Perspectiva de las reacciones orgánicas

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1 Química rgánica Química rgánica Química rgánica Química rgánica Química rgánica ITESM-ca, Depto. C.B. Academia Química Perspectiva de las reacciones orgánicas bjetivos De una serie de reacciones orgánicas identificar el tipo al que pertenecen (adición, condensación, eliminación, sustitución, transposición o rearreglo, redox, ácido-base), mediante la observación y análisis del cambio del sustrato con respecto al producto. Definir mecanismo de reacción, ruptura de enlaces, identificar a los intermediarios de reacción (carbocationes, carbaniones, radicales libres) y su importancia, formación de enlaces, electrófilos, nucleófilos. Describir una reacción química en términos de equilibrio químico, termodinámica (diagramas de energía), cinética química (velocidad de reacción, orden de reacción, molecularidad y factores que afectan la velocidad de una reacción) I. Completa sobre la línea con la palabra o concepto correspondiente: 1. La manera en que ocurre una reacción se conoce como 2. Los son especies químicas que se forman en pasos intermedios y se consumen en pasos posteriores y que al final no aparecen como productos 3. Los son especies con carga positiva que contienen un átomo de carbono con solo seis electrones de enlace 4. En la ruptura el par de electrones del enlace covalente queda retenido por uno de los átomos inicialmente enlazados 5. Los radicales (también conocidos como radicales libres) son especies 6. En una reacción de un átomo o grupo de átomos en una molécula o ion es reemplazado por otro átomo o grupo de átomos 7. Una reacción de eliminación se caracteriza por 8. En una reacción de dos moléculas se combinan liberando una molécula pequeña (en general agua o un alcohol) 9. En las reacciones hay transferencia de electrones o cambio en el número de oxidación. 10. Una reacción de también puede ser una reacción ácido-base 11. Una reacción de reordenamiento o transposición se caracteriza por 12. La reacción puede considerarse como inversa de la reacción de eliminación 13. Los reactivos son especies químicas ricas en electrones 14. Los reactivos electrofílicos son especies químicas en electrones 15. La se refiere a la rapidez con que los reactantes desaparecen o aparecen los productos 16. Una reacción por es aquella donde hay ruptura y formación de enlaces en los que participan radicales libres. 17. Las reacciones polares son más comunes que las reacciones por 18. Una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción pero que no se consume al final de la misma se conoce como 19. La probabilidad de colisiones entre los reactantes se relaciona con 20. Una sustancia donadora de un par de electrones se conoce también como de Lewis 21. La energía de activación es 22. Un carbocatión es menos estable que un carbonio secundario 23. La resulta de la tendencia de las especies intermediarias de alcanzar una configuración estable. 24. Las bases orgánicas más comunes son los 25. Una reacción se caracteriza por un orden de reacción igual a dos 26. Cuando un átomo de carbono en el reactivo orgánico forma más enlaces a el, o menos enlaces a, el reactivo se Pt 27. En la reacción C 2=C 2 2 -, el eteno se 28. Un muestra la energía de una reacción en función del progreso de la misma. 29. Una reacción que libera energía se conoce como 30. Si un paso de un mecanismo de reacción tiene una energía de activación superior, que otro paso del mismo mecanismo, ese paso es de la velocidad de reacción 31. La suma de todos los pasos elementales de una reacción da lugar a la

2 II. Clasificar las siguientes reacciones como de Adición, Condensación, Sustitución, Eliminación, Transposición xidación (con respecto al sustrato orgánico), Reducción (con respecto al sustrato orgánico), ó ácido-base. No olvidar que una reacción puede tener más de una clasificación. Justificar la respuesta. Identificar con nomenclatura IUPAC a reactivos y productos No Reacción 1 C C 2Cl 2 C(Cl) 2 - C(Cl) 2 Tipo de reacción 2 C 2 5 Cl C 2 5Cl 2 3 CClCCl Zn C=C ZnCl 2 4 N 4 (CN) - 2N-C-N 2 5 C 2C 2 () 3C Br 2 Br-C 2 -C 2 - C 2-Br - 3C 2Mn 4-3C - 2Mn C 2C 2 11/2 2 3 C CCl 3 - :CCl 2 2 Cl S4 C 6 6 N 3 C 6 5 N III. Identifica cuales de las siguientes especies son carbocationes, carbaniones o radicales libres..- a. () 2C- b. () 3C. c. () 3C d. () 3C: - e. C 2C 2. f. C=C g. C 6 5ċ IV. Clasifica las siguientes especies como nucleófilos o electrófilos a. - b. CN -

3 c. Br - d. :N 3 e. 3C - f. g. Ag N 4 h. azide N _ N N _ phenol i. V. Clasifica las siguientes especies como ácidos o bases de Lewis a. 2C=C 2 b. F - c. () 3C d. e. : - VI. De cada par de compuestos selecciona la especie más estable 4. a. ; b. 1. a. ; b. 2. a. ; b. 3. a. ; b. VII. Indicar si el reactante a) ó b) es el nucleófilo o el electrófilo en las siguientes reacciones: No. Reacción a b a b 1 2C=C 2 Br 2 BrC 2-C 2Br 2 N 3 C - N 2 C 3.. C-Cl: AlCl 3 C - AlCl C= :S 3 - CS 3 -

4 3 C C Br 2 3 C C Br VIII. A continuación se muestra el mecanismo para la reacción Empléalo para contestar las preguntas Paso 1 3 C C Br 3 C C Br - A B Paso 2 y 3 3 C C 3 C C 3 C 2 3 C C 3 a. Dibuja flechas para indicar el flujo de elctrones en los tres pasos b. Cuántos intermediarios tiene este mecanismo y a qué tipo pertenecen? c. Etiqueta los reactantes del paso dos como : Nu-, E d. A qué tipo de reacción pertenece esta reacción? IX.Considerar la siguiente secuencia de pasos y responder a la s preguntas. Sugerencia: Suma los pasos i) A B ii) B C D E iii) E A 2F a) cuál o cuales de las especies es o son los reactantes? b) cuál o cuales de las especies es o son los productos? c) cuál o cuáles de las especies se pueden describir como producto intermedio? d) Escribir la ecuación global. e) Indicar la molecularidad de cada paso. f) Si la expresión de velocidad es v= K [A][C], el orden de la reacción es. g) Si la ecuación global tiene un = Kj/mol, la reacción será endotérmica o exotérmica? h) Si la ecuación global tiene un G= Kj/mol, la reacción será exergónica o edergónica? i) Si su K eq= 1.35 x10 2 a 25 C, están favorecidos los reactivos ó productos? X. Emplea los diagramas de energía para contestar las preguntas correspondientes B. Energy A. C. D. Reaction Progress 1. a. Esta reacción es : a) endergónica ó b) exergónica b. El estado de transición se encuentra en el punto del diagrama c. Los productos se encuentran en el punto del diagrama d. El cambio de energía de esta reacción está indicado con el punto del diagrama e. Los reactivos se encuentran en el punto del diagrama

5 2. =/ G1 first TS second TS =/ G2 third TS = inter. 1 G3 inter. 2 Energy reactants G products Reaction Progress a. La reacción es a) endergónica ó b) exergónica b. Cuántos pasos elementales tiene esta reacción? c. Cuántos estados de transición tiene? d. Cuántos intermediarios hay en esta reacción? e. Cuál de los pasos es el limitante de la reacción? f. Cuál paso es el más endergónico? XI. Con base en el número de enlaces y la naturaleza de los átomos enlazados, establecer cuál de los siguientes cambios es una oxidación o una reducción. a. =C 2 se convierte en C 2- b. =C- se convierte en C 2- c. C- se convierte en C 2- d. C 2- se convierte en C= e. C 2- se convierte en C XII. En las siguientes reacciones, el reactivo orgánico se oxida, se reduce o ninguna de las dos opciones? KMn 4 a. 2-hexeno 2,3-dihidroxihexano -, frío catalizador b. ciclohexano benceno 3 2 Pt c. 1-butino 2 1-buteno Respuestas: I. 1. Mecanismo de reacción 2. Intermediario de reacción 3. Carbocationes (también conocidos como carbonios) 4. eterolítica 5. Sin carga, con siete electrones o con un electrón no pareado 6. Sustitución 7. La eliminación de una molécula pequeña 8. Condensación 9. Redox 10. Adición, o de condensación o de sustitución 11. Un reordenamiento de los átomos para formar otro compuesto, sin que se pierdan o ganen átomos 12. Adición 13. Nucleofílicos 14. Deficientes 15. Velocidad de reacción 16. Por radicales 17. Radicales 18. Catalizador 19. Temperatura, concentración de sustrato, naturaleza del sustrato, tamaño de partícula, naturaleza del sustrato 20. Base

6 21. Energía mínima necesaria para que los reactivos se transformen en productos 22. Primario o de metilo 23. Formación de enlaces 24. Derivados nitrogenados 25. Bimolecular 26. xida 27. Reduce 28. Diagrama de energía 29. Exergónica 30. Limitante 31. Reacción global II. No Reacción Tipo de reacción 1 C C 2Cl 2 C(Cl) 2 - C(Cl) 2 Adición y oxidación 2 C 2 5 Cl C 2 5Cl 2 Sustitución 3 CClCCl Zn C=C ZnCl 2 Eliminación y Reducción 4 N 4 (CN) - 2N-C-N 2 5 C 2C 2 () 3C Rearreglo ó Transposición Rearreglo ó Transposición Br 2 Br-C 2 -C 2 - C 2-Br - 3C 2Mn 4-3C - 2Mn C 2C 2 11/2 2 3 C Adición y xidación xidación xidación 9 CCl 3 - :CCl 2 2 Cl - Eliminación 10 2S4 C 6 6 N 3 C 6 5 N 2 2 Sustitución 11 Sustitución 12 Acido-base 13 Condensación III. a. carbanión b. radical libre c. carbocatión d. carbanión e. radical libre f. carbocatión

7 g. radical libre IV. a. Nucleófilo b. Nucleófilo c. Nucleófilo d. Nucleófilo e. Nucleófilo f. Electrófilo g. Electrófilo h. Nucleófilo (ya que tiene carga neta negativa) i. Puede ser tanto nucleófilo como elcetrófilo según circunstancias nucleophilic electrophilic V. a. base b. Base c. Acido d. Acido e. Base VI. 1. b 2. a 3. b 4. a VII. No. Reacción a b a b 1 2C=C 2 Br 2 BrC 2-C 2Br Nucleófilo Electrófilo 2 N 3 C - N 2 C Electrófilo Nucleófilo 3.. Nucleófilo Electrófilo C-Cl: AlCl 3 C - AlCl C= :S 3 - CS 3 - VIII. a. Electrófilo Nucleófilo 3 C C Br A 3 C C Br - B 3 C C 3 C C 2 3 C C 3 b. E Nu - c. Dos intermediarios, ambos son carbocationes

8 d. Es una reacción de sustitución y de acuerdo a su mecanismo es una reacción polar IX X. a. A y C b. D y F c. B y E d. 2A C D 2F (sumar los pasos) e. i) unimolecular; ii) bimolecular; iii) bimolecular f. segundo 1. a. Exergónica b. B c. D d. C e. A 2. Endergónica Primero g. Exotérmica h. Exergónica i. Productos XI. a. oxidación b. reducción c. reducción d. oxidación e. oxidación XII. a. oxida b. oxida c. reduce