Química orgánica tipos de reacciones químicas. Tipos de reacciones orgánicas
Cuando ocurren reacciones químicas, algunos enlaces se rompen y otros se forman. Las reacciones químicas se dividen convencionalmente en orgánicas e inorgánicas. Se considera que las reacciones orgánicas son reacciones en las que al menos uno de los reactivos es un compuesto orgánico que cambia su estructura molecular durante la reacción. La diferencia entre reacciones orgánicas e inorgánicas es que, por regla general, en ellas intervienen moléculas. La velocidad de estas reacciones es baja y el rendimiento del producto suele ser sólo del 50-80%. Para aumentar la velocidad de reacción se utilizan catalizadores y se aumenta la temperatura o presión. A continuación, consideraremos los tipos de reacciones químicas en química orgánica.
Clasificación por la naturaleza de las transformaciones químicas.
- Reacciones de sustitución
- Reacciones de suma
- Reacción de isomerización y reordenamiento.
- Reacciones de oxidación
- Reacciones de descomposición
Reacciones de sustitución
Durante las reacciones de sustitución, un átomo o grupo de átomos de la molécula inicial es reemplazado por otros átomos o grupos de átomos, formando una nueva molécula. Como regla general, tales reacciones son características de los hidrocarburos saturados y aromáticos, por ejemplo:
Reacciones de suma
Cuando ocurren reacciones de adición, se forma una molécula de un nuevo compuesto a partir de dos o más moléculas de sustancias. Estas reacciones son típicas de compuestos insaturados. Existen reacciones de hidrogenación (reducción), halogenación, hidrohalogenación, hidratación, polimerización, etc.:
- Hidrogenación– adición de una molécula de hidrógeno:
Reacción de eliminación
Como resultado de reacciones de eliminación, las moléculas orgánicas pierden átomos o grupos de átomos y se forma una nueva sustancia que contiene uno o más enlaces múltiples. Las reacciones de eliminación incluyen reacciones. deshidrogenación, deshidración, deshidrohalogenación etcétera.:
Reacciones de isomerización y reordenamiento.
Durante tales reacciones, se produce un reordenamiento intramolecular, es decir. la transición de átomos o grupos de átomos de una parte de la molécula a otra sin cambiar la fórmula molecular de la sustancia que participa en la reacción, por ejemplo: 
Reacciones de oxidación
Como resultado de la exposición a un reactivo oxidante, el estado de oxidación del carbono en un átomo, molécula o ion orgánico aumenta debido a la pérdida de electrones, lo que resulta en la formación de un nuevo compuesto: 
Reacciones de condensación y policondensación.
Consiste en la interacción de varios (dos o más) compuestos orgánicos con la formación de nuevos enlaces C-C y un compuesto de bajo peso molecular:
La policondensación es la formación de una molécula de polímero a partir de monómeros que contienen grupos funcionales con la liberación de un compuesto de bajo peso molecular. A diferencia de las reacciones de polimerización, que dan como resultado la formación de un polímero que tiene una composición similar al monómero, como resultado de las reacciones de policondensación, la composición del polímero resultante difiere de su monómero:
Reacciones de descomposición
Este es el proceso de descomponer un compuesto orgánico complejo en sustancias menos complejas o simples:
C 18 H 38 → C 9 H 18 + C 9 H 20
Clasificación de reacciones químicas por mecanismos.
Las reacciones que implican la ruptura de enlaces covalentes en compuestos orgánicos son posibles mediante dos mecanismos (es decir, un camino que conduce a la ruptura de un enlace antiguo y la formación de uno nuevo): heterolítico (iónico) y homolítico (radical).
Mecanismo heterolítico (iónico)
En las reacciones que se desarrollan según el mecanismo heterolítico, se forman partículas intermedias de tipo iónico con un átomo de carbono cargado. Las partículas que llevan carga positiva se llaman carbocationes y las negativas, carbaniones. En este caso, no se produce la ruptura del par de electrones común, sino su transición a uno de los átomos, con la formación de un ion: 
Los enlaces fuertemente polares, por ejemplo H – O, C – O, y fácilmente polarizables, por ejemplo C – Br, C – I, muestran una tendencia a la escisión heterolítica.
Las reacciones que transcurren según el mecanismo heterolítico se dividen en nucleofílico y electrófilo reacciones. Un reactivo que tiene un par de electrones para formar un enlace se llama nucleofílico o donador de electrones. Por ejemplo, HO - , RO - , Cl - , RCOO - , CN - , R - , NH 2 , H 2 O , NH 3 , C 2 H 5 OH , alquenos, arenos.
Un reactivo que tiene una capa electrónica vacía y es capaz de unir un par de electrones en el proceso de formación de un nuevo enlace. Los siguientes cationes se denominan reactivos electrófilos: H +, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3 , BF 3, R-Cl, R 2 C=O
Reacciones de sustitución nucleofílica
Característica de los haluros de alquilo y arilo: 
Reacciones de adición nucleofílica 
Reacciones de sustitución electrofílica
Reacciones de adición electrofílica 
Homolítico (mecanismo radical)
En las reacciones que se desarrollan según el mecanismo homolítico (radical), en la primera etapa el enlace covalente se rompe con la formación de radicales. El radical libre resultante actúa entonces como reactivo de ataque. La escisión del enlace mediante un mecanismo radical es típica de los enlaces covalentes no polares o de baja polaridad (C – C, N – N, C – H).
