PPTCES036CB33-A16V1 Clase Reactividad en química orgánica I.

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1 PPTCES036CB33-A16V1 Clase Reactividad en química orgánica I

2 Resumen de la clase anterior Isómeros Estructurales Estereoisómeros Geométricos Isómeros cis - trans Ópticos Cadena Posición Función

3 Aprendizajes esperados Definir resonancia. Comprender los mecanismos implicados en las reacciones químicas orgánicas. Páginas del libro 117 y desde la 136 a la 140.

4 Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, Modelo de prueba de Ciencias 2014 Pregunta oficial PSU ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta el mayor número de estructuras resonantes? A) Ozono (O 3 ) B) Ácido nítrico (HNO 3 ) C) Ácido ciánico (HOCN) D) Nitrometano (CH 3 NO 2 ) E) Benceno (C 6 H 6 )

5 1.Resonancia. 2.Reactividad de los compuestos orgánicos.

6 1. Resonancia Al desarrollar una estructura de Lewis para el nitrometano (CH 3 NO 2 ), se necesita establecer un doble enlace con un oxígeno y un enlace sencillo con el otro. Pero, ¿con cuál de los oxígenos? ¿Enlace doble con este oxígeno? ¿O con este oxígeno? Ninguna de las dos estructuras de Lewis del nitrometano es correcta en sí. La estructura real se encuentra a medio camino entre las dos y se denomina híbrido de resonancia. Formas de resonancia Híbrido de resonancia: no alterna entre caballo y burro, sino que presenta rasgos de ambos a la vez. Doble flecha indica que son estructuras contribuyentes al híbrido de resonancia.

7 1. Resonancia 1.Las formas individuales de resonancia son imaginarias, no son reales. 2.Las formas de resonancia solo difieren en la colocación de sus electrones π o no enlazantes. 3.Las distintas formas de resonancia de una sustancia no necesariamente son equivalentes. 4.Las formas de resonancia deben ser estructuras de Lewis válidas y obedecer las reglas normales de valencia. 5.El híbrido de resonancia es más estable que cualquiera de las formas de resonancia. 1.1 Reglas para las formas de resonancia

8 1. Resonancia 1.2 Dibujando estructuras de resonancia Para dibujar las formas de resonancia de un compuesto, primero escribimos su estructura de Lewis y luego usamos flechas curvas para indicar el movimiento de electrones entre átomos adyacentes. ColaCabeza Indica de dónde vienen los electrones. Pueden venir de: Indica de dónde vienen los electrones. Pueden venir de: Enlaces π Pares de e - libres Indica hacia dónde van los electrones. Pueden ir a formar: Indica hacia dónde van los electrones. Pueden ir a formar: Enlaces π Pares de e - libres Los dos mandamientos de la resonancia: I.No romperás enlaces simples. I.No excederás el octeto de electrones para elementos del segundo periodo.

9 1. Resonancia 1.2 Dibujando estructuras de resonancia Patrones de resonancia: 1.Par de e - libres adyacente a un enlace π Dos flechas 2. Par de e - libres adyacente a una carga + Una flecha 3. Carga + adyacente a un enlace π Una flecha 5. Enlaces π conjugados en un anillo Tres flechas 4. Enlace π entre dos átomos de distinta E.N. Una flecha

10 1. Resonancia Ejemplo: ¿Cuántas estructuras resonantes tiene el ion carbonato (CO 3 2- )? 1. Determinamos la estructura de Lewis del ion carbonato. 2. Estrategia: Se deben buscar agrupamientos de átomos que contengan alguno de los patrones descritos. A continuación, se intercambian las posiciones del enlace múltiple y de los electrones libres. En el ion carbonato, cada uno de los oxígenos con enlace sencillo, sus pares de electrones sin compartir respectivos y sus cargas negativas, están junto al doble enlace C=O, lo que da lugar al agrupamiento O=C–O: -

11 Ejercicio ¿Cuántas estructuras resonantes tiene el ion carbonato (CO 3 2- )? 3. Solución: Si se cambia la posición del doble enlace y del par no compartido de electrones en cada agrupamiento, se generan tres estructuras de resonancia. Al pasar de una forma de resonancia a otra: La carga neta de la molécula se mantiene. No se altera la posición de los átomos, solo de electrones. No se rompen enlaces σ.

12 Ejercitación Ejercicio 7 “guía del alumno” C ASE

13 2. Reactividad de los compuestos orgánicos 2.1 Tipos de ruptura de enlaces Homolítica → enlace covalente se rompe de manera simétrica. Se producen radicales libres. A : B → A· + ·B Suele producirse en presencia de luz UV, pues se necesita un aporte de energía elevado. Heterolítica → enlace se rompe de manera asimétrica. Se producen especies con carga. A : B → A: – + B + Carbocationes: R 3 C + Ejemplo: (CH 3 ) 2 CH + Carbaniones: R 3 C: – Ejemplo: Cl 3 C: –

14 2. Reactividad de los compuestos orgánicos Carbono con carga Carbocatión Carbanión Átomo de carbono con carga positiva. Átomo de carbono con carga negativa.

15 Ejercitación Ejercicio 13 “guía del alumno” E ASE El orden de reactividad esperado al enfrentar un hidrácido constituido por halógenos contra un alcohol es A) alcohol 1º > alcohol 2º > alcohol 3º B) alcohol 1º > alcohol 3º > alcohol 2º C) alcohol 2º > alcohol 3º > alcohol 1º D) alcohol 2º > alcohol 1º > alcohol 3º E) alcohol 3º > alcohol 2º > alcohol 1º

16 Al observar la siguiente reacción química: se puede inferir que A)ocurre una ruptura heterolítica B)ocurre una ruptura homolítica. C)A actúa como un nucleófilo. D)los electrones enlazantes se separan desigualmente. E)se forma un catión y un anión. Ejercitación Ejercicio 22 “guía del alumno” B Comprensión

17 2. Reactividad de los compuestos orgánicos 2.2 Tipos de reactivos Nucleófilos Reaccionan cediendo pares de electrones libres. Puede ser un anión o una molécula con pares de electrones libres. Bases de Lewis R-OH, R-O –, H 2 O, R-NH 2, R-C  N, R-COO –, NH 3, OH – ; halogenuros: Cl –, Br – Electrófilos Reaccionan aceptando pares de electrones libres. Puede ser un catión o moléculas que no cumplen el octeto. Ácidos de Lewis H +, NO 2 +, NO +, BF 3, AlCl 3 ; cationes metálicos: Na +, R 3 C +, SO 3, CH 3 Cl, CH 3 -CH 2 Cl; halógenos: Cl 2, Br 2

18 Ejercitación Ejercicio 11 “guía del alumno” C Comprensión

19 2. Reactividad de los compuestos orgánicos La reactividad de los compuestos orgánicos se debe a: 1. Grupos funcionales. Por alta densidad electrónica (doble o triple enlace). Por fracción de carga positiva en el átomo de carbono (enlaces C-Cl, C=O, C  N). 2. Desplazamientos electrónicos. Efecto inductivo Efecto mesomérico Hiperconjugación

20 2. Reactividad de los compuestos orgánicos 2.3 Desplazamientos electrónicos “Desplazamiento parcial del par electrónico en enlace sencillo  hacia el átomo más electronegativo, provocando fracciones de carga”. Efecto inductivo Grupos que aportan electrones: (+ I) -O -, -COO -, -R (-CH 3, -CH 2 -CH 3, -C(CH 3 )) Grupos que retiran electrones: (- I) -NO 2, -COOH, -X (halógeno), -OH El hidrógeno se toma como referencia (no provoca efecto inductivo). Se trasmite a lo largo de la cadena a enlaces adyacentes, aunque cada vez más débilmente.

21 2. Reactividad de los compuestos orgánicos 2.3 Desplazamientos electrónicos Efecto mesomérico (resonancia) Se produce cuando hay enlaces múltiples y la posibilidad de que los electrones se deslocalicen (átomo electronegativo con posibilidad de tener parejas de electrones sin compartir). (+ M): el átomo unido al carbono cede un par de electrones sin compartir, formándose un doble enlace. Ejemplo: CH 2 =CH–CH=CH 2  + CH 2 –CH=CH–CH 2 –  – CH 2 –CH=CH–CH 2 + Puede escribirse:CH 2 —CH—CH—CH 2 ·· ·· ·· ·· ·· Ejemplos: –NH 2, –NH–R, –OH, –O–CH 3, –X:... ·· ·· ·· ·· ·· CH 2 =CH–NH 2  – CH 2 –CH=NH 2 +

22 2. Reactividad de los compuestos orgánicos 2.3 Desplazamientos electrónicos (– M): el átomo unido al carbono toma para sí un par de electrones del doble o triple enlace. Ejemplos: –CHO, –NO, –CN, –CO–CH 3, –COOH... ·· CH 2 =CH–CH=O:  + CH 2 –CH=CH–O: – ·· ·· Todos los enlaces son intermedios entre simples y dobles. A mayor número de estructuras resonantes, mayor estabilidad.

23 2. Reactividad de los compuestos orgánicos 2.3 Desplazamientos electrónicos Hiperconjugación Es una interacción estabilizante entre los electrones de un enlace σ con un orbital p adyacente, produciendo un orbital molecular extendido. Orbital 2p vacío del carbono con carga + Enlace σ sp 3 (C-H) Hiperconjugación De acuerdo a esto, a mayor número de enlaces C-H adyacentes a una carga positiva (carbocatión), radical o doble enlace, mayor es la estabilidad.

24 Pregunta HPC Ejercicio 20 “guía del alumno” A ASE La teoría de la fuerza vital fue propuesta para explicar las diferencias entre la materia orgánica y la inorgánica. De acuerdo a ella, la materia orgánica presentaba una composición especial y su formación se debía a la influencia de una fuerza vital exclusiva de los seres vivos y cuya manipulación no era posible en el laboratorio. Con respecto a esta teoría, ¿cuál de las siguientes evidencias permite descartarla? A) Síntesis de ácido fórmico en el laboratorio a partir de sustancias inorgánicas. B) Al condensar el vapor emitido por el agua caliente se obtiene agua, en cambio al calentar un aceite vegetal, este emite gases que no forman aceite nuevamente. C) La combustión de restos vegetales produce sustancias inorgánicas. D) Producción de glucosa por parte de las plantas, a partir de dióxido de carbono y agua. E) Formación de petróleo a partir de restos vegetales y animales. Habilidad de Pensamiento Científico: Análisis del desarrollo de alguna teoría o concepto.

25 Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, Modelo de prueba de Ciencias 2014 Pregunta oficial PSU C ASE ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta el mayor número de estructuras resonantes? A) Ozono (O 3 ) B) Ácido nítrico (HNO 3 ) C) Ácido ciánico (HOCN) D) Nitrometano (CH 3 NO 2 ) E) Benceno (C 6 H 6 )

26 Pregunta oficial PSU

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28 Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 1 E Química del carbono Reconocimiento 2 C Química del carbono Reconocimiento 3 E Química del carbono Reconocimiento 4 E Química del carbono Comprensión 5 A Química del carbono Comprensión 6 E Química del carbono Reconocimiento 7 C Química del carbono ASE 8 E Química del carbono ASE 9 C Química del carbono Comprensión 10 E Química del carbono Comprensión 11 C Química del carbono Comprensión 12 E Química del carbono Comprensión

29 Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 13 E Química del carbono ASE 14 B Química del carbono Reconocimiento 15 D Química del carbono Reconocimiento 16 E Química del carbono Comprensión 17 A Química del carbono Reconocimiento 18 E Química del carbono Reconocimiento 19 A Química del carbono Reconocimiento 20 A Química del carbono ASE 21 D Química del carbono ASE 22 B Química del carbono Comprensión 23 C Química del carbono ASE 24 A Química del carbono Comprensión 25 D Química del carbono ASE

30 Síntesis de la clase Resonancia (mesomería) combinación lineal de estructuras teóricas de una molécula Reactividad de los compuestos orgánicos Grupos funcionales Ruptura de enlaces de alta energía Desplazamientos electrónicos

31 Prepara tu próxima clase En la próxima sesión, estudiaremos Reactividad en química orgánica II

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33 Propiedad Intelectual Cpech RDA: 186414 ESTE MATERIAL SE ENCUENTRA PROTEGIDO POR EL REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL. Equipo Editorial Área Ciencias: Química