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Curso de Química Orgánica Básica
4. Propiedades y reactividad de los
hidrocarburos
Propiedades
Punto de ebullición
Peso molecular
Te
El punto de ebullición
(Te) de los
hidrocarburos
aumenta, en general,
con el peso molecular
(por incremento de las
fuerzas de Van der
Waals)
triplenlace.com
C
H3
CH3
Peso molecular
Te
triplenlace.com
Gas butano
C
H3
CH3
C
H3
CH3
Peso molecular
Te
triplenlace.com
Gas butano
Hexano
C
H3
CH3
C
H3
CH3
C
H3
CH3
Peso molecular
Te
triplenlace.com
Gas butano
Hexano
Ceras de parafina
C
H3
CH3
C
H3
CH3
C
H3
CH3
C
H3
CH3
Peso molecular
Te
triplenlace.com
Gas butano
Hexano
Ceras de parafina
Peso molecular
Te
Comparando varios isómeros de
cadena, suele tener más temperatura
de ebullición (Te) el menos ramificado
(las ramificaciones dificultan los
contactos entre moléculas y, por tanto,
las interacciones de Van der Waals)
triplenlace.com
Peso molecular
Te
C
H3
CH3
C
H3
CH3
CH3
CH3
pentano
(2,2-dimetilpropano)
triplenlace.com
Reactividad
Reacciones de adición
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
La reacción más característica de los
compuestos insaturados (es decir, con
dobles o triples enlaces) es la adición a
ellos de otra molécula (diferente o igual)
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
Moléculas típicas que se adicionan a un
sustrato (entra paréntesis: condiciones,
catalizadores…)
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
La reacción transcurre por un
mecanismo que implica en algún
momento el ataque de un electrófilo
(“buscador de electrones”) al doble o
triple enlace, ya es estos son ricos en
densidad electrónica
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
HC ≡ C – CH2 - CH3
Un enlace triple está formado por uno sigma (σ) y dos pi (π). Los
pi son más débiles y tienden a abrirse (romperse). Al romperse
homolíticamente un enlace queda un electrón sobre un C y otro
sobre el otro C. Con estos electrones desapareados cada C
puede formar enlaces con la molécula atacante (que también
aportará electrones para compartir). Si la ruptura es heterolítica
el mecanismo es distinto, pero el fundamento es análogo
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3
HCl
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3
HCl
HCl
La adición puede continuar porque el
doble enlace contiene un enlace pi
que, como ocurrió antes, se puede
abrir con facilidad porque es débil
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3
H3C – CCl2 – CH2 - CH3
HCl
HCl
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3
H3C – CCl2 – CH2 - CH3
Regioselectividad
HCl
HCl
Esta reacción está sometida a
una regla de regioselectividad.
Esto significa que si la reacción
puede dar diferentes
productos, uno de ellos se va a
obtener selectivamente, con
preferencia sobre el otro
triplenlace.com
Regioselectividad
La regla que rige en las adiciones
electrofílicas a dobles o triples
enlaces es la de Markóvnikov
triplenlace.com
Alquenos y alquinos: adición electrofílica
Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4
+…
XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2…
HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3
H3C – CCl2 – CH2 - CH3
Regioselectividad
HCl
HCl
Según la regla de
Markóvnikov, en la primera
reacción vista se obtiene el
2-clorobut-1-eno, no el 1-
clorobut-1-eno:
HCCl = CH – CH2 - CH3
Y en esta el 2,2-diclorobutano, no el
1,2-diclorobutano:
H2ClC – CHCl – CH2 - CH3
triplenlace.com
Mecanismo de la adición electrofílica
Explicaremos el
fundamento de la regla
de Markóvnikov
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
triplenlace.com
Supongamos esta molécula (propeno). La dibujamos así (con enlaces
discontinuos y en cuña) para darle perspectiva espacial. Esta molécula es plana;
los enlaces en cuña indican que los átomos en el extremo de dichos enlaces
están más cerca del observador; por el contrario, los átomos en el extremo de
los enlaces discontinuos están más lejos del observador
C C
H
H H
CH3
H+ B-
Molécula que se
va a adicionar
(Ejemplo: H Cl )
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+ B-
Primero, se genera
el electrófilo, que en
este caso es el H+
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+ B--
:
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
El electrófilo se dirige
hacia la región de alta
densidad electrónica,
que es el doble enlace
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
Como el electrófilo no tiene
electrones para formar enlaces,
los aportará el enlace pi de la
molécula que va a ser atacada (a
la cual se le llama sustrato)
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
B--
:
Formado el enlace, un C queda con carga positiva, ya que le
falta un electrón. Es decir, se forma un carbocatión. Este
carbocatión que se ha formado es secundario, ya que la carga
queda sobre un C secundario (que es aquel unido a dos C)
+
H+
triplenlace.com
Carbocatión
secundario
C C
H
H H
CH3
B--
:
+
H+
triplenlace.com
Carbocatión
secundario
La carga positiva de los carbocationes hace que este tipo de especies
sean inestables. Pero a un C+ le dan estabilidad los grupos alquílicos que
tiene alrededor por efecto inductivo positivo (I+). Un C+ secundario está
unido a dos grupos alquílicos (CH3, en los óvalos amarillos)
C C
H
H H
CH3
B--
:
El carbono de la izquierda, al
quedar enlazado a otros átomos
mediante 4 enlaces, adopta una
geometría tetraédrica sp3
+
triplenlace.com
H
Carbocatión
secundario
C C
H
H H
CH3
+
El proceso se completa con el
acercamiento de la especie
negativa B– a la positiva C+…
B--
:
triplenlace.com
H
C C
H
H H
CH3
+
B--
:
triplenlace.com
H
C C
H
H H
CH3
+
B--
:
triplenlace.com
H
C C
H
H H
CH3
B-
…formándose finalmente un enlace
entre C y B. La geometría de este C
también es tetraédrica
triplenlace.com
H
C C
H
H H
CH3
B-
H3C-CHB-CH3
La molécula puede escribirse
simplificadamente así
H
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
Pero podríamos pensar en otra
posibilidad: que el electrófilo
H+ ataque al C de la derecha
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
+
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
+
Carbocatión
primario
El problema es que por esta vía se formaría un carbocatión primario, no
secundario, como antes, y se sabe que los carbocationes 1os son menos estables
que los 2os (y estos menos estables que los 3os). La razón es que el C+ solo siente
el efecto inductivo I+ de un resto alquilo (el que está en el óvalo amarillo)
triplenlace.com
C C
H
H H
CH3
H+
B--
:
+
Carbocatión
primario
triplenlace.com
La reacción sigue preferentemente la vía que supone la creación del
carbocatión más estable. Esto explica la regioselectividad de Markóvnikov
C C
H
H H
CH3
H-
B
H2BC-CH2-CH3
Si a partir de H2C=CH–CH3 se hubiera formado H2BC–CH2–CH3
eso habría supuesto que el H atacante se habría unido al C que
tenía menos H. La regla de Markóvnikov establece lo contrario
triplenlace.com
Estabilidad de carbocationes
3º > 2º > 1º
triplenlace.com
Los carbocationes terciarios son los más estables
porque su carga se compensa parcialmente gracias al
efecto inductivo positivo realizado por los tres grupos
alquilo a los que están unidos (los secundarios están
unidos a dos, y los primarios a uno)
C
H3 CH3
but-2-ino HCl
Veamos otro ejemplo de
adiciones electrofílicas en las que
rige la regla de Markóvnikov
triplenlace.com
C C
C
H3 CH3
Cl
H
HCl
Aquí el H y el Cl pueden entrar
en cualquier C, dado que no
hay un C en el triple enlace
que tenga más H que otro
triplenlace.com
C C
(E)-2-clorobut-2-eno
C
H3 CH3
C C
C
H3
CH3
Cl
H
C
H3 CH3
Cl
H
+
HCl
Sin embargo, sí hay que tener en
cuenta que se pueden formar los
dos isómeros Z-E (cis-trans)
triplenlace.com
C C C C
(E)-2-clorobut-2-eno (Z)-2-clorobut-2-eno
C
H3 CH3
C C
C
H3
CH3
Cl
H
C
H3 CH3
Cl
H
+
HCl
HCl
triplenlace.com
C C C C
C
H3 CH3
C C
En esta
adición, la
regla de
Markóvnikov
establece que
el H de HCl
debe unirse al
C de la
izquierda
C
H3
CH3
Cl
H
C
H3 CH3
Cl
H
+
2,2-diclorobutano
CH2
CCl2
H3C
CH3
HCl
HCl
triplenlace.com
C C C C
C
H3 CH3
C C
C
H3
CH3
Cl
H
C
H3 CH3
Cl
H
+
2,2-diclorobutano
HCl
HCl HCl
Y lo mismo sucede en esta otra
adición, por lo que, en este ejemplo,
obtendríamos el mismo producto de
adición de 2 moléculas de HCl sobre
el but-2-ino: el 2,2-diclorobutano
triplenlace.com
C C C C
C
H3 CH3
C C
CH2
CCl2
H3C
CH3
C
H2
CH
Br2
Cuando se adiciona una molécula
como esta no es aplicable la regla
de Markóvnikov (simplemente, un
Br irá a a uno de los C de la
insaturación y el otro Br al otro C)
triplenlace.com
CH
C
but-1-en-3-ino
Br2
(Z)-3,4-dibromo-1,3-butadieno
triplenlace.com
C
H2
CH
CH
C
C
H2
Br
Br
C
C C
H H
En principio, la molécula de Br2 podría adicionarse al doble
enlace o al triple. Supongamos que lo hace al triple. Por otro
lado, según las posiciones relativas de los átomos Br respecto al
eje del doble enlace, se formará el isómero cis (Z) o el trans (E).
En realidad, si dispusiéramos de muchas moléculas de sustrato y
de Br2, se formará una mezcla de los isómeros Z y E. No
obstante, para simplificar, aquí hemos dibujado solo el Z
Br2
Br2
Br2
triplenlace.com
C
H2
CH
CH
C
C
H2
Br
Br
C
C C
H H
Si ahora se añade a este sustrato una molécula
más de Br2, se adicionará a uno de los dos
dobles enlaces; supongamos que se adiciona al
de la izquierda. (En una reacción real en un
recipiente se dispone de muchas moléculas de
sustrato y de Br2 (por ejemplo, 1 mol de cada
tipo), por lo que se producirán adiciones a los
dos dobles enlaces)
Br2
Br2
Br Br
Br
Br
(Z)-1,2,3,4-tetrabromobut-1-eno
Br2
triplenlace.com
C
H2
CH
CH
C
C
H2
Br
Br
C
C C
H H
C
H
C
H
H2C Br
C
Br2
Br2
Br2
Br2
triplenlace.com
C
H2
CH
CH
C
Br Br
Br
Br
C
H
C
H
H2C Br
C
H2
Br
Br
C
C C
H H
C
Si añadimos otra molécula
de Br2, se adicionará al
doble enlace que queda
Br2
Br2
Br2
Br Br Br
Br Br
Br
1,1,2,2,3,4-hexabromobutano
Br2
triplenlace.com
C
H2
CH
CH
C
Br Br
Br
Br
C
H
C
H
H2C Br
C
H2
Br
Br
C
C C
H H
CH
C
HC
CH2
C
Cicloalcanos: adición
También se produce adición en
los cicloalcanos de anillo
pequeño, rompiéndose el anillo
triplenlace.com
Br2
H
H
H
H
H
H
Br
Br
H
H
H
H
H
H
1,3-dibromopropano
Cicloalcanos: adición
ciclopropano
Ruptura del ciclo por adición
triplenlace.com
C
C
C
C
C C
Compuestos aromáticos: adición (catalítica)
Y en los dobles enlaces de
algunos compuestos aromáticos,
pero se necesitan catalizadores
dada la gran estabilidad de estos
anillos
triplenlace.com
H
H
H
H
H
H
(catal.)
Compuestos aromáticos: adición (catalítica)
H2 (en exceso)
triplenlace.com
H
H
H
H
H
H
H2 (en exceso)
(catal.) H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
Compuestos aromáticos: adición (catalítica)
Adición (catalítica)
triplenlace.com
Polimerización
La polimerización de los alquenos se puede
considerar también una reacción de adición,
pero en este caso una molécula se adiciona a
otra igual. Puede seguir un mecanismo
catalítico, iónico o por radicales libres.
Consideremos este último aplicándolo a la
molécula de propeno.
Casi todos los mecanismos basados en
radicales libres se desarrollan en tres etapas:
iniciación, propagación y terminación
triplenlace.com
1. INICIACIÓN
triplenlace.com
R·
R R  2
1. INICIACIÓN
En la iniciación, una sustancia llamada iniciadora
genera un radical libre R·
triplenlace.com
2. PROPAGACIÓN
triplenlace.com
C C
H
C 3
2. PROPAGACIÓN
R· +
H
H
H
El radical libre ataca a la molécula
que se va a polimerizar…
triplenlace.com
propeno
(propileno)
C C
H
C 3
C C·
H H
C 3
H
R
2. PROPAGACIÓN
+
H
H
H H
…y se une a ella por el
sistema de adición al
doble enlace, quedando el
conjunto convertido en un
nuevo radical libre…
triplenlace.com
propeno
(propileno)
R·
C C
H
C 3
C C·
H H
C 3
H
R
2. PROPAGACIÓN
+
H
H
H H
…que puede atacar
a otra molécula…
triplenlace.com
propeno
(propileno)
R·
C C
H
C 3
C C·
H H
C 3
H
R
2. PROPAGACIÓN
+
C C
H H
C 3
H
R
C
H
C 3
H
H
H
H
H H
H
C·
H
triplenlace.com
propeno
(propileno)
R·
propeno
(propileno)
C C
H
C 3
C C·
H H
C 3
H
R
2. PROPAGACIÓN
+
C C
H H
C 3
H
R
C
H
C 3
H
H
H
H
H H
H
C·
H
…y así
sucesivamente…
triplenlace.com
R·
3. TERMINACIÓN
triplenlace.com
3. TERMINACIÓN
R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH·
CH3 CH3 CH3
Las reacciones terminan
por desactivación de la
cadena formada (que es
un radical libre)…
triplenlace.com
3. TERMINACIÓN
R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH·
CH3 CH3 CH3
· R
triplenlace.com
…con el radical
libre iniciador…
3. TERMINACIÓN
R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH·
CH3 CH3 CH3
· R
triplenlace.com
3. TERMINACIÓN
· CH–CH2–CH–CH2–CH–CH2–R
CH3 CH3 CH3
R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH·
CH3 CH3 CH3
triplenlace.com
…o bien con otra cadena que
tenga un electrón solitario
3. TERMINACIÓN
· CH–CH2–CH–CH2–CH–CH2–R
CH3 CH3 CH3
R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH·
CH3 CH3 CH3
polipropeno (polipropileno)
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Oxidación débil
triplenlace.com
Podemos considerar distintos tipos de oxidación de
los hidrocarburos según la fuerza del oxidante o las
condiciones en que se produce la oxidación
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Oxidantes fuertes Oxidantes débiles
K2Cr2O7
KMnO4
H2O2
OsO4
O2
O3
H2O
Ag
Clorocromato de piridinio
Esta tabla da información general sobre oxidantes
fuertes y débiles. No obstante, un oxidante fuerte
puede ser débil en ciertas condiciones
(concentración, pH, T…) y viceversa
Oxidación débil
Ruptura de enlace π
Un oxidante débil o una oxidación en condiciones débiles
solo puede romper los enlaces  de los alquenos y
alquinos, ya que estos enlaces son más débiles que los .
(Recordemos que, dado un doble enlace, uno de ellos es 
y el otro es ; y dado un triple enlace, un es  y dos son )
triplenlace.com
Oxidación débil
Ruptura de enlace π
Con permanganato en medio básico…
triplenlace.com
C C
R1
R2
R3
R4
KMnO4
(OH-)
Oxidación débil
Ruptura de enlace π
…se puede obtener un
alcohol con dos grupos
funcionales (diol)…
triplenlace.com
C C
R1
R2
R3
R4
KMnO4
(OH-)
(diol)
C C
R2
OH OH
R1 R3
R4
Oxidación débil
(Nota: Obsérvese que la molécula
sustrato es plana, pero el producto
es tetraédrico; esto es debido a que
se pasa de enlaces sp2 a enlaces sp3)
Ruptura de enlace π
…o un epóxido
(éter cíclico)
triplenlace.com
C C
R1
R2
R3
R4
KMnO4
(OH-)
(diol)
C C
R2
OH OH
R3
R4
(epóxido)
C C
R2
O
R3
R4
Oxidación débil
R1
R1
Reacciones de descomposición
triplenlace.com
Oxidación fuerte
Ruptura de enlaces π y σ
Oxidación fuerte
triplenlace.com
Un oxidante fuerte o una
oxidación en condiciones
fuertes puede romper
ambos enlaces
Ruptura de enlaces π y σ
Oxidación fuerte
triplenlace.com
Por ejemplo, el permanganato
en medio ácido y en caliente…
C C
R1
R2
R3
H
KMnO4
(H3O+, calor)
Ruptura de enlaces π y σ
Oxidación fuerte
triplenlace.com
…puede romper
el doble enlace…
C C
R1
R2
R3
H
KMnO4
(H3O+, calor)
Ruptura de enlaces π y σ
Oxidación fuerte
triplenlace.com
C C
R1
R2
R3
H
KMnO4
(H3O+, calor)
C O
R1
R2
(cetona)
…para dar aldehídos
o cetonas…
Ruptura de enlaces π y σ
Oxidación fuerte
triplenlace.com
C C
R1
R2
R3
H
KMnO4
(H3O+, calor)
C O
R1
R2
(cetona)
O C
R3
OH
(ác. carbox.)