Distinguir entre reacciones de sustitución de radicales y de adición de radicales.
Reacciones de desplazamiento radical
Característica de los alcanos. 
Reacciones de adición radical
Característica de alquenos y alquinos. 
Así, examinamos los principales tipos de reacciones químicas en química orgánica.
Categorías, Resumen: “Tipos de reacciones químicas en química orgánica”Las reacciones de sustancias orgánicas se pueden dividir formalmente en cuatro tipos principales: sustitución, adición, eliminación (eliminación) y reordenamiento (isomerización). Es obvio que toda la variedad de reacciones de compuestos orgánicos no se puede reducir al marco de la clasificación propuesta (por ejemplo, reacciones de combustión). Sin embargo, dicha clasificación ayudará a establecer analogías con las clasificaciones de reacciones que ocurren entre sustancias inorgánicas, que ya le resultan familiares gracias al curso de química inorgánica.
Normalmente, el principal compuesto orgánico involucrado en una reacción se denomina sustrato y el otro componente de la reacción se considera convencionalmente reactivo.
Reacciones de sustitución
Las reacciones que resultan en el reemplazo de un átomo o grupo de átomos en la molécula original (sustrato) por otros átomos o grupos de átomos se denominan reacciones de sustitución.
En las reacciones de sustitución intervienen compuestos saturados y aromáticos, como por ejemplo alcanos, cicloalcanos o arenos.
Demos ejemplos de tales reacciones.
Bajo la influencia de la luz, los átomos de hidrógeno en una molécula de metano pueden ser reemplazados por átomos de halógeno, por ejemplo, átomos de cloro:
CH4 + Cl2→ CH3Cl + HCl
Otro ejemplo de sustitución de hidrógeno por halógeno es la conversión de benceno en bromobenceno:
Con esta forma de escritura, los reactivos, el catalizador y las condiciones de reacción se escriben encima de la flecha y los productos de reacción inorgánicos se escriben debajo de ella.
Reacciones de suma
Las reacciones en las que dos o más moléculas de sustancias reaccionantes se combinan en una se denominan reacciones de adición.
Los compuestos insaturados, como los alquenos o alquinos, sufren reacciones de adición. Dependiendo de qué molécula actúe como reactivo, se distinguen hidrogenación (o reducción), halogenación, hidrohalogenación, hidratación y otras reacciones de adición. Cada uno de ellos requiere ciertas condiciones.
1 . Hidrogenación - reacción de adición de una molécula de hidrógeno a través de un enlace múltiple:
CH3-CH = CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3
propeno propano
2 . Hidrohalogenación - reacción de adición de haluro de hidrógeno (por ejemplo, hidrocloración):
CH2=CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl
eteno cloroetano
3 . Halogenación - reacción de adición de halógenos (por ejemplo, cloración):
CH2=CH2 + Cl2 → CH2Cl-CH2Cl
eteno 1,2-dicloroetano
4 . Polimerización - un tipo especial de reacción de adición en la que las moléculas de una sustancia con un peso molecular pequeño se combinan entre sí para formar moléculas de una sustancia con un peso molecular muy alto: las macromoléculas.
Reacciones de polimerización - estos son los procesos de combinar muchas moléculas de una sustancia de bajo peso molecular (monómero) en moléculas grandes (macromoléculas) de un polímero.
Un ejemplo de reacción de polimerización es la producción de polietileno a partir de etileno (eteno) bajo la acción de radiación ultravioleta y un iniciador de polimerización por radicales R.
Tipos de reacciones químicas en química orgánica.
Reacciones de eliminación
Las reacciones que resultan en la formación de moléculas de varias sustancias nuevas a partir de una molécula del compuesto original se denominan reacciones de eliminación o eliminación.
Ejemplos de tales reacciones incluyen la producción de etileno a partir de diversas sustancias orgánicas.
Tipos de reacciones químicas en química orgánica.
De particular importancia entre las reacciones de eliminación es la reacción de división térmica de hidrocarburos, en la que se basa el craqueo de alcanos, el proceso tecnológico más importante:
En la mayoría de los casos, la escisión de una molécula pequeña de una molécula de la sustancia original conduce a la formación de un enlace n adicional entre los átomos. Las reacciones de eliminación ocurren bajo ciertas condiciones y con ciertos reactivos. Las ecuaciones dadas reflejan sólo el resultado final de estas transformaciones.
Reacciones de isomerización
Las reacciones como resultado de las cuales se forman moléculas de una sustancia a partir de moléculas de otras sustancias de la misma composición cualitativa y cuantitativa, es decir, con la misma fórmula molecular, se denominan reacciones de isomerización.
Un ejemplo de tal reacción es la isomerización del esqueleto carbonado de alcanos lineales en ramificados, que ocurre en cloruro de aluminio a alta temperatura:
Tipos de reacciones químicas en química orgánica.
1 . Qué tipo de reaccion es esta:
a) obtener clorometano a partir de metano;
b) obtener bromobenceno a partir de benceno;
c) producir cloroetano a partir de etileno;
d) producir etileno a partir de etanol;
e) conversión de butano en isobutano;
f) deshidrogenación de etano;
g) conversión de bromoetano a etanol?
2 . Qué reacciones son típicas de: a) alcanos; b) alquenos? Da ejemplos de reacciones.
