View
121
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
QUÍMICA ORGÀNICA
IES “25 D'ABRIL”ALFAFAR
PROFESSOR: José Mª Bleda Guerrero
EL FI DEL LA TEORIA DELA FORÇA VITAL
Fins al segle XIX es pensava que totes les substàncies que formen part dels éssers vius, només es produïen en i per aquests organismes vius (teoria de la força vital). Aquesta teoria fou abandonada en 1828 quan Wöhler sintetitzà la urea (substància orgànica que es troba a l’orina) a partir de substàncies inorgàniques. Mitjançant l’anàlisi de les substàncies orgàniques es va constatar que l’element comú és el carboni, per això més apropiadament parlem de química del carboni.
CARÀCTER SINGULAR DEL CARBONI
● La seua estructura electrònica 1s2 2s2 2p2,on pot promocionar un electró 2s a un orbital 2p i desaparellar 4 electrons (covalencia 4). Encaraque aquesta promoció necessita un subministrament d’energia, la formació de dos enllaços més el compensa.
● La seua electronegativitat intermèdia.● La gran capacitat de combinació amb sí mateix, formant
cadenes llargues, ramificades o anells molts estables.● Capacitat de combinació amb altres àtoms (H, O, N, Cl, S, P),
formant enllaços forts. ● La força de l’enllaç C-C● Capacitat de formar enllaços dobles i triples.
ISOMERIAAls compostos diferents que tenen la mateixa fórmula molecular però diferent estructura (distribució dels seus àtoms) se’ls anomena isòmers. Hi ha diferents tipus d’isomeria.1) Isòmers estructurals: difereixen perquè els seus àtoms estant units en diferent ordre.
a) Isomeria de cadena: el mateix grup funcional, però l’estructura de la cadena és diferent.
b) Isomeria de posició: el mateix grup funcional situat en posició diferent.
C4H10 CH3-CH2-CH2CH3
Butà
CH3-CH-CH3
CH3
Metilpropà
C2H8O CH3-CHOH-CH3
2-propanolCH3-CH2-CH2OH1-propanol
c) Isomeria de funció: amb el mateix nombre d’àtoms poden construir-se grups funcionals diferents.
2) Isòmers espacials o estereoisòmers: difereixen en la distribució dels seus àtoms en l’espai.
a) Isomeria geomètrica cis-trans: els substituients es poden situar a una u altra banda del doble enllaç.
C2H6O CH3-CH2-OHetanol
CH3-O-CH3
Dimetiléter
C3H6O CH3-CH2-COHpropanal
CH3-CO-CH3
Propanona
H H C=CCH3 CH3 cis-2-butè
CH3 H
C=CH CH3 trans-2-butè
b) Isomeria òptica: l’isòmer dextro (+) desvia la llum polaritzada cap a la dreta, l’isòmer (-) desvia la llum polaritzada capa a l’esquerra. Es presenta quan en la molècula hi ha un carboni asimètric (unit a 4 grups diferents), poden haver dos isòmers diferents que són imatges especulares l’un de l’altre.
COOH
C OHH CH3
COOH
OH C H CH3
PROPIETATS FÍSIQUES
Sucre (sacarosa)
Butà
acetona
Els compostos de carboni són compostos covalents per això les seues Tebullició i Tfusió són baixes, els que presenten certa polaritat són solubles en aigua (els de cadena curta) i els apolars són solubles en benzè i no condueixen el corrent elèctric.● Densitat: La densitat augmenta amb la massa molecularalcans, clorurs d’alquil < aigua < bromurs, iodurs d’alquil
Gasolina (octà)
● Temperatura de fusió i ebullició. Aquestes temperatures augmenten amb la massa molecular (cadena hidrocarbonada més llarga) por això els compostos de cadena curta (1 a 4 carbonis) solen ser gasos o líquids i els de cadena llarga (més de 10 carbonis) són sòlids. La presència de forces intermoleculars augmenten aquestes temperatures: els aldehids i cetones presenten forces dipol-dipol i els alcohols, àcids i amines presenten enllaços d’hidrogen. En general per a un mateix esquelet carbonat es compleix:
Amides> àcids> alcohols, nitrils> amines> aldehids, cetones>hidrocarburs Si la geometria de les molècules permet un bon empaquetament les temperatures augmenten.
● Solubilitat: Els compostos formats per molècules polars i especialment amb enllaços d’hidrogen són solubles en aigua (els de cadena curta). Aquesta solubilitat augmenta quant més grups funcionals tenen aquestes molècules. En general
Són solubles en dissolvents polars (aigua):
Amides > àcids > alcohols > amines > aldehids, cetones, nitrils.
Són solubles en dissolvents apolars (benzè)
Hidrocarburs > halurs d’alquil > esters > aldehids, cetones
A l’augmentar la longitud de la cadena carbonada disminueix la solubilitat en aigua però augmenta la seua solubilitat en dissolvents apolars.
REACTIVITAT QUÍMICA Degut al caràcter covalent dels compostos orgànics no apareixen reaccions iòniques. Els enllaços són forts per això les energies d’activació són elevades i les reaccions lentes; moltes vegades cal utilitzar catalitzadors i temperatures altes.
REACCIONS DE SUBSTITUCIÓ
Un àtom o grup enllaçat a un àtom de C es substitueix per altre
NUCLEÒFILA:
● Els alcans reaccionen amb els halògens, en presencia de llum, substituint els hidrògens per àtoms d’halogen.
CH4 + Br2 CH3Br + HBr
● Els haloalcans intercanvien l’àtom d’halogen -X per altre grup
(-OH, -CN, -NH2)
CH3CH2Cl + NaOH (en medi aquós) CH3CH2OH + NaCl
CH3CH2Br + NH3 CH3CH2NH2 + HBr
CH3CH2Cl + KCN CH3CH2CN + KCl
● Els alcohols intercanvien el grup -OH per un halogen -X
CH3CH2OH + HI CH3CH2I + H2O
ELECTRÒFILA
C6H6 + Cl2 (AlCl3) C6H5Cl + HCl
C6H6 + HNO3 (H2SO4) C6H5NO2 + H2O
C6H6 + RCl (AlCl3) C6H5R + Hcl
REACCIONS D'ELIMINACIÓ
El compost perd una molècula xicoteta formant un enllaç doble (es forma l’alqué més substitut).
● Els haloalcans per pèrdua d’una molècula HX formen alquens
CH3CH2Cl + NaOH (etanol) CH2=CH2 + H2O + NaCl
● Els alcohols per pèrdua d’una molècula d’ H2O formen alquens
CH3CH(OH)-CH(CH3)2 + H2SO4 CH3-CH=C(CH3)2 + H2O
REACCIONS D'ADDICIÓ
S'addiciona una molècula a un doble (o triple) enllaç. Es trenca el doble enllaç incorporant el par d’àtoms de la molècula que s’addiciona (H2, Cl2, Br2, I2, HF, HCl, HBr, HI, H2O). De vegades cal l’ús de catalitzadors (Pt, medi àcid). Es compleix la regla de Markonikov: l’àtom d’H s’addiciona a l’àtom de carboni més hidrogenat.
CH2=CH2 + H2 (Pt) CH3-CH3
CH2=CH2 + Br2 (CCl4) CH2Br-CH2Br
CH2=CH-CH3 + HBr CH3CHBrCH3
CH2=CH-CH3 + H2O (H+) CH3CHOHCH3
REACCIONS ÀCID – BASE Acidesa creixent
RCOOH/RCOO- - C6H5OH/C6H5O- - H2O/OH- - ROH/RO- - RCCH/RCC- - RNH3+/RNH2
Basicitat creixent Na NaOHNa2CO3 HCl
● Àcids i alcohols reaccionen amb metalls molt reductors com el sodi (Na) alliberant hidrogen
CH3CH2OH + Na CH3CH2ONa + H2● Fenol i àcids es comporten com a àcids febles neutralitzant-se
amb hidròxids:
C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
● Àcids reaccionen amb els carbonats alliberant CO2
CH3COOH + Na2CO3 CH3COONa + CO2 + H2O
● Amines es comporten com a bases febles neutralitzant-se amb àcids, formant sals amòniques:
CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl
REACCIONS DE CONDENSACIÓ
Dues molècules s’uneixen eliminant una molècula d'aigua.
Esterificació: Catalitzada por H+
CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O
Síntesi d’amides: Àcid + amina
CH3COOH + CH3NH2 CH3CONH2 + H2O
REACCIONS D'HIDRÒLISI
Hidròlisi dels èsters: reacció inversa a l’esterificacióCH3CH2COOCH3 + H2O CH3CH2COOH + CH3OH
Saponificació dels èsters: hidròlisi alcalinaCH3CH2COOCH3 + NaOH CH3CH2COONa + CH3OH
Greixos amb sosa formen sabons (sals alcalines dels àcids greixos).
Hidròlisi de les amides: reacció inversa a la de síntesi:CH3CONH2 + H2O (medi bàsic) CH3COOH + NH3
Hidròlisi dels nitrils: en medi àcid (H+)
CH3CN + H2O CH3CONH2 CH3COOH + NH4+
REACCIONS REDOX (+3) (+2) (+1) (-1) (-2) (-3)CH3COOH - CH3COCH3 - CH3CHO - CH3CH2OH - CH2=CH2 - CH3CH3 (+3) (+3) (-1)
CH3CN - CH3CONH2 - CH3CH2NH2 Augmenta el caràcter oxidant
Augmenta el caràcter reductor
Oxidants forts: KmnO4 (violeta) i K2Cr2O7 (taronja)
Oxidants febles: Reactiu Tollens (AgNO3 /NH3) Ag+ i Reactiu Fehling
(Cu(OH)2 /tartrat) Cu2+ (blau).Reductors: H2 (amb catalitzador), LiAlH4, Zn
Combustió: Hidrocarburs i derivats oxigenats reaccionen a T elevada amb l’oxigen per a donar diòxid de carboni i aigua.
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Oxidació d’Alquens
CH3CH=CH2 + KMnO4 (diluït, medi bàsic, T) CH3CHOH-CH2OH + MnO2
(CH3)2C=CH2 + KMnO4 (concentrat, medi àcid, T ) CH3COCH3 + CO2
Oxidació d’Alcohols: Amb KMnO4 i K2Cr2O7 els alcohols 1º s’oxiden a aldehids (si l’oxidació continua es formen àcids), els 2º a cetones i els 3º no reaccionen.
CH3CH2OH + K2Cr2O7 CH3COH + Cr3+ (verd) CH3COOH
CH3CHOHCH3 + KMnO4 CH3COCH3 + Mn2+ (rosa)
Oxidació d’Aldehids i cetones: els aldehids són reductors suaus que s’oxiden fàcilment a àcids, les cetones necessiten d’oxidants més enèrgics i calor.
CH3CH2CHO + Ag+ CH3CH2COOH + Ag (espill de plata)
CH3CH2CHO + Cu2+ CH3CH2COOH + Cu2O (roig)
Reducció d'Aldehids i cetones: a alcohols
CH3CH2COCH3 + H2 (Ni) CH3CH2CHOHCH3
Reducció d’Àcids: a aldehídos o alcohols 1º
CH3COOH + LiAlH4 CH3COH CH3CH2OH
Reducció d’amides i nitrils: a amines
CH3CONH2 + LiAlH4 CH3CH2NH2
CH3CN + H2 (Ni) CH3CH2NH2
REACCIONS SEGONS GRUP FUNCIONAL
ALCANSSubstitució: CH4 + Br2 CH3Br + HBrCombustió: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
ALQUENS/ALQUINSAddició: CH2=CH-CH3 + H2O (H+) CH3CHOHCH3Polimerització: CH2=CH2 (-CH2-CH2-)nOxidació: CH3CH=CH2 + KMnO4 CH3CHOH-CH2OH + MnO2
HALOALCANSSubstitució: CH3CH2Cl + NaOH (aq) CH3CH2OH + NaClEliminació: CH3CH2Cl + NaOH (etanol) CH2=CH2 + H2O + NaCl
ALCOHOLS
Substitució: CH3CH2OH + HI CH3CH2I + H2O
Eliminació: CH2OHCH(CH3)2 + H2SO4 CH2=C(CH3)2 + H2O
Àcid-base:
CH3CH2OH + Na CH3CH2ONa + H2
C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O
Oxidació:
CH3CH2OH + K2Cr2O7 CH3COH + Cr3+ (verd) CH3COOH
CH3CHOHCH3 + KMnO4 CH3COCH3 + Mn2+ (rosa)
Esterificació: CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O
ALDEHÍDS I CETONES
Oxidació:
CH3CH2CHO + Ag+ CH3CH2COOH + Ag (espill de plata)
CH3CH2CHO + Cu2+ CH3CH2COOH + Cu2O (roig)
Reducció:
CH3CH2COCH3 + H2 (Ni) CH3CH2CHOHCH3
ÀCIDS
Àcid-base: CH3COOH + Na2CO3 CH3COONa + CO2 + H2O
Reducció: CH3COOH + LiAlH4 CH3COH CH3CH2OH
Condensació: CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O
ÈSTERS
Hidròlisi: CH3CH2COOCH3 + H2O CH3CH2COOH + CH3OH
AMINES
Àcid-Base: CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl
Síntesis d'amides: CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl
AMIDES
Reducció: CH3CONH2 + LiAlH4 CH3CH2NH2
Hidròlisi: CH3CONH2 + H2O CH3COOH + NH3
POLÍMERSUn polímer és una macromolècula gegant, d’elevada massa molecular, que repeteix en la seua estructura química una o varies unitats elementals (monòmers). Quan es polimeritzen conjuntament dos monómers distints es forma un copolímer.
Al procés de combinació química d’un gran nombre de molècules senzilles d’un determinat tipus (monòmers) per a formar una macromolècula gegant (polímer) se l’anomena polimerització.
Cada monómer ha de tindre, al menys, dos “punts de reacció” (dobles enllaços, polialcohols, etc.).
● POLIMERITZACIÓ D'ADDICIÓ
S’obté per l’unió de moltes molècules del monòmer sense que es forme altre producte. Es donen en molècules que presenten dobles enllaços. Normalment es necessària la presència de catalitzadors, junt amb pressions i temperatures relativament elevades.
n CH2=CH2 (P=1000 atm i O2) → (-CH2-CH2-)n
etilè (etè) polietilè
n CH2=CHCl (catalitzador) → (-CH2-CHCl-)n
clorur de vinil policlorur de vinil (PVC)
POLIETILÈPVC
POLIESTIRÈ
● POLIMERITZACIÓ DE CONDENSACIÓ
Cada dues molècules de monòmer es forma una més llarga i un altre més xicoteta que s’elimina (H2O, NH3, etc)
HOOC-(CH2)4-COOH + H2N-(CH2)6-NH2 [-OC-(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-]n + n H2O
àcid adípic hexametilendiamina poliamida (nylon)HOOC-CH2 -COOH + HOCH2-CH2OH [-OOC-CH2 -COOCH2-CH2-]n + n H2O
àcid propanodioic etanodiol polièster
nylon polièster Tubs de
poliamida
DIVERSITAT EN LES SEUES PROPIETATS
- Rígids o flexibles (es poden motlurar).- Durs o blans.- Aïllants tèrmics i elèctrics.- Hidròfobs: són impermeables.- No solen tenir temperatures de fusió definides: es reblaneixen poc a poc, per això poden motlurar-se - Tenen baixa densitat.- Manifesten gran resistència a l’acció de reactius químics i al desgast (cadenes carbonatades saturades).- Solen ser insolubles en dissolvents polars i també enels apolars.- Presenten propietats mecàniques diferents:● elastòmers o gomes: molt elàstics, molt
deformables a T ambient i amorfes.● plàstics: motlurables a T elevada, conservant la
seua forma al disminuir T.● fibres: molt elàstiques, poc deformables i sòlids
cristal·lins.
ACTIVITATS1) Indica tots els isòmers que tenen les següents fòrmules
moleculars: a) C2H4Cl2 b) C5H10O c) C3H8O c) C4H8
2) Quins dels següents compostos presenten isomeria òptica?a) CH3-CH2-CH(OH)-CH3 b) HO-CH2-CH(OH)-CH2-OHc) CH3-CH=CH-CH3 d) CH3-CO-CH
2Cl
3) Quina de les següents substàncies tè un punt de fusió major? Quines són solubles en aigua? a) butanona b) butanol c) butà
d) dietiléter e) etanamida f) metilamina4) Quina de les següents substàncies reaccionen amb Na2CO3
alliberant CO2 ? Quina/es reacciona amb Na, alliberant hidrogen? a) CH3CH2OH b) CH3COCH3 c) CH3-O-CH3 d) CH3CH2COOH
5) Quin compost decolora una dissolució de r2 i allibera un gas que envermell el paper indicador? a) propí b) etè c) etí d) età
6) Classifica i completa les següents equacions químiques:
a) ciclohexè + H2 (Pt) b) 2-hexè + Cl2
c) 2-metil-2-butè + HBr d) 1-metil-ciclohexè + H2O
e) ciclohexanol + H2SO4 f) 2-pentanol + H2SO4
g) 2-cloropentà + NaOH (etanol) h) bromociclohexà + NaOH (etanol)
i) 2-pentí + 2 Br2 j) 1-butí + 2 HCl
k) 1-bromopropà + NaOH (aq) l) 2-clorobutà + KCN
m) 2-iodopropà + NH3 n) 3-pentanol + HI
ñ) butà + Br2 o) ciclohexè + KMnO4
p) etanol + Na q) fenol + NaOH
r) 1-pentanol + KMnO4 s) 3-etil-3-pentanol + K2Cr2O7
t) 3-metil-2-butanol + K2Cr2O7 u) àcid acètic + LiAlH4 v) acetaldehid + H2 (Ni) w) dietilcetona + H2 (Ni) x) etanol + àcid propanoic y) propanoat d’etil + NaOH z) àcid acètic+ NH3 a1) etanonitril + H2 b1) metanamida + H2O c1) propilamina + HCl
d1) àcid butanoic + NaOH e1) dietilamina + àcid propanoicf1) benzè + Cl2 (AlCl3) g1) benzè + HNO3 (H2SO4) 7) Quina de les següents substàncies formarà un espill de plata al ser oxidada per una dissolució de Ag(NH3)+ ? a) acetona b) acetat d’etil c) propanal d) trietilamina8) Completa:a) OHCH2CH2OH + HOOC-COOH b) C6H5-CH=CH2 c) CH3-CHOH-COOH 9) La fórmula desenvolupada del tefló és (-CF2-CF2-)n Quin monòmer podria donar lloc a aquest polímer?
SOLUCIONS1) a) CH2Cl-CH2Cl (1,2-dicloroetà) CHCl2-CH3 (2,2-dicloroetà) isòmers de posició.b) CH3-CO-CH2-CH2-CH3 (2-pentanona) (1)CH3-CH2-CO-CH2-CH3 (3-pentanona) (2)CH3-CH2-CH2-CH2-CHO (pentanal) (3)CH3-CH2-CH(CH3)-CHO (2-metilbutanal) (4)CH3-CO-CH(CH3)-CH3 (3-metil-2-butanona) (5)Isòmers de posició: (1) amb (2), Isòmers de funció: (1),(2) amb (3)Isòmers de cadena: (1),(2),(3) amb (4),(5)c) CH3-CH2-CH2-OH (1-propanol) (1) CH3-CH(OH)-CH3 (2-propanol) (2)CH3-CH2-O-CH3 (etil metil éter) (3) Isòmers de posició: (1) i (2).Isòmers de funció: (1),(2) amb (3)d) CH2=CH-CH2-CH3 (1-butè) CH3-CH=CH-CH3 (2-butè)Són isòmers de posició. El 2-butè també presenta isomeria geomètrica:2) El 2-butanol 3) Punt de fusió: etanamida > butanol > metilamina > butanona > dietiléter > butà.Solubilitat: etanamida > butanol > metilamina > butanona4) Amb carbonat només reacciona el CH3CH2COOHAmb el Na reaccionen CH3CH2OH i CH3CH2COOH5) Età
6) a) ciclohexà C6H14 b) 2,3-diclorohexà CH3-CHCl-CHCl-CH2-CH2-CH3 c) 2-bromo-2-metilbutà CH3-CBr(CH3)-CH2-CH
3 d) 1-metil-ciclohexanol C5H10C(CH3)OH
e) ciclohexè C6H10 f) 2-pentè CH3-CH=CH-CH2-CH3g) 2-pentè CH3-CH=CH-CH2-CH3 h) ciclohexè C6H10i) 2,2,3,3-tetracloropentà CH3-CBr2-CBr2-CH2-CH3 j) 2,2-diclorobutà CH3-CCl2-CH2-CH3 k) 1-propanol CH3-CH2-CH2OH l) 2-metilbutanonitril CH3-CH2-CH(CH3)-CNm) 2-propanamina CH3-CH(NH2)-CH3 n) 3-iodopentà CH3-CH2-CHI-CH2-CH3ñ) 1-bromobutà CH3-CH2-CH2-CH2Br o) 1,2-ciclohexanodiol C4H8-CHOH-CHOH p) etanolat de sodi C2H5ONa q) fenolat de sodi C6H5ONar) pentalnal CH3-CH2-CH2-CH2-CHO que pot arribar a àcid pentanoic CH3-(CH2)3-COOHs) No hi ha reacciót) 3-metil-2-butanona CH3-CO-CH(CH3)-CH3 u) etanal CH3-CHO o etanol CH3-CH2OHv) etanol CH3-CH2OH w) 3-pentanol CH3-CH2-CH(OH)-CH2-CH3x) propanota d'etilo CH3CH2COOCH2CH3 y) propanoat de sodi i etanolz) acetat d'amoni CH3COO-NH4+ a1) etanamina CH3CH2NH2b1) àcid metanoic + amoníac c1) clorur de propilamoni CH2CH2CH3NH3+Cl-d1) butanoat de sodi CH3-(CH2)2-COONa e1) N,N-dietilpropanamida CH3CH2CON(CH3)2f1) clorobenzè C6H5Cl g1) nitrobenzè C6H5NO2 7) Propanal8) a) (-OCH2CH2OOC-CO-)n + H2O polièsterb) (-C(C6H5)H-CH2-)n polivinilbenzèc) (-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)n + H2O 8) CF2=CF2 tetrafluoroetè
Recommended