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Reacciones Químicas: Intermedios de Reacción, Electrófilos y Nucleófilos, Resúmenes de Química

Una profunda introducción a las reacciones químicas, enfatizando en los intermedios de reacción, los electrófilos y los nucleófilos. Se abordan reacciones de adición, sustitución, eliminación y transposición, así como reacciones en una o dos etapas. Además, se discuten equilibrios ácido-base y redox, y se analizan las diferencias entre un ácido de lewis y un electrófilo, o entre una base de lewis y un nucleófilo. El documento también incluye ejemplos de reacciones características de diferentes grupos funcionales.

Tipo: Resúmenes

2023/2024

Subido el 27/02/2024

maritza-garcia-20
maritza-garcia-20 🇦🇷

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INTRODUCCIÓN A LA REACTIVIDAD EN
LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
Tema IV
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¡Descarga Reacciones Químicas: Intermedios de Reacción, Electrófilos y Nucleófilos y más Resúmenes en PDF de Química solo en Docsity!

INTRODUCCIÓN A LA REACTIVIDAD EN

LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Tema IV

ÍNDICE

  1. Introducción
  2. Ruptura de enlaces 2.1. Ruptura homolítica u homolisis 2.2. Ruptura heterolítica o heterolisis
  3. Nucleofilia y electrofilia.

3.1. Nucleófilos 3.2. Carbaniones 3.3. Electrófilos

  1. Carbenos.
  2. Intermedios de reacción
    1. Clasificación de las reacciones orgánicas 6.1. Reacciones de adición 6.2. Reacciones de sustitución 6.3. Reacciones de eliminación 6.4. Reacciones de transposición
    2. Mecanismos de las reacciones orgánicas 7.1. Reacciones en una sola etapa 7.2. Reacciones en dos etapas 8.Equilibrios ácido-base y redox 9.Importancia del disolvente
  1. Ruptura de enlaces

2.1. Ruptura homolítica u homolisis.

Se produce en enlaces entre dos átomos que no tienen una gran diferencia en electronegatividad. Cada átomo "se lleva" un electrón de cada pareja de electrones de enlace: da lugar a radicales libres (son un tipo de intermedios reactivos).

Los intermedios reactivos son especies de vida corta que nunca están presentes en altas concentraciones ya que reaccionan con la misma rapidez con la que se forman.

Así se mide la Energía de Disociación.

 Ejemplo: halogenación de alcanos

2.1. Ruptura homolítica u homolisis.

 Es más fácil romper un enlace C-H de tipo terciario ( 92 kcal/mol) que uno secundario ( 95 kcal/mol) o que uno primario ( 98 kcal/mol). Romper homolíticamente el metano es especialmente difícil ( 105 kcal/mol). ¿ Porqué?

Enlace C-H Radical Tipo ΔH^0 metilo 105 primario 98

primario 98

primario 98

secundario 95

terciario 92

2.1. Ruptura homolítica u homólisis.

 La diferencia de energía debe atribuirse a la diferente estabilidad de los radicales resultantes. Así, el radical terciario es 1.5 kcal/mol más estable que el secundario y éste a su vez 3.5 kcal/mol más que el primario.

 Orden de estabilidad: Radical terciario > secundario > primario > CH 3

R C R'

R''

R C R'

H

R C H

H

H C H

H

^ >

2.1. Ruptura homolítica u homolisis.

Los orbitales enlazantes vecinos al orbital p que contiene el electrón desapareado pueden dar lugar a un solapamiento lateral distorsionado (parecido al de un enlace π pero mucho menos efectivo) y deslocalizar así el defecto de densidad electrónica. Cuantos más enlaces haya alrededor del centro radicalario, mayor será la estabilización.

2.1. Ruptura homolítica u homolisis.

Cloración del Metano

A pesar de ser exotérmica , la reacción no se produce

espontáneamente: es necesario irradiar la mezcla de los gases

con luz ultravioleta o “calentar” a 3000 C.

¿Por qué?

2.1. Ruptura homolítica u homolisis.

3ª Etapa: TERMINACIÓN

 Los radicales pueden colapsar entre sí con lo que evitan la deficiencia electrónica. Pero, como son especies que están en muy baja concentración por ser difíciles de producir y muy reactivas, la probabilidad de que colapsen es muy baja. Sin embargo, la obtención del etano en bajas concentraciones prueba la formación del radical ·CH 3 y apoya el mecanismo propuesto.

2Cl Cl 2 CH 3 + Cl CH 3 Cl

CH 3 + CH 3 CH 3 CH 3

2.1. Ruptura homolítica u homolisis.

Mecanismo completo de la cloración del metano

2.2. Ruptura heterolítica o heterolisis

 Se produce en enlaces entre dos átomos cuya electronegatividad es diferente. El átomo electronegativo "se lleva" los dos electrones de enlace: da lugar a iones. En general este proceso es menos costoso energéticamente que la ruptura homolítica.

 Para lograr esta ruptura debemos tener un enlace débil, si no necesitaríamos una energía muy elevada.  Si se presenta este caso haría falta debilitar el enlace en cuestión.  Ej : El enlace C-O en el alcohol es fuerte. Para debilitarlo protonamos el alcohol facilitando así su ruptura. La pérdida en este caso será una molécula de agua.

A B
 + ^ -
A + B

C H 3

H C

H

O

H

    • H

C H 3 H C H

O

H

H

C H 3 C H H

O

H

H

3. Nucleofilia y electrofilia

 La nucleofilia está relacionada con la velocidad de ataque de una especie sobre un átomo de carbono electrofílico, lo que puede conducir a procesos de sustitución o adición donde el nucleófilo forma un nuevo enlace con el carbono.  No hay que confundir la nucleofilia con la basicidad, esta última viene determinada por la constante de equilibrio del proceso de abstracción de un protón.  Un nucleófilo es una especie rica en electrones capaz de ceder pares de electrones.

 Un electrófilo es una especie deficiente en electrones y que, por tanto, funciona como aceptor de los pares electrónicos.  De una manera general un nucleófilo es un centro con una fuerte densidad electrónica ya que electrófilo es un centro pobre en electrones.  Una base de Lewis se puede considerar como un nucleófilo y un ácido de Lewis como un electrófilo.

B + (^) H A K eq H B + A

Basicidad Nucleofilia

B + (^) C X k r B C + X

3.1. Nucleófilos

Los nucleófilos son:

 Moléculas neutras que tienen un heteroátomo con un par libre de electrones y menos electronegativos (O, N, S, P), o  Enlaces múltiples entre átomos de carbono (alquenos, alquinos o compuestos aromáticos), o  Iones cargados negativamente como: (HO-, Cl-, Br-, I-^ o un carbanión)

Los nucleófilos reaccionan con cualquier electrófilo, mientras

que las bases que poseen un par libre solo reaccionan con el

protón, H+. Este último es un electrófilo muy fuerte.

C

3.1. Nucleófilos

Fuerza de los nucleófilos

La fuerza de los nucleófilos se define por la velocidad de la reacción en la que están implicados: CH 3 Br + Nu-^  CH 3 Nu + Br-

Si tomamos el agua como referencia, el coeficiente de velocidad kNu/kH 2 O permite clasificar los nucleófilos: cuanto mayor es este coeficiente, mejor es el nucleófilo. Nucleófilo kNu/kH2O Nucleófilo kNu/kH2O H 2 O 1 Br-^3160 NO 3 -^10 HO-^15900 F-^100 SCN-^25100 SO 42 -^320 I-^50200 CHCO 2 -^500 CN-^126000 Cl-^500 SO 32 -^128000