EIS PDM
QUIMICA Y PROCESOS
QMP 222
12-12-10
CUESTIONARIO
1. Cuales son las reacciones para la formación del bencino?
2. Cual es la reacción del ac. m-etilbencensulfónico más la mezcla sulnítrica?
3. Del ac. p-clorocarbonilbencensulfónico + cloruro de propanoilo en medio catalítico?
4. Del ácido bencensulfonico + hidróxido de potasio
5. Desarrolle las reacciones para obtener el ácido tereftálico, a partir del carburo de calcio?
6. Cuál es el producto de la reacción del acido benzoico + trimetoxido de talio?
7. Cuál es la reacción del a´cido benzoico con tetrahidruro de borosodio?
8. Cuales son las aplicaciones industriales del ácido bencensulfónico y sus derivados?
9. Desarrolle los compuestos que se utilizan en la formulación de detergentes.
10. Cuál es la reacion del furano con bromo molecular y medio catalaitico
11. Como se obtiene el trifenil metano? Desarrolle las reacciones
12. Cuales son las reacciones para sintetizar el naftaleno?
13. Que reacciones se desarrollan para obtener difenilo?
14. Desarrolle las reacciones de 2 propiedades químicas del naftaleno
15. Desarrolle las reacciones para:
a) La nitración de la piridina
b) Sulfonación del furano
c) Nitración del furano
d) Acilación de la piridina
e) Reducción de la piridina
16. Desarrolle las estructuras de resonancia de cualquier compuesto heterocíclico
17. A que se denominan polímeros PET?
18. Cuales son las aplicaciones del ácido tereftálico?
19. Compare las reacciones del benceno con los compuestos heterocíclicos
20. Compare las reacciones de los compuestos polinucleares con las del benceno
21. Compare las reacciones de los compuestos polinucleares con los heterocíclicos
22. Por que los compuestos heterocíclicos se denominan también aromáticos?
domingo, 12 de diciembre de 2010
miércoles, 1 de diciembre de 2010
qmp 222
EIS PDM
QUIMICA Y PROCESOS
QMP 222
Práctica para el segundo examen parcial
LP. 1-12-10
1. Cuales son las reacciones para obtener nitrobenceno, que no sean con la mezcla sulfonítrica? 3 reacciones.
2. Que diferencia existen entre las estructuras de resonancia del nitrobenceno y la anilina? Desarrolle las estructuras.
3. Como se forman las sales de diazonio, desarrolle tres reacciones.
4. Cuales las propiedades químicas de las sales de diazonio?
5. Desarrolle reacciones para obtener dos colorantes
6. Cuál es la reacción para sintetizar el fenol a partir del isopropilbenceno por oxidación?
7. Utilizando la sal de Grignard sintetizar tres compuestos aromáticos diferentes.
8. Desarrolle reacciones para obtener la acetofenona.
9. En que consiste las reacciones de reducción del benzaldehído?
10. Como define reducción y oxidación en química organica? Dar ejemplos
QUIMICA Y PROCESOS
QMP 222
Práctica para el segundo examen parcial
LP. 1-12-10
1. Cuales son las reacciones para obtener nitrobenceno, que no sean con la mezcla sulfonítrica? 3 reacciones.
2. Que diferencia existen entre las estructuras de resonancia del nitrobenceno y la anilina? Desarrolle las estructuras.
3. Como se forman las sales de diazonio, desarrolle tres reacciones.
4. Cuales las propiedades químicas de las sales de diazonio?
5. Desarrolle reacciones para obtener dos colorantes
6. Cuál es la reacción para sintetizar el fenol a partir del isopropilbenceno por oxidación?
7. Utilizando la sal de Grignard sintetizar tres compuestos aromáticos diferentes.
8. Desarrolle reacciones para obtener la acetofenona.
9. En que consiste las reacciones de reducción del benzaldehído?
10. Como define reducción y oxidación en química organica? Dar ejemplos
martes, 5 de octubre de 2010
examenes y prácticas
EIS PDM
CARRERA DE QUIMICA Y PROCESOS
ASIGANTURA: QUIMICA ORGANICA II
SIGLA: QMP 222
1. Describir las reacciones para sintetizar cada uno de los siguientes compuestos, partiendo del propano, pentano, y heptano alternativamente:
a) p-fluoroanisol b) ácido 3,5-dibromobenzoico
c) 3,5-dinitrotolueno d) 1,3- dibromobenceno
e) p-divinilbenceno f) p-cianofenilacetileno
g) m-diisopropilbenceno h) 2-bromo-5-cloroanilina
2. Cuales serán los productos principales de:
a) La etilación de la p-cloroacetanilida
b) la mononitración del m-nitrobromobenceno
c) dinitración del p-diclorobenceno
1. Si el nitrobenceno se somete a cloración y luego a otra nitración cuál es el producto de la reacción? Desarrolle todas las reacciones.
2. Cuales son las estructuras de resonancia del m-carbonil nitrobenceno? Desarrolle las estructuras.
3. Describa dos reacciones para reducir el grupo nitro en la estructura del nitrobenceno.
4. Cuales son las condiciones físicas y químicas para que la anilina sea sometida a una reacción de diazoación?
5. Cuál es el producto de la reacción entre el sulfato ácido de diazobenceno con beta naftol en medio básico?. Describa las reacciones.
6. Por qué es un proceso especial obtener el iodobenceno y el fluorobenceno?
describa 3 reacciones para sintetizar halogenuros de arilo derivados.
7. A partir del bromo o clorobenceno vía reacción de Grignard sintetizar el 3-fenil- 3- pentanol. 8. Desarrolle todas las reacciones, con las condiciones adecuadas.
9. Cuales son las estructuras de resonancia del p-dihidroxibenceno? Desarrolle cada una de las estructuras.
10. Describa cinco propiedades químicas de los alcoholes aromáticos.
dar los nombres a los productos de las reacciones de los incisos 5 y 10.
ENTREGA JUEVES 14/10/10
CARRERA DE QUIMICA Y PROCESOS
ASIGANTURA: QUIMICA ORGANICA II
SIGLA: QMP 222
1. Describir las reacciones para sintetizar cada uno de los siguientes compuestos, partiendo del propano, pentano, y heptano alternativamente:
a) p-fluoroanisol b) ácido 3,5-dibromobenzoico
c) 3,5-dinitrotolueno d) 1,3- dibromobenceno
e) p-divinilbenceno f) p-cianofenilacetileno
g) m-diisopropilbenceno h) 2-bromo-5-cloroanilina
2. Cuales serán los productos principales de:
a) La etilación de la p-cloroacetanilida
b) la mononitración del m-nitrobromobenceno
c) dinitración del p-diclorobenceno
1. Si el nitrobenceno se somete a cloración y luego a otra nitración cuál es el producto de la reacción? Desarrolle todas las reacciones.
2. Cuales son las estructuras de resonancia del m-carbonil nitrobenceno? Desarrolle las estructuras.
3. Describa dos reacciones para reducir el grupo nitro en la estructura del nitrobenceno.
4. Cuales son las condiciones físicas y químicas para que la anilina sea sometida a una reacción de diazoación?
5. Cuál es el producto de la reacción entre el sulfato ácido de diazobenceno con beta naftol en medio básico?. Describa las reacciones.
6. Por qué es un proceso especial obtener el iodobenceno y el fluorobenceno?
describa 3 reacciones para sintetizar halogenuros de arilo derivados.
7. A partir del bromo o clorobenceno vía reacción de Grignard sintetizar el 3-fenil- 3- pentanol. 8. Desarrolle todas las reacciones, con las condiciones adecuadas.
9. Cuales son las estructuras de resonancia del p-dihidroxibenceno? Desarrolle cada una de las estructuras.
10. Describa cinco propiedades químicas de los alcoholes aromáticos.
dar los nombres a los productos de las reacciones de los incisos 5 y 10.
ENTREGA JUEVES 14/10/10
lunes, 20 de septiembre de 2010
PRACTICCA 13
BEBIDAS ALCOHOLICAS
DETERMINACIÓN DE ESTERES
INTRODUCCIÓN
La destilación es una operación unitaria de transferencia de masa que tiene por objeto separar los componentes de una mezcla, gracias a la diferencia de presiones de vapor de estos.
La destilación simple es el método más frecuente e importante para la purificación de líquidos. Se utiliza siempre para separar un líquido de sus impurezas no volátiles.
Para estos fines se utiliza: un balón de destilación, cabezal de destilación, refrigerante, soportes universales y mangueras látex y un termómetro par medir la temperatura a la cuál se destila.
La destilación debe realizarse siempre con lentitud, pero sin interrupciones manteniéndose continuamente una gota de condensado en el bulbo termométrico. Esto facilita el mantenimiento del equilibrio líquido-vapor en el bulbo.
Como regla general se puede indicar que una mezcla cualquiera de dos componentes que hiervan con una diferencia de por lo menos 80º C, puede separarse por destilación simple.
Objetivo
Separar ésteres por destilación simple en bebidas alcohólicas y determinar estos compuestos por el método volumétrico.
El método consiste en saponificar los ésteres presentes en el destilado con solución 0.1 N de hidróxido de sodio, titulando el exceso de este compuesto por retroceso con solución de ácido clorhídrico 0.1 N, utilizando fenolftaleina como indicador.
Reactivos:
Solución de hidróxido de sodio 0.1 N
Solución de ácido clorhídrico 0.1 N
Solución alcohólica de fenolftaleina al 1%
PROCEDIMIENTO
Se destilan lentamente 200 mL de bebida alcohólica a ensayar, recogiendo 188 mL de destilado en un matraz aforado de 200 mL, colocado en agua fría, luego se lleva el matraz a la temperatura ambiente y se completa el volumen a 200 mL con agua destilada.
Se transfieren 50 mL del destilado anterior en un balón de destilación de 500 mL, se neutraliza con solución de hidróxido de sodio utilizando 2 gotas de fenolftaleina como indicador, una vez alcanzado el punto final se adiciona 10 mL de de solución de hidróxido de sodio al 0.1 N.
Se calienta a reflujo durante una hora para saponificar los esteréis posteriormente se enfría a la temperatura ambiente.
Se adiciona 10 mL de la solución de ácido clorhídrico que contiene el mismo número de miliequiivalentes que el volumen de la solución de hidróxido de sodio, y luego se valora por retorno con la solución de hidróxido de sodio 0.1 N en presencia de fenolftaleina como indicador.
se recomienda realizar el análisis rápidamente para poder evitar la acción del dióxido de carbono presente en la atmósfera e influya en los resultados.
Expresión de los resultados:
El contenido de esteres se calcula utilizando la fórmula siguiente:
E = 0.088 *V * N / 50 * 1000
Donde:
E = contenido de ésteres expresado como acetato de etilo en gramos por litro de muestra.
V = volumen de NaOH N= Normalidad del NaOH
CUESTIONARIO Nº 8
Por que no se evapora de repente todo el líquido del balón de destilación cuando se alcanza el punto d ebullición?.
Por que no se debe llenar un balón de destilación mucho más de la mitad de su capacidad?
Cuál es la desventaja de utilizar un balón de destilación cuya capacidad es cuatro, cinco o más veces el volumen del líquido que se va a destilar?.
Cuantas clases de destilación se conocen? Describa cada uno de ellos.
Un líquido orgánico comienza a descomponerse 50 ºC. como podría destilarse este líquido?
Cítense dos razones para que el agua fría en el refrigerante se haga circular en sentido contrario y no así en sentido directo? (Esta operación se llama intercambio de calor en contracorriente e intercambio de calor en corriente directa). Describa la ecuación que permita demostrar esta operación.
Explique en que consiste el reflujo en algunos procesos de química orgánica?.
cuál es concepto que se tiene sobre una mezcla azeotrópica?.
describa los siguientes tipos de de columnas de destilación: a) columna de relleno, b) columna vigreux , c) tubo de young, d) columna de platos.
En que consiste la destilación por arrastre de vapor? Describa el proceso.
BEBIDAS ALCOHOLICAS
DETERMINACIÓN DE ESTERES
INTRODUCCIÓN
La destilación es una operación unitaria de transferencia de masa que tiene por objeto separar los componentes de una mezcla, gracias a la diferencia de presiones de vapor de estos.
La destilación simple es el método más frecuente e importante para la purificación de líquidos. Se utiliza siempre para separar un líquido de sus impurezas no volátiles.
Para estos fines se utiliza: un balón de destilación, cabezal de destilación, refrigerante, soportes universales y mangueras látex y un termómetro par medir la temperatura a la cuál se destila.
La destilación debe realizarse siempre con lentitud, pero sin interrupciones manteniéndose continuamente una gota de condensado en el bulbo termométrico. Esto facilita el mantenimiento del equilibrio líquido-vapor en el bulbo.
Como regla general se puede indicar que una mezcla cualquiera de dos componentes que hiervan con una diferencia de por lo menos 80º C, puede separarse por destilación simple.
Objetivo
Separar ésteres por destilación simple en bebidas alcohólicas y determinar estos compuestos por el método volumétrico.
El método consiste en saponificar los ésteres presentes en el destilado con solución 0.1 N de hidróxido de sodio, titulando el exceso de este compuesto por retroceso con solución de ácido clorhídrico 0.1 N, utilizando fenolftaleina como indicador.
Reactivos:
Solución de hidróxido de sodio 0.1 N
Solución de ácido clorhídrico 0.1 N
Solución alcohólica de fenolftaleina al 1%
PROCEDIMIENTO
Se destilan lentamente 200 mL de bebida alcohólica a ensayar, recogiendo 188 mL de destilado en un matraz aforado de 200 mL, colocado en agua fría, luego se lleva el matraz a la temperatura ambiente y se completa el volumen a 200 mL con agua destilada.
Se transfieren 50 mL del destilado anterior en un balón de destilación de 500 mL, se neutraliza con solución de hidróxido de sodio utilizando 2 gotas de fenolftaleina como indicador, una vez alcanzado el punto final se adiciona 10 mL de de solución de hidróxido de sodio al 0.1 N.
Se calienta a reflujo durante una hora para saponificar los esteréis posteriormente se enfría a la temperatura ambiente.
Se adiciona 10 mL de la solución de ácido clorhídrico que contiene el mismo número de miliequiivalentes que el volumen de la solución de hidróxido de sodio, y luego se valora por retorno con la solución de hidróxido de sodio 0.1 N en presencia de fenolftaleina como indicador.
se recomienda realizar el análisis rápidamente para poder evitar la acción del dióxido de carbono presente en la atmósfera e influya en los resultados.
Expresión de los resultados:
El contenido de esteres se calcula utilizando la fórmula siguiente:
E = 0.088 *V * N / 50 * 1000
Donde:
E = contenido de ésteres expresado como acetato de etilo en gramos por litro de muestra.
V = volumen de NaOH N= Normalidad del NaOH
CUESTIONARIO Nº 8
Por que no se evapora de repente todo el líquido del balón de destilación cuando se alcanza el punto d ebullición?.
Por que no se debe llenar un balón de destilación mucho más de la mitad de su capacidad?
Cuál es la desventaja de utilizar un balón de destilación cuya capacidad es cuatro, cinco o más veces el volumen del líquido que se va a destilar?.
Cuantas clases de destilación se conocen? Describa cada uno de ellos.
Un líquido orgánico comienza a descomponerse 50 ºC. como podría destilarse este líquido?
Cítense dos razones para que el agua fría en el refrigerante se haga circular en sentido contrario y no así en sentido directo? (Esta operación se llama intercambio de calor en contracorriente e intercambio de calor en corriente directa). Describa la ecuación que permita demostrar esta operación.
Explique en que consiste el reflujo en algunos procesos de química orgánica?.
cuál es concepto que se tiene sobre una mezcla azeotrópica?.
describa los siguientes tipos de de columnas de destilación: a) columna de relleno, b) columna vigreux , c) tubo de young, d) columna de platos.
En que consiste la destilación por arrastre de vapor? Describa el proceso.
sábado, 31 de julio de 2010
QUIMICA ORGANICA II
MECANISMOS DE REACCION
Introducción
El desarrollo más importante de la Química Orgánica en los últimos años ha sido la parte en la que se hace referencia a los conocimientos sobre mecanismos de reacción de los compuestos del carbono, lo que ha provocado un amplio cambio en la visión de conjunto de esta ciencia. Antes el estudiante de química orgánica conceptuaba el estudio de esta asignatura como tener que aprehender de memoria una extensa relación de hechos y propiedades aparentemente sin conexión entre sí. Los últimos avances en su estudio teórico han originado un cambio tal que en la actualidad la química orgánica es un conjunto de conocimientos mucho más ordenado y sistematizado que antes y que pueden ser explicados y relacionados entre si de una manera lógica.
Como consecuencia, los métodos de enseñanza de la química orgánica han experimentado un estado de flujo y reflujo de opiniones y se han efectuado diferentes ensayos sobre métodos pedagógicos e igualmente se publicaron una diversidad de libros exponiendo los distintos métodos más adecuados, para lograr una mejor comprensión y conocimiento de la química orgánica.
La elaboración de una teoría cuantitativa de la reactividad química que englobe a la vez la influencia de la estructura de las moléculas reaccionantes y la influencia del medio, sobre el sentido y velocidades de la reacciones químicas constituye uno de los principales problemas de la química orgánica. Este problema está estrechamente relacionado con los mecanismos de reacción. En efecto, para una misma reacción, pueden existir muchos mecanismos de reacción distintos, en los cuales las velocidades de reacción respectivas varían en función tanto de la estructura de los compuestos involucrados en la reacción, como del medio y de las condiciones de reacción. Dicho de otra forma, la velocidad a la cual un compuesto se transforma por la acción de factores definidos, en diferentes productos, varía según el mecanismo que gobierne a la reacción. Luego el estudio de la reactividad inseparable del estudio de los mecanismos de reacción. Tan solo el profundo conocimiento de estos últimos permitirá encontrar las leyes que determinen la relación entre la estructura de los compuestos y la aptitud que presentan para transformarse según una u otra forma.
Un mecanismo de reacción es una sucesión de procesos simples durante los cuales la molécula inicial se transforma en productos intermedios complejos, como los iónes y los radicales libres, que son casi siempre efímeros y al final de cuentas se llega a una nueva molécula estable. No hay que decir que el conocimiento de un mecanismo de reacción implique el conocimiento de cada uno de estos estados intermedios. Pero alguno de estos estados son tan rápidos que su estudio inmediato es muy difícil, si no imposible. La mayor parte de los métodos experimentales de que se dispone actualmente, incluso las medidas cinéticas no se aplican directamente, más que la forma más lenta de una reacción compleja, hay que limitarse a elaborar esquemas hipotéticos de reacción, que tratan de explicar las diferentes etapas que se suponen en una reacción y dan cuenta así, de los diferentes productos intermedios que probablemente se formen.
La elaboración estos esquemas se basa, por una parte, en el conjunto de datos proporcionados por la teoría electrónica y por otra en un gran número de hechos experimentales concernientes a la reacción de que se trata. Sin embargo, a menudo es difícil probar la validez absoluta. Es suficiente un esquema de reacción que esté de acuerdo con los datos experimentales, para admitirlo como válido, en la medida en que explique ciertos aspectos esenciales de una reacción y en la medida en permite prever la influencia de los factores estructurales y de las condiciones de reacción sobre la velocidad de la misma.
En todos los esquemas, se hacen abstracción del solvente o medio de la reacciónno es suficiente establecer las leyes cuantitativas de la reactividad química, ya que las velocidades de reacción se ven influidas generalmente por la naturaleza del solvente.
Definiciones
Sobre mecanismos de reacción se tienen las siguientes definiciones:
- El mecanismo de reacción es el paso trascendental que da la química orgánica de pasar de una química orgánica memorística a una química orgánica razonada.
- El mecanismo de reacción es una especie de filmación hipotética de ver como se rompen los enlaces y forman nuevos enlaces químicas.
- El mecanismo de reacción es ver en forma gráfica como se transforman los reactivos en productos pasando por diferentes etapas .
- El mecanismo de reacción es una descripción detallada, paso a paso, de la forma en que los reactivos se transforman en productos. La descripción debe incluir los movimientos de electrones que producen la ruptura y formación de enlaces y las relaciones espaciales de los átomos.
Generalidades sobre mecanismos de reacción
Los datos teóricos y experimentales prueban que la ruptura de una covalencia es decir, de un enlace formado por un par electrónico común a dos átomos reunidos, puede llevarse a cabo por una transferencia de este par a uno de los dos átomos, lo cuál se representa por una ruptura heterolítica o si la división del par electrónico es equitativo se tiene una ruptura homolítica.
Ruptura heterolítica
A - B → A + B:
A – B → A: + B
Ruptura Homolítica
A . / .B → A . + .B
Estas dos formas de ruptura de la covalencia son la base de la clasificación de las reacciones en dos categorías muy distintas, a saber: las reacciones heterolíticas o iónicas y las homolíticas o de radicales libres.
La formación de una covalencia durante una reacción heterolítica se lleva a cabo por un proceso semejante al que conduce a un enlace de coordinación el par electrónico proviene de uno de los dos átomos que se unen. En consecuencia, una reacción heterolítica por compleja que sea, consiste siempre en una serie de transportes de pares electrónicos, ya sea sucesivas o simultáneos.
La formación de un nuevo enlace en el transcursote una reacción homolítica, resulta del aprovechamiento de un electrón por cada uno de dos átomos que se unen. Una reacción homolítica consiste, en una serie de desacoplamientos y apareamientos de electrones, que tienen lugar sucesiva o simultáneamente.
Polaridad de los enlaces covalentes
De los datos experimentales y teóricos se deduce, que una unión covalente puede ser más o menos polar, según la naturaleza de los de los átomos que intervienen en ella.
Cuando estos átomos son idénticos ( Br2, N2, H2 etc) la repartición de la densidad electrónica a lo largo del eje que une los átomos es simétrica respecto al centro del eje. Por tanto, la polaridad de tal unión es nula.
No sucede lo mismo con las moléculas heteroatómicas, tales como el enlace HCl ,
H-OH , NH3 etc. En tales moléculas, la densidad electrónica es más grande en la vecindad del átomo mas electronegativo ( o también se dice que la nube electrónica se concentra hacia este átomo.
Esta disimetría, que confiere a uno de los dos átomos una fracción de carga negativa y al otro una fracción de carga positiva, es tanto más grande cuanto mayor sea la diferencia entre electronegatividad de los dos átomos.
Definición del efecto inductivo
La polaridad de los enlaces son responsables de que los átomos de una molécula, aun cuando estén alejadas unas de otras tengan una influencia mutua. En efecto, la disimetría eléctrica inherente a una ligadura que une dos átomos de electronegatividad diferente repercute en la unión adyacente, polarizándola, ésta, vez, polariza el enlace siguiente y así sucesivamente.
Hay pues un desplazamiento general de la nube electrónica hacia el átomo más electronegativo, lo que se representa habitualmente por flechas rectas. Este ejerce su influencia no solo sobre el átomo al que está directamente ligado, sino también sobre los átomos más alejados. Esta influencia mutua de los átomos es lo que se llama efecto inductivo.
C3 → C2→C1→X
Conformación y reactividad de las moléculas
El análisis conformacional trata del estudio de las estabilidades relativas de las diferentes conformaciones que una molécula puede tener en razón de la rotación de sus constituyentes alrededor de los enlaces químicos.
Por una parte, los datos teóricos proporcionados por la termodinámica y los resultados dados por los métodos fisicoquímicos ( espectros infrarrojo y RAMAN) han conducido a las siguientes conclusiones:
1. Existen conformaciones estables con un mínimo de energía interna y conformaciones inestables con un máximo de energía.
2. En general, las conformaciones más estables son las que corresponden a la menor interacción estérica entre los átomos no unidos y a la menor repulsión electrostática entre los electrones que forman las uniones y los pares electrones libres.
Reacciones características de los compuestos orgánicos
Al principio del siglo veinte se desarrollaron los conceptos del enlace y junto a este desarrollo apareció la cuestión de por qué reaccionan los compuestos químicos.
Una reacción química se caracteriza por la interacción de una molécula con otra de tal forma que algunos enlaces se rompen y otros se forman. Así se generan nuevas moléculas.
En general, la interacción se origina por la atracción entre un centro de carga negativa de una molécula con un centro de carga positiva de otra. Los cambios se producen por el movimiento de pares de electrones de un lugar a otro. A nivel molecular, la esencia de una reacción química es la atracción de cargas y el movimiento de electrones.
Se deben considerar a las reacciones químicas, más por el tipo de transformaciones que se producen que por la clase de compuestos que sufren los cambios. Los resultados de esta organización conducen a generalizaciones que permiten comprender y predecir el curso de los cambios químicos.
Las reacciones se dividen en tres tipos: adición, sustitución y eliminación
Reacciones de adición
Las reacciones de adición tienen lugar en compuestos insaturados. Las moléculas insaturadas son capaces de aceptar átomos o grupos adicionales, sin sobrepasar los números de oxidación de los propios átomos. Los enlaces dobles y triples carbono-carbono y los dobles enlaces carbono –oxígeno son los tipos estructurales más comunes que sufren reacciones de adición.
El bromo y el hidrógeno constituyen dos ejemplos de reactivos que se adicionan a enlaces múltiples. Por lo general, la adición de bromo es una reacción rápida, que se utiliza a menudo como prueba cualitativa de la presencia de enlaces dobles o triples carbono-carbono.
CH3(CH2)4CH=CH2 + Br2 → CH3(CH2)4CHBrCH2Br
La reacción ocurre a temperatura ambiente y el medio de la racción es el tetracloruro de carbono.
CH3CH2CH=CH2 + H2 → CH3CH2CH2CH3
La reacción ocurre con catalizador de platino o paladio soportado en una sustancia inerte, como el carbonato de calcio.
Reacciones de sustitución
Una reacción de sustitución tiene lugar cuando un átomo o un grupo suministrado por un reactivo reemplazan a un átomo o un grupo en la molécula reaccionante. Las sustituciones pueden tener lugar sobre átomos de carbono saturados o insaturados.
CH3CH2-OH + HBr → CH3CH2-Br + H2O
2CH3CH2CH3 + 2Cl2 → CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH3 +2HCl
La primera ecuación ilustra un tipo de sustitución muy frecuente sobre átomos de carbono saturados. La segunda es un ejemplo más complejo, en el que dos átomos de hidrógeno distintos del sustrato son reemplazados dando lugar a una mezcla de productos isómeros.
Reacciones de eliminación
Una reacción de eliminación es la inversa de una reacción de adición, sustrayéndose átomos de una molécula con formación de enlaces múltiples o de anillos. La mayoría de las reacciones de eliminación implican pérdida de átomos distintos del carbono.
CH3CH2CH2CH2-OH + H2SO4 → CH3CH2CH=CH2 + H2O
Reacciones de Oxidación – Reducción
La oxidación y la reducción no representan un tipo nuevo de reacciones, sino más bien cambios que pueden acompañar a las reacciones de adición, sustitución y eliminación. Ambos términos nos son familiares por haberlos utilizado en el estudio de la química inorgánica.
Los compuestos orgánicos también sufren reacciones redox, pero la transferencia de electrones no suele ser completa en el proceso, teniendo lugar un cambio en los enlaces covalentes entre átomos de distinta electronegatividad.
Mecanismos de adición
La adición de un mol de alcohol a un grupo carbonilo aladehídico o cetónico produce un hemiacetal o un hemicetal. Ambos constituyen un tipo especial de éteres.
OH
/
CH3CH2CH2CHO + CH3OH → CH3CH2CH2CH-OCH3
Butanal methanol 1-hidroxibutilmetileter
Hemiacetal
Las reacciones son en general catalizadas por ácidos inorgánicos. El proceso ácido-catalizada sirve de ejemplo del aumento en el carácter electrofílico del grupo carbonilo que produce la protonación inicial sobre el átomo del oxígeno
Mecanismos de sustitución
Sustitución por alcoholes
La reacción de un ácido carboxílico con un alcohol en presencia de un catalizador ácido es uno de los métodos habituales de preparación de ésteres. La reacción es conocida como esterificación de Fischer, es una ruta simple hacia los ésteres si los productos de partida son fácilmente asequibles.
CH3COOH + C2H5-OH → CH3COOC2H5 + H2O
La racción ocurre en medio ácido catalizada, la adición nucleofílica del alcohol al grupo carboxílico protonado es un proceso que se desarrolla formando la molécula del agua y regenerándose el ácido inorgánico.
Halogenoalcanos a partir de alcoholes
El bromuro de hidrógeno es un excelente reactivo para convertir alcoholes en halogenoalcanos. El primer paso de la reacción, la protonación por el ácido fuerte, convierte el hidróxido en agua, que es un buen grupo saliente, la posterior sustitución por bromuro transcurre por un mecanismo de sustitución nucleofílica.
CH3(CH2)2CH2OH + HBr → CH3(CH2)2CH2-Br + H2O
La cloración de un hidrocarburo saturado es un proceso de sustitución en el que un átomo de cloro reemplaza a un hidrógeno. Sin embargo, el proceso es muy diferente a las reacciones de sustitución nucleofílica. La cloración es ampliamente utilizada en la industria, es una reacción homolítica a través de intermedios radicalarios.
CH4 + Cl2 → CH3-Cl + HCl
Mecanismos de eliminación
Formación de alquenos
Deshidratación
La deshidratación de alcoholes se cataliza generalmente por ácido. Los alcoholes terciarios reaccionan considerablemente más de prisa que los alcoholes primarios, lo que sugiere que el paso que controla la velocidad es la formación de un carbocatión
OH
/
CH3CH2C-(CH3)2 + H2SO4 → CH3CH=C(CH3)2 + H2O
Deshidrohalogenación
Las reacciones se llevan a cabo normalmente utilizando alcoxidos como bases y a temperaturas elevadas, condiciones que favorecen una rápida eliminación.
(CH3)3C CH2CH2-Cl + NaO-CH2CH3 → (CH3)3CCH=CH2 + NaCl + CH3CH2-OH
Eliminación pirolítica
Ciertos precursores de alquenos no requieren un reactivo externo que promueva la eliminación. Los ésteres constituyen un ejemplo de tales sustratos. En estos casos, la calefacción aporta suficiente energía para que el grupo saliente actúe como una base intramolecular. La ruptura térmica de una molécula se conoce como pirólisis. Cuando un éster (generalmente acetatos) se calienta entre 300 a 600 ºC que contiene un átomo de hidrógeno en beta en su porción alcohólica, se forma un alqueno y un ácido carboxílico.
CH3COOCH2CH2CH3 → CH2=CHCH2CH3 + CH3COOH
BIBLIOGRAFIA
Breslow Ronald Mecanismos de reacciones orgánicas 1992
Casas Jhon Mecanismos de reacción en Química Orgánica 1989
Pine Stanley Química Orgánica 1998
Sykes Peter Mecanismos de reacción en Química Orgánica 1985
Tchoubar Bianca Mecanismos de reacción en Química Orgánica 1987
Introducción
El desarrollo más importante de la Química Orgánica en los últimos años ha sido la parte en la que se hace referencia a los conocimientos sobre mecanismos de reacción de los compuestos del carbono, lo que ha provocado un amplio cambio en la visión de conjunto de esta ciencia. Antes el estudiante de química orgánica conceptuaba el estudio de esta asignatura como tener que aprehender de memoria una extensa relación de hechos y propiedades aparentemente sin conexión entre sí. Los últimos avances en su estudio teórico han originado un cambio tal que en la actualidad la química orgánica es un conjunto de conocimientos mucho más ordenado y sistematizado que antes y que pueden ser explicados y relacionados entre si de una manera lógica.
Como consecuencia, los métodos de enseñanza de la química orgánica han experimentado un estado de flujo y reflujo de opiniones y se han efectuado diferentes ensayos sobre métodos pedagógicos e igualmente se publicaron una diversidad de libros exponiendo los distintos métodos más adecuados, para lograr una mejor comprensión y conocimiento de la química orgánica.
La elaboración de una teoría cuantitativa de la reactividad química que englobe a la vez la influencia de la estructura de las moléculas reaccionantes y la influencia del medio, sobre el sentido y velocidades de la reacciones químicas constituye uno de los principales problemas de la química orgánica. Este problema está estrechamente relacionado con los mecanismos de reacción. En efecto, para una misma reacción, pueden existir muchos mecanismos de reacción distintos, en los cuales las velocidades de reacción respectivas varían en función tanto de la estructura de los compuestos involucrados en la reacción, como del medio y de las condiciones de reacción. Dicho de otra forma, la velocidad a la cual un compuesto se transforma por la acción de factores definidos, en diferentes productos, varía según el mecanismo que gobierne a la reacción. Luego el estudio de la reactividad inseparable del estudio de los mecanismos de reacción. Tan solo el profundo conocimiento de estos últimos permitirá encontrar las leyes que determinen la relación entre la estructura de los compuestos y la aptitud que presentan para transformarse según una u otra forma.
Un mecanismo de reacción es una sucesión de procesos simples durante los cuales la molécula inicial se transforma en productos intermedios complejos, como los iónes y los radicales libres, que son casi siempre efímeros y al final de cuentas se llega a una nueva molécula estable. No hay que decir que el conocimiento de un mecanismo de reacción implique el conocimiento de cada uno de estos estados intermedios. Pero alguno de estos estados son tan rápidos que su estudio inmediato es muy difícil, si no imposible. La mayor parte de los métodos experimentales de que se dispone actualmente, incluso las medidas cinéticas no se aplican directamente, más que la forma más lenta de una reacción compleja, hay que limitarse a elaborar esquemas hipotéticos de reacción, que tratan de explicar las diferentes etapas que se suponen en una reacción y dan cuenta así, de los diferentes productos intermedios que probablemente se formen.
La elaboración estos esquemas se basa, por una parte, en el conjunto de datos proporcionados por la teoría electrónica y por otra en un gran número de hechos experimentales concernientes a la reacción de que se trata. Sin embargo, a menudo es difícil probar la validez absoluta. Es suficiente un esquema de reacción que esté de acuerdo con los datos experimentales, para admitirlo como válido, en la medida en que explique ciertos aspectos esenciales de una reacción y en la medida en permite prever la influencia de los factores estructurales y de las condiciones de reacción sobre la velocidad de la misma.
En todos los esquemas, se hacen abstracción del solvente o medio de la reacciónno es suficiente establecer las leyes cuantitativas de la reactividad química, ya que las velocidades de reacción se ven influidas generalmente por la naturaleza del solvente.
Definiciones
Sobre mecanismos de reacción se tienen las siguientes definiciones:
- El mecanismo de reacción es el paso trascendental que da la química orgánica de pasar de una química orgánica memorística a una química orgánica razonada.
- El mecanismo de reacción es una especie de filmación hipotética de ver como se rompen los enlaces y forman nuevos enlaces químicas.
- El mecanismo de reacción es ver en forma gráfica como se transforman los reactivos en productos pasando por diferentes etapas .
- El mecanismo de reacción es una descripción detallada, paso a paso, de la forma en que los reactivos se transforman en productos. La descripción debe incluir los movimientos de electrones que producen la ruptura y formación de enlaces y las relaciones espaciales de los átomos.
Generalidades sobre mecanismos de reacción
Los datos teóricos y experimentales prueban que la ruptura de una covalencia es decir, de un enlace formado por un par electrónico común a dos átomos reunidos, puede llevarse a cabo por una transferencia de este par a uno de los dos átomos, lo cuál se representa por una ruptura heterolítica o si la división del par electrónico es equitativo se tiene una ruptura homolítica.
Ruptura heterolítica
A - B → A + B:
A – B → A: + B
Ruptura Homolítica
A . / .B → A . + .B
Estas dos formas de ruptura de la covalencia son la base de la clasificación de las reacciones en dos categorías muy distintas, a saber: las reacciones heterolíticas o iónicas y las homolíticas o de radicales libres.
La formación de una covalencia durante una reacción heterolítica se lleva a cabo por un proceso semejante al que conduce a un enlace de coordinación el par electrónico proviene de uno de los dos átomos que se unen. En consecuencia, una reacción heterolítica por compleja que sea, consiste siempre en una serie de transportes de pares electrónicos, ya sea sucesivas o simultáneos.
La formación de un nuevo enlace en el transcursote una reacción homolítica, resulta del aprovechamiento de un electrón por cada uno de dos átomos que se unen. Una reacción homolítica consiste, en una serie de desacoplamientos y apareamientos de electrones, que tienen lugar sucesiva o simultáneamente.
Polaridad de los enlaces covalentes
De los datos experimentales y teóricos se deduce, que una unión covalente puede ser más o menos polar, según la naturaleza de los de los átomos que intervienen en ella.
Cuando estos átomos son idénticos ( Br2, N2, H2 etc) la repartición de la densidad electrónica a lo largo del eje que une los átomos es simétrica respecto al centro del eje. Por tanto, la polaridad de tal unión es nula.
No sucede lo mismo con las moléculas heteroatómicas, tales como el enlace HCl ,
H-OH , NH3 etc. En tales moléculas, la densidad electrónica es más grande en la vecindad del átomo mas electronegativo ( o también se dice que la nube electrónica se concentra hacia este átomo.
Esta disimetría, que confiere a uno de los dos átomos una fracción de carga negativa y al otro una fracción de carga positiva, es tanto más grande cuanto mayor sea la diferencia entre electronegatividad de los dos átomos.
Definición del efecto inductivo
La polaridad de los enlaces son responsables de que los átomos de una molécula, aun cuando estén alejadas unas de otras tengan una influencia mutua. En efecto, la disimetría eléctrica inherente a una ligadura que une dos átomos de electronegatividad diferente repercute en la unión adyacente, polarizándola, ésta, vez, polariza el enlace siguiente y así sucesivamente.
Hay pues un desplazamiento general de la nube electrónica hacia el átomo más electronegativo, lo que se representa habitualmente por flechas rectas. Este ejerce su influencia no solo sobre el átomo al que está directamente ligado, sino también sobre los átomos más alejados. Esta influencia mutua de los átomos es lo que se llama efecto inductivo.
C3 → C2→C1→X
Conformación y reactividad de las moléculas
El análisis conformacional trata del estudio de las estabilidades relativas de las diferentes conformaciones que una molécula puede tener en razón de la rotación de sus constituyentes alrededor de los enlaces químicos.
Por una parte, los datos teóricos proporcionados por la termodinámica y los resultados dados por los métodos fisicoquímicos ( espectros infrarrojo y RAMAN) han conducido a las siguientes conclusiones:
1. Existen conformaciones estables con un mínimo de energía interna y conformaciones inestables con un máximo de energía.
2. En general, las conformaciones más estables son las que corresponden a la menor interacción estérica entre los átomos no unidos y a la menor repulsión electrostática entre los electrones que forman las uniones y los pares electrones libres.
Reacciones características de los compuestos orgánicos
Al principio del siglo veinte se desarrollaron los conceptos del enlace y junto a este desarrollo apareció la cuestión de por qué reaccionan los compuestos químicos.
Una reacción química se caracteriza por la interacción de una molécula con otra de tal forma que algunos enlaces se rompen y otros se forman. Así se generan nuevas moléculas.
En general, la interacción se origina por la atracción entre un centro de carga negativa de una molécula con un centro de carga positiva de otra. Los cambios se producen por el movimiento de pares de electrones de un lugar a otro. A nivel molecular, la esencia de una reacción química es la atracción de cargas y el movimiento de electrones.
Se deben considerar a las reacciones químicas, más por el tipo de transformaciones que se producen que por la clase de compuestos que sufren los cambios. Los resultados de esta organización conducen a generalizaciones que permiten comprender y predecir el curso de los cambios químicos.
Las reacciones se dividen en tres tipos: adición, sustitución y eliminación
Reacciones de adición
Las reacciones de adición tienen lugar en compuestos insaturados. Las moléculas insaturadas son capaces de aceptar átomos o grupos adicionales, sin sobrepasar los números de oxidación de los propios átomos. Los enlaces dobles y triples carbono-carbono y los dobles enlaces carbono –oxígeno son los tipos estructurales más comunes que sufren reacciones de adición.
El bromo y el hidrógeno constituyen dos ejemplos de reactivos que se adicionan a enlaces múltiples. Por lo general, la adición de bromo es una reacción rápida, que se utiliza a menudo como prueba cualitativa de la presencia de enlaces dobles o triples carbono-carbono.
CH3(CH2)4CH=CH2 + Br2 → CH3(CH2)4CHBrCH2Br
La reacción ocurre a temperatura ambiente y el medio de la racción es el tetracloruro de carbono.
CH3CH2CH=CH2 + H2 → CH3CH2CH2CH3
La reacción ocurre con catalizador de platino o paladio soportado en una sustancia inerte, como el carbonato de calcio.
Reacciones de sustitución
Una reacción de sustitución tiene lugar cuando un átomo o un grupo suministrado por un reactivo reemplazan a un átomo o un grupo en la molécula reaccionante. Las sustituciones pueden tener lugar sobre átomos de carbono saturados o insaturados.
CH3CH2-OH + HBr → CH3CH2-Br + H2O
2CH3CH2CH3 + 2Cl2 → CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH3 +2HCl
La primera ecuación ilustra un tipo de sustitución muy frecuente sobre átomos de carbono saturados. La segunda es un ejemplo más complejo, en el que dos átomos de hidrógeno distintos del sustrato son reemplazados dando lugar a una mezcla de productos isómeros.
Reacciones de eliminación
Una reacción de eliminación es la inversa de una reacción de adición, sustrayéndose átomos de una molécula con formación de enlaces múltiples o de anillos. La mayoría de las reacciones de eliminación implican pérdida de átomos distintos del carbono.
CH3CH2CH2CH2-OH + H2SO4 → CH3CH2CH=CH2 + H2O
Reacciones de Oxidación – Reducción
La oxidación y la reducción no representan un tipo nuevo de reacciones, sino más bien cambios que pueden acompañar a las reacciones de adición, sustitución y eliminación. Ambos términos nos son familiares por haberlos utilizado en el estudio de la química inorgánica.
Los compuestos orgánicos también sufren reacciones redox, pero la transferencia de electrones no suele ser completa en el proceso, teniendo lugar un cambio en los enlaces covalentes entre átomos de distinta electronegatividad.
Mecanismos de adición
La adición de un mol de alcohol a un grupo carbonilo aladehídico o cetónico produce un hemiacetal o un hemicetal. Ambos constituyen un tipo especial de éteres.
OH
/
CH3CH2CH2CHO + CH3OH → CH3CH2CH2CH-OCH3
Butanal methanol 1-hidroxibutilmetileter
Hemiacetal
Las reacciones son en general catalizadas por ácidos inorgánicos. El proceso ácido-catalizada sirve de ejemplo del aumento en el carácter electrofílico del grupo carbonilo que produce la protonación inicial sobre el átomo del oxígeno
Mecanismos de sustitución
Sustitución por alcoholes
La reacción de un ácido carboxílico con un alcohol en presencia de un catalizador ácido es uno de los métodos habituales de preparación de ésteres. La reacción es conocida como esterificación de Fischer, es una ruta simple hacia los ésteres si los productos de partida son fácilmente asequibles.
CH3COOH + C2H5-OH → CH3COOC2H5 + H2O
La racción ocurre en medio ácido catalizada, la adición nucleofílica del alcohol al grupo carboxílico protonado es un proceso que se desarrolla formando la molécula del agua y regenerándose el ácido inorgánico.
Halogenoalcanos a partir de alcoholes
El bromuro de hidrógeno es un excelente reactivo para convertir alcoholes en halogenoalcanos. El primer paso de la reacción, la protonación por el ácido fuerte, convierte el hidróxido en agua, que es un buen grupo saliente, la posterior sustitución por bromuro transcurre por un mecanismo de sustitución nucleofílica.
CH3(CH2)2CH2OH + HBr → CH3(CH2)2CH2-Br + H2O
La cloración de un hidrocarburo saturado es un proceso de sustitución en el que un átomo de cloro reemplaza a un hidrógeno. Sin embargo, el proceso es muy diferente a las reacciones de sustitución nucleofílica. La cloración es ampliamente utilizada en la industria, es una reacción homolítica a través de intermedios radicalarios.
CH4 + Cl2 → CH3-Cl + HCl
Mecanismos de eliminación
Formación de alquenos
Deshidratación
La deshidratación de alcoholes se cataliza generalmente por ácido. Los alcoholes terciarios reaccionan considerablemente más de prisa que los alcoholes primarios, lo que sugiere que el paso que controla la velocidad es la formación de un carbocatión
OH
/
CH3CH2C-(CH3)2 + H2SO4 → CH3CH=C(CH3)2 + H2O
Deshidrohalogenación
Las reacciones se llevan a cabo normalmente utilizando alcoxidos como bases y a temperaturas elevadas, condiciones que favorecen una rápida eliminación.
(CH3)3C CH2CH2-Cl + NaO-CH2CH3 → (CH3)3CCH=CH2 + NaCl + CH3CH2-OH
Eliminación pirolítica
Ciertos precursores de alquenos no requieren un reactivo externo que promueva la eliminación. Los ésteres constituyen un ejemplo de tales sustratos. En estos casos, la calefacción aporta suficiente energía para que el grupo saliente actúe como una base intramolecular. La ruptura térmica de una molécula se conoce como pirólisis. Cuando un éster (generalmente acetatos) se calienta entre 300 a 600 ºC que contiene un átomo de hidrógeno en beta en su porción alcohólica, se forma un alqueno y un ácido carboxílico.
CH3COOCH2CH2CH3 → CH2=CHCH2CH3 + CH3COOH
BIBLIOGRAFIA
Breslow Ronald Mecanismos de reacciones orgánicas 1992
Casas Jhon Mecanismos de reacción en Química Orgánica 1989
Pine Stanley Química Orgánica 1998
Sykes Peter Mecanismos de reacción en Química Orgánica 1985
Tchoubar Bianca Mecanismos de reacción en Química Orgánica 1987
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