QUÍMICA ORGÁNICA. Bachillerato Internacional NM (Mila Madiedo)

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1 QUÍMICA ORGÁNICA Bachillerato Internacional NM (Mila Madiedo)

2 ÍNDICE ISOMERÍA HIDROCARBUROS ALCANOS ALQUENOS POLÍMEROS SINTÉTICOS ALCOHOLES HALOGENUROS DE ALQUILO GRUPOS FUNCIONALES BI RESUMEN PROPIEDADES FÍSICAS

3 ISOMERÍA Estructural o plana: difieren en el orden en que están enlazados los átomos en la molécula. Estereoisomería: difieren en la disposición tridimensional de sus átomos.

4 ISOMERÍA ESTRUCTURAL De cadena: difieren en la colocación de algún átomo o grupo de átomos 1-buteno (CH 3 CH 2 CH=CH 2 ) Metilpropeno ((CH 3 ) 2 C=CH 2 ) De posición: difieren en la posición del grupo funcional 1-propanol (CH 3 CH 2 CH 2 OH) 2-propanol (CH 3 CHOHCH 3 ) De función: difieren en el grupo funcional Propanona (CH 3 COCH 3 ) Propanal (CH 3 CH 2 CHO) ESTEREOISOMERÍA Geométrica, cis-trans o Z-E, característica de compuestos con doble enlace. Cis-2-buteno Trans-2-buteno Óptica, que se da en moléculas con átomos de carbono asimétricos o quirales. Ácido 2-hidroxipropanoico (láctico)

5 HIDROCARBUROS Serie homóloga: conjunto de compuestos con la misma fórmula general. Sus propiedades químicas son similares y las propiedades físicas varían de forma gradual. En los hidrocarburos: ALCANOS ALQUENOS ALQUINOS AROMÁTICOS

6 ALCANOS Hidrocarburos saturados formados por carbono, hidrógeno y enlaces simples. Según la cadena puede ser: 1. Alifáticos: de cadena lineal: C n H 2n+2 2. Cicloalcanos: de cadena cíclica: C n H 2n Los carbonos se clasifican en: 1. Primarios: enlazados a un átomo de C 2. Secundarios: enlazados a dos átomos de C 3. Terciarios: enlazados a tres átomos de C 4. Cuaternarios: enlazados a cuatro átomos de C

7 PROPIEDADES DE LOS ALCANOS Propiedades físicas: El punto de fusión y ebullición aumenta regularmente al aumentar el número de carbonos que forman la cadena. Malos conductores de la electricidad, sus moléculas son muy poco polares. Insolubles en agua, solubles en disolventes no polares.

8 PROPIEDADES DE LOS ALCANOS Presentan poca reactividad debido a que los enlaces de carbono son relativamente estables (parafinas). Dan reacciones de oxidación-reducción: 1. Combustión: alcano + oxígeno = dióxido de carbono + agua 2. Reacción con halógenos: reacciones de sustitución

9 REACCIÓN DE COMBUSTIÓN Cuando se produce una combustión incompleta de los alcanos debido a la insuficiente cantidad de oxígeno, la reacción que tiene lugar es la siguiente: Alcano + oxígeno = C(s) + CO(g) + CO 2 (g) + H 2 O (l) Cuando la cantidad de oxígeno es suficiente la combustión completa produce dióxido de carbono y agua: 2C 8 H 8 (l) + 25 O 2 (g) = 16 CO 2 (g) + 18 H 2 O (l)

10 REACCIÓN DE HALOGENACIÓN Es una reacción de sustitución que tiene lugar en presencia de luz ultravioleta a través de radicales libres: UV CH 4 (g) + Cl 2 (g) = CH 3 Cl(g) + HCl(g) El mecanismo de la reacción tiene varias etapas: Iniciación Cl-Cl(g) = 2Cl.(g) Propagación Cl.(g) + CH 4 (g) = CH 3.(g) + HCl(g) CH 3.(g) + Cl 2 (g) = CH 3 Cl(g) + Cl.(g) Terminación Cl.(g) + Cl.(g) = Cl 2 (g) Cl.(g) + CH 3.(g) = CH 3 Cl(g) CH 3.(g) + CH 3.(g) = C 2 H 6 (g) Si hay suficiente cloro la reacción da lugar a todos los productos de halogenación, no sólo el monosustituido.

11 ALQUENOS Serie homóloga de fórmula general: C n H 2n Propiedades físicas (similares a las de los alcanos) Bajos puntos de ebullición, los tres primeros alquenos son gases a temperatura ambiente. Los isómeros Z presentan mayor punto de ebullición que los E. No polares o muy poco polares. Insolubles en disolventes polares como el agua.

12 ALQUENOS Propiedades químicas: reactividad Reacción de combustión C n H 2n + (n + n/2) O 2 (g) nco 2 (g)+ nh 2 O(l) Cuando la cantidad de oxígeno es limitada arden con una llama más amarilla que los alcanos y se produce la combustión incompleta. Reacción de adición: (debida a la presencia del =) CH 2 = CH 2 + X-Y CH 2 X-CH 2 Y (insaturado) (saturado)

13 ALQUENOS Reacciones de adición: CH 3 CH 3 (alcano) HBr H 2 Br 2 CH 3 CH 2 Br CH 2 =CH 2 CH 2 BrCH 2 Br (halogenoalcano) (alqueno) (dihalógeno alcano) H 2 O(H 2 SO 4,conc) CH 2 =CH 2 CH 2 CH 2 OH -(CH 2 -CH 2 )- (alcohol) (polímero de adición)

14 POLÍMEROS SINTÉTICOS Reacción de polimerización: combinación química de un cierto número de moléculas simples (monómeros) para formar una sola molécula de gran tamaño (polímero) Propiedades físicas y químicas: las propiedades físicas y químicas de los polímeros sintéticos son claramente diferentes de las propiedades de las moléculas de partida. En general, poseen elasticidad, cierta resistencia al ataque químico, buena resistencia mecánica, térmica y eléctrica y baja densidad.

15 CLASIFICACIÓN: Según el tipo de reacción que da lugar a la polimerización Polímeros de adición La fórmula empírica es la misma que la del monómero de partida. CH 2 =CHCl+ -(CH 2 -CHCl)- n Cloruro de vinilo PVC Es una polimerización por reacción en cadena en la que intervienen radicales libres. Son polímeros de este tipo: PVC, polietileno, poliestireno. Polímeros de condensación Se forman mediante la combinación de las unidades de monómeros y eliminación de moléculas sencillas ente cada dos unidades. Se denomina polimerización por pasos, tiene lugar paso a paso en los extremos de la cadena. Son polímeros de este tipo: dacrón, baquelita, poliamidas.

16 POLÍMEROS SINTÉTICOS Según la naturaleza de los monómeros: 1. Homopolímeros: un solo tipo de monómero; polipropileno, polietileno, PVC. 2. Copolímeros: por unión de dos o más clases de monómeros; dacrón, resinas de fenolformaldehido. Según sus propiedades y utilización 1. Elástomeros: gran elasticidad y resistencia a agentes químicos y calor. Se denominan cauchos sintéticos. 2. Fibras: gran resistencia a la tracción, formación de arrugas, ligereza, poca absorción de humedad, etc. Nailón, dacrón, fibras acrílicas, etc. 3. Plásticos: grupo heterogéneo de propiedades estructurales y físicas muy variadas. Los termoestables, baquelita, no pueden ablandarse ni moldearse mediante calentamiento. Los termoplásticos pueden hacerlo por acción del calor y envuelven a endurecerse al enfriarse. Son el PVC, poliestireno, etc.

17 ALCOHOLES Propiedades físicas Los de baja mas molecular son líquidos y emanan un olor característico. Al aumentar la masa molecular aumentan los puntos de fusión y ebullición y pueden llegar a ser sólidos. Son polares y, por tanto, solubles en agua. A medida que aumenta el tamaño de la molécula disminuye su polaridad.

18 ALCOHOLES Propiedades químicas: reactividad Reacción de combustión C 2 H 5 OH(l) + 3O 2 (g) = 2CO 2 (g)+ 3H 2 O (l) H 0 = kjmol -1 Los alcoholes pueden usarse como combustibles, pueden utilizarse como sustitutos de la gasolina o el gasóleo o mezclados con ellos (no producen mucha energía)

19 ALCOHOLES Reacción de oxidación Oxidación del etanol H + /Cr 2 O 7 2- H + /Cr 2 O 7 2- CH 3 CH 2 OH CH 3 CHO CH 3 COOH etanol etanal ácido etanoico Oxidación de alcoholes primarios, secundarios y terciarios: Primarios: H + /Cr 2 O 7 2- H + /Cr 2 O 7 2- RCH 2 OH RCHO RCOOH Secundarios: H + /Cr 2 O 7 2- RCHOHR RCOR (cetonas) Terciarios: No dan esta reacción, se produciría una ruptura de la cadena

20 ALCOHOLES Reacción de esterificación: alcohol + ácido carboxílico ester + agua CH 3 CH 2 OH +CH 3 COOH CH 3 COOCH 2 CH 3 + H 2 O Reacción de sustitución por un halógeno: CH 3 CH 2 CH 2 OH+ HBr CH 3 CH 2 CH 2 Br + H 2 O Reacción de eliminación: CH 3 CHOHCH 3 H 2 SO 4 (conc) CH 3 CH=CH 2 + H 2 O

21 HALOGENUROS DE ALQUILO Propiedades físicas Tienen puntos de ebullición más altos que los alcanos correspondientes debido a su mayor peso molecular. Para un mismo R el punto de ebullición aumenta con el peso atómico del halógeno. A pesar de sus polaridades son insolubles en agua.

22 HALOGENUROS DE ALQUILO Propiedades químicas: reactividad Sustitución nucleófila: (excepto los fluoruros de alquilo debido a la fortaleza del enlace C-F) R: X + :Z(reactivo nucleófilo) R:Z + :X - (grupo saliente) Reaccionan con un gran número de reactivos nucleófilos: tanto iones negativos como bases neutras con pares electrónicos no compartidos (NH 3 ; H 2 O)

23 HALOGENUROS DE ALQUILO Halogenuros de alquilo primarios: La velocidad de reacción depende de la concentración tanto del halogenuro como del reactivo nucleófilo, es una reacción bimolecular (el paso determinante de la reacción contiene a ambos reactivos) Mecanismo S N2 (sustitución nucleófila bimolecular)

24 HALOGENUROS DE ALQUILO Halogenuros de alquilo terciarios La velocidad de reacción depende sólo de la concentración del halogenuro y no del reactivo nucleófilo, es decir, es una reacción unimolecular. El mecanismo propuesto es el siguiente: lento (CH 3 ) 3 -C-Br (CH 3 ) 3 -C + + Br - paso determinante de la v de la reac rápido (CH 3 ) 3 -C + + OH - (CH 3 ) 3 -C-OH Mecanismo S N1 (sustitución nucleófila unimolecular)

25 HALOGENUROS DE ALQUILO S N2 frente a S N1 Los halogenuros de alquilo terciarios no reaccionan mediante S N2 debido a impedimentos estéricos. En el estado de transición propio del mecanismo S N2 se ven envueltos 5 grupos alrededor del átomo central, que en el caso del halogenuro terciario son relativamente voluminosos. R R [HO..C Br] - [HO..C.Br] - H H R R halogenuro primario halogenuro terciario

26 HALOGENUROS DE ALQUILO Los halogenuros de alquilo primarios no reaccionan mediante S N1 debido a que la estabilidad del carbocatión formado en la etapa determinante de la velocidad de reacción decrece en el siguiente orden: primario<secundario<terciario Los grupos R ejercen un efecto inductivo positivo, esto quiere decir que la carga positiva del carbocatión puede dispersarse entre más átomos aumentando la estabilidad del carbocatión: I I G C + G < C + I I G suelta electrones G atrae electrones dispersa la carga intensifica la carga estabiliza el ión desestabiliza el ión efecto inductivo : depende de la tendencia intrínseca de un sustituyente de atraer electrones.

27 GRUPOS FUNCIONALES (BI NM) Alcoholes R-OH Halógenoalcanos Aldehidos R-X R-CHO Cetonas R-CO-R Ácidos carboxílicos R-COO-R Esteres R-COO-R Aminas R-NH 2 Compuestos aromáticos

28 Propiedades físicas de los compuestos con diferentes grupos funcionales Grupo Fuerzas intermoleculares Puntos de ebullición Solubilidad en agua Alcanos Van der Waals Muy bajos No Halogenoalcanos Dipolo-Dipolo débil Bajos No Aldehidos Dipolo-Dipolo Moderados Si Cetonas Dipolo-Dipolo Moderados Si Alcoholes Ácido carboxílicos Puentes de hidrógeno Puentes de hidrógeno Altos Altos Si Si