Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia Escuela de Química Departamento de Química Orgánica Química Orgánica I (QQ) Rupturas de enlaces y Clasificación de reacciones orgánicas Lic. Walter de la Roca Cuéllar Químico
Objetivos 1. Diferencie la ruptura de enlace homolítica de la heterolítica. 2. Clasifique los diferentes tipos de reacción. Energías de disociación de enlace Se pueden poner cantidades conocidas de metano y de cloro en un calorímetro, y utilizar un alambre incandescente para iniciar la reacción. El aumento de temperatura que se produce en el calorímetro permite calcular el valor preciso del calor de reacción, ΔH.
Esta medida indica que por cada mol de metano que se transforma en clorometano se desprenden (reacción exotérmica) 25 kcal (105 kj) en forma de calor. Como ΔH para esta reacción es negativa, el calor de reacción será: ΔH = -25 kcal/mol (105 kj/mol) En muchos casos, se quiere predecir si una determinada reacción será endotérmica o exotérmica, sin medir su calor de reacción. Se puede calcular un calor de reacción aproximado sumando y restando las energías implicadas en la ruptura y formación de enlaces. Para hacer estos cálculos, se necesitan saber las energías de disociación de los enlaces afectados.
La energía de disociación de enlace (EDE) es la cantidad de energía que se necesita para romper homolíticamente un enlace determinado, esto es, de forma que cada átomo enlazado retenga uno de los dos electrones del enlace. Por el contrario, cuando un enlace se rompe heterolíticamente, uno de los átomos retiene los dos electrones. 1. Rompimiento Homolítico (se forman radicales libres) Ejemplo:
2. Rompimiento Heterolítico Ejemplo: A : B A + + B: - - H 3 C:CH 3 H 3 C + + : CH 3 Observe que se utiliza una flecha curvada para mostrar el movimiento del par de electrones en una ruptura iónica y semi-flechas curvadas para mostrar la separación de electrones individuales en una ruptura homolítica.
Cuando se forman enlaces se libera energía y se consume cuando se rompen. La variación de entalpía total de una reacción es la suma de las energías de disociación de los enlaces que se rompen menos la suma de las energías de disociación de los enlaces que se forman. Δ H = (EDE de los enlaces rotos) - (EDE de los enlaces formados) ΔH = (104+58) (84 103) = - 25 Kcal/mol
Actividad :Calcule la entalpia de reacción H
Tipos de reacciones orgánicas Las reacciones de la química orgánica pueden organizarse en dos maneras generales: por los tipos de reacciones y cómo ocurren estas reacciones. Veamos primero los tipos de reacciones que se llevan a cabo; hay cuatro tipos generales de reacciones orgánicas: 1. Adiciones 2. Eliminaciones 3. Sustituciones 4. Rearreglos o transposición. 1. Las reacciones de adición: Tienen lugar cuando dos reactivos se adicionan uno al otro para formar un solo producto sin átomos sobrantes. Un ejemplo que estudiaremos más adelante es la reacción de un alqueno, como el etileno, con HBr para producir un bromuro de alquilo.
Observaciones de la reacción: Hay cambio de hibridación de los carbonos involucrados No hay subproductos. Debe estar presente una insaturación doble o triple y podría reaccionar el triple enlace parcial a alqueno ó total hasta alcano. Qué otras cosas podrían agregar?
2. Las reacciones de eliminación: Son, de cierta forma, el opuesto de las reacciones de adición y ocurren cuando un reactivo único se separa en dos productos, a menudo con la formación de una molécula pequeña como el agua o el HBr. Un ejemplo es la reacción catalizada con ácido de un alcohol para producir agua y un alqueno. Observaciones de la reacción: Hay cambio de hibridación de los carbonos involucrados Hay subproductos. Qué otras cosas podrían agregar?
3. Las reacciones de sustitución: Ocurren cuando dos reactivos intercambian partes para formar dos nuevos productos; un ejemplo es la reacción de un alcano con Cl 2 en presencia de luz ultravioleta para producir un cloruro de alquilo. Un átomo de Cl del Cl 2 sustituye un átomo de H del alcano y resultan dos nuevos productos. Observaciones de la reacción: Cuáles podrían ser?
4. Las reacciones de rearreglo o transposición tienen lugar cuando un reactivo único experimenta una reorganización de enlaces y átomos para formar un producto isomérico; un ejemplo es la conversión del alqueno 1-buteno en su isómero constitucional 2- buteno cuando se trata con un catalizador ácido. Observaciones de la reacción: Cuáles podrían ser?
Ejercicios:
Qué aprendimos en la presentación? 1. Energía de disociación de enlaces 2. Rompimientos homolíticos y heterolíticos 3. Calculo de Energía de disociación de enlace (EDE) 4. Tipos de reacciones de la química orgánica: Adición Eliminación Sustitución Rearreglo o transposición. Bibliografía: Wade, L. G., Pedrero, Á. M., & García, C. B. (2004). Química orgánica (No. QD251. 2 W3218 2004). España: Pearson Prentice Hall. John McMurry. (2012). Química orgánica. Cengage Learning Editores.