Química orgánica · Estructura y reactividad orgánica
Principales reacciones orgánicas
En el laboratorio del colegio, el profe de Química deja caer unas gotas de ácido sulfúrico en una mezcla de vinagre y alcohol antiséptico, calienta suavemente y de pronto huele a fruta. ¿Cómo se pasa de un alcohol y un ácido a una sustancia nueva con aroma dulce? En química orgánica no hay que memorizar cientos de reacciones sueltas: casi todas son de unos pocos tipos (adición, sustitución, eliminación, oxidación, condensación) y dependen del grupo funcional y de cómo se rompen los enlaces.
Cómo se rompe un enlace: mecanismos de reacción
Una reacción orgánica es, en el fondo, romper unos enlaces y formar otros. El mecanismo es la descripción paso a paso de cómo ocurre. Lo primero que hay que preguntarse es cómo se reparten los dos electrones del enlace que se rompe.
Las especies iónicas se clasifican por lo que buscan:
Electrófilo (E⁺): especie pobre en electrones que «busca» electrones, como H⁺ o un carbocatión.
Nucleófilo (Nu⁻): especie rica en electrones que «busca» un núcleo positivo, como OH⁻, Br⁻ o el agua.
Adición electrófila a alquenos: la regla de Markovnikov
Al hacer reaccionar propeno con bromuro de hidrógeno, casi todo el producto es 2-bromopropano y apenas hay trazas de 1-bromopropano. ¿Por qué el reactivo elige un carbono concreto y no se reparte al 50 %?
El doble enlace es rico en electrones, así que lo ataca un electrófilo (el $\mathrm{H^+}$): es una adición electrófila de mecanismo heterolítico.
Practica★☆☆Sin empezar
El propeno ($\mathrm{CH_3-CH=CH_2}$) experimenta una reacción de adición electrófila al tratarse con agua en presencia de ácido sulfúrico diluido como catalizador,…
El propeno ($\mathrm{CH_3-CH=CH_2}$) experimenta una reacción de adición electrófila al tratarse con agua en presencia de ácido sulfúrico diluido como catalizador, siguiendo la regla de Markovnikov (el protón se adiciona preferentemente al carbono con mayor número de hidrógenos).
a) Formula y nombra el reactivo de partida y el producto orgánico mayoritario obtenido en esta hidratación.
b) Justifica razonadamente por qué no se obtiene de forma mayoritaria el propan-1-ol.
Los haluros de alquilo pueden experimentar transformaciones selectivas según la naturaleza del reactivo y el solvente empleado. a) Escribe la ecuación balanceada de la…
Los haluros de alquilo pueden experimentar transformaciones selectivas según la naturaleza del reactivo y el solvente empleado.
a) Escribe la ecuación balanceada de la reacción de sustitución nucleofílica entre el 1-bromopropano ($\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2Br}$) y una solución acuosa diluida de hidróxido de sodio a temperatura moderada, nombrando el producto orgánico formado.
b) Indica la estructura semidesarrollada y el nombre del producto que se obtendría si se somete el propeno formado en una reacción secundaria a una hidrogenación catalítica con $\mathrm{H_2}$ en presencia de níquel.
La combustión completa de alcoholes genera dióxido de carbono y vapor de agua, liberando una notable cantidad de energía térmica. a) Escribe y ajusta mediante…
La combustión completa de alcoholes genera dióxido de carbono y vapor de agua, liberando una notable cantidad de energía térmica.
a) Escribe y ajusta mediante coeficientes estequiométricos enteros la ecuación química de combustión completa del etanol ($\mathrm{CH_3-CH_2OH}$).
b) Calcula el volumen de dióxido de carbono medido a $25\,^{\circ}\text{C}$ y $1{,}0\,\text{atm}$ que se desprende al quemar completamente $23{,}0\,\text{g}$ de etanol. Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$; constante de los gases $R = 0{,}082\,\text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.
El comportamiento químico de un alcohol primario frente a un agente oxidante enérgico como el dicromato de potasio en medio ácido depende de las condiciones…
El comportamiento químico de un alcohol primario frente a un agente oxidante enérgico como el dicromato de potasio en medio ácido depende de las condiciones experimentales empleadas. Observa el siguiente esquema de transformación
a) Identifica razonadamente las fórmulas semidesarrolladas y los nombres sistemáticos de los productos orgánicos $\mathrm{A}$ y $\mathrm{B}$.
b) Justifica por qué la destilación inmediata del medio permite aislar selectivamente el compuesto $\mathrm{A}$, mientras que el reflujo prolongado con oxidante en exceso conduce a $\mathrm{B}$.
Al calentar vinagre (ácido etanoico) con etanol y unas gotas de ácido sulfúrico, el olor acre desaparece y aparece un aroma frutal. ¿Qué reacción une dos familias distintas y libera agua?
La saponificación de los triglicéridos del aceite de palma con soda cáustica es la base del jabón artesanal.
Practica★★☆Sin empezar
La hidrólisis básica o saponificación del acetato de etilo, $\mathrm{CH_3-COO-CH_2-CH_3}$, consume una base fuerte. a) Formula la ecuación molecular de su reacción con…
La hidrólisis básica o saponificación del acetato de etilo, $\mathrm{CH_3-COO-CH_2-CH_3}$, consume una base fuerte. a) Formula la ecuación molecular de su reacción con solución acuosa de hidróxido de sodio y nombra los dos productos orgánicos obtenidos, uno de ellos en forma de sal. b) Se tratan $17{,}6\,\mathrm{g}$ del éster con $250\,\mathrm{mL}$ de $\mathrm{NaOH}$ $1{,}00\,\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}$. Identifica el reactivo límite y calcula la masa de acetato de sodio aislada si el rendimiento respecto al máximo estequiométrico es del $85{,}0\,\%$. Datos: masas atómicas relativas, C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0; Na = 23,0.
Todo lo anterior sirve para reconocer compuestos desconocidos con ensayos sencillos, como en el laboratorio del colegio o en una pregunta del Saber 11.
Ensayo
Positivo con
Qué se observa
Agua de bromo o $\mathrm{Br_2}$ en $\mathrm{CCl_4}$
alquenos, alquinos
se decolora el color rojizo (adición)
Tollens
aldehídos
espejo de plata
Fehling o Benedict
aldehídos
precipitado rojo ladrillo
Bicarbonato de sodio
ácidos carboxílicos
efervescencia de $\mathrm{CO_2}$
La cetona da negativo con Tollens y Fehling, porque no tiene el H del grupo –CHO que se oxida fácilmente. Un alcohol primario o secundario tampoco los da directamente.
Practica★★★Sin empezar
En un informe histórico de análisis orgánico se describen cuatro frascos sin rotular ($\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$), cada uno de los cuales…
En un informe histórico de análisis orgánico se describen cuatro frascos sin rotular ($\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$), cada uno de los cuales contiene una de las siguientes sustancias líquidas puras: propanal, propanona, ácido propanoico y hex-1-eno. Para identificarlas se registraron tres ensayos químicos independientes, que se analizan como datos sin reproducirlos:
Adición de una disolución rojiza de bromo en tetracloruro de carbono: solo la sustancia $\mathrm{C}$ decolora la disolución de forma rápida e inmediata sin desprendimiento de gas.
Adición de disolución acuosa saturada de hidrogenocarbonato de sodio ($\mathrm{NaHCO_3}$): solo la sustancia $\mathrm{D}$ produce un burbujeo efervescente evidente.
Ensayo con reactivo de Tollens (disolución amoniacal de $\mathrm{Ag^+}$): la sustancia $\mathrm{A}$ forma un espejo plateado de plata metálica en las paredes del tubo al calentarse suavemente, mientras que $\mathrm{B}$ no produce cambio visible.
a) Asigna razonadamente cada sustancia a las letras $\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$.
b) Escribe las ecuaciones químicas correspondientes a los ensayos positivos descritos para $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$.
Cada reacción orgánica puede clasificarse por su balance de energía. Si libera calor al entorno es exotérmica ($\Delta H<0$); si lo absorbe, endotérmica ($\Delta H>0$).
Reacción
Balance típico
Combustión
exotérmica (muy)
Hidrogenación de un alqueno
exotérmica
Neutralización y saponificación
exotérmica
Deshidratación de un alcohol
endotérmica (necesita calor)
Eliminación de HX con KOH alcohólico
endotérmica (necesita calor)
¡A practicar! 2 ejercicios de nivel medio en este apartado
Vuelve al principio: el aroma frutal es un éster, producto de la esterificación entre el ácido etanoico del vinagre y el alcohol. Y se puede encadenar toda la secuencia: eteno + agua → etanol (adición), etanol + oxidante en exceso → ácido etanoico (oxidación), ácido + etanol con $\mathrm{H^+}$ → etanoato de etilo (esterificación).
Resumen
¡A practicar! 3 ejercicios de nivel fácil en este apartado