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TIPOS DE REACCIONES ORGÁNICAS MÁS IMPORTANTES Reacciones de sustitución
En este tipo de reacciones, un átomo o grupo de átomos enlazados a un carbono, se sustituye por otro. Es la reacción más característica de los alcanos
Ejemplos:
CH4 + Br2 CH3Br + HBr Se sustituye un H del metano por un átomo de Br CH3─CH2OH + HCl CH3─CH2Cl + H2O Se sustituye el grupo OH por un átomo de Cl CH3-CH2Cl + OH- CH3─CH2OH + Cl- Se sustituye el Cl por un OH
Reacciones de transposición
En estas reacciones se produce la traslocación de un átomo o grupo de de ellos en una molécula
Ejemplos:
CH3─CH─CH3 CH3─CH2─CH2─CH3 │
CH3
CH2═CH─CH3 CH3─CO─CH3 Tautomería ceto-enólica │
OH
Reacciones de adición
Son aquellas reacciones donde un reactivo se agrega a una molécula, sin pérdida de átomos. Esta es la reacción más característica de los alquenos y alquinos, originando enlaces más sencillos.
Ejemplos:
CH2═CH2 + H2 CH3─CH3 Adición de hidrógeno al eteno
CH2═CH2 + Br2 CH2Br─CH2Br Adición del bromo al eteno
CH2═CH─CH3 + HBr CH3─CHBr─CH3 Adición de HBr al propeno
CH2═CH─CH3 + H2O CH3─CHOH─CH3 (en presencia de H+ ) Adición de agua al propeno
Nota: en las dos últimas cadenas carbonatadas no simétricas, el H del HBr o del H2O se adicional al átomo de C más hidrogenado
Los alquinos transforman, al hidrogenarse o halogenarse, su triple enlace en doble y si continúa el proceso, llega a romperse el doble enlace
CH≡CH + H2 CH2═CH2
CH3─C≡CH + Br2 CH3─CBr═CHBr CH3─C≡CH + HCl CH3─CCl═CH2
Un tipo de reacción de adición importante, es la que tiene lugar al adicionarse un alqueno a otro hasta obtener polímeros
Reacciones de eliminación
En estas reacciones ocurre la pérdida intramolecular de una molécula pequeña, originando insaturaciones
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CH3─CH2OH CH2═CH2 + H2O CH3─CH2Cl CH2═CH2 + HCl
Un caso particular es la deshidratación de alcoholes: si esta deshidratación se realiza a temperatura moderada conduce a éteres,; si por el contrario se realiza a temperaturas altas se forman alquenos
Reacciones de condensación (adición-eliminación)
Las reacciones de condensación consisten en la unión de dos moléculas mediante la pérdida de átomos de una y de otra molécula que originan una molécula una molécula sencilla, generalmente de agua
Ejemplos:
HCOOH + CH3─CH2OH HCOO─CH2─CH3 + H2O Reacción de esterificación CH3─COOH + CH3─NH2 CH3─CO─NH─CH3 + H2O Reacción de formación de amidas
Reacciones de oxidación
Los alcanos y en general todos los hidrocarburos, se queman con oxígeno dando como productos de reacción CO2 y H2O . Estas reacciones, llamadas reacciones de combustión, son muy exotérmicas, de ahí que los hidrocarburos se utilicen como fuente de energía
Ejemplos:
C3H8 (propano) + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O C2H6O (etanol) + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O
Además, también se puede hablar también de la oxidación de hidrocarburos insaturados con permanganato de potasio en medio ácido, se rompe la cadena y se forman cetonas y/o aldehídos
Ejemplo:
CH3─C═CH─CH2 ─CH3 CH3─CO─CH3 + CHO─CH2─CH3 │
CH3
3 1.-Reacciones químicas de hidrocarburos
Todos los hidrocarburos dan la reacción de combustión:
