →
AlCl
-R + HCl
(R = cadena
hidrocarbonada)
alquilbenceno
DERIVADOS HALOGENADOS
Los derivados halogenados tienen gran reactividad, produciendo las siguientes reacciones
La reacción de eliminación más importante que se produce con los haluros de alquilo es en la
que éste, reacciona con la potasa alcohólica para dar un alqueno.
Se pueden producir mezclas de alquenos o alquinos
1. Reacciones de sustitución
Dan lugar a la formación de alcoholes
CH3CH2Cl + OH
cloroetano
-
-
CH3CH2OH + Cl
etanol
¡ATENCIÓN! el medio de reacción es una base en medio acuoso KOH/H2O
-
CH3CH2CH2CN + Br
butanonitrilo
CH3CH2CH2Cl+ NH3
Cloropropano
CH3CH2CH2NH2 + Cl
butanoamina
CH3CH2CH2Br + CN
bromopropano
-
4
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2. Reacciones de Eliminación ¡ATENCIÓN! El medio de reacción es una base en
medio alcohólico KOH/alcohol
En presencia de una base disuelta en alcohol producen alquenos
CH3-CHCl-CH3 + OH
2-cloropropano
-
CH2-CH =CH2
propeno
ALCOHOLES
Las reacciones químicas de los alcoholes están marcadas por el carácter polar de los enlaces
C-O y O-H.
1. Eliminación:
Cuando se calientan los alcoholes con un deshidratante como el H2SO4 conc. experimentan
una deshidratación obteniéndose alquenos.
H2SO4 conc.
CH3 – CH2 –CH2 OH
1-propanol
CH3 – CH=CH2 + H2O
propeno
(regla de Saytzeff: el doble enlace se forma predominantemente con el carbono que tiene
mayor nº de sustituyentes)
¡OJO! en las reacciones de eliminación de los alcoholes hay que tener en cuenta las
condiciones de reacción, ya que si la reacción se produce a 180º C se produce la eliminación
dentro de la molécula del alcohol (intramolecular) pero si la reacción se produce a 130º C la
eliminación de la molécula de agua se produce entre dos moléculas diferentes (intermolecular)
H2SO4 conc.
CH3 – CH2 –CH2 OH
CH3 – CH=CH2 + H2O
180º C
H2SO4 conc.
CH3 – CH2 –CH2 OH
CH3-CH2-CH2-O- CH2 – CH2 –CH3 + H2O
130 ºC
2. Oxidación:
Los alcoholes también pueden sufrir reacciones de oxidación. Cuando un alcohol
primario se oxida (con K2Cr2O7, KMnO4, etc.) produce un aldehído, que a su vez puede
oxidarse a ácido.
Los alcoholes secundarios dan lugar a cetonas.
Y los alcoholes terciarios sólo se oxidan en condiciones muy enérgicas, originándose rupturas
de las cadenas.
alcohol primario:
O)
O)
CH 3 − CH 2 OH (
→ CH 3 − CHO (
→ CH 3 − COOH
etanol
alcohol secundario:
etanal
ácido acético
(O)
CH3 − CHOH − CH3 
→ CH3 − CO − CH3
2-propanol
propanona
3. Esterificación
Los alcoholes reaccionan con los ácidos carboxílicos dando esteres
’
R-COOH + R -OH
’
R-COOR + H2O
4. Sustitución
En presencia de halogenuros de hidrogeno sustituyen el grupo hidroxilo por un halógeno
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CH3CH2 CH2 OH + HCl
Propanol
CH3CH2CH2 Cl + H2O
Cloropropano
5. Los éteres pueden obtenerse a partir de los alcoholes a través de la reacción:
R-OH + NaOH
+
+ R’X
RO-R’ + Na X
éter
CH3CH2OH + Na OH + ICH2CH3
Etanol
iodoetano
-
+ -
CH3CH2OCH2CH3 + Na I
éter etílico
ALDHEIDOS Y CETONAS
Su estructura es análoga a la de los alquenos, está formada por un enlace doble (σ y π).
Pero la diferencia está en que, debido a la gran electronegatividad del oxígeno, está polarizado
permanentemente:
δ+
δ−
C=O
1. Reacciones de oxidación
Los aldehídos pueden oxidarse a ácidos con K2Cr2O7 en medio ácido, como hemos visto en la
sección de alcoholes:
(ox)
R-CHO
R-COOH
Las cetonas al oxidarse se rompen dando lugar a una mezcla de ácidos carboxílicos.
2. Reacciones de reducción
Tanto aldehídos como cetonas pueden reducirse selectivamente con LiAlH4.
O
R-C-H
aldehído
O
R-C-R’
cetona
LiAlH4
R-CH2OH
alcohol primario
LiAlH4
R-CHOH-R’
alcohol secundario
ACIDOS CARBOXÍLICOS
Los ácidos se pueden obtener por oxidación de los alcoholes primarios, como se ha visto
anteriormente.
1. Reacciones de esterificación
Cuando un ácido reacciona con un alcohol se produce un éster y H2O. Este proceso es
lento y reversible. Se lleva a cabo con mayor facilidad en el caso de alcoholes primarios.
Esterificación
ácido + alcohol
éster + agua
saponificación o hidrólisis
2. Reacciones ácido-base
Reaccionan con bases
CH3-CH2-COOH + NaOH
CH3-CH2-COONa +H2O
3. Formación de amidas
CH3-CH2-COOH + CH3 –NH2
CH3-CH2-CONH-CH3 + H2O
AMINAS
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Las aminas son bases débiles
CH3NH2 + H2O ↔ CH3NH3 + OH
ión metilamonio
+
-
NH3
CH3NH2
(CH3)2NH
(CH3)3N
C6H5 - NH2
CH3 - CONH2
pKb
4,75
3,36
3,29
4,28
9,38
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POLÍMEROS
Los Polímeros son macromoléculas, constituida por una unidad que se repite muchas veces,
monómero.
Los polímeros se pueden clasificar atendiendo a su:
1. procedencia
2. composición
3. propiedades físicas
1. PROCEDENCIA
2. COMPOSICIÓN
3. PROPIEDADES
FÍSICAS
naturales (caucho, látex)
sintéticos (polietileno, PVC)
homopolímero: único tipo de monómeros: [...−A-A-A-A-A−...]
copolímero: más de una clase de monómero: [...−A-B-A-B-A-B−...]
(alternante, al azar, por bloques,...)
plásticos: (a) termoplásticos (se pueden moldear en caliente en repetidas
ocasiones),
Ej. : polietileno
(b) termoestables (una vez moldeados y endurecidos, no
pueden moldearse de nuevo),
Ej. : resinas, como baquelita, araldit,...
fibras: se pueden tejer en hilos,
Ej.: tergal, nylon
elastómeros: comparten la elasticidad del caucho,
Ej.: neopreno
Reacciones de polimerización
1. Polimerización por adición.
Se forman por unión sucesiva de varias unidades de monómero y son el resultado de la
reorganización de sus enlaces.
n CH2=CH2 → [−CH2−CH2−]n
polietileno
2. Polimerización por condensación.
Se forman a través de una reacción en la que dos moléculas se combinan mediante la pérdida
de otra molécula más pequeña, como la de agua.
H 2O
HO−(CH2)x−OH + HOOC−(CH2)y−COOH −
→ HO−(CH2)x−OOC−(CH2)y−COOH ...
....→ [−O−(CH2)x−OOC−(CH2)y−CO−]n
poliéster
Algunos polímeros
monómero
eteno
polímero
polietileno
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CH2=CH2
[-CH2-CH2]n
propeno
polipropileno
CH2=CH-CH3
[-CH2-CH-]n
CH3
vinilbenceno (estireno)
poliestireno
-CH=CH2
[-CH-CH2]n
cloroeteno (cloruro de vinilo)
PVC
CH2=CHCl
[-CH2-CH-]n
Cl
tetrafluoroeteno
teflón
CF2-CF2
[-CF2-CF2]n
propenonitrilo (acronitrilo)
poliacronitrilo
CH2=CH-CN
[-CH2-CH-]n
CN
metacrilato de metilo
CH2=C-COOCH3
CH3
polimetacrilato de metilo
COOCH3
[-CH2-C-]n
CH3
El caucho natural está constituido por cadenas de poli-cis-isopreno (cis-2-metil-1,3-butadieno):
H 
 CH 3


n CH2=C(CH3)−CH=CH2 → 
C =C

− CH 2
CH 2 − 
Otro polímero natural es la gutapercha, constituida por cadenas de poli-trans-isopreno:
H 
− CH 2


C
=
C


 CH 3
CH 2 − 
El caucho sintético, buna-S (SBR), se obtiene por copolimerización del butadieno y del
estireno:
El neopreno se obtiene por polimerización del 2-cloro-1,3-butadieno (cloropreno):
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− CH 2
n CH2=CCl−CH=CH2 → 
 Cl


C =C

CH 2 − 
H
Poliésteres
H 2O
HO−CH2−CH2−OH + HOOC−
−COOH −
→
1,2-etanodiol
ácido tereftálico (ácido 1,4-bencenodicarboxílico)
....HO−CH2−CH2−OOC−
−COOH ...→
....→ [−O−CH2−CH2−OOC−
poliéster: tergal
−CO−]
Poliamidas
+
HOOC−(CH2)4−COOH
ácido hexanodioico (adípico)
H 2O
H2N−(CH2)6−NH2
−
→
1,6-hexanodiamina
HOOC−(CH2)4−CO−NH−(CH2)6−NH2 ...
....→ [−OC−(CH2)4−CO−NH−(CH2)6−NH−]
poliamida: nylon 6,6
El primer número significa de átomos de carbono de la diamina y el segundo el número
de átomos del ácido dicarboxílico.
Una fibra de poliamida de características excepcionales es el kevlar: resistencia del
acero y gran estabilidad frente a temperaturas elevadas (guantes, chalecos antibala, material
deportivo de alta resistencia):
HOOC−
−COOH
+
ácido 1,4-becenodicarboxílico (tereftálico)
...→ [−OC−
−CO−NH−
poliamida: kevlar
H 2O
−NH2
−
→
H2N−
1,6-diaminobenceno
−NH−]
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