S aint G aspar Co l le ge M i s i o n e r o s d e l a P r e c i o s a S a n g r e

Departamento de Ciencias y Tecnología. Profesora Daniela Herrera Ferrada

REACTIVIDAD EN QUÍMICA ORGÁNICA

La mayoría de las reacciones químicas se pueden representar a través del siguiente

esquema:

+

1. SUSTRATO: es el reactante orgánico que se transforma en una reacción

química. Su reactividad depende de los grupos funcionales, insaturaciones, etc.,

provocando desplazamientos electrónicos tales como

- Efecto inductivo: desplazamiento del par electrónico del enlace σ hacia el

átomo más electronegativo, representado mediante flechas hacia éste. Se

transmite a lo largo de la cadena perdiendo rápidamente intensidad. Puede ser:

▪ +I: grupos que ceden densidad electrónica al átomo de C.

▪ -I: atraen hacia si los electrones compartido con el C.

Cl C C

Cl

Cl

H

H

H

H

P

- Efecto mesómero o de resonancia: desplazamiento de electrones de enlaces

C=C ó C=O o de pares no enlazantes de átomos contiguos hacia uno de los

átomos enlazados, formándose estructuras resonantes se transmite a lo largo

de la cadena si hay dobles enlaces alternos (conjugados) se representa por una

flecha curva. Puede ser

F o r m a n d o P e r s o n a s Í n t e g r a s

SUSTRATO

+

REACTIVO INTER

MEDIARIOS

PRODUCTOS

FINALES

▪ +M: ceden dos electrones al átomo de C

CH2 CH

Br CH2 CH

Br

▪ -M: grupos que atraen hacia si los electrones del enlace П compartidos

con el C.

H2C CH

C

O

H

C

H

C

O

H

H2C

H2C CH

CH

CH

NH2 CH

CH

CH

NH4H2C

2. REACTIVO: son las moléculas encargadas de producir la transformación. Estos

reactivos se pueden clasificar en:

- REACTIVOS ELECTROFÍLICOS Ó ELECTRÓFILOS (del griego amante de los

electrones): son iones positivos (deficientes en electrones), moléculas con

átomos sin octeto completo (ácidos de Lewis) atacan zonas con alta densidad

electrónica es decir donde hay enlaces dobles o triples, por lo tanto, aceptan

electrones del sustrato.

Electrófilos cargados: iones positivos

H+

O N O+

protón ión nitronio

CH3

C

CH3

CH 3

+

catión ter-butilo

Electrófilos neutros: moléculas con átomo sin octeto completo

Al

Cl

Cl

Cl Fe

Br

Br

Br

tricloruro de aluminio tribromuro de hierro

- REACTIVOS NUCLEOFÍLICOS Ó NUCLEÓFILOS (del griego que aman a los

núcleos) son aniones o moléculas que tienen pares de electrones no

compartidos (bases de Lewis) atacan a partes de la molécula (sustrato)

deficiente en electrones.

Nucleófilos cargados: iones negativos

Cl

_ _

ión cloruro ión hidróxido

H O

Nucleófilos neutros: moléculas con átomo que presentan pares de electrones no

compartidos

3 R O H H O HNHamoniaco alcohol agua

Electrófilo es

aceptor de e-

Nucleófilo es

donante de e-

Ejemplo:

C

H

C C C

H Cl

Cl+

+

_

electrófilo nucleófilo

3. INTERMEDIARIOS: son especies químicas altamente reactivas, no se pueden

aislar, se producen cuando ocurre la transformación entre materiales iniciales y el

producto. Estas especies se utilizan para explicar lo que se denomina mecanismo

de una reacción.

- Mecanismo de una reacción: es el detalle de las transformaciones graduales

que sufren las moléculas de las sustancias reaccionantes hasta convertirse en

productos de la reacción.

- El mecanismo de las reacciones orgánicas debe explicar:

- Debilitamiento de los enlaces entre los átomos de los reactantes

- Formación de un complejo activado inestable

- Aparición de nuevos enlaces entre los átomos que forman los productos

- Variación de la energía del proceso (la energía necesaria para que se forme el

complejo activado es la energía de activación Eact )

DIAGRAMA DE ENERGÍA POTENCIAL

REACCIÓN ENDOTÉRMICA EN UNA SOLA ETAPA

a. Reacción en un solo paso, con formación de un estado de transición.

Ejemplo:

ΔH = H productos – H reactivos

- H productos > H reactivos por lo tanto, ΔH es positivo y la reacción es

endotérmica

- En este caso no se forma intermediario.

Eact: energía de activación

Epot: energía potencial

ΔH: entalpía de la reacción

CH3 Cl + OH_

CH3OH + Cl_

cloruro de metilo ión hidroxido

DIAGRAMA DE ENERGÍA POTENCIAL

REACCIÓN EN DOS ETAPAS

b. Reacción en dos paso, con formación de un intermediario.

Ejemplo:

- Eact 1 >> Eact 2 por lo tanto, la etapa 1 es la que determina la velocidad de

reacción.

La utilidad de la formación de intermediarios en una reacción, implica que la molécula

se acomoda de tal forma de obtener productos termodinámicamente lo más estable

posible.

Por tanto la reactividad en química orgánica se basa en la reacción entre

nucleófilos y electrófilos, que estarían dados en dobles enlaces, triples enlaces y

grupos funcionales. Pero también en la ruptura de enlaces en los sustratos y

reactivos con la formación de nuevos enlaces en los productos.

Básicamente existen sólo dos formas para romper un enlace covalente de manera

eléctricamente simétrica, homolítica ó asimétrica, heterolítica.

Eact 1: energía de activación de la etapa 1

Eact 2: energía de activación de la etapa 2

Epot: energía potencial

ΔH: entalpía de la reacción

CH3 Cl OH_

CH3

Cl_

cloruro de ter-butilo

intermediario de reacción

3 C

_

C

CH3

CH3

+CH3 3 C

OH_

+

RUPTURA DE UN ENLACE COVALENTE

- HOMOLÍTICA

TIPOS DE RUPTURAS

- HETEROLÍTICA

4. RUPTURA HOMOLÍTICA: se forman radicales libres, cada átomo se queda con

uno de los electrones que forman el enlace.

- Radical libre: es una especie que contiene un número impar de electrones, es

decir no apareado.

- Orden de estabilidad del radical: terciario > secundario > primario > metilo.

*SE FORMAN RADICALES LIBRES

Ejemplo:

Para la ruptura de un enlace se necesita aporte de energía: calor, luz, presencia

de un radical, etc.

5. RUPTURA HETEROLÍTICA: se forman iones, el átomo más electronegativo se

queda generalmente con ambos electrones, resultando un átomo con carga negativa

(carbanión) y otro con carga positiva (carbacatión).

*SE FORMAN IONES

Pueden ocurrir de dos formas:

Los productos pueden ser

átomos libres ó grupos de

átomos.

Ejemplo:

- Estos procesos de formación y ruptura generan grupos de reacciones químicas:

- Reacciones por radicales: no son tan comunes, pero son importantes en química

orgánica, particularmente en la industria.

- Reacciones polares: estas representan a la mayoría de las reacciones en

química orgánica.

6. LAS ESPECIES INTERMEDIAS que se forman a medida que la reacción avanza

desde los reactivos hacia los productos, son menos estables que los reactivos y los

productos y tienen una vida media muy corta en la mezcla de reacción.

Intermedios de reacción

Carbocatión C

Carbanión C

Radical libre C

7. Por lo tanto, existen tres tipos de reactivos:

- Radicales libres

- Reactivos nucleófilos

- Reactivos electrófilos

8. CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES ORGÁNICAS

9. REACCIONES DE ADICIÓN: ocurren cuando las moléculas poseen dobles ó

triples enlaces y se les incorporan dos átomos ó grupos de átomos disminuyendo la

insaturación de la molécula original.

- Ejemplos de:

a) ADICIÓNES RADICÁLICAS

SEGÚN CAMBIO

ESTRUCTURAL PRODUCIDO

EN LOS REACTIVOS

ADICIÓN ELIMINACIÓN TRANSPOSICIÓN SUSTITUCIÓN

b) ADICIÓNES NUCLEÓFILAS: se producen en sustratos con insaturaciones

polarizadas como C=O, -C≡ N,… lo que facilita que el C sea atacado por

reactivos nucleófilos.

H3C

H

C O

+ −

+ H Br−+

lenta

Br

OH

H3C+ H

Br

OH

H3CH

rápida

c) ADICIONES ELECTRÓFILAS: adición de un reactivo electrófilo a la

insaturacion. Cuando se adiciona un reactivo asimétrico la parte más

electropositiva del reactivo se adiciona al C mas hidrogenado

C C

H

H

H

CH3

+ H Br

−+

CC

H CH3

H + CC

H CH3

H Brrápida

CCH2

HH CH3

H + Br CC

H CH3

HBrrápida

H H HH

HH HH

mayoritario

10. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN: son aquellas en las que un átomo ó grupo de

átomos del sustrato son sustituidos por un átomo ó grupo de átomos del reactivo.

- Ejemplos de:

a) SUSTITUCIONES RADICÁLICAS: A través de radicales libres, típicas en

hidrocarburos saturados obteniéndose variedad de productos

b) SUSTITUCIONES NUCLEÓFILAS: Un reactivo nucleófilo sustituye a un

grupo electronegativo. Según sea la ruptura del enlace en el sustrato tenemos:

• Reacción nucleófila en una etapa

BrC

R1

R2

R3

C

R2

R1

R3

+ Br rápida

OHOHC

R1

R2

R3

C

R1

R2

R3

HO + + Br

mezcla racemica

• Reacción nucleófila en dos etapas

H O H C+

R1

R2R3

Br

CHOH Br

R1

R2 R3

C

R1

OH

R3

R2

+ HBr

c) SUSTITUCIONES ELECTRÓFILAS: El reactivo electrófilo ataca zonas de

alta densidad del sustrato como los dobles enlaces en los hidrocarburos

aromáticos.

HH

EE

E

+ H

11. REACCIONES DE ELIMINACIÓN: dos átomos o grupos de átomos que se

encuentra en carbonos adyacentes se eliminan generándose un doble ó triple

enlace. Es la reacción opuesta a la adición.

- Ejemplos:

CH3 CH2OH + H CH2 CH2

+ H2O

deshidratación de alcoholes

- Los deshidratantes más utilizados para los alcoholes son el ácido sulfúrico y

fosfórico

12. REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN: consisten en un reordenamiento de los

átomos de una molécula que origina otra con una estructura distinta, pero isómero.

- En síntesis:

- REACCIÓN DE ADICIÓN:

- REACCIÓN DE ELIMINACIÓN:

- REACCIÓN SUSTITUCIÓN:

- REACCIÓN DE TRANSPOSICIÓN: