Química Orgánica
Clase 3
Docente :Isabel Morales Belpaire Semestre :II/2012
Generalidades sobre las reacciones orgánicas
INTRODUCCION
En este capitulo veremos aspectos generales sobre los diferentes tipos de reacciones orgánicas y sobre como transcurren estas reacciones.
Si bien el conjunto de reacciones organicas nos puede parecer muy complejo, es posible sistematizar estas reacciones y separarlas en cuatro grupos : reacciones de adición, reacciones de sustitución, reacciones de eliminación y reacciones de rearreglo.
REACCIONES DE ADICION
En reacciones de adición, dos reactivos se unen y dan lugar a un producto. Generalizando tenemos:
A+B->C
EJEMPLO
REACCIONES DE ELIMINACION
En reacciones de eliminación, un reactivo se descompone en dos productos. Generalizando tenemos:
A->C + B
EJEMPLO
REACCIONES DE SUSTITUCION
En reacciones de sustitución, dos reactivos intercambian partes y dan origen a dos productos nuevos.
EJEMPLO
REACCIONES DE REARREGLO
En reacciones de rearreglo o transposición, un solo reactivo sufre reorganización de enlaces y atomos para dar luga a un isómero.
Se llama mecanismo de reacción a la suma de etapas elementales que llevan a los productos finales
A + B C + D
A E
E + B F D +
C
Etapas elementales
Reacción global
La etapa elemental mas lenta determina la velocidad de reacción. El mecanismo de reacción determina los ordenes de reacción
D
F+
MECANISMOS DE REACCION
MECANISMOS DE REACCION
Un mecanismo de reaccion muestra una descripcion general de cómo se lleva a cabo una reaccion. Describe con detalle qué es lo que sucede exactamente en cada etapa de la reaccion, cuales enlaces se forman y cuales se rompen y en qué orden asi como las velocidades relativas de las etapas.
Un mecanismo completo considera todos los reactivos intervinientes, los productos obtenidos y las cantidades de cada uno.
En cuanto a ruptura de enlaces, se tienen dos modos:
RUPTURA Y FORMACION DE ENLACES
En cuanto a ruptura de enlaces, se tienen dos modos:De igual forma, para formación de enlaces, se tienen dos modos:
Asimétrica Simétrica
Asimétrica Simétrica
RUPTURA Y FORMACION DE ENLACES
Cuando hay rompimiento y formación de enlaces de forma simétrica, se tienen reacciones por radicales.
Un radical (o radical libre) es una especie quimica neutra con numero impar de electrones. Tiene un electrón no apareado en uno de sus orbitales. Es muy reactivo.
Cuando hay ruptura y formación asimétrica de enlaces, se tienen reacciones polares. Las especies intervinientes tienen cantidad par de electrones. Las reacciones polares son las mas comunes en Química Orgánica
REACCION POR RADICALES
La reacción de un radical con una molécula causa ruptura de enlaces y formación de nuevos enlaces
REACCION POR RADICALES : EJEMPLO
1. INICIACION
REACCION POR RADICALES : EJEMPLO
2. TERMINACION
REACCIONES POLARES
En las reacciones polares interviene la polaridad de los enlaces. Esta puede verse afectada por las condiciones del medio.
La medida de la respuesta a la influencia externa se conoce como polarizabilidad del átomo
REACCIONES POLARES
En todas las reacciones organicas polares, los sitios de una molécula donde abundan los electrones reaccionan con los sitios deficientes en electrones.
REACCIONES POLARES
Existe correlación entre electroafinidad o nucleoafinidad y la acidez o basiciidad de Lewis.
Las bases de Lewis se comportan como nucleofilos Los acidos de Lewis se comportan como electrofilos
EJEMPLO DE UNA REACCION POLAR
ADICION DE BROMURO DE HIDROGENO A ETILENO
EJEMPLO DE UNA REACCION POLAR
EJEMPLO DE UNA REACCION POLAR
ADICION DE BROMURO DE HIDROGENO A ETILENO
ESCRITURA DE MECANISMOS DE REACCION
1) Los electrones se mueven desde una fuente nucleofilica (Nu:) hacia un lugar electrofilico (E). La especie Nu: debe tener un par de electrones disponibles, como ser un par no compartido o un enlace múltiple.
ESCRITURA DE MECANISMOS DE REACCION
2) El nucleofilo puede tener carga negativa o ser nuetro. Cuando el nucleofilo tiene carga negativa, el atomo que cede un par de electrones se vuelve neutro
Si el nucleofilo es neutro, el atomo que cede un par de lectrones adquiere una carga positiva.
ESCRITURA DE MECANISMOS DE REACCION
3. El electrófilo puede tener carga positiva o ser neutro. Si es positivo, el átomo que tenía carga positiva aparece como neutro luego de aceptar el par electrónico.
Si el electrófilo neutro, el atomo que acepta un par de electrones adquiere carga negativa. Esa carga negativa es luego transferida hacia el atomo mas electronegativo
ESCRITURA DE MECANISMOS DE REACCION
4) Se debe respetar la regla del octeto.
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
Consideramos la reacción química siguiente
aA + bB cC + dD
Al darse esta reacción, se tienen cambios de entalpía (ΔH) y de entropía (ΔS).
El cambio de entalpia (ΔH) esta relacionada con la energia disociacion de enlace : energia necesaria para la ruptura homolitica del enlace de una molécula en fase gaseosa
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
Las energías de disociación permiten realizar un calculo aproximado del cambio de entalpia (ΔH) de una reacción como puede verse en el ejemplo.
Este calculo es aproximado dado que considera reacciones en fase gaseosa y no toma en cuenta el efecto de la solvatacion.
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
El cambio de entropía (ΔS) es una medida de cambio en el nivel d e desorden molecular o aleatoriedad que acompaña una reaccion.
En una reacción de disociación hay mayor libertad de movimiento (desorden) en los productos que en el reactivo: hay aumento de entropía.
En una reacción de adición se tiene mas bien una disminución de la entropía
Estas dos variables entalpia y entropia se pueden combinar en una sola llamada energía libre:
ΔG= ΔH-TΔS
La energía libre consiste en la energía disponible para realizar trabajo
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
Cuando una reacción tiene lugar a presión y temperaturas constantes, el valor de ΔG es un criterio de espontaneidad:
Si ΔG<0 la reacción es espontánea, si ΔG>0 la reacción es no espontánea, si ΔG=0, la reacción está en equilibrio
El cambio en energía libre está relacionado con las concentraciones de los reactivos y productos
aA + bB cC + dD
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
Volviendo a la reacción
Cuando la reacción llega al equilibrio:
ΔG=0 =0
=
e
-ΔG°
RT
K =
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
ΔG= ΔG°+RTln [C] c[D] d [A] a[B]b
[C] c[D] d
NOCIONES DE TERMOQUIMICA Y EQUILIBRIO
aA + bB cC + dD
El valor de la constante de equilibrio indica si se tendrá mayor cantidad de C y D o de A y B cuando la reacción llegue al equilibrio.
Ejemplo.
Cuando esta reacción llega al equilibrio, mas del 99,99999% del etileno en bromoetano.
Si la constante de equilibrio de una reacción es mayor a 1000, los reactivos que quedaran una vez alcanzado el equilibrio apenas serán detectables
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
Para conocer la velocidad con que tiene lugar una reacción es necesario hacer estudios de cinética química
A + B C + D
Vm=-
Δ[A] Δ[B] Δ[C] Δ[D]
Δt = - Δt = Δt = Δt
Se define como velocidad media de reacción:
Para un tiempo determinado, la velocidad instantánea está definida por
V=- d[A] d[B] d[C] d[D]
dt = - dt = dt = dt
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
Para obtener velocidades instantáneas de reacción se grafica, con datos experimentales, la concentración de un reactivo o de un producto en función al tiempo. Luego, para conocer la velocidad instantánea en un momento determinado, se calcula la pendiente de la recta tangente a la curva en ese punto.
A B [r ea cti vo ] t t1 [p ro d u cto ]
t1 t
C
D
Velocidad a tiempo t1
v=- yB-yA xB-xA
Velocidad a tiempo t1 v= yxD-yC
D-xC
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
La velocidad de reacción esta relacionada con las concentraciones de los reactivos :
v=k[A]
x[B]
yA + B C + D
x= orden de reacción según A y=orden de reacción según B x+y orden de reacción global
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
Para que una reacción tenga lugar , las moléculas de los reactivos tienen que chocar con la orientación adecuada y la energía suficiente para permitir una reorganización de los átomos
Los diagramas de energía de reacción muestran en forma grafica los cambios de energía libre a medida que progresa una reacción . En abscisas se tiene la “coordenada de reacción”, en ordenadas la energía libre del sistema
Para que los reactivos puedan ser convertidos en productos, deben superar una barrera energética denominada energía de activación (ΔG‡)
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
El estado de transición representa la estructura de energia máxima que interviene cada etapa de la reaccion.
Es inestable y no se puede aislar.
Se puede imaginar que el estado de transicion es un complejo donde el enlace π carbono-carbono esta semirroto y el nuevo enlace carbono- hidrogeno esta parcialmente formado
Estructura hipotética del estado de transicion
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
En general, las energías de activación de las reacciones organicas se encuentran entre 40 a 150 kL/mol.
Las reacciones con energia de activación menor a 80 kJ/mol se dan a temperatura ambiente o menor.
Las reacciones con energía de activación mayor requieren temperaturas mas altas.
Diagrama de energía completo para la reacción entre etileno y HBr
NOCIONES DE CINETICA QUIMICA
Efecto d e los catalizadores
Un catalizador permite que la reacción transcurra por un camino distinto con menores energías de activación.
EJEMPLOS
EJEMPLOS
Trazar las flechas que muestran el movimiento de los pares electrones