3 . ¿Cuáles son las características de las reacciones de isomerización? ¿Qué tienen en común con las reacciones que producen modificaciones alotrópicas de un elemento químico? Dar ejemplos.
4. En cuyas reacciones (adición, sustitución, eliminación, isomerización) es el peso molecular del compuesto de partida:
a) aumenta;
b) disminuye;
c) no cambia;
d) ¿aumenta o disminuye según el reactivo?
Los compuestos orgánicos pueden reaccionar tanto entre sí como con sustancias inorgánicas: no metales, metales, ácidos, bases, sales, agua, etc. Por lo tanto, sus reacciones son muy diversas tanto en la naturaleza de las sustancias que reaccionan como en el tipo de transformaciones que se producen. Hay muchos registrado reacciones que llevan el nombre de los científicos que las descubrieron.
La molécula del compuesto orgánico involucrada en la reacción se llama sustrato.
Una partícula de una sustancia inorgánica (molécula, ion) en una reacción orgánica se llama reactivo.
Por ejemplo:
Una transformación química puede involucrar a toda la molécula de un compuesto orgánico. De estas reacciones, la más conocida es la combustión, que conduce a la transformación de una sustancia en una mezcla de óxidos. Son de gran importancia en el sector energético, así como en la destrucción de residuos y sustancias tóxicas. Desde el punto de vista tanto de la ciencia como de la práctica química, las reacciones que conducen a la transformación de unas sustancias orgánicas en otras son especialmente interesantes. Una molécula siempre tiene uno o más sitios reactivos donde ocurre una u otra transformación.
El átomo o grupo de átomos de una molécula donde ocurre directamente una transformación química se llama centro de reacción.
En sustancias multielementos, los centros de reacción son los grupos funcionales y los átomos de carbono a los que están unidos. En los hidrocarburos insaturados, el centro de reacción son los átomos de carbono conectados por un enlace múltiple. En los hidrocarburos saturados, el centro de reacción son predominantemente átomos de carbono secundarios y terciarios.
Las moléculas de compuestos orgánicos suelen tener varios centros de reacción que exhiben diferentes actividades. Por lo tanto, por regla general se producen varias reacciones paralelas que dan lugar a productos diferentes. La reacción que ocurre a mayor velocidad se llama principal Otras reacciones - efectos secundarios. La mezcla resultante contiene la mayor cantidad del producto de la reacción principal y los productos de las reacciones secundarias son impurezas. Después de la reacción, casi siempre es necesario limpiar el producto principal de impurezas orgánicas. Tenga en cuenta que en la química inorgánica las sustancias normalmente deben limpiarse de impurezas de compuestos de otros elementos químicos.
Ya se ha observado que las reacciones orgánicas se caracterizan por velocidades relativamente bajas. Por lo tanto, es necesario utilizar ampliamente diversos medios para acelerar reacciones: calentamiento, irradiación y catálisis. Los catalizadores son de suma importancia en la química orgánica. Su papel no se limita a un enorme ahorro de tiempo en la realización de procesos químicos. Al elegir catalizadores que aceleren ciertos tipos de reacciones, se pueden llevar a cabo intencionadamente una u otra de las reacciones paralelas y obtener los productos deseados. Durante la existencia de la industria de compuestos orgánicos, el descubrimiento de nuevos catalizadores cambió radicalmente la tecnología. Por ejemplo, durante mucho tiempo el etanol se produjo únicamente mediante la fermentación del almidón y luego se pasó a su producción.
añadiendo agua al etileno. Para ello, era necesario encontrar un catalizador que funcionara bien.
Las reacciones en química orgánica se clasifican según la naturaleza de la transformación del sustrato:
a) reacciones de adición (símbolo A)- una pequeña molécula (agua, halógeno, etc.) está unida a una molécula orgánica;
b) reacciones de sustitución (símbolo S) - en una molécula orgánica un átomo (grupo de átomos) se mezcla con otro átomo o grupo de átomos;
c) reacciones de desprendimiento o eliminación (símbolo MI)- una molécula orgánica pierde algunos fragmentos que, por regla general, forman sustancias inorgánicas;
d) craqueo: dividir una molécula en dos o más partes, que también representan compuestos orgánicos;
e) descomposición: la transformación de un compuesto orgánico en sustancias simples y compuestos inorgánicos;
f) isomerización: transformación de una molécula en otro isómero;
g) polimerización: la formación de un compuesto de alto peso molecular a partir de uno o más compuestos de bajo peso molecular;
h) policondensación: la formación de un compuesto de alto peso molecular con la liberación simultánea de una sustancia que consta de moléculas pequeñas (agua, alcohol).
En los procesos de transformación de compuestos orgánicos se consideran dos tipos de ruptura de enlaces químicos.
Escisión del enlace homolítico. Del par de electrones de un enlace químico, cada átomo retiene un electrón. Las partículas resultantes que tienen electrones desapareados se llaman radicales libres. En composición, dicha partícula puede ser una molécula o un átomo individual. La reacción se llama radical (símbolo R):
Escisión del enlace heterolítico. En este caso, un átomo retiene un par de electrones y se convierte en base. La partícula que contiene este átomo se llama nucleófilo. El otro átomo, privado de un par de electrones, tiene un orbital vacío y se convierte en ácido. La partícula que contiene este átomo se llama electrófilo:
Este tipo de enlace L es especialmente fácil de romper manteniendo
Por ejemplo, cierta partícula A, que atrae un par de electrones n, forma un enlace con un átomo de carbono:
La misma interacción se representa en el siguiente diagrama: 
Si un átomo de carbono en una molécula de un compuesto orgánico acepta un par de electrones, que luego transfiere a un reactivo, entonces la reacción se llama electrófila y el reactivo se llama electrófilo.
Tipos de reacciones electrófilas - adición AE y reemplazo SE.
La siguiente etapa de la reacción es la formación de un enlace entre el átomo de C+ (tiene un orbital libre) y otro átomo que tiene un par de electrones.
Si un átomo de carbono en una molécula de un compuesto orgánico pierde un par de electrones y luego lo acepta de un reactivo, entonces la reacción se llama nucleófila y el reactivo se llama nucleófilo.
Tipos de reacciones nucleofílicas: adición de Ad y sustitución. S N .
La ruptura heterolítica y la formación de enlaces químicos representan en realidad un único proceso coordinado: la ruptura gradual de un enlace existente va acompañada de la formación de un nuevo enlace. En un proceso coordinado, la energía de activación es menor.
PREGUNTAS Y EJERCICIOS
1. Cuando se quemaron 0,105 g de materia orgánica, se formaron 0,154 g de dióxido de carbono, 0,126 g de agua y 43,29 ml de nitrógeno (21 °C, 742 mm Hg). Sugiera una de las posibles fórmulas estructurales de la sustancia.
2. En la molécula C 3 H 7 X, el número total de electrones es 60. Identifica el elemento X y escribe las fórmulas de los posibles isómeros.
3. Hay 10 moles de electrones por cada 19,8 g de compuesto C 2 H 4 X 2. Identifica el elemento X y escribe fórmulas para posibles isómeros.
4. Volumen de gas 20 l a 22 "C y 101,7 kPa contiene 2,5 átomos de 10 i y tiene una densidad de 1,41 g/l. Sacar conclusiones sobre la naturaleza de este gas.
5. Indique un radical que tenga dos isómeros: -C 2 H 5, -C 3 H 7, -CH 3.
6. Indique la sustancia que tiene el punto de ebullición más alto: CH 3 OH, C 3 H 7 OH, C 5 H 11 OH.
7. Escriba las fórmulas estructurales de los isómeros C 3 H 4.
8. Escribe la fórmula del 2,3,4-trimetil-4-etilhepteno. Dé las fórmulas estructurales de dos isómeros de esta sustancia que contienen uno y dos átomos de carbono cuaternarios.
9. Escribe la fórmula del 3,3-dimetilpentano. Dé la fórmula de un hidrocarburo cíclico sin enlaces múltiples con el mismo número de átomos de carbono. ¿Son isómeros?
10. Escriba la fórmula de un compuesto orgánico de cuatro elementos con la estructura C10, en el que los átomos de elementos adicionales se encuentran en el segundo y séptimo átomo de carbono, y el nombre contiene la raíz "hepta".
11. Nombra un hidrocarburo que tenga estructura de carbono.
12.Escribe la fórmula estructural del compuesto. C 2 H X F X Cl X con diferentes sustituyentes en cada átomo de carbono.
Hidrocarburos
Los hidrocarburos se encuentran entre las sustancias más importantes que determinan el modo de vida de la civilización moderna. Sirven como fuente de energía (portadores de energía) para el transporte terrestre, aéreo y acuático, para calentar las viviendas. También es la materia prima para la producción de cientos de productos químicos domésticos, materiales de embalaje, etc. La fuente inicial de todo lo anterior es el petróleo y el gas natural. El bienestar de los estados depende de la disponibilidad de sus reservas. Han surgido crisis internacionales por el petróleo.
Entre los hidrocarburos más conocidos se encuentran el metano y el propano, utilizados en las cocinas domésticas. El metano se transporta a través de tuberías y el propano se transporta y almacena en cilindros rojos. Otro hidrocarburo, el limo-butano, gaseoso en condiciones normales, se puede ver en estado líquido en encendedores transparentes. Los productos de refinación de petróleo (gasolina, queroseno, combustible diesel) son mezclas de hidrocarburos de diferentes composiciones. Las mezclas de hidrocarburos más pesados son vaselina semilíquida y parafina sólida. Los hidrocarburos también incluyen una sustancia bien conocida que se utiliza para proteger la lana y el pelaje de las polillas: la naftaleno. Los principales tipos de hidrocarburos desde el punto de vista de la composición y estructura de las moléculas son los hidrocarburos saturados. alcanos, hidrocarburos saturados cíclicos - cicloalcanos, hidrocarburos insaturados, es decir que contienen enlaces múltiples - alquenos Y
alquinos, cíclico conjugado hidrocarbonos aromáticos - arenas. Algunas series homólogas de hidrocarburos se caracterizan en la tabla. 15.1.
Mesa 15.1. Series homólogas de hidrocarburos.
alcanos
El capítulo 14 ya proporciona datos sobre la estructura, composición, isomería, nombres y algunas propiedades de los alcanos. Recuerde que en las moléculas de alcano, los átomos de carbono forman enlaces orientados tetraédricamente con átomos de hidrógeno y átomos de carbono vecinos. En el primer compuesto de esta serie, el metano, el carbono está unido únicamente al hidrógeno. En las moléculas de hidrocarburos saturados hay una rotación interna continua de los grupos terminales CH 3 y secciones individuales de la cadena, como resultado de lo cual surgen diferentes conformaciones (p. 429). Los alcanos se caracterizan por la isomería del esqueleto carbonado. Los compuestos con moléculas no ramificadas se llaman
normales, n-alcanos y ramificados - Yo asi alcanos. En la tabla se dan datos sobre los nombres y algunas propiedades físicas de los alcanos. 15.2.
Los primeros cuatro miembros de la serie de los alcanos (metano, etano, propano y butano) se utilizan en grandes cantidades como sustancias individuales. Otros alcanos individuales se utilizan en la investigación científica. Las mezclas de alcanos, que normalmente contienen hidrocarburos y otras series homólogas, son de gran importancia práctica. La gasolina es una de estas mezclas. se caracteriza rango de temperatura de ebullición 30-205°C. Otros tipos de combustibles de hidrocarburos también se caracterizan por rangos de ebullición, ya que a medida que los hidrocarburos ligeros se volatilizan de ellos, el punto de ebullición aumenta. Todos los alcanos son prácticamente insolubles en agua.
Mesa 15.2. Nombres y puntos de ebullición y fusión de los alcanos normales.
tarea 15.1. Agrupe los alcanos según su estado de agregación a 20 °C y presión atmosférica normal (según la Tabla 15.2).
tarea 15.2. El pentano tiene tres isómeros con los siguientes puntos de ebullición (°C):
Explique la disminución de los puntos de ebullición en la serie de estos isómeros.
Recibo. El petróleo es una fuente casi ilimitada de alcanos, pero aislar sustancias individuales de él es una tarea bastante difícil. Los productos petrolíferos convencionales son fracciones obtenidas durante la rectificación (destilación fraccionada) del petróleo y que constan de una gran cantidad de hidrocarburos.
Se obtiene una mezcla de alcanos hidrogenando carbón a una temperatura de -450 0 C y una presión de 300 atm. Se puede producir gasolina con este método, pero sigue siendo más cara que la gasolina a partir de petróleo. El metano se forma en una mezcla de monóxido de carbono (II) e hidrógeno sobre un catalizador de níquel:
En la misma mezcla sobre catalizadores que contienen cobalto se obtiene tanto una mezcla de hidrocarburos como hidrocarburos individuales. Estos pueden ser no sólo alcanos, sino también cicloalcanos.
Existen métodos de laboratorio para obtener alcanos individuales. Los carburos de algunos metales producen metano tras la hidrólisis:
Los haloalcanos reaccionan con un metal alcalino para formar hidrocarburos con el doble de átomos de carbono. Ésta es la reacción de Wurtz. Pasa por la escisión hemolítica del enlace entre carbono y halógeno con formación de radicales libres:
tarea 15.3. Escribe la ecuación general para esta reacción.
Ejemplo 15.1. Se añadió potasio a la mezcla de 2-bromopropano y 1-bromopropano. Escribe ecuaciones para posibles reacciones.
SOLUCIÓN. Los radicales formados durante las reacciones de bromoalcanos con potasio pueden combinarse entre sí en diferentes combinaciones, lo que da como resultado tres hidrocarburos en la mezcla. Resumen de ecuaciones de reacción:
Cuando se calientan con álcali, las sales de sodio de ácidos orgánicos pierden el grupo carboxilo (descarboxilato) para formar un alcano:
Durante la electrólisis de estas mismas sales se produce la descarboxilación y los radicales restantes se combinan en una sola molécula:
Los alcanos se forman durante la hidrogenación de hidrocarburos insaturados y la reducción de compuestos que contienen grupos funcionales:
Propiedades químicas. Los hidrocarburos saturados son las sustancias orgánicas menos activas. Su nombre original parafinas refleja una débil afinidad (reactividad) por otras sustancias. Por regla general, no reaccionan con moléculas ordinarias, sino sólo con radicales libres. Por tanto, las reacciones de los alcanos se producen en condiciones de formación de radicales libres: a alta temperatura o irradiación. Los alcanos se queman cuando se mezclan con oxígeno o aire y desempeñan un papel vital como combustible.
tarea 15.4. El calor de combustión del octanaje se determina con especial precisión:
¿Cuánto calor se liberará durante la combustión de 1 litro de una mezcla que consta igualmente de n-octano y limo-octano (р = = 0,6972 Los alcanos reaccionan con los halógenos mediante un mecanismo radicalario? (SR). La reacción comienza con la descomposición de una molécula de halógeno en dos átomos o, como suele decirse, en dos radicales libres:
Un radical elimina un átomo de hidrógeno de un alcano, como el metano:
El nuevo radical molecular metilo H 3 C- reacciona con una molécula de cloro formando un producto de sustitución y al mismo tiempo un nuevo radical de cloro:
Luego se repiten las mismas etapas de esta reacción en cadena. Cada radical puede generar una cadena de transformaciones de cientos de miles de eslabones. También son posibles colisiones entre radicales, que conducen a la terminación de la cadena: 
La ecuación general de la reacción en cadena es:
tarea 15.5. A medida que disminuye el volumen del recipiente en el que se produce la reacción en cadena, disminuye el número de transformaciones por radical (longitud de la cadena). Da una explicación para esto.
El producto de reacción clorometano pertenece a la clase de los hidrocarburos halogenados. En la mezcla, a medida que se forma clorometano, comienza una reacción que reemplaza el segundo átomo de hidrógeno con cloro, luego el tercero, etc. En la tercera etapa se forma la conocida sustancia cloroformo CHClg, utilizada en medicina para anestesia. El producto de la sustitución completa del hidrógeno por cloro en el metano, el tetracloruro de carbono CC1 4, se clasifica como sustancia tanto orgánica como inorgánica. Pero, si nos atenemos estrictamente a la definición, se trata de un compuesto inorgánico. En la práctica, el tetracloruro de carbono no se obtiene a partir de metano, sino a partir de disulfuro de carbono.
Cuando los homólogos del metano se cloran, los átomos de carbono secundarios y terciarios se vuelven más reactivos. A partir del propano se obtiene una mezcla de 1-cloropropano y 2-cloropropano, con mayor proporción de este último. La sustitución del segundo átomo de hidrógeno por un halógeno se produce predominantemente en el mismo átomo de carbono:
Los alcanos reaccionan cuando se calientan con ácido nítrico diluido y óxido de nitrógeno (IV) para formar nitroalcanos. Nitración También sigue un mecanismo radicalario, por lo que no requiere ácido nítrico concentrado:
Los alcanos sufren diversas transformaciones cuando se calientan en presencia de catalizadores especiales. Los alcanos normales se isomerizan en zo-alcanos:
La isomerización industrial de alcanos para mejorar la calidad del combustible de motor se denomina reformando. El catalizador es platino metálico depositado sobre óxido de aluminio. El craqueo también es importante para el refinado de petróleo, es decir, la división de una molécula de alcano en dos partes: un alcano y un alqueno. La división ocurre predominantemente en el centro de la molécula: 
Los aluminosilicatos sirven como catalizadores de craqueo.
Alcanos con seis o más átomos de carbono en la cadena. ciclar sobre catalizadores de óxido (Cr 2 0 3 / /A1 2 0 3), formando cicloalcanos con un anillo de seis miembros y arenos:
Esta reacción se llama deshidrociclización.
Está ganando cada vez más importancia práctica. funcionalización alcanos, es decir, convertirlos en compuestos que contienen grupos funcionales (generalmente oxígeno). El butano se oxida con el ácido.
oxígeno con la participación de un catalizador especial, formando ácido acético:
Los cicloalcanos C n H 2n con cinco o más átomos de carbono en el anillo son muy similares en propiedades químicas a los alcanos no cíclicos. Se caracterizan por reacciones de sustitución. S R . El ciclopropano C 3 H 6 y el ciclobutano C 4 H 8 tienen moléculas menos estables, ya que los ángulos entre los enlaces C-C-C difieren significativamente del ángulo tetraédrico normal de 109,5°, característico del carbono sp 3. Esto conduce a una disminución de la energía de enlace. Cuando se exponen a los halógenos, los anillos se rompen y se unen en los extremos de la cadena:
Cuando el hidrógeno reacciona con el ciclobutano, se forma butano normal:
TAREA 15.6. ¿Es posible obtener ciclopentano a partir de 1,5-dibromopentano? Si cree que es posible, seleccione el reactivo apropiado y escriba la ecuación de reacción.
alquenos
Los hidrocarburos que contienen menos hidrógeno que los alcanos debido a la presencia de enlaces múltiples en sus moléculas se llaman ilimitado, y insaturado. La serie homóloga más simple de hidrocarburos insaturados son los alquenos C n H 2n, que tienen un doble enlace:
Las otras dos valencias de los átomos de carbono se utilizan para añadir hidrógeno y radicales hidrocarbonados saturados.
El primer miembro de la serie de los alquenos es el eteno (etileno) C 2 H 4. Le siguen propeno (propileno) C 3 H 6, buteno (butileno) C 4 H 8, penteno C 5 H 10, etc. Algunos radicales con doble enlace tienen nombres especiales: vinilo CH 2 = CH-, alilo CH 2 =CH-CH2-.
Los átomos de carbono conectados por un doble enlace se encuentran en un estado de hibridación sp 2. Se forman orbitales híbridos enlace σ entre ellos, y el orbital p no híbrido es enlace π(Figura 15.1). La energía total del doble enlace es 606 kJ/mol, siendo el enlace a aproximadamente 347 kJ/mol, y el enlace π- 259 kJ/mol. El aumento de la fuerza del doble enlace se manifiesta por una disminución en la distancia entre los átomos de carbono a 133 pm en comparación con 154 pm para un enlace simple C-C.
A pesar de la fuerza formal, es el doble enlace de los alquenos el que resulta ser el principal centro de reacción. par de electrones π -Los enlaces forman una nube bastante difusa, relativamente distante de los núcleos atómicos, por lo que es móvil y sensible a la influencia de otros átomos (p. 442). π -La nube se mueve hacia uno de los dos átomos de carbono, lo que
Arroz. 15.1. Formación de un enlace múltiple entre átomos de carbono. sp 2
pertenece, bajo la influencia de sustituyentes en la molécula de alqueno o bajo la influencia de una molécula atacante. Esto da como resultado una alta reactividad de los alquenos en comparación con los alcanos. Una mezcla de alcanos gaseosos no reacciona con el agua con bromo, pero en presencia de impurezas de alquenos, se decolora. Esta muestra se utiliza para detectar alquenos.
Los alquenos tienen tipos adicionales de isomería que están ausentes en los alcanos: isomería de la posición del doble enlace y espacial. isomería cis-trans. El último tipo de isomería se debe a una simetría especial. π - conexiones. Previene la rotación interna de la molécula y estabiliza la disposición de cuatro sustituyentes en los átomos C=C en el mismo plano. Si hay dos pares de sustituyentes diferentes, entonces con una disposición diagonal de los sustituyentes de cada par se obtiene un isómero trans, y con una disposición adyacente se obtiene un isómero cis. El eteno y el propeno no tienen isómeros, pero el buteno tiene ambos tipos de isómeros:
tarea 15.7. Todos los alquenos tienen la misma composición elemental tanto en masa (85,71% de carbono y 14,29% de hidrógeno) como en la relación del número de átomos n(C): n(H) = 1:2. ¿Podemos suponer que cada alqueno es un isómero con respecto a otros alquenos?
tarea 15.8. ¿Son posibles los isómeros espaciales en presencia de tres o cuatro sustituyentes diferentes en los átomos de carbono sp 2?
tarea 15.9. Dibuje las fórmulas estructurales de los isómeros de penteno.
Recibo. Ya sabemos que los alcanos se pueden convertir en compuestos insaturados. Esto ocurrió
ocurre como resultado de la eliminación de hidrógeno (deshidrogenación) y el craqueo. La deshidrogenación del butano produce predominantemente buteno-2:
tarea 15.10. Escribe la reacción de craqueo de malka-
La deshidrogenación y el craqueo requieren temperaturas bastante altas. En condiciones normales o con un calentamiento suave, los alquenos se forman a partir de derivados halógenos. Los cloro y bromoalcanos reaccionan con un álcali en una solución alcohólica, eliminando halógeno e hidrógeno de dos átomos de carbono adyacentes:
Esta es una reacción de eliminación (p. 441). Si dos átomos de carbono vecinos tienen un número diferente de átomos de hidrógeno unidos, entonces la eliminación sigue la regla de Zaitsev.
En la reacción de eliminación, el hidrógeno se elimina preferentemente del átomo de carbono menos hidrogenado.
Ejemplo 15.2. Escriba la reacción de eliminación del 2-clorobutano.
solución. Según la regla de Zaitsev, el hidrógeno se separa del átomo de 3 C:
Cuando los metales zinc y magnesio actúan sobre dihaloalcanos con posiciones halógenas adyacentes, también se forman alquenos:
Propiedades químicas. Los alquenos pueden descomponerse a altas temperaturas en sustancias simples o polimerizarse, convirtiéndose en sustancias de alto peso molecular. El etileno se polimeriza a muy alta presión (-1500 atm) con la adición de una pequeña cantidad de oxígeno como iniciador que produce radicales libres. A partir del etileno líquido, en estas condiciones, se obtiene una masa blanca flexible, transparente en una capa delgada. polietileno. Este es un material que todos conocen bien. El polímero está formado por moléculas muy largas.
Peso molecular 20 LLC-40 LLC. En estructura es un hidrocarburo saturado, pero puede haber átomos de oxígeno en los extremos de las moléculas. Con un peso molecular elevado, la proporción de grupos terminales es muy pequeña y es difícil determinar su naturaleza.
tarea 15.11. ¿Cuántas moléculas de etileno hay en una molécula de polietileno con un peso molecular de 28000?
La polimerización del etileno también se produce a baja presión en presencia de catalizadores especiales de Ziegler-Natta. Se trata de mezclas de TiCl y compuestos de organoaluminio AlR x Cl 3-x, donde R es alquilo. El polietileno obtenido por polimerización catalítica tiene mejores propiedades mecánicas, pero envejece más rápido, es decir, se destruye bajo la influencia de la luz y otros factores. La producción de polietileno comenzó alrededor de 1955. Este material influyó significativamente en la vida cotidiana, ya que con él se empezaron a fabricar bolsas de embalaje. De los demás polímeros de alquenos, el polipropileno es el más importante. Produce una película más rígida y menos transparente que el polietileno. La polimerización del propileno se lleva a cabo con
Talizador Ziegler-Natta. El polímero resultante tiene la correcta isotáctico estructura
Cuando se polimeriza a alta presión, resulta atlántico polipropileno con una disposición aleatoria de radicales CH 3. Se trata de una sustancia con propiedades completamente diferentes: un líquido con una temperatura de solidificación de -35 °C.
Reacciones de oxidación. Los alquenos en condiciones normales se oxidan en el doble enlace al entrar en contacto con soluciones de permanganato de potasio y otros agentes oxidantes. En un ambiente ligeramente alcalino se forman glicoles, es decir. diatónico alcoholes:
En un ambiente ácido, cuando se calientan, los alquenos se oxidan con escisión completa de la molécula en el doble enlace:
tarea 15.12. Escribe la ecuación para esta reacción.
tarea 15.13. Escriba las ecuaciones de reacción para la oxidación de buteno-1 y buteno-2 con permanganato de potasio en medio ácido.
El etileno se oxida con oxígeno en un catalizador de Ag/Al 2 O 3 para formar una sustancia cíclica que contiene oxígeno llamada óxido de etileno:
Este es un producto muy importante de la industria química, que se produce anualmente en una cantidad de millones de toneladas. Se utiliza para producir polímeros y detergentes.
Reacciones de adición electrofílica. Las moléculas de halógenos, haluros de hidrógeno, agua y muchos otros están unidas a los alquenos mediante un doble enlace. Consideremos el mecanismo de adición usando bromo como ejemplo. Cuando una molécula de Br 2 ataca a uno de los átomos de carbono del centro insaturado, un par de electrones π -El enlace se desplaza hacia este último y luego hacia el bromo. Así, el bromo actúa como reactivo electrófilo:
Se forma un enlace entre bromo y carbono y al mismo tiempo se rompe el enlace entre los átomos de bromo:
Un átomo de carbono que ha perdido un par de electrones queda con un orbital vacío. Se le añade un ion bromo mediante un mecanismo donante-aceptor:
La adición de haluros de hidrógeno se produce mediante la etapa de ataque de protones al carbono insaturado. A continuación, como en la reacción con bromo, se añade un ion halógeno:
Si se añade agua, hay pocos protones (el agua es un electrolito débil) y la reacción se produce en presencia de un ácido como catalizador. La adición de homólogos de etileno sigue la regla de Markovnikov.
En las reacciones de adición electrófila de haluros de hidrógeno y agua a hidrocarburos insaturados, el hidrógeno forma preferentemente un enlace con el átomo de carbono más hidrogenado.
Ejemplo 15.3. Escriba la reacción para la adición de bromuro de hidrógeno al propeno.
La esencia de la regla de Markovnikov es que los radicales hidrocarbonados son sustituyentes menos electronegativos (más donadores de electrones) que el átomo de hidrógeno. Por lo tanto, el móvil electrones π cambiar a sp 2 -carbono no asociado con un radical o asociado con un número menor de radicales:
Naturalmente, el hidrógeno H+ ataca a un átomo de carbono con carga negativa. Está más hidrogenado.
En los derivados funcionales de los alquenos, la sustitución puede ir en contra de la regla de Markovnikov, pero cuando se considera el cambio en la densidad electrónica en moléculas específicas, siempre resulta que se agrega hidrógeno al átomo de carbono en el que hay una mayor densidad electrónica. Consideremos la distribución de cargas en el 3-fluoropropeno-1. El átomo de flúor electronegativo actúa como aceptor de densidad de electrones. En una cadena de enlaces O, los pares de electrones se desplazan hacia el átomo de flúor y el móvil electrones π pasar del átomo de carbono más externo al medio:
Como resultado, la adhesión va en contra de la regla de Markovnikov:
Aquí opera uno de los principales mecanismos de influencia mutua de los átomos en las moléculas: efecto inductivo:
El efecto inductivo (±/) es el desplazamiento de pares de electrones en una cadena de enlaces O bajo la influencia de un átomo (grupo de átomos) con electronegatividad aumentada (-/) o disminuida (+/) en relación con el hidrógeno:
El átomo de halógeno tiene un efecto diferente si está ubicado en el átomo de carbono. sp2. Aquí la suma sigue la regla de Markovnikov. En este caso se aplica mesomérico Efecto. El par de electrones solitario del átomo de cloro se desplaza al átomo de carbono, como si aumentara la multiplicidad del enlace Cl-C. Como resultado, los electrones del enlace n se desplazan al siguiente átomo de carbono, creando un exceso de densidad de electrones en él. Durante la reacción, se le añade un protón: 
Luego, como se puede ver en el diagrama, el ion cloro pasa al átomo de carbono al que ya estaba unido el cloro. El efecto mesomérico ocurre sólo si el par solitario de electrones acoplado Con enlace π, es decir, están separados por un solo enlace. Cuando se elimina el halógeno del doble enlace (como en el 3-fluoropropeno-1), el efecto mesomérico desaparece. El efecto inductivo actúa en todos los derivados halógenos, pero en el caso del 2-cloropropeno el efecto mesomérico es más fuerte que el efecto inductivo.
mesomérico (±M) el efecto se llama desplazamiento I-electrones en la cadena de átomos de carbono sp 2 con la posible participación de un par de electrones solitarios de un grupo funcional.
El efecto mesomérico puede ser positivo (+M) o negativo (-M). Los átomos de halógeno tienen un efecto mesomérico positivo y al mismo tiempo un efecto inductivo negativo. Los grupos funcionales con dobles enlaces en los átomos de oxígeno tienen un efecto mesomérico negativo (ver más abajo).
tarea 15.14. Escriba la fórmula estructural del producto de reacción de la adición de cloruro de hidrógeno al 1-clorobuteno-1.
Oxosíntesis. La reacción de alquenos con monóxido de carbono (II) e hidrógeno tiene importancia industrial. Se lleva a cabo a temperaturas elevadas bajo una presión de más de 100 atm. El catalizador es el cobalto metálico, que forma compuestos intermedios con el CO. El producto de la reacción es un compuesto oxo, un aldehído que contiene un átomo de carbono más que el alqueno original:
alcadienos
Los hidrocarburos con dos dobles enlaces se llaman alcadienos, y también más brevemente dienos. La fórmula general de los dienos es C n H 2n-2. Hay tres series homólogas principales de hidrocarburos dienos:
tarea 15.15. Indique en qué estados híbridos se encuentran los átomos de carbono en los hidrocarburos dienos mencionados anteriormente.
Los hidrocarburos dienos conjugados son de gran importancia práctica, ya que sirven como materia prima para la producción de diversos tipