TEMA 02 CONVERSIÓN, TERMODINÁMICA, CINÉTICA REACTIVIDAD

Transcripción

1 TEMA 02 CONVERSIÓN, TERMODINÁMICA, CINÉTICA REACTIVIDAD

2 Conversión: porcentaje de transformación de los reactivos en productos CONVERSIÓN (K eq ) ESTABILIDAD [CONTENIDO ENERGÉTICO (exo-endo)] [GRADO DE DESORDEN] Para ΔG alta y negativa mayor conversión (K eq ) A QUÉ VELOCIDAD?

3 P R H R ΔH + ΔH - P P R S R ΔS + ΔS - P ΔG = ΔH - TΔS

4 CONDICIÓN DE ESPONTANEIDAD R G ΔG P Desarrollo de reacción

5 CINÉTICA DE LA REACCIÓN G valora la espontaneidad pero NO la VELOCIDAD DE REACCIÓN CONDICIONES PARA REACCIÓN FRUCTÍFERA : 1. COLISIÓN de las partículas implicadas en ese paso. La simple colisión no implica reacción segura, no todos los choques son efectivos, hay dificultades o barreras energéticas que al no sobrepasarse conducen a muchos rebotes elásticos. Para una reacción espontánea, si todas las colisiones fueran efectivas el perfil energético descriptivo sería directo, lo que no ocurre habitualmente, presenta una barrera.

6 2. TÉRMINO PROBABILIDAD : ENERGÉTICA: concentración adecuada de la energía disponible sobre los enlaces implicados en la reacción de manera que el alargamiento producido en los mismos sea suficiente para propiciar su rotura. ESPACIAL: orientación física adecuada de los reaccionantes en la colisión que permita la reorganización electrónica.

7 3. FACTOR TEMPERATURA o disponibilidad de un mínimo energético en el momento de la colisión. LA FACILIDAD CON QUE SE ALCANCEN TODAS ESTAS CONDICIONES DETERMINA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN DE UN PROCESO QUÍMICO.

8 Nu - Nu - F CH 3 CH 3 CH3 CH 3 R O Br EJERCICIO Nu -

9 DIAGRAMA DE DESARROLLO DE REACCIÓN PERFIL DE UNA REACCIÓN ESPONTÁNEA: ΔG = negativa G ΔG = G P -G R DESARROLLO DE REACCIÓN

10 ESTADO DE TRANSICIÓN

11 REACCIÓN EN DOS ETAPAS DE LA CLORACIÓN DEL METANO

12 DIAGRAMA DE DESARROLLO DE REACCIÓN entalpía desarrollo de reacción etapas entalpía de activación intermedios estados de transición reversibilidad incremento de entalpía conversión - cte de equilibrio

13 ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN VELOCIDAD DE REACCIÓN VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE CONVERSIÓN (K eq )

14 TEMA 02. Segunda parte

15 La distribución de la densidad electrónica explica los ataques químicos MAPAS DE POTENCIALES ELECTROSTÁTICOS ROJO AMARILLO VERDE AZUL CLARO MARINO extremo negativo extremo positivo CH 3 -CH 2 -CH 2 OH

16 HLi BH 3 CH 4 NH 3 H 2 O OH - CH 3 -

17 CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 O - CH 3 -CH 2 -CH 2 -COO - CH 3 -CH 2 -COOCH 3

18 Según la disponibilidad electrónica los reactivos se clasifican en: ELECTRÓFILOS H + ; NO 2+ ; R 3 C + ; SO 3 ; CO 2 ; BF 3 ; NO + ; Ca ++ NUCLEÓFILOS H - ; OH - ; CH 3 O - ; CN - ; R-Mg-Br; R-Li; R-O-R ; R 3 N Partículas cargadas o moléculas neutras Grados cuantitativos de nucleofilia y electrofilia

19 REACTIVOS AISLADOS O REACTIVOS EN EL SENO DE UN MEDIO DE REACCIÓN Un reactivo, intrínsecamente apolar con homogénea distribución de carga en situación aislada, puede sufrir polarización inducida por el sustrato al que ataca: + Br Br _ o por un catalizador: Cl Cl Cl Fe Cl Cl

20 + _ También es marcada la acción de solvatación de reactivos, intermedios o productos por un disolvente: + + Nu - + _ _ Solvatación: interacción electrostática de una especie química con el disolvente que le rodea, habitualmente con repercusiones energéticas.

21 PARALELISMO CONCEPTUAL electrófilo ácido de Lewis oxidante nucleófilo base de Lewis reductor

22 Ataque: aproximación de un reactivo para inicio de una reacción química. El ataque está provocado por la atracción electrostática o la búsqueda de mayor estabilidad (móvil). Cuando son al menos dos las especies que participan en una reacción, se considera atacante al reactivo más necesitado de compartir carga o más alejado de una situación estable (mayor reactividad). Existen ataques electrófilos o nucleófilos iniciadores de un proceso según el carácter del reactivo que lo inicia (atacante). Al participante en la reacción química que sufre el ataque (especie menos reactiva) se le denomina sustrato.

23 Hay alguna solución experimental para procesos con baja reactividad por alta E a y, en consecuencia, baja velocidad? H O + O H colisión improbable estado de transición muy energético H O O H + O OH H benzoína

24 Una solución posible para aumentar la velocidad de un proceso lento es el empleo de catalizadores. CATALIZADOR es una especie que, sin consumirse, participa en una reacción química suministrando un camino o mecanismo de reacción alternativo de menor consumo energético, lo que permite alcanzar una mayor velocidad de reacción.

25 FORMACIÓN DE BENZOÍNA A PARTIR DE BENZALDEHÍDO CATALIZADA POR ANIÓN CIANURO

26 sin catalizar E catalizada benzaldehído benzoína desarrollo de reacción

27 Tras la exposición de la teoría sobre la reacción química, hagamos algunas consideraciones experimentales: el proceso químico en el laboratorio.

28 AISLAMIENTO, PURIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS. 1. INTRODUCCIÓN Necesidad de purificación de las mezclas experimentales de reacción Distinción entre aislamiento y purificación 2. MÉTODOS M DE AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN EXTRACCIÓN (física y química) DESTILACIÓN (sencilla, fraccionada, a vacío, corriente de vapor) CRISTALIZACIÓN SUBLIMACIÓN CROMATOGRAFÍA PREPARATIVA (columna, capa fina)

29 3. CRITERIOS DE PUREZA PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN DENSIDAD, ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y PODER ROTATORIO. CROMATOGRAFÍA ANALÍTICA (HPLC) ANÁLISIS ELEMENTAL ( cualitativo y cuantitativo) PESO MOLECULAR (crioscopía, espectrometría de masas) 4. DETERMINACIÓN N ESTRUCTURAL mediante las técnicas habituales de análisis instrumental para identificación: Espectroscopía infrarroja Espectroscopía de resonancia magnética nuclear Espectrometría de masas

30

31

32 FIN DEL TEMA 02

33