Reacciones de obtención de los haluros de alquilo
En el laboratorio del liceo, Diego quiere preparar un derivado clorado a partir de propeno, el gas de las bombonas. Tiene a mano cloruro de hidrógeno, pero se pregunta: ¿el cloro se pegará al carbono del extremo o al del medio? ¿Y no sería más fácil partir de un alcano y echarle cloro con luz? En esta página aprenderás las rutas para obtener haluros de alquilo y cómo decidir cuál conviene y qué producto sale en mayor cantidad.
Halogenación de alcanos
Un alcano es poco reactivo: sus enlaces C−C y C−H son fuertes y apenas polares. Pero si lo mezclas con cloro o bromo y le das energía (luz ultravioleta o calor), uno de sus hidrógenos es sustituido por un halógeno.
$$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{\text{luz}} CH_3Cl + HCl$$Se forma clorometano (un haluro de alquilo) y cloruro de hidrógeno como subproducto. Es una reacción de sustitución: un átomo (H) sale y otro (Cl) entra.
¿Por qué hace falta la luz? Porque la reacción ocurre por radicales, átomos con un electrón solitario muy reactivos. Se produce en tres etapas:
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Iniciación: la luz rompe la molécula de halógeno en dos átomos: $Cl_2 \xrightarrow{\text{luz}} 2\,Cl\cdot$
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Propagación: un $Cl\cdot$ le quita un H al alcano y el radical formado ataca otra molécula de $Cl_2$: $CH_4 + Cl\cdot \to CH_3\cdot + HCl$ y luego $CH_3\cdot + Cl_2 \to CH_3Cl + Cl\cdot$. Fíjate: se regenera un $Cl\cdot$, así que la cadena sigue sola.
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Terminación: dos radicales se encuentran y se acaba la cadena: $Cl\cdot + Cl\cdot \to Cl_2$, o $CH_3\cdot + Cl\cdot \to CH_3Cl$.
Completa la siguiente reacción de halogenación y escribe el nombre del haluro de alquilo que se forma, además del otro producto:…
Completa la siguiente reacción de halogenación y escribe el nombre del haluro de alquilo que se forma, además del otro producto:
$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{\text{luz}} \; ?$
Para obtener un haluro de alquilo a partir de un alcano por halogenación se necesita una condición que active la reacción. Indica cuál es esa condición y señala cuál de…
Para obtener un haluro de alquilo a partir de un alcano por halogenación se necesita una condición que active la reacción. Indica cuál es esa condición y señala cuál de estos reactivos usarías para formar un derivado bromado: $Br_2$, $HBr$ o $NaBr$.
Una mezcla de productos
La halogenación tiene un inconveniente: no se detiene sola. El clorometano que se formó también tiene hidrógenos, y el $Cl\cdot$ puede atacarlos:
$$CH_4 \to CH_3Cl \to CH_2Cl_2 \to CHCl_3 \to CCl_4$$Se obtienen clorometano, diclorometano, triclorometano (cloroformo) y tetraclorometano. Con más de un carbono pasa lo mismo y además hay isómeros: en el propano, el halógeno puede sustituir un H del carbono 1 o del 2, y salen 1-cloropropano y 2-cloropropano a la vez.
Se hace reaccionar etano con cloro en presencia de luz ultravioleta, usando una cantidad de $Cl_2$ suficiente para sustituir más de un hidrógeno. a) Escribe las…
Se hace reaccionar etano con cloro en presencia de luz ultravioleta, usando una cantidad de $Cl_2$ suficiente para sustituir más de un hidrógeno.
- a) Escribe las ecuaciones que muestran la formación de cloroetano y de un derivado diclorado.
- b) Explica por qué este método suele dar una mezcla de productos y no un compuesto puro.
Adición de HX a alquenos y regla de Markovnikov
Los alquenos tienen un doble enlace C=C, rico en electrones y fácil de atacar. El HX (HCl, HBr, HI) se adiciona: el doble enlace se vuelve simple y el H y el X se unen a los dos carbonos.
$$CH_2=CH_2 + HBr \to CH_3CH_2Br$$Con eteno solo hay un producto posible (bromoetano), porque los dos carbonos son iguales. Pero con un alqueno asimétrico, como el propeno, hay dos posibilidades:
$$CH_3CH=CH_2 + HCl \to \begin{cases} CH_3CHClCH_3 & \text{2-cloropropano (mayoritario)}\\ CH_3CH_2CH_2Cl & \text{1-cloropropano (minoritario)} \end{cases}$$¿Por qué ocurre así?
La reacción tiene dos pasos. Primero el $H^+$ se une a un carbono y deja al otro con carga positiva (un carbocatión). Luego el $X^-$ se une a ese carbono positivo.
Los carbocationes no son igual de estables. Los grupos alquilo empujan electrones hacia el carbono positivo (efecto inductivo +I) y reparten su carga. Por eso: terciario > secundario > primario. El camino que pasa por el carbocatión más estable es más rápido, y da el producto mayoritario.
Escribe la ecuación química de la adición de $HBr$ al eteno ($CH_2=CH_2$). Indica el nombre del producto y el tipo de reacción que ocurre.
Escribe la ecuación química de la adición de $HBr$ al eteno ($CH_2=CH_2$). Indica el nombre del producto y el tipo de reacción que ocurre.
Diego hace reaccionar propeno ($CH_3CH=CH_2$) con $HCl$. a) Escribe la ecuación de la reacción. b) Aplica la regla de Markovnikov para decidir cuál de los dos productos…
Diego hace reaccionar propeno ($CH_3CH=CH_2$) con $HCl$.
- a) Escribe la ecuación de la reacción.
- b) Aplica la regla de Markovnikov para decidir cuál de los dos productos posibles se forma en mayor cantidad y nómbralo.
- c) Explica en una frase qué dice esa regla.
Carbocationes y selectividad
Cuando uno de los carbonos del doble enlace es terciario al ganar el halógeno, la preferencia es muy marcada. Mira el 2-metilpropeno:
$$(CH_3)_2C=CH_2 + HCl \to (CH_3)_3CCl \text{ (mayoritario)}$$El $H^+$ se une al $CH_2$, dejando el carbocatión terciario $(CH_3)_3C^+$ (estabilizado por tres grupos metilo). El cloruro se une a él y forma el 2-cloro-2-metilpropano, un haluro terciario. El minoritario sería el 1-cloro-2-metilpropano (primario), que pasaría por un carbocatión primario, mucho menos estable.
Comparar rutas: ¿cuál es más selectiva?
Una ruta es selectiva si da casi un solo producto. Comparemos dos formas de obtener 2-bromobutano:
| Ruta A: 1-buteno + HBr | Ruta B: butano + $Br_2$ + luz | |
|---|---|---|
| Tipo | Adición | Sustitución por radicales |
| Productos | Casi solo 2-bromobutano (Markovnikov) | 1-bromobutano y 2-bromobutano, además de polibromados |
| Selectividad | Alta | Baja |
Se quiere preparar 2-bromobutano. Andrea propone partir del 1-buteno y $HBr$; Santiago propone partir del butano y $Br_2$ con luz. a) Escribe la ecuación de cada…
Se quiere preparar 2-bromobutano. Andrea propone partir del 1-buteno y $HBr$; Santiago propone partir del butano y $Br_2$ con luz.
- a) Escribe la ecuación de cada propuesta.
- b) Indica cuál de las dos rutas es más selectiva para obtener 2-bromobutano y por qué.
El 2-metilpropeno reacciona con $HCl$ y produce principalmente un solo haluro de alquilo. a) Escribe la ecuación de la reacción y nombra el producto mayoritario y el…
El 2-metilpropeno reacciona con $HCl$ y produce principalmente un solo haluro de alquilo.
- a) Escribe la ecuación de la reacción y nombra el producto mayoritario y el minoritario.
- b) Argumenta, con la regla de Markovnikov y la estabilidad relativa de los carbocationes (terciario frente a primario), por qué predomina uno de ellos.
- c) Clasifica el producto mayoritario como haluro primario, secundario o terciario.
Se dispone de propano y se quiere obtener 2-bromopropano con la mayor pureza posible. Se plantean dos rutas: Ruta A: bromación directa del propano con $Br_2$ y luz. Ruta…
Se dispone de propano y se quiere obtener 2-bromopropano con la mayor pureza posible. Se plantean dos rutas:
Ruta A: bromación directa del propano con $Br_2$ y luz.
Ruta B: deshidrogenación del propano para obtener propeno (no es necesario escribir sus condiciones) y luego adición de $HBr$.
- a) Escribe las ecuaciones de ambas rutas, indicando los productos posibles de la ruta A.
- b) Compara las dos rutas en cuanto a la cantidad de productos que generan y su selectividad.
- c) Si en la ruta B se usa $HBr$ en lugar de $HCl$, indica qué cambia en el nombre del producto y qué no cambia en cuanto a la regla que determina su posición.
Otras vías de obtención
Adición de $X_2$ a alquenos. El bromo o el cloro se adicionan al doble enlace y se forman dihaluros vecinales (un halógeno en cada carbono del doble enlace):
$$CH_2=CH_2 + Br_2 \to CH_2BrCH_2Br \quad (1{,}2\text{-dibromoetano})$$Con el bromo es una prueba clásica: el agua de bromo (marrón-anaranjada) se decolora al agregarla a un alqueno.
A partir de alcoholes. El grupo −OH se sustituye por un halógeno al tratar el alcohol con HX, $PCl_5$ o $SOCl_2$ (nivel descriptivo):
$$CH_3CH_2OH + HBr \to CH_3CH_2Br + H_2O$$Benceno. Con $Br_2$ y un catalizador (por ejemplo $FeBr_3$) se sustituye un H del anillo y se forma bromobenceno (solo mención).
| Materia prima | Reactivo | Reacción | Producto |
|---|---|---|---|
| Alcano | $X_2$, luz | Sustitución (radicales) | R−X + HX (mezcla) |
| Alqueno | HX | Adición (Markovnikov) | R−X |
| Alqueno | $X_2$ | Adición | Dihaluro vecinal |
| Alcohol | HX, $PCl_5$, $SOCl_2$ | Sustitución del −OH | R−X |
Escribe la ecuación química de la adición de $HBr$ al eteno ($CH_2=CH_2$). Indica el nombre del producto y el tipo de reacción que ocurre.
Escribe la ecuación química de la adición de $HBr$ al eteno ($CH_2=CH_2$). Indica el nombre del producto y el tipo de reacción que ocurre.
Vuelve al principio: Diego, con propeno y HCl, obtiene sobre todo 2-cloropropano (Markovnikov); y si hubiera partido de propano y $Cl_2$ con luz, habría obtenido una mezcla de 1- y 2-cloropropano y polihalogenados.
Resumen
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Los alcanos se halogenan con $X_2$ y luz o calor (sustitución por radicales: iniciación, propagación, terminación). Se forma R−X + HX, pero mezcla de productos.
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Los alquenos adicionan HX; en alquenos asimétricos, Markovnikov: el H va al carbono con más H, y el X al más sustituido.
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La causa es la estabilidad del carbocatión: terciario > secundario > primario (efecto inductivo +I de los grupos alquilo).
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Los alquenos también adicionan $X_2$ y dan dihaluros vecinales; los alcoholes dan R−X con HX, $PCl_5$ o $SOCl_2$.
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Para obtener un haluro puro, la ruta por alqueno es más selectiva que la halogenación del alcano.