Hidrocarburo + O2 CO2 + H2O + Energía + luz y posteriormente se ajusta Ejemplo
C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5 H2O C2H6O (etanol) + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O
Alcanos
a)Dan reacciones de sustitución alifática
Debido a su escasa reactividad química dan reacciones de sustitución de átomos de H por vía radicalaria (es decir, a través de radicales)
1)Halogenación
Se sustituyen átomos de H por átomos de halógeno procedentes de moléculas de halógeno (X2) hυ ó luz
Ejemplo: CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl hυ ó luz
Ejemplo: CH3-CH3 + Cl2 CH3-CH2Cl + HCl hυ ó luz
Ejemplo: CH3-CH2-CH3 + Br2 CH3-CH2-CH2Br + HBr
2)Nitración
Se sustituyen átomos de H por grupos nitro, -NO2
Ejemplo: CH3-CH3 + HNO3 CH3-CH3-NO2 + H2O 3)Sulfonación
Se sustituyen –H por grupos –SO3H
Ejemplo: CH3-CH3 + H2SO4 CH3-CH3-SO3H + H2O b)Reacción de combustión (oxidación total)
La dan todos los alcanos: CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 n CO2 + (n+1) H2O
Ejemplo: CH3-CH3 + O2 CO2 + H2O (Hay que ajustar posteriormente la reacción)
Hidrocarburo insaturados
También dan todos ellos la reacción de combustión: CxHy + O2 CO2 + H2O (Hay que ajustar después)
Hidrocarburo insaturados: Alquenos a)Reacciones de adición electrófila
La adición de un reactivo a un doble enlace rompe en enlace doble u forma enlaces sencillos
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\ / │ │ C═C + A─B A─C─C─B / \ │ │ 1)Hidrogenación
Es adición de un átomo de H a cada átomo de carbono del doble enlace obteniéndose alcanos. Es catalizado por metales como Ni, Pd ó Pt
Ni ó catalizador
Ejemplo: CH3-CH=CH-CH3 + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 2)Halogenación
Se produce la adición de un átomo de halógeno a cada átomo de carbono del doble enlace Ejemplo: CH3-CH=CH2 + I2 CH3-CHl-CH2l
En general: R-CH=CH-R´ + X2 R-CHX-CHX-R´
3)Adición de halogenuros de hidrógeno, HX (H+ X- )
Se sigue en este caso la regla de Markonikov: el hidrógeno del reactivo se une al átomo de carbono del doble enlace que posee más hidrógeno
Br |
Ejemplo: CH3-CH=CH2 + HBr CH3-CH-CH3 4)Adición de agua, H2O ( H+ OH- )
Se forman alcoholes. Es catalizada por ácidos. Se sigue en este caso la regla de Markonikov: el hidrógeno del reactivo se une al átomo de carbono del doble enlace que posee más hidrógeno
OH H2SO4 |
Ejemplo: CH3-CH=CH2 + H2O CH3-CH-CH3 b)Reacciones de polimerización
Los alquenos y sus derivados pueden formar polímero de gran masa molecular mediante reacciones en cadena de tipo radicalario o iónico
Ejemplo: n (CH2=CH2 ) (- CH2-CH2- CH2-CH2-)n
Polietileno En general:
R-CH=CH-R´ [ -CH-CH- ] n | |
R R´
Monómero polímero c)Reacciones de oxidación
Los alquenos arden en el aire dando CO2 y H2O
Pero a diferencia de los alcanos, los alquenos se pueden oxidar con una disolución diluida de KMnO4. En condiciones suaves (en frío y con el oxidante diluido), se forman dioles. En condiciones enérgicas (en caliente y con el oxidante concentrado), la cadena del alqueno se rompe por el doble enlace produciendo dos moléculas de ácidos carboxílicos ( y cetonas en caso de ramificación)
KMnO4 diluido
Ejemplo: CH3-CH2-CH=CH-CH3 CH3-CH2-CHOH-CHOH-CH3
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KMnO4 concentrado y en caliente
Ejemplo: CH3-CH2-CH=CH-CH3 CH3-CH2-COOH HOOC-CH3
oxidante
Ejemplo produciendo cetonas: R-C=CH3 R-C=O + CO2 | |
R´ R´
Hidrocarburo insaturados: Alquinos a)Reacciones de adición electrófila
Similar a los alquenos, pero en cada triple enlace se pueden adicionar dos moléculas de reactivo. En la primera adición se forma el derivado de un alqueno, y en la segunda, el de un alcano
1)Hidrogenación
Es adición de hidrógeno. Se cataliza con metales como Ni, Pt ó Pd
H2 H2
Ejemplo: CH3-C≡ C-CH3 CH3-CH= CH-CH3 CH3-CH2 -CH2-CH3 Pd/Pt Pd/Pt
O escrito de otra manera:
Pd/Pt
CH3-C≡ C-CH3 + 2 H2 CH3-CH2 -CH2-CH3 2)Halogenación
Es similar a los alquenos:
+ Br2 + Br2
Ejemplo: CH3-C≡ C-CH3 CH3-CBr= CBr-CH3 CH3-CBr2 -CBr2-CH3 3)Adición de halogenuros de hidrógeno, HX (H+ X- )
Se sigue en este caso la regla de Markonikov: el hidrógeno del reactivo se une al átomo de carbono del doble enlace que posee más hidrógeno
Cl
+ HCl | + HCl
Ejemplo: CH3-C≡CH CH3-C=CH2 CH3-CCl2-CH3 4)Adición de agua, H2O (H+ OH- )
Esta reacción es catalizada por ácidos y Hg2+ Sigue la regla de Markonikov: el hidrógeno del reactivo se une al átomo de carbono del doble enlace que posee más hidrógeno Se forman enoles (alcohol con doble enlace) y evoluciona por una reacción de transposición hacia compuestos carbonílicos
OH O + H2O | Transposición ║
Ejemplo: CH3-C≡CH CH3-C =CH2 CH3- C -CH3 (Enol) b)Reacciones de polimerización
Al igual que los alquenos, los alquinos son fácilmente polimerizables. Por ejemplo, a partir del etino o acetileno se obtiene, en presencia de Cu+ y NH4+ :
+ CH≡CH + CH≡CH + CH≡CH Ejemplo: CH≡CH CH2=CH-C≡C-CH=CH2 ...
6 Reacciones químicas de los compuestos aromáticos
En particular vamos a estudiar las reacciones del benceno
El benceno da reacciones de sustitución electrofílica (SAE ) . Las principales reacciones de SAE del benceno son:
1)Halogenación
Se emplean catalizadores. Se sustituye un hidrógeno del benceno por un halógeno
2)Nitración
Se sustituye un hidrógeno del benceno por un grupo nitro. Está catalizado por H2SO4
3)Sulfonación
Se produce calentando el benceno con H2SO4 fumante (o con SO3)
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Orientación de los segundos sustituyentes
Cuando se hace una SAE sobre un anillo de benceno que ya tiene un sustituyente se pueden formar los bencenos disustituidos: orto (o-), meta (m-) y para (p-)
-Orientan a los segundos sustituyentes hacia la posición orto ó para: -R; -NH2; -NR2; ….. ACTIVANTES
-Orientan a los segundos sustituyentes hacia la posición meta: -NO2, -SO3H, -COOH; … DESACTIVANTES
Además de la sustitución aromática electrofílica, el benceno también da la reacción de combustión originando dióxido de carbono y agua
8 Reacciones químicas de los derivados halogenados
Dan reacciones de combustión donde se desprende: dióxido de carbono, agua y ¿X2? (X: halógeno) a)Reacciones de sustitución nucleófila
En ellas, el átomo de halógeno es sustituido por otro átomo o grupo de átomos de carácter nucleófilo (Nucleófilo: especie química que aporta o dona electrones)
De forma general, la sustitución nucleófila en derivados halogenados es así:
El mecanismo de esta sustitución nucleófila se produce así:
1)Sustitución por grupos hidróxilo
Se producen alcoholes por hidrólisis en medio básico Ejemplo: CH3Cl + Na+ OH- CH3OH + NaCl
Ejemplo: CH3 – CH2Br + KOH CH3-CH2-OH + KBr 2)Sustitución por grupos amino o amoniaco
El ataque del NH3 da aminas primarias. El ataque por aminas da otras aminas secundarias o terciarias
Ejemplo: CH3Cl + NH3 CH3NH2 + HCl
Ejemplo: CH3 – CH2Cl + CH3NH2 CH3-CH2-NH-CH3 + HCl 3)Sustitución por grupos cianuro
Se producen nitrilos
Ejemplo: CH3-CH2Br + CN- CH3-CH2-CN + Br-
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b)Reacciones de eliminación
Se forman alquenos. Se realiza con KOH disuelto en alcohol (o en presencia de base fuerte y calor, Δ)
en etanol
Ejemplo: CH3-CH2Cl + KOH CH2=CH2 + KCl + H2O
En la reacción de eliminación se sigue la regla de SAYTZEV: si se pueden formar varios compuestos posibles, se formará el alqueno más sustituido, es decir, se forma antes un doble enlace en un carbono terciario que en un secundario, y a su vez más en un carbono secundario que en un carbono primario Como ejemplo de aplicación de regla de Saytzev:
KOH en etanol
CH3—CH2— CHBr— CH3 CH3—CH═CH—CH3 + CH3—CH2—CH═CH2 + KBr + H2O (producto Saytzev: mayoritario)
KOH , Δ
CH3─CHCl─CH2─CH3 CH3─CH═CH─CH3 + CH2═CH─CH2─CH3
(producto Saytzev: mayoritario)
10 Reacciones químicas de alcoholes y fenoles
Dan la reacción de combustión produciendo dióxido de carbono y agua. Además dan las siguientes reacciones:
a)Formación de ésteres Se verán con los ácidos b)Reacciones de sustitución
Se usa para obtener derivados halogenados a partir de alcoholes CH3─CH2OH + HCl CH3─CH2Cl + H2O
c)Reacción de eliminación o de deshidratación de alcoholes
Al calentar alcoholes con un agente deshidratante , como el H2SO4 y calor (180º) experimenta una deshidratación intramolecular, eliminando agua y produciendo alquenos.
H2SO4 y calor(180º)
Ejemplo: CH3-CH2OH CH2=CH2 + H2O
CH3 CH3 | H2SO4 y calor(180º) ||
Ejemplo: CH3-C―OH CH3-C | |
CH3 CH3
En la reacción de eliminación de agua, en los alcoholes secundarios y terciarios se aplica la regla de SAYTZEFF: se elimina más fácilmente el H unido al átomo de carbono adyacente que esté unido al menor número de átomos de hidrógeno
H2SO4 y calor(180º)
Ejemplo: CH3—CHOH— CH2— CH3 CH3—CH═CH— CH3 + H2O (producto Saytzev: mayoritario)
(También se obtiene CH2═CH─CH2— CH3 pero es minoritario)
d)Reacción de eliminación o de deshidratación de alcoholes para formar éteres
También con H2SO4 pero a temperatura más baja que 180ºC que era la necesaria para deshidratarlo a alqueno, se forman éteres por deshidratación se elimina agua intermolecular (sobre todo en alcoholes primarios)
CH3-CH2―OH H2SO4 y calor(140º) CH3-CH2 \ + H2O
CH3-CH2―OH O /
CH3-CH2 e)Reacciones de oxidación
Un compuesto orgánico se oxida cuando aumenta su proporción de átomos de O o cuando disminuye la de átomos de H; en caso contrario se reduce
En el caso de los alcoholes, estas reacciones pueden usarse para distinguir los alcoholes primarios de los secundarios y los terciarios.
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-Cuando un alcohol primario se oxida (se usa como oxidantes: K2Cr2O7, KMnO4, etc) produce un aldehido que a su vez , puede oxidarse a ácido.
Oxidante Oxidante
R-CH2―OH R-CHO R-COOH Aldehido Ácido
Ejemplo:
K2Cr2O7 K2Cr2O7
CH3-CH2―OH CH3-CHO CH3-COOH KMnO4 KMnO4
En el caso del metanol, CH3OH, se oxida hasta CO2
-Cuando un alcohol secundario se oxida, da lugar a las cetonas
oxidante
R-CHOH-R´ R-CO-R´
Cetona
K2Cr2O7
Ejemplo: CH3-CH2-CHOH-CH2-CH3 CH3-CH2-CO-CH2-CH3
Si siguieramos oxidando hasta ácido , se rompería la cadena formando una mezcla de ácidos carboxílicos;
CH3-CH2-COOH y CH3-COOH
-Cuando el alcohol es terciario, no hay reacción (no se oxidan) , solo se oxida en condiciones muy enérgicas, originando ruptura de las cadenas
CH3 CH3 CH3 | HNO3 | HNO3 |
Ejemplo: CH3-C-OH C=CH2 C=O + CO2 + H2O | | |
CH3 CH3 CH3
Reacciones químicas de aldehídos y cetonas
Dan reacciones redox 1)Reducción a alcoholes
Los aldehídos pueden reducirse a alcoholes primarios , y las cetonas a alcoholes secundarios. La reducción puede producirse mediante reductores como los hidruros, LiAlH4 o NaBH4
LiAlH4
Ejemplo CH3-CH2-CHO CH3-CH2- CH2OH Alcohol primario
LiAlH4
Ejemplo CH3-CO-CH3 CH3-CHOH-CH3 Alcohol secundario 2)Reacción de oxidación a ácidos carboxílicos
Los aldehídos son fácilmente oxidables (carácter reductor) lo que permite diferenciarlos de las cetonas, que son mucho más resistentes a la oxidación. Los oxidantes débiles como el Ag+ (AgNO3 amoniacal o reactivo de Tollens) o el Cu2+ (Cu(OH)2 en disolución alcalina de tartrato de sodio y potasio o reactivo de Fehling) oxidan a los aldehídos pero no a las cetonas
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Los aldehídos, con estos oxidantes suaves , originan ácidos carboxílicos: R-CHO R-COOH Las cetonas, con estos oxidantes suaves, no reaccionan
Es, por tanto, un método para diferenciar aldehídos y cetonas
Reacciones químicas de ácidos carboxílicos
Dan la reacción de combustión. Además dan las siguientes reacciones:
a)Formación de ésteres o esterificación Consiste en la reacción siguiente:
O O // //
R-C R´- O – H R – C + H2O \ \
O-H O – R´
Ácido + Alcohol Éster + agua
A la reacción directa () se le llama esterificación A la reacción inversa () se le llama saponificación
En esta reacción se produce la sustitución del grupo hidroxi por el grupo alcoxi. En catálisis ácida se produce la salida del grupo hidróxi como molécula de agua (formada por el OH del ácido y H del alcohol)
Ejemplo:
O O // //
CH3-C CH3- O – H CH3 – C + H2O \ \
O-H O – CH3 Ácido etanoico + Etanol Acetato de etilo + agua
La reacción de esterificación es un ejemplo de una reacción de condensación. En ellas, se unen dos moléculas y se desprende una molécula sencilla o pequeña. En nuestro caso, se une el alcohol y el ácido orgánico y forma el éster y se desprende una molécula pequeña de agua
b)Reacciones ácido-base
Los ácidos orgánicos, como todos los ácidos, reaccionan con las bases dando sal más agua CH3COOH + NaOH Na+ -OOC-CH3 + H2O
Reacciones químicas de ésteres
La reacción de esterificación ( ácido carboxílico + alcohol éster + agua) es reversible. Para ello hay que realizar la hidrólisis del éster (éster + agua ácido carboxílico + alcohol). Esta reacción tiene lugar en presencia de una base o de un ácido, y si se trata de un proceso biológico, con la presencia de una enzima adecuada. La hidrólisis alcalina de un éster se llama saponificación, siendo más rápida que la hidrólisis ácida.
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Ejemplo: CH3-COO-CH2-CH3 + NaOH CH3-COONa + CH3CH2OH Esta reacción es usada en la fabricación de jabones:
Acido graso + NaOH Sal de ácido graso (jabón) + agua
Reacciones química de compuestos nitrogenados
a)Reacción de combustión
Como todos los compuestos orgánicos, los compuestos nitrogenados sufren la reacción de combustión. La presencia de átomos de N hace que, además de CO2 y H2O, se obtengan óxidos de nitrógeno
b)Reacción de condensación e hidrólisis
Las aminas primarias y secundarias y el amoniaco reaccionan con los ácidos carboxílicos para dar amidas. Es una reacción de condensación en la que se libera agua. Su inversa, la reacción de hidrólisis, permite obtener la amina y el ácido correspondiente.
O O // //
R-C + R´- NH – R´´ ⇆ R – C + H2O \ \
O-H N – R´
\ R´´
hidrólisis
Ácido + Amina ⇆ Amida + agua condensación
Ejemplo
CH3─COOH + CH3─NH2 CH3─CONH─CH3 + H2O
Esta reacción es un ejemplo de una reacción de condensación. En ellas, se unen dos moléculas y se desprende una molécula sencilla o pequeña. En nuestro caso, se une el ácido y la amina y forma la amida y se desprende una molécula pequeña de agua
RESUMEN DE REACCIONES REDOX