+
…o ácidos carboxílicos o
una mezcla de
aldehídos/cetonas y ácidos
Ruptura de enlaces π y σ
Oxidación fuerte
triplenlace.com
C C
CH3
H
KMnO4
(H3O+, calor)
C O
H3C
H3C
propanona
O C
CH3
OH
ác. etanoico
+
H3C
H3C
EJEMPLO
(Estas reacciones tienen
mecanismos complejos; no se han
dibujado los productos del MnO4
–)
O2
+
CH3
C
H3 CH3
+
La oxidación más fuerte
posible es la combustión…
triplenlace.com
Ruptura de enlaces π y σ
Combustión
CH
CO2 H2O
+
O2
+
CH3
C
H3 CH3
+
…que si es completa descompone
a la molécula en CO2 y H2O
triplenlace.com
Ruptura de enlaces π y σ
Combustión
CH
Veamos diversas formas de oxidación de este
compuesto según el oxidante empleado y su fuerza
triplenlace.com
EJEMPLO
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
3-metilpent-2-eno
H
Si la oxidación es suave solo se
romperá el enlace , produciéndose
una reacción de adición
triplenlace.com
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
3-metilpentan-2,3-diol
Oxidación suave
Ruptura 
H
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
H
HO OH
3-metilpent-2-eno
triplenlace.com
Si la oxidación es fuerte podrán
romperse ambos enlaces y dar
distintos productos
(normalmente, mezclas de ellos)
Oxidación fuerte
Ruptura 
Ruptura 
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
H
3-metilpent-2-eno
triplenlace.com
C
H3C O
H
Oxidación fuerte
Ruptura 
Ruptura 
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
H
etanal
Se puede obtener un aldehído…
3-metilpent-2-eno
triplenlace.com
C
H3C O
H
Oxidación fuerte
Ruptura 
Ruptura 
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
H
C
H3C O
OH
ác. etanoico
…o incluso un ácido si la
oxidación es más fuerte…
3-metilpent-2-eno
etanal
triplenlace.com
C
H3C O
H
…y además
una cetona
Oxidación fuerte
Ruptura 
Ruptura 
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
H
C
H3C O
OH
C CH2 CH3
CH3
O butan-2-ona
3-metilpent-2-eno
ác. etanoico
etanal
triplenlace.com
C
H3C O
H
Oxidación fuerte
Ruptura 
Ruptura 
C
C CH2 CH3
H3C
CH3
H
C
H3C O
OH
C CH2 CH3
CH3
O
CO2 + H2O
Finalmente, una
oxidación total
(combustión del
compuesto)
produciría CO2 y
H2O
3-metilpent-2-eno
ác. etanoico
etanal
butan-2-ona
Pirólisis
La pirólisis es una descomposición por
calor, pero sin presencia de oxígeno (es
decir, no es una combustión)
triplenlace.com
Radicales libres
Pirólisis
Iniciación – Propagación – Terminación
Las reacciones de pirólisis suelen seguir una vía radicalaria
(por radicales libres), con sus típicas etapas de iniciación,
propagación y terminación. Estas etapas entrañan muchas
reacciones posibles, de las que señalaremos algunas
triplenlace.com
Radicales libres
Pirólisis
Iniciación – Propagación – Terminación
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Iniciación
CH3CH3  2 CH3•
Radicales libres
Pirólisis
Iniciación – Propagación – Terminación
Iniciación
CH3CH3  2 CH3•
Propagación
CH3• + CH3CH3  CH4 + CH3CH2•
CH3CH2•  CH2=CH2 + H•
CH3CH2• + CH2=CH2  CH3CH2CH2CH2•
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Radicales libres
Pirólisis
Iniciación – Propagación – Terminación
Iniciación
CH3CH3  2 CH3•
Propagación
CH3• + CH3CH3  CH4 + CH3CH2•
CH3CH2•  CH2=CH2 + H•
CH3CH2• + CH2=CH2  CH3CH2CH2CH2•
Terminación
CH3• + H•  CH4
CH3• + CH3CH2•  CH3CH2CH3
CH3CH2• + CH3CH2•  CH2=CH2 + CH3CH3
H• + H•  H2
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Radicales libres
Pirólisis
Iniciación – Propagación – Terminación
Descomposición y
síntesis
Algunas de estas
reacciones suponen
la descomposición
de la molécula de
partida; otras
implican síntesis de
moléculas más
grandes
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Iniciación
CH3CH3  2 CH3•
Propagación
CH3• + CH3CH3  CH4 + CH3CH2•
CH3CH2•  CH2=CH2 + H•
CH3CH2• + CH2=CH2  CH3CH2CH2CH2•
Terminación
CH3• + H•  CH4
CH3• + CH3CH2•  CH3CH2CH3
CH3CH2• + CH3CH2•  CH2=CH2 + CH3CH3
H• + H•  H2
Reacciones de transposición
Isomerización
Δ / ác. Lewis
Isomerización
Los hidrocarburos, tratados con calor
y ácidos de Lewis como catalizadores
pueden ramificarse, lo que implica la
transposición de átomos o restos a
otras partes de la molécula
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C
H3
CH3
CH2
CH2
CH3
C
H3 CH3
C
H3
CH3
Isomerización
Ramificación
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CH
CH2
CH2
Δ / ác. Lewis
CH3
C
H3 CH3
Isomerización
Ramificación
Normalmente se
produce un equilibrio
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C
H3
CH3
CH2
CH2
CH
Δ / ác. Lewis
Reacciones de sustitución
Las reacciones de sustitución son las
más importantes en los
hidrocarburos junto a las de adición.
Veremos varios tipos: halogenación,
sustitución aromática electrofílica,
reacción de Friedel-Crafts y
reacciones basadas en la acidez de
alquinos terminales
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Halogenación con luz
Halogenación con luz
Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación
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Las halogenaciones en presencia de
luz también siguen mecanismos de
radicales libres, con sus etapas
características
Halogenación con luz
Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación
H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl
Esta es la reacción global de una
halogenación en presencia de luz UV.
Como se ve, es una reacción de
sustitución: un átomo de halógeno
sustituye a un H de la molécula
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Halogenación con luz
Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación
H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl
Y este es el
mecanismo
(resumido)
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Halogenación con luz
Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación
H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl
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Halogenación con luz
Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación
H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl
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Halogenación con luz
Sustitución
y otras
Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación
H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl
Se dan
reacciones de
sustitución y
de otros tipos
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polimerización
Halogenación de ciclos
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
Br2 / Luz
H
H
Br
H
H
H
H
H
H
H
Sustitución
bromopentano
(más otros derivados bromados)
+ HBr
Halogenación de ciclos
En los ciclos de 5 carbonos o más se
producen sustituciones normales
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H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
Br2 / Luz
H
H
Br
H
H
H
H
H
H
H
Sustitución
+ HBr
Halogenación de ciclos
Br2 / Luz
Pero en los ciclos más pequeños,
como ya se dijo en el apartado de
las reacciones de adición, se
producen adiciones, con la
consiguiente apertura del ciclo
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bromopentano
(más otros derivados bromados)
H
H
H
H
H
H
Br
Br
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
Br2 / Luz
H
H
Br
H
H
H
H
H
H
H
Sustitución
1,3-dibromopropano
+ HBr
Halogenación de ciclos
Adición
Br2 / Luz
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bromopentano
(más otros derivados bromados)
Sustitución aromática electrofílica
Existen unas reacciones muy importantes que consisten en la
sustitución de uno o más H de un anillo aromático (como el
benceno y derivados) por otro átomo o grupo de átomos. El
mecanismo es de ataque electrofílico (ya que el atacante
busca la región de elevada densidad electrónica de los anillos
de este tipo). Por eso, estas reacciones se llaman
sustituciones aromáticas electrofílicas (SAE)
H
H H
H
H
H
H
H
Sustitución aromática electrofílica
Br2 (exc.)
luz
3
Antes de explicar lo que es la SAE veremos una
excepción: una sustitución que no se produce en el
anillo, sino en un resto alquílico sustituyente del anillo
(por lo tanto, es una sustitución normal en un
hidrocarburo como las vistas hasta aquí, pero no una
SAE). Lo que determina que se dé la sustitución en el
resto alquílico o en el anillo son las condiciones. Por
ejemplo, cuando se añade bromo en presencia de luz
se da la sustitución en el resto alquílico
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H
H H
H
H
H
H
H
Sustitución aromática electrofílica
Br
Br Br
H
H
H
H
H
Br2 (exc.)
luz
(+ 3 HBr)
3
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H
H H
H
H
H
H
H
FeBr3
Sustitución aromática electrofílica
Br
Br Br
H
H
H
H
H
Br2 (exc.)
luz
Br2
(+ 3 HBr)
3
2
Pero si se utiliza un ácido
de Lewis como catalizador
el Br sustituye a átomos H
del anillo.
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H
H H
H
H
H
H
H
FeBr3
H
H H
H
H
H
Br
H
H
H H
H
H
Br
H
H
o-bromo-
metilbenceno
p-bromo-
metilbenceno
+
(+ 2 HBr)
Sustitución aromática electrofílica
Br
Br Br
H
H
H
H
H
Br2 (exc.)
luz
Br2
(+ 3 HBr)
3
2
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Las reacciones SAE son regioselectivas, lo que quiere decir
que en caso de que en principio se puedan obtener varios
productos, en la práctica algunos de estos productos tienen
más probabilidad de formarse que otros (y esto siempre se
podrá explicar por el mecanismo de la reacción). En este caso
concreto, si fijamos las condiciones para que solo entre un
átomo de Br en el anillo, se obtienen preferentemente dos
productos: en uno de ellos el Br se coloca en la posición
vecina del –CH3 (posición “orto”, “o”) o bien en la posición
diametralmente opuesta (“para”, “p”), pero no en otra
H
H H
H
H
H
H
H
FeBr3
H
H H
H
H
H
Br
H
H
H H
H
H
Br
H
H
o-bromo-
metilbenceno
p-bromo-
metilbenceno
+
(+ 2 HBr)
Sustitución aromática electrofílica
SAE: Regioselectiva
Br2
2
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Orientadores a orto y para Orientadores a meta
Activantes fuertes Desactivantes fuertes
-NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2
-COOH
-COOR
-COR
-SO3H
-CN
Activantes débiles
-Alquilo (-R),-Arilo (-Ar)
Desactivantes débiles
-Halógeno
Regioselectividad de la SAE
Cuando un anillo ya tiene un sustituyente y queremos introducir un segundo, el primero
ejerce funciones “directoras” sobre el segundo. Concretamente, caben dos posibilidades
de dirección del sustituyente que ya existía sobre el que va a entrar:
• O que lo dirija indistintamente a las posiciones orto (o) y para (p) (es decir, la
posición vecina y la diametralmente opuesta)
• O que lo dirija a la posición meta (intermedia entre la o y la p)
Nótese que la posición en la que entra el segundo grupo no depende de su naturaleza,
sino de la naturaleza del que ya existía (que es el “director”)
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Orientadores a orto y para Orientadores a meta
Activantes fuertes Desactivantes fuertes
-NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2
-COOH
-COOR
-COR
-SO3H
-CN
Activantes débiles
-Alquilo (-R),-Arilo (-Ar)
Desactivantes débiles
-Halógeno
Regioselectividad de la SAE
Aparte de esto, los grupos directores pueden ser activantes
o desactivantes. Los activantes facilitan la entrada de un
segundo sustituyente; los desactivantes la dificultan
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Orientadores a orto y para Orientadores a meta
Activantes fuertes Desactivantes fuertes
-NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2
-COOH
-COOR
-COR
-SO3H
-CN
Activantes débiles
-Alquilo (-R),-Arilo (-Ar)
Desactivantes débiles
-Halógeno
Regioselectividad de la SAE
CH3
Br2
ác. Lewis
Br
CH3
Br
CH3
+
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Ejemplo de orientación a posiciones o y p
Orientadores a orto y para Orientadores a meta
Activantes fuertes Desactivantes fuertes
-NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2
-COOH
-COOR
-COR
-SO3H
-CN
Activantes débiles
-Alquilo (-R),-Arilo (-Ar)
Desactivantes débiles
-Halógeno
Regioselectividad de la SAE
CH3
Br2
ác. Lewis
Br
CH3
Br
CH3
+
Br2
ác. Lewis
N
O
O
Br
N
O
O
Ejemplo de orientación a posición m
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Reacción de Friedel-Crafts
Una reacción de Friedel Crafts es una SAE
cuyo objetivo es introducir un resto alquilo
como sustituyente de un anillo aromático
(alquilación) o un grupo acilo (acilación).
(Recuérdese que un grupo acilo es el resto que queda
de un ácido carboxílico tras quitarle el OH)
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Reacción de Friedel-Crafts
• Reacción SAE entre un compuesto
aromático y un halogenuro de alquilo/acilo
• Un H aromático se sustituye por
• un grupo alquilo (alquilación F-C)
• un grupo acilo (acilación F-C)
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Reacción de Friedel-Crafts
Resto alquilo
etano
etilo
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CH3–CH3
CH3–CH2–
Antes de explicar la reacción, recordemos la diferencia
entre un resto alquilo y un resto acilo con sendos ejemplos
Reacción de Friedel-Crafts
Resto alquilo
ácido etanoico (o ác. acético)
etanoílo (o acetilo)
CH3–CO–
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Resto acilo
CH3–COOH
CH3–CH3
CH3–CH2–
etano
etilo
Reacción de Friedel-Crafts
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CH3CH2Br
(AlCl3)
CH3
+ HBr
Reacción de Friedel-Crafts
alquilación F-C etilbenceno
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CH2
CH3CH2Br
(AlCl3)
CH3
CH3
CH3
C
H3
o-dietilbenceno p-dietilbenceno
Reacción de Friedel-Crafts
alquilación F-C
CH3CH2Br
(AlCl3)
+2 HBr
+
alquilación F-C
2
Si realizamos una
segunda sustitución,
se seguirán las reglas
de regioselectividad
de la SAE (hay que
recordar que el grupo
que ya estaba unido
al anillo, –R, es
director a o y a p
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CH3
+ HBr
etilbenceno
CH2
CH2
CH2
Reacción de Friedel-Crafts
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Reacción de Friedel-Crafts
acilación F-C
CH3
O
CH3COBr
(AlCl3)
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C
etanoilbenceno
(o acetilbenceno)
acilación F-C
CH3
CH3
m-diacetilbenceno
CH3
O
etanoilbenceno
(o acetilbenceno)
Reacción de Friedel-Crafts
CH3COBr
(AlCl3)
+ HBr
CH3COBr
(AlCl3)
acilación F-C
O
H3C O
Los grupos –COR
dirigen a un segundo
grupo entrante (sea el
que sea) a meta
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C
C
C
Otras reacciones
Acidez de H terminal en alquinos
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Acidez de H terminal en alquinos
but-1-ino
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C
H3
CH
CH2
C +
-
El H de un triple
enlace tiene cierto
carácter ácido
Na
Acidez de H terminal en alquinos
Por eso, puede reaccionar con
una base muy fuerte como el
Na…
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C
H3
CH
CH2
C +
-
+ ½ H2
butiluro sódico
Acidez de H terminal en alquinos
…para formarse una “especie
de sal”: un alquiluro
(Se libera hidrógeno, como en las reacciones
ácido inorgánico + metal  sal + H2 )
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C
H3
CH
C
– Na+
Na
C
H3
CH
CH2
C +
-
CH2
C
H CH
2 Na + H2
butiluro disódico
Acidez de H terminal en alquinos
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C C C C
but-1,3-diíno
+ ½ H2
C
H3
CH
C
– Na+
Na
C
H3
CH
CH2
C +
-
CH2
C
H3 CH3
Acidez de H terminal en alquinos
triplenlace.com
C
H CH
2 Na + H2
but-2-ino
C C C C
C C
Na
+ ½ H2
C
H3
CH
C
– Na+
Na
C
H3
CH
CH2
C +
-
CH2
No hay reacción
porque no hay H
en el enlace
triple; la
reacción solo se
da en triples
enlaces
terminales
Para afianzar estos conocimientos conviene realizar
Ejercicios de Química Orgánica Básica
Curso Básico de Química Orgánica
01 – Geometría de los compuestos de carbono
02 – Grupos funcionales, estructura y reactividad orgánica
03 – Formulación y nomenclatura en Química Orgánica
04 – Propiedades y reactividad de hidrocarburos
05 – Halogenuros, alcoholes, éteres y aminas
06 – Compuestos carbonílicos, carboxílicos y derivados,
nitrilos y biomoléculas
Más teoría, ejercicios y prácticas de
Química General, Química Inorgánica Básica,
Química Orgánica Básica, Química Física,
Técnicas Instrumentales…
en
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Curso basico de quimica organica 04 - propiedades y reactividad de hidrocarburos

  • 1. Curso de Química Orgánica Básica 4. Propiedades y reactividad de los hidrocarburos
  • 4. Peso molecular Te El punto de ebullición (Te) de los hidrocarburos aumenta, en general, con el peso molecular (por incremento de las fuerzas de Van der Waals) triplenlace.com
  • 9. Peso molecular Te Comparando varios isómeros de cadena, suele tener más temperatura de ebullición (Te) el menos ramificado (las ramificaciones dificultan los contactos entre moléculas y, por tanto, las interacciones de Van der Waals) triplenlace.com
  • 13. Alquenos y alquinos: adición electrofílica La reacción más característica de los compuestos insaturados (es decir, con dobles o triples enlaces) es la adición a ellos de otra molécula (diferente o igual) triplenlace.com
  • 14. Alquenos y alquinos: adición electrofílica XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… Moléculas típicas que se adicionan a un sustrato (entra paréntesis: condiciones, catalizadores…) triplenlace.com
  • 15. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… La reacción transcurre por un mecanismo que implica en algún momento el ataque de un electrófilo (“buscador de electrones”) al doble o triple enlace, ya es estos son ricos en densidad electrónica triplenlace.com
  • 16. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… HC ≡ C – CH2 - CH3 Un enlace triple está formado por uno sigma (σ) y dos pi (π). Los pi son más débiles y tienden a abrirse (romperse). Al romperse homolíticamente un enlace queda un electrón sobre un C y otro sobre el otro C. Con estos electrones desapareados cada C puede formar enlaces con la molécula atacante (que también aportará electrones para compartir). Si la ruptura es heterolítica el mecanismo es distinto, pero el fundamento es análogo triplenlace.com
  • 17. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3 HCl triplenlace.com
  • 18. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3 HCl HCl La adición puede continuar porque el doble enlace contiene un enlace pi que, como ocurrió antes, se puede abrir con facilidad porque es débil triplenlace.com
  • 19. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3 H3C – CCl2 – CH2 - CH3 HCl HCl triplenlace.com
  • 20. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3 H3C – CCl2 – CH2 - CH3 Regioselectividad HCl HCl Esta reacción está sometida a una regla de regioselectividad. Esto significa que si la reacción puede dar diferentes productos, uno de ellos se va a obtener selectivamente, con preferencia sobre el otro triplenlace.com
  • 21. Regioselectividad La regla que rige en las adiciones electrofílicas a dobles o triples enlaces es la de Markóvnikov triplenlace.com
  • 22. Alquenos y alquinos: adición electrofílica Electrófilos : H+, NO+, Br+, NH4 +… XH, H2O(H+,Hg2+), H2(Pt), X2… HC ≡ C – CH2 - CH3 H2C = CCl – CH2 - CH3 H3C – CCl2 – CH2 - CH3 Regioselectividad HCl HCl Según la regla de Markóvnikov, en la primera reacción vista se obtiene el 2-clorobut-1-eno, no el 1- clorobut-1-eno: HCCl = CH – CH2 - CH3 Y en esta el 2,2-diclorobutano, no el 1,2-diclorobutano: H2ClC – CHCl – CH2 - CH3 triplenlace.com
  • 23. Mecanismo de la adición electrofílica Explicaremos el fundamento de la regla de Markóvnikov triplenlace.com
  • 24. C C H H H CH3 triplenlace.com Supongamos esta molécula (propeno). La dibujamos así (con enlaces discontinuos y en cuña) para darle perspectiva espacial. Esta molécula es plana; los enlaces en cuña indican que los átomos en el extremo de dichos enlaces están más cerca del observador; por el contrario, los átomos en el extremo de los enlaces discontinuos están más lejos del observador
  • 25. C C H H H CH3 H+ B- Molécula que se va a adicionar (Ejemplo: H Cl ) triplenlace.com
  • 26. C C H H H CH3 H+ B- Primero, se genera el electrófilo, que en este caso es el H+ triplenlace.com
  • 27. C C H H H CH3 H+ B-- : triplenlace.com
  • 28. C C H H H CH3 H+ B-- : El electrófilo se dirige hacia la región de alta densidad electrónica, que es el doble enlace triplenlace.com
  • 29. C C H H H CH3 H+ B-- : Como el electrófilo no tiene electrones para formar enlaces, los aportará el enlace pi de la molécula que va a ser atacada (a la cual se le llama sustrato) triplenlace.com
  • 30. C C H H H CH3 B-- : Formado el enlace, un C queda con carga positiva, ya que le falta un electrón. Es decir, se forma un carbocatión. Este carbocatión que se ha formado es secundario, ya que la carga queda sobre un C secundario (que es aquel unido a dos C) + H+ triplenlace.com Carbocatión secundario
  • 31. C C H H H CH3 B-- : + H+ triplenlace.com Carbocatión secundario La carga positiva de los carbocationes hace que este tipo de especies sean inestables. Pero a un C+ le dan estabilidad los grupos alquílicos que tiene alrededor por efecto inductivo positivo (I+). Un C+ secundario está unido a dos grupos alquílicos (CH3, en los óvalos amarillos)
  • 32. C C H H H CH3 B-- : El carbono de la izquierda, al quedar enlazado a otros átomos mediante 4 enlaces, adopta una geometría tetraédrica sp3 + triplenlace.com H Carbocatión secundario
  • 33. C C H H H CH3 + El proceso se completa con el acercamiento de la especie negativa B– a la positiva C+… B-- : triplenlace.com H
  • 36. C C H H H CH3 B- …formándose finalmente un enlace entre C y B. La geometría de este C también es tetraédrica triplenlace.com H
  • 37. C C H H H CH3 B- H3C-CHB-CH3 La molécula puede escribirse simplificadamente así H triplenlace.com
  • 38. C C H H H CH3 H+ B-- : Pero podríamos pensar en otra posibilidad: que el electrófilo H+ ataque al C de la derecha triplenlace.com
  • 41. C C H H H CH3 H+ B-- : + Carbocatión primario El problema es que por esta vía se formaría un carbocatión primario, no secundario, como antes, y se sabe que los carbocationes 1os son menos estables que los 2os (y estos menos estables que los 3os). La razón es que el C+ solo siente el efecto inductivo I+ de un resto alquilo (el que está en el óvalo amarillo) triplenlace.com
  • 42. C C H H H CH3 H+ B-- : + Carbocatión primario triplenlace.com La reacción sigue preferentemente la vía que supone la creación del carbocatión más estable. Esto explica la regioselectividad de Markóvnikov
  • 43. C C H H H CH3 H- B H2BC-CH2-CH3 Si a partir de H2C=CH–CH3 se hubiera formado H2BC–CH2–CH3 eso habría supuesto que el H atacante se habría unido al C que tenía menos H. La regla de Markóvnikov establece lo contrario triplenlace.com
  • 44. Estabilidad de carbocationes 3º > 2º > 1º triplenlace.com Los carbocationes terciarios son los más estables porque su carga se compensa parcialmente gracias al efecto inductivo positivo realizado por los tres grupos alquilo a los que están unidos (los secundarios están unidos a dos, y los primarios a uno)
  • 45. C H3 CH3 but-2-ino HCl Veamos otro ejemplo de adiciones electrofílicas en las que rige la regla de Markóvnikov triplenlace.com C C
  • 46. C H3 CH3 Cl H HCl Aquí el H y el Cl pueden entrar en cualquier C, dado que no hay un C en el triple enlace que tenga más H que otro triplenlace.com C C (E)-2-clorobut-2-eno C H3 CH3 C C
  • 47. C H3 CH3 Cl H C H3 CH3 Cl H + HCl Sin embargo, sí hay que tener en cuenta que se pueden formar los dos isómeros Z-E (cis-trans) triplenlace.com C C C C (E)-2-clorobut-2-eno (Z)-2-clorobut-2-eno C H3 CH3 C C
  • 48. C H3 CH3 Cl H C H3 CH3 Cl H + HCl HCl triplenlace.com C C C C C H3 CH3 C C En esta adición, la regla de Markóvnikov establece que el H de HCl debe unirse al C de la izquierda
  • 50. C H3 CH3 Cl H C H3 CH3 Cl H + 2,2-diclorobutano HCl HCl HCl Y lo mismo sucede en esta otra adición, por lo que, en este ejemplo, obtendríamos el mismo producto de adición de 2 moléculas de HCl sobre el but-2-ino: el 2,2-diclorobutano triplenlace.com C C C C C H3 CH3 C C CH2 CCl2 H3C CH3
  • 51. C H2 CH Br2 Cuando se adiciona una molécula como esta no es aplicable la regla de Markóvnikov (simplemente, un Br irá a a uno de los C de la insaturación y el otro Br al otro C) triplenlace.com CH C but-1-en-3-ino
  • 52. Br2 (Z)-3,4-dibromo-1,3-butadieno triplenlace.com C H2 CH CH C C H2 Br Br C C C H H En principio, la molécula de Br2 podría adicionarse al doble enlace o al triple. Supongamos que lo hace al triple. Por otro lado, según las posiciones relativas de los átomos Br respecto al eje del doble enlace, se formará el isómero cis (Z) o el trans (E). En realidad, si dispusiéramos de muchas moléculas de sustrato y de Br2, se formará una mezcla de los isómeros Z y E. No obstante, para simplificar, aquí hemos dibujado solo el Z
  • 53. Br2 Br2 Br2 triplenlace.com C H2 CH CH C C H2 Br Br C C C H H Si ahora se añade a este sustrato una molécula más de Br2, se adicionará a uno de los dos dobles enlaces; supongamos que se adiciona al de la izquierda. (En una reacción real en un recipiente se dispone de muchas moléculas de sustrato y de Br2 (por ejemplo, 1 mol de cada tipo), por lo que se producirán adiciones a los dos dobles enlaces)
  • 55. Br2 Br2 Br2 Br2 triplenlace.com C H2 CH CH C Br Br Br Br C H C H H2C Br C H2 Br Br C C C H H C Si añadimos otra molécula de Br2, se adicionará al doble enlace que queda
  • 56. Br2 Br2 Br2 Br Br Br Br Br Br 1,1,2,2,3,4-hexabromobutano Br2 triplenlace.com C H2 CH CH C Br Br Br Br C H C H H2C Br C H2 Br Br C C C H H CH C HC CH2 C
  • 57. Cicloalcanos: adición También se produce adición en los cicloalcanos de anillo pequeño, rompiéndose el anillo triplenlace.com
  • 59. Compuestos aromáticos: adición (catalítica) Y en los dobles enlaces de algunos compuestos aromáticos, pero se necesitan catalizadores dada la gran estabilidad de estos anillos triplenlace.com
  • 60. H H H H H H (catal.) Compuestos aromáticos: adición (catalítica) H2 (en exceso) triplenlace.com
  • 61. H H H H H H H2 (en exceso) (catal.) H H H H H H H H H H H H Compuestos aromáticos: adición (catalítica) Adición (catalítica) triplenlace.com
  • 62. Polimerización La polimerización de los alquenos se puede considerar también una reacción de adición, pero en este caso una molécula se adiciona a otra igual. Puede seguir un mecanismo catalítico, iónico o por radicales libres. Consideremos este último aplicándolo a la molécula de propeno. Casi todos los mecanismos basados en radicales libres se desarrollan en tres etapas: iniciación, propagación y terminación triplenlace.com
  • 64. R· R R  2 1. INICIACIÓN En la iniciación, una sustancia llamada iniciadora genera un radical libre R· triplenlace.com
  • 66. C C H C 3 2. PROPAGACIÓN R· + H H H El radical libre ataca a la molécula que se va a polimerizar… triplenlace.com propeno (propileno)
  • 67. C C H C 3 C C· H H C 3 H R 2. PROPAGACIÓN + H H H H …y se une a ella por el sistema de adición al doble enlace, quedando el conjunto convertido en un nuevo radical libre… triplenlace.com propeno (propileno) R·
  • 68. C C H C 3 C C· H H C 3 H R 2. PROPAGACIÓN + H H H H …que puede atacar a otra molécula… triplenlace.com propeno (propileno) R·
  • 69. C C H C 3 C C· H H C 3 H R 2. PROPAGACIÓN + C C H H C 3 H R C H C 3 H H H H H H H C· H triplenlace.com propeno (propileno) R·
  • 70. propeno (propileno) C C H C 3 C C· H H C 3 H R 2. PROPAGACIÓN + C C H H C 3 H R C H C 3 H H H H H H H C· H …y así sucesivamente… triplenlace.com R·
  • 72. 3. TERMINACIÓN R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH· CH3 CH3 CH3 Las reacciones terminan por desactivación de la cadena formada (que es un radical libre)… triplenlace.com
  • 73. 3. TERMINACIÓN R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH· CH3 CH3 CH3 · R triplenlace.com …con el radical libre iniciador…
  • 75. 3. TERMINACIÓN · CH–CH2–CH–CH2–CH–CH2–R CH3 CH3 CH3 R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH· CH3 CH3 CH3 triplenlace.com …o bien con otra cadena que tenga un electrón solitario
  • 76. 3. TERMINACIÓN · CH–CH2–CH–CH2–CH–CH2–R CH3 CH3 CH3 R–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH· CH3 CH3 CH3 polipropeno (polipropileno) triplenlace.com
  • 77. Oxidación débil triplenlace.com Podemos considerar distintos tipos de oxidación de los hidrocarburos según la fuerza del oxidante o las condiciones en que se produce la oxidación
  • 78. triplenlace.com Oxidantes fuertes Oxidantes débiles K2Cr2O7 KMnO4 H2O2 OsO4 O2 O3 H2O Ag Clorocromato de piridinio Esta tabla da información general sobre oxidantes fuertes y débiles. No obstante, un oxidante fuerte puede ser débil en ciertas condiciones (concentración, pH, T…) y viceversa
  • 80. Ruptura de enlace π Un oxidante débil o una oxidación en condiciones débiles solo puede romper los enlaces  de los alquenos y alquinos, ya que estos enlaces son más débiles que los . (Recordemos que, dado un doble enlace, uno de ellos es  y el otro es ; y dado un triple enlace, un es  y dos son ) triplenlace.com Oxidación débil
  • 81. Ruptura de enlace π Con permanganato en medio básico… triplenlace.com C C R1 R2 R3 R4 KMnO4 (OH-) Oxidación débil
  • 82. Ruptura de enlace π …se puede obtener un alcohol con dos grupos funcionales (diol)… triplenlace.com C C R1 R2 R3 R4 KMnO4 (OH-) (diol) C C R2 OH OH R1 R3 R4 Oxidación débil (Nota: Obsérvese que la molécula sustrato es plana, pero el producto es tetraédrico; esto es debido a que se pasa de enlaces sp2 a enlaces sp3)
  • 83. Ruptura de enlace π …o un epóxido (éter cíclico) triplenlace.com C C R1 R2 R3 R4 KMnO4 (OH-) (diol) C C R2 OH OH R3 R4 (epóxido) C C R2 O R3 R4 Oxidación débil R1 R1
  • 86. Ruptura de enlaces π y σ Oxidación fuerte triplenlace.com Un oxidante fuerte o una oxidación en condiciones fuertes puede romper ambos enlaces
  • 87. Ruptura de enlaces π y σ Oxidación fuerte triplenlace.com Por ejemplo, el permanganato en medio ácido y en caliente… C C R1 R2 R3 H KMnO4 (H3O+, calor)
  • 88. Ruptura de enlaces π y σ Oxidación fuerte triplenlace.com …puede romper el doble enlace… C C R1 R2 R3 H KMnO4 (H3O+, calor)
  • 89. Ruptura de enlaces π y σ Oxidación fuerte triplenlace.com C C R1 R2 R3 H KMnO4 (H3O+, calor) C O R1 R2 (cetona) …para dar aldehídos o cetonas…
  • 90. Ruptura de enlaces π y σ Oxidación fuerte triplenlace.com C C R1 R2 R3 H KMnO4 (H3O+, calor) C O R1 R2 (cetona) O C R3 OH (ác. carbox.) + …o ácidos carboxílicos o una mezcla de aldehídos/cetonas y ácidos
  • 91. Ruptura de enlaces π y σ Oxidación fuerte triplenlace.com C C CH3 H KMnO4 (H3O+, calor) C O H3C H3C propanona O C CH3 OH ác. etanoico + H3C H3C EJEMPLO (Estas reacciones tienen mecanismos complejos; no se han dibujado los productos del MnO4 –)
  • 92. O2 + CH3 C H3 CH3 + La oxidación más fuerte posible es la combustión… triplenlace.com Ruptura de enlaces π y σ Combustión CH
  • 93. CO2 H2O + O2 + CH3 C H3 CH3 + …que si es completa descompone a la molécula en CO2 y H2O triplenlace.com Ruptura de enlaces π y σ Combustión CH
  • 94. Veamos diversas formas de oxidación de este compuesto según el oxidante empleado y su fuerza triplenlace.com EJEMPLO C C CH2 CH3 H3C CH3 3-metilpent-2-eno H
  • 95. Si la oxidación es suave solo se romperá el enlace , produciéndose una reacción de adición triplenlace.com C C CH2 CH3 H3C CH3 3-metilpentan-2,3-diol Oxidación suave Ruptura  H C C CH2 CH3 H3C CH3 H HO OH 3-metilpent-2-eno
  • 96. triplenlace.com Si la oxidación es fuerte podrán romperse ambos enlaces y dar distintos productos (normalmente, mezclas de ellos) Oxidación fuerte Ruptura  Ruptura  C C CH2 CH3 H3C CH3 H 3-metilpent-2-eno
  • 97. triplenlace.com C H3C O H Oxidación fuerte Ruptura  Ruptura  C C CH2 CH3 H3C CH3 H etanal Se puede obtener un aldehído… 3-metilpent-2-eno
  • 98. triplenlace.com C H3C O H Oxidación fuerte Ruptura  Ruptura  C C CH2 CH3 H3C CH3 H C H3C O OH ác. etanoico …o incluso un ácido si la oxidación es más fuerte… 3-metilpent-2-eno etanal
  • 99. triplenlace.com C H3C O H …y además una cetona Oxidación fuerte Ruptura  Ruptura  C C CH2 CH3 H3C CH3 H C H3C O OH C CH2 CH3 CH3 O butan-2-ona 3-metilpent-2-eno ác. etanoico etanal
  • 100. triplenlace.com C H3C O H Oxidación fuerte Ruptura  Ruptura  C C CH2 CH3 H3C CH3 H C H3C O OH C CH2 CH3 CH3 O CO2 + H2O Finalmente, una oxidación total (combustión del compuesto) produciría CO2 y H2O 3-metilpent-2-eno ác. etanoico etanal butan-2-ona
  • 101. Pirólisis La pirólisis es una descomposición por calor, pero sin presencia de oxígeno (es decir, no es una combustión) triplenlace.com
  • 102. Radicales libres Pirólisis Iniciación – Propagación – Terminación Las reacciones de pirólisis suelen seguir una vía radicalaria (por radicales libres), con sus típicas etapas de iniciación, propagación y terminación. Estas etapas entrañan muchas reacciones posibles, de las que señalaremos algunas triplenlace.com
  • 103. Radicales libres Pirólisis Iniciación – Propagación – Terminación triplenlace.com Iniciación CH3CH3  2 CH3•
  • 104. Radicales libres Pirólisis Iniciación – Propagación – Terminación Iniciación CH3CH3  2 CH3• Propagación CH3• + CH3CH3  CH4 + CH3CH2• CH3CH2•  CH2=CH2 + H• CH3CH2• + CH2=CH2  CH3CH2CH2CH2• triplenlace.com
  • 105. Radicales libres Pirólisis Iniciación – Propagación – Terminación Iniciación CH3CH3  2 CH3• Propagación CH3• + CH3CH3  CH4 + CH3CH2• CH3CH2•  CH2=CH2 + H• CH3CH2• + CH2=CH2  CH3CH2CH2CH2• Terminación CH3• + H•  CH4 CH3• + CH3CH2•  CH3CH2CH3 CH3CH2• + CH3CH2•  CH2=CH2 + CH3CH3 H• + H•  H2 triplenlace.com
  • 106. Radicales libres Pirólisis Iniciación – Propagación – Terminación Descomposición y síntesis Algunas de estas reacciones suponen la descomposición de la molécula de partida; otras implican síntesis de moléculas más grandes triplenlace.com Iniciación CH3CH3  2 CH3• Propagación CH3• + CH3CH3  CH4 + CH3CH2• CH3CH2•  CH2=CH2 + H• CH3CH2• + CH2=CH2  CH3CH2CH2CH2• Terminación CH3• + H•  CH4 CH3• + CH3CH2•  CH3CH2CH3 CH3CH2• + CH3CH2•  CH2=CH2 + CH3CH3 H• + H•  H2
  • 109. Δ / ác. Lewis Isomerización Los hidrocarburos, tratados con calor y ácidos de Lewis como catalizadores pueden ramificarse, lo que implica la transposición de átomos o restos a otras partes de la molécula triplenlace.com C H3 CH3 CH2 CH2
  • 111. CH3 C H3 CH3 Isomerización Ramificación Normalmente se produce un equilibrio triplenlace.com C H3 CH3 CH2 CH2 CH Δ / ác. Lewis
  • 113. Las reacciones de sustitución son las más importantes en los hidrocarburos junto a las de adición. Veremos varios tipos: halogenación, sustitución aromática electrofílica, reacción de Friedel-Crafts y reacciones basadas en la acidez de alquinos terminales triplenlace.com
  • 115. Halogenación con luz Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación triplenlace.com Las halogenaciones en presencia de luz también siguen mecanismos de radicales libres, con sus etapas características
  • 116. Halogenación con luz Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl Esta es la reacción global de una halogenación en presencia de luz UV. Como se ve, es una reacción de sustitución: un átomo de halógeno sustituye a un H de la molécula triplenlace.com
  • 117. Halogenación con luz Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl Y este es el mecanismo (resumido) triplenlace.com
  • 118. Halogenación con luz Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl triplenlace.com
  • 119. Halogenación con luz Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl triplenlace.com
  • 120. Halogenación con luz Sustitución y otras Radicales libres Iniciación – Propagación – Terminación H3C–CH3 + Cl2  H3C–CH2Cl + HCl Se dan reacciones de sustitución y de otros tipos triplenlace.com polimerización
  • 122. H H H H H H H H H H Br2 / Luz H H Br H H H H H H H Sustitución bromopentano (más otros derivados bromados) + HBr Halogenación de ciclos En los ciclos de 5 carbonos o más se producen sustituciones normales triplenlace.com
  • 123. H H H H H H H H H H H H H H H H Br2 / Luz H H Br H H H H H H H Sustitución + HBr Halogenación de ciclos Br2 / Luz Pero en los ciclos más pequeños, como ya se dijo en el apartado de las reacciones de adición, se producen adiciones, con la consiguiente apertura del ciclo triplenlace.com bromopentano (más otros derivados bromados)
  • 124. H H H H H H Br Br H H H H H H H H H H H H H H H H Br2 / Luz H H Br H H H H H H H Sustitución 1,3-dibromopropano + HBr Halogenación de ciclos Adición Br2 / Luz triplenlace.com bromopentano (más otros derivados bromados)
  • 125. Sustitución aromática electrofílica Existen unas reacciones muy importantes que consisten en la sustitución de uno o más H de un anillo aromático (como el benceno y derivados) por otro átomo o grupo de átomos. El mecanismo es de ataque electrofílico (ya que el atacante busca la región de elevada densidad electrónica de los anillos de este tipo). Por eso, estas reacciones se llaman sustituciones aromáticas electrofílicas (SAE)
  • 126. H H H H H H H H Sustitución aromática electrofílica Br2 (exc.) luz 3 Antes de explicar lo que es la SAE veremos una excepción: una sustitución que no se produce en el anillo, sino en un resto alquílico sustituyente del anillo (por lo tanto, es una sustitución normal en un hidrocarburo como las vistas hasta aquí, pero no una SAE). Lo que determina que se dé la sustitución en el resto alquílico o en el anillo son las condiciones. Por ejemplo, cuando se añade bromo en presencia de luz se da la sustitución en el resto alquílico triplenlace.com
  • 127. H H H H H H H H Sustitución aromática electrofílica Br Br Br H H H H H Br2 (exc.) luz (+ 3 HBr) 3 triplenlace.com
  • 128. H H H H H H H H FeBr3 Sustitución aromática electrofílica Br Br Br H H H H H Br2 (exc.) luz Br2 (+ 3 HBr) 3 2 Pero si se utiliza un ácido de Lewis como catalizador el Br sustituye a átomos H del anillo. triplenlace.com
  • 129. H H H H H H H H FeBr3 H H H H H H Br H H H H H H Br H H o-bromo- metilbenceno p-bromo- metilbenceno + (+ 2 HBr) Sustitución aromática electrofílica Br Br Br H H H H H Br2 (exc.) luz Br2 (+ 3 HBr) 3 2 triplenlace.com Las reacciones SAE son regioselectivas, lo que quiere decir que en caso de que en principio se puedan obtener varios productos, en la práctica algunos de estos productos tienen más probabilidad de formarse que otros (y esto siempre se podrá explicar por el mecanismo de la reacción). En este caso concreto, si fijamos las condiciones para que solo entre un átomo de Br en el anillo, se obtienen preferentemente dos productos: en uno de ellos el Br se coloca en la posición vecina del –CH3 (posición “orto”, “o”) o bien en la posición diametralmente opuesta (“para”, “p”), pero no en otra
  • 130. H H H H H H H H FeBr3 H H H H H H Br H H H H H H Br H H o-bromo- metilbenceno p-bromo- metilbenceno + (+ 2 HBr) Sustitución aromática electrofílica SAE: Regioselectiva Br2 2 triplenlace.com
  • 131. Orientadores a orto y para Orientadores a meta Activantes fuertes Desactivantes fuertes -NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2 -COOH -COOR -COR -SO3H -CN Activantes débiles -Alquilo (-R),-Arilo (-Ar) Desactivantes débiles -Halógeno Regioselectividad de la SAE Cuando un anillo ya tiene un sustituyente y queremos introducir un segundo, el primero ejerce funciones “directoras” sobre el segundo. Concretamente, caben dos posibilidades de dirección del sustituyente que ya existía sobre el que va a entrar: • O que lo dirija indistintamente a las posiciones orto (o) y para (p) (es decir, la posición vecina y la diametralmente opuesta) • O que lo dirija a la posición meta (intermedia entre la o y la p) Nótese que la posición en la que entra el segundo grupo no depende de su naturaleza, sino de la naturaleza del que ya existía (que es el “director”) triplenlace.com
  • 132. Orientadores a orto y para Orientadores a meta Activantes fuertes Desactivantes fuertes -NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2 -COOH -COOR -COR -SO3H -CN Activantes débiles -Alquilo (-R),-Arilo (-Ar) Desactivantes débiles -Halógeno Regioselectividad de la SAE Aparte de esto, los grupos directores pueden ser activantes o desactivantes. Los activantes facilitan la entrada de un segundo sustituyente; los desactivantes la dificultan triplenlace.com
  • 133. Orientadores a orto y para Orientadores a meta Activantes fuertes Desactivantes fuertes -NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2 -COOH -COOR -COR -SO3H -CN Activantes débiles -Alquilo (-R),-Arilo (-Ar) Desactivantes débiles -Halógeno Regioselectividad de la SAE CH3 Br2 ác. Lewis Br CH3 Br CH3 + triplenlace.com Ejemplo de orientación a posiciones o y p
  • 134. Orientadores a orto y para Orientadores a meta Activantes fuertes Desactivantes fuertes -NH2, -NHR, -NR2 , -OH, -OR -NO2 -COOH -COOR -COR -SO3H -CN Activantes débiles -Alquilo (-R),-Arilo (-Ar) Desactivantes débiles -Halógeno Regioselectividad de la SAE CH3 Br2 ác. Lewis Br CH3 Br CH3 + Br2 ác. Lewis N O O Br N O O Ejemplo de orientación a posición m triplenlace.com
  • 135. Reacción de Friedel-Crafts Una reacción de Friedel Crafts es una SAE cuyo objetivo es introducir un resto alquilo como sustituyente de un anillo aromático (alquilación) o un grupo acilo (acilación). (Recuérdese que un grupo acilo es el resto que queda de un ácido carboxílico tras quitarle el OH) triplenlace.com
  • 136. Reacción de Friedel-Crafts • Reacción SAE entre un compuesto aromático y un halogenuro de alquilo/acilo • Un H aromático se sustituye por • un grupo alquilo (alquilación F-C) • un grupo acilo (acilación F-C) triplenlace.com
  • 137. Reacción de Friedel-Crafts Resto alquilo etano etilo triplenlace.com CH3–CH3 CH3–CH2– Antes de explicar la reacción, recordemos la diferencia entre un resto alquilo y un resto acilo con sendos ejemplos
  • 138. Reacción de Friedel-Crafts Resto alquilo ácido etanoico (o ác. acético) etanoílo (o acetilo) CH3–CO– triplenlace.com Resto acilo CH3–COOH CH3–CH3 CH3–CH2– etano etilo
  • 140. CH3CH2Br (AlCl3) CH3 + HBr Reacción de Friedel-Crafts alquilación F-C etilbenceno triplenlace.com CH2
  • 141. CH3CH2Br (AlCl3) CH3 CH3 CH3 C H3 o-dietilbenceno p-dietilbenceno Reacción de Friedel-Crafts alquilación F-C CH3CH2Br (AlCl3) +2 HBr + alquilación F-C 2 Si realizamos una segunda sustitución, se seguirán las reglas de regioselectividad de la SAE (hay que recordar que el grupo que ya estaba unido al anillo, –R, es director a o y a p triplenlace.com CH3 + HBr etilbenceno CH2 CH2 CH2
  • 143. Reacción de Friedel-Crafts acilación F-C CH3 O CH3COBr (AlCl3) triplenlace.com C etanoilbenceno (o acetilbenceno)
  • 144. acilación F-C CH3 CH3 m-diacetilbenceno CH3 O etanoilbenceno (o acetilbenceno) Reacción de Friedel-Crafts CH3COBr (AlCl3) + HBr CH3COBr (AlCl3) acilación F-C O H3C O Los grupos –COR dirigen a un segundo grupo entrante (sea el que sea) a meta triplenlace.com C C C
  • 146. Acidez de H terminal en alquinos triplenlace.com
  • 147. Acidez de H terminal en alquinos but-1-ino triplenlace.com C H3 CH CH2 C + - El H de un triple enlace tiene cierto carácter ácido
  • 148. Na Acidez de H terminal en alquinos Por eso, puede reaccionar con una base muy fuerte como el Na… triplenlace.com C H3 CH CH2 C + -
  • 149. + ½ H2 butiluro sódico Acidez de H terminal en alquinos …para formarse una “especie de sal”: un alquiluro (Se libera hidrógeno, como en las reacciones ácido inorgánico + metal  sal + H2 ) triplenlace.com C H3 CH C – Na+ Na C H3 CH CH2 C + - CH2
  • 150. C H CH 2 Na + H2 butiluro disódico Acidez de H terminal en alquinos triplenlace.com C C C C but-1,3-diíno + ½ H2 C H3 CH C – Na+ Na C H3 CH CH2 C + - CH2
  • 151. C H3 CH3 Acidez de H terminal en alquinos triplenlace.com C H CH 2 Na + H2 but-2-ino C C C C C C Na + ½ H2 C H3 CH C – Na+ Na C H3 CH CH2 C + - CH2 No hay reacción porque no hay H en el enlace triple; la reacción solo se da en triples enlaces terminales
  • 152. Para afianzar estos conocimientos conviene realizar Ejercicios de Química Orgánica Básica
  • 153. Curso Básico de Química Orgánica 01 – Geometría de los compuestos de carbono 02 – Grupos funcionales, estructura y reactividad orgánica 03 – Formulación y nomenclatura en Química Orgánica 04 – Propiedades y reactividad de hidrocarburos 05 – Halogenuros, alcoholes, éteres y aminas 06 – Compuestos carbonílicos, carboxílicos y derivados, nitrilos y biomoléculas
  • 154. Más teoría, ejercicios y prácticas de Química General, Química Inorgánica Básica, Química Orgánica Básica, Química Física, Técnicas Instrumentales… en triplenlace.com/en-clase