Reacciones químicas 2

INTRODUCCIÓN A LAS REACCIONES ORGÁNICAS.

En la parte anterior (AQUÍ), vimos las características ácido-base y de óxidoreducción de los compuestos.
Ahora veremos un aspecto fundamental de la Química Orgánica, que es la base de las transformaciones en los seres vivos y también en las industrias y laboratorios. Así, en los organismos vivos se sintetizan o degradan macromoléculas esenciales (reacciones anabólicas y catabólicas).

Por otro lado, en las industrias se fabrican muchos compuestos de gran utilidad: medicamentos, adhesivos, aditivos alimentarios, plásticos, pigmentos orgánicos, etc., como se ve en la imagen de la derecha:

La gran importancia de estos procesos, hace que exista un gran interés y estudio de las transformaciones orgánicas y el mecanismo con el que se llevan a cabo (este último tema será el contenido de la unidad siguiente). 

LAS REACCIONES ORGÁNICAS.

Las reacciones orgánicas son transformaciones que ocurren por ruptura y formación de enlaces covalentes, y la mayoría se llevan a cabo en sitios específicos de reactividad: los grupos funcionales. Suelen implicar cambios en la hibridación y en los ángulos de enlace, es decir, en la orientación espacial de las moléculas (geometría molecular).

Los eventos que se producen en estas reacciones son diversos, por eso conviene estudiarlos con distintos criterios. Dichos criterios permiten clasificarlas, según qué aspecto se toma en cuenta:

• Según el cambio en la estructura de los reactivos:

REACCIONES DE ADICIÓN

- Las reacciones de adición implican siempre un cambio en la hibridación de dos C adyacentes (por ejemplo, un C sp2 se transforma a sp3) y una disminución de la insaturación en el reactivo. Un ejemplo concreto:

IMPORTANTE: En el caso de que el reactivo atacante no fuera simétrico, por ejemplo si fuera HBr en lugar de Br2, de los dos productos posibles (1-bromopropano o 2-bromopropano) predomina con un 90% aquél en el que el H ataca al C más hidrogenado (en este ejemplo, el C1). Esta regularidad la descubrió Markovnikov (1870), por lo que se la denomina "regla de Markovnikov". El producto principal es en este caso el 2-bromopropano:

REACCIONES DE ELIMINACIÓN:

 En las reacciones de eliminación, a la inversa de las de adición, dos C adyacentes generan un enlace múltiple (por pérdida de los átomos o grupos de átomos) en el reactivo, aumentando su grado de insaturación. También aquí se produce un cambio en la hibridación y en la orientación espacial de los sustituyentes. Por ejemplo, en la siguiente reacción, dos C sp3 cambian su hibridación a sp2:

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN:

 En las reacciones de sustitución, la reacción involucra un solo átomo de C, en el que no hay cambios en la hibridación sino en los sustituyentes unidos al mismo. Por ejemplo:

REACCIONES DE SÍNTESIS: POLIMERIZACIÓN Y CONDENSACIÓN

En este tipo de reacciones se obtienen moléculas más grandes que los reactivos originales. En el primer caso, se obtienen macromoléculas (polímeros), en el segundo, la característica principal es que el producto de la síntesis siempre va acompañado por la producción de agua.

• Otro criterio de clasificación se basa en el tipo de ruptura covalente que se produce en el reactivo:

1. Reacción homolítica: el enlace se rompe de manera equitativa, dando lugar a especies muy reactivas con e- desapareados o radicales libres:

A:B → A. + B.

2. Reacción heterolítica: la ruptura es asimétrica, una de las especies formadas se queda con el par de e-, y se forman iones:

A:B → A+ + B:-           o         A:B → A:- + B+

Observación: las especies que se pueden formar en el transcurso de una reacción heterolítica se suelen llamar: carbaniones o carbocationes.

Otro criterio: según el número de etapas en que se rompen y se forman nuevos enlaces, pueden ser:

1. Reacciones concertadas: la ruptura y formación de enlaces se produce simultáneamente. Se forman especies intermediarias indetectables y altamente inestables:

2. Reacciones no concertadas: la ruptura y formación de enlaces se produce en etapas separadas, dando lugar a la formación de especies intermedias con distinta estabilidad, generalmente detectables:

Observamos, por ejemplo, en este esquema de reacción la formación de un intermediario con carga positiva en un carbono, es decir, la formación de un carbocatión.

Las rupturas de enlaces siempre consumen energía, es decir, son endergónicas. La energía consumida se denomina energía de disociación de enlace (ΔH). Y al ser endergónicas, la energía de los productos debe ser mayor que la de los reactivos: Hp >Hr por lo que ΔH = Hp-Hr >0

• Otro criterio de clasificación tiene en cuenta las características del reactivo atacante:

1. Reacción electrofílica: cuando el atacante es un reactivo electrofílico, es decir, ávido de electrones o zonas de alta densidad electrónica. Pueden ser especies cargadas (H+, NO2+ ) o neutras (como el Cl3Al).

2. Reacción nucleofílica: cuando el reactivo atacante es nucleofílico, es decir, ataca centros deficitarios de e- en la molécula orgánica. Estos reactivos pueden tener carga eléctrica (aniones) o ser neutros (tienen pares de e- no compartidos). Ejemplos: Cl-, OH-, :NH3, H2O, ROH.

Para terminar, destacamos que de la diversidad de combinaciones de estas transformaciones orgánicas, queda claro que la cantidad de reacciones orgánicas posibles es inmensa, e inabarcable en un curso de Química Orgánica básica.

Afortunadamente, podemos resumirlas teniendo en cuenta cuáles son las reacciones más comunes que sufren los distintos grupos funcionales. En el siguiente cuadro se presenta una breve presentación de las mismas:

BIBLIOGRAFÍA ANEXA SUGERIDA: