Academia de Química, Depto. Ciencias Básicas ITESM, …dos y cetonas. Perspectiva de las reacciones orgánicas 25/06/2012 Academia de Química, Depto. Ciencias Básicas ITESM, campus

Perspectiva de las reacciones orgnicas 25/06/2012

Academia de Qumica, Depto. Ciencias Bsicas ITESM, campus Qro. 1

Considera lo diferente que es la qumica respecto de otras ramas de la ciencia. Por ejemplo, tienen los astrnomos la

posibilidad de sintetizar nuevas estrellas para comparar su comportamiento y propiedades con las ya existentes?.

Puede un gelogo sintetizar la tierra de formas diferentes para observar si as tiene caractersticas mejores que la que

habitualmente pisamos?. La biologa ha tenido quiz un cierto carcter sinttico porque el bilogo puede manipular genticamente las especies para obtener otras nuevas de

rasgos distintos.

Chemistry Today and Tomorrow: The Central,

Useful and Creative Science

Ronald Breslow, ACS Publications, 1997



Los polmeros sintticos desempean papeles importantes para la modernidad.

Han sustituido a metales, telas, vidrio, madera y papel, e hicieron posible el contar en la actualidad con una gran

cantidad de materiales de los que podra abastecer la naturaleza.



2CH4 + 3O2 2CO2 + 2H2O + calor + luz

Las reacciones de combustin son muy importantes para la

vida moderna por la energa que puede obtenerse de ellas, ms que por los

compuestos que producen.



Clasificacin de las reacciones orgnicas en base al: Tipo de reaccin

A la forma en que proceden

Mecanismos de reaccin. Pasos elementales

Ruptura de enlaces, intermediarios de reaccin: carbocationes, carbaniones, radicales libres

Formacin de enlaces

Electrfilos y nuclefilos

Descripcin de una reaccin. Equilibrio

Cambios de energa (energa libre de Gibss, calor de reaccin, entropa, energas de disociacin de enlace, diagramas de energa, estado de transicin, energa de activacin)

Velocidad (factores que influyen en la velocidad, molecularidad)



TIPO DE REACCIN

1. Adicin 2. Condensacin 3. Sustitucin 4. Eliminacin 5. Rearreglo Transposicin 6. Redox 7. cido-Base

A LA FORMA EN QUE PROCEDEN (MECANISMO)

1. Por radicales (cada reactivo dona un electrn para formar nuevo enlace)

2. Reacciones inicas (uno de los reactivos dona un par de electrones para formar nuevo enlace)

3. Pericclicas (proceso concertado a travs de un edo. Transicin cclico)

Las reacciones orgnicas se basan en unas cuantas

reacciones generales y estn unificadas por conceptos generales

Hay que observar los patrones

comunes en que Los

reactivos se transforman en

Productos

Atomos o molculas ricos en electrones son atrados

por tomos o molculas pobres en electrones



Dos reactivos se combinan y forman un solo producto, sin que sobren tomos.

Aumenta el nmero de ligandos (tomos unidos al carbono en cuestin), disminuye la multiplicidad de enlace.

Muy frecuentes en sistemas de dobles o triples enlaces .



Dos molculas se combinan para formar un nuevo enlace C-C y al mismo tiempo se elimina una molcula pequea (en general de agua o de un alcohol)

Reacciones frecuentes de aldehdos y cetonas.



Dos reactivos intercambian tomos o grupos de tomos y originan dos productos nuevos.

Son reacciones comunes de los halogenuros de alquilo y de los compuestos aromticos



En cierta forma, son contrarias a las de adicin.

Un reactivo produce dos productos.

Reduce el nmero de ligandos (tomos unidos al carbono en cuestin) y aumenta la multiplicidad de enlace.

Muy frecuentes en la obtencin de sistemas de dobles o triples enlaces .



Un reactivo experimenta una reorganizacin de enlaces y tomos, para dar lugar a un producto isomrico.

No se pierden ni se ganan ligandos



Reacciones donde hay transferencia de electrones.

Cuando un tomo de carbono, en el reactivo orgnico, forma ms enlaces con el O, C, N, halgenos y menos con el H es una reaccin de Oxidacin, lo contrario corresponde a una reaccin de Reduccin.

Frecuentemente en una oxidacin se agrega O (o es sustituido un H por un tomo ms electronegativo)

En una reduccin se adiciona H (o se sustituye un tomo electronegativo por H)

Algunas reacciones de adicin, eliminacin o sustitucin tambin pueden ser REDOX.

Reaccin de Oxidacin

Reaccin de Reduccin

Oxidacin = prdida de electrones (aumento no. oxidacin) Reduccin= ganancia de electrones (disminicin no. oxidacin)



Uno de los reactivos es un cido y el otro una base.

Acido: Brnsted-Lowry: Donador de protones (H+)

Lewis: Aceptor de un par de electrones

Base: Brnsted-Lowry: Aceptor de protones (H+)

Lewis: Donador de un par de electrones

Muchas reacciones orgnicas involucran

cidos y bases orgnicos

cidos orgnicos: Pierden un H+, del OH (de un alcohol un cido carboxlico) del C-H del carbono directamente unido al C=O (O=CCH) Bases orgnicas: Tienen tomos con un par de electrones sin compartir carga negativa. Los derivados que contienen N son las bases orgnicas ms comunes. Aunque tambin aquellos con atmos de O pueden actuar como bases en presencia de cidos fuertes.



No. Reaccin No. Reaccin

1

4

2

5

3

6



Describe a detalle cuales enlaces se rompen, en qu orden, cuales se forman y en que orden.

Tambin las velocidades relativas de las etapas involucradas.

Toma en cuenta todos los reactivos que intervienen, todos los productos y sus cantidades.

Todas las reacciones se llevan a cabo en pasos (elementales) definidos.

Descripcin general de la forma en que se lleva a cabo una reaccin

Mecanismo de la adicin electroflica entre el etileno y el HBr. La reaccin se

efecta en dos pasos y en ambos intervienen

interacciones electrfilo-nuclefilo



Los tipos de pasos se clasifican en una secuencia.

Un paso involucra ya sea la ruptura

o la formacin de un enlace covalente.

Un paso puede ocurrir

individualmente o en combinacin de otros para producir la reaccin global.

Algunos pasos ocurren

simultneamente y se les conoce como concertados

Tipos de pasos: 1. Ruptura de un enlace covalente

a. Homoltica (Homognico)

b. Heteroltica (Heterognico)

2. Formacin de un enlace covalente

a. Homognico

b. Heterognico

Todas las reacciones se llevan a cabo en pasos (elementales) definidos.



a) Homoltica

Rompimiento simtrico del enlace covalente, cada tomo se queda con un electrn del enlace.

Forma intermediarios llamados radicales libres (especies con electrones no pareados) muy reactivos. Tienen vidas medias muy cortas.

b) Heterolitica

Rompimiento asimtrico del enlace covalente, uno de los tomos se queda con el par.

Forman iones intermediarios (si el carbono tiene carga positiva se le llama carbocatin carbonio y si es negativa carbanin), muy reactivos, vidas medias muy cortas.

El movimiento de un electrn se representa con flecha de media punta

Radical libre. Ser ms estable cuantos ms grupos alquilo rodeen al tomo de carbono. Adems su estabilidad aumentar si presenta formas resonantes

Carbocatin. Su estabilidad es igual que para radicales libres

Carbanin. Ser ms estable cuantos menos grupos alquilo rodeen al tomo de carbono (contrario a radicales libres y carbocationes).



No. Intermediarios No. Intermediarios

1

A B

3

A B

2

A B

4

A B



a) Homognica

Cada electrn del nuevo enlace proviene de un radical.

No estn involucradas cargas. Poco comunes en orgnica

b) Heterognica

El par de electrones del nuevo enlace proviene de un anin y lo acepta el catin.

Patrn muy comn en orgnica.

El movimiento de un par de electrones se representa con flecha completa

A los procesos o reacciones que involucran rompimiento y formacin de enlaces de forma simtrica se les llama

Reacciones por Radicales

A los procesos o reacciones que involucran rompimiento y formacin de enlaces de forma asimtrica se les llama

Reacciones Polares



a) Electrfilos , E, (afines por e-) Pobres en electrones: Cargados

positivamente con carga parcial positiva en un enlace covalente polar

Se combinan con los nuclefilos aceptando un par de e- para formar un nuevo enlace.

Son cidos de Lewis

b) Nuclefilos,Nu-, (afines por ncleos) Ricos en electrones: tienen pares de e- sin

compartir, carga negativa o enlaces mltiples.

Se combinan con los electrfilos aportando un par de electrones para formar un nuevo enlace.

Son bases de Lewis.

Los carbocationes son E y los carbaniones Nu-. Una misma especie pueden ser E Nu- segn circunstancias.



No. Reaccin No. Especies

1

1

2

2



Toda reaccin qumica puede proceder hacia delante o hacia atrs para alcanzar el equilibrio de acuerdo a la ley de accin de masas

aA + bB cC + dD

Keq = [C]c [D]d / [A]a[B]b

Keq >1, favorece a los productos Keq



Esta reaccin de adicin es exergnica, espontnea en condiciones estndar. Intervienen dos pasos elementales, cada una con su estado de transicin.

Para que una reaccin se lleve a cabo debe haber colisin efectiva y con energa suficiente entre los reactivos

Para representar en forma grfica los cambios de energa durante una reaccin se usan los diagramas de energa.

El eje vertical representa la energa y el horizontal la coordenada de reaccin (progreso de la reaccin).

El punto con el valor ms alto de energa en un paso de reaccin se le conoce como estado de transicin.

La energa necesaria para que un reactivo alcance el estado de transicin se le conoce como energa de activacin (DG), la cual controla la velocidad de la reaccin a cierta temperatura.

Una energa de activacin grande origina una reaccin lenta.

Cualquier factor que favorezca que los reactivos alcancen ms rpidamente la energa de activacin, acelera la velocidad (concentracin de reactivos, temperatura, agitacin, naturaleza de los reactivos catalizadores)



Dibujar un diagrama de energa para una reaccin en dos etapas, con la primer etapa endergnica y la segunda exergnica

Para el diagrama que se muestra: Cuntos pasos intervienen?

Cul es el paso ms lento?

Cuntos estados de transicin hay?

Cul es el paso ms exergnico?



Rate Laws for General Elementary Steps

Paso elemental Molecularidad Ley de velocidad

La velocidad es proporcional a la concentracin de

reactivos...aumenta frecuencia de colisiones efectivas

La molecularidad es el nmero de reactivos involucrados

en un paso elemental de

un mecanismo de reaccin



No. Reaccin No. Reaccin

1

4

2

5

3

6



No. Intermediarios No. Intermediarios

1

A B

3

A B

2

A B

4

A B



No. Reaccin No. Especies

1

1

2

2



Dibujar un diagrama de energa para una reaccin en dos etapas, con la primer etapa endergnica y la segunda exergnica

Para el diagrama que se muestra: Cuntos pasos intervienen?

Cul es el paso ms lento?

Cuntos estados de transicin hay?

Cul es el paso ms exergnico?

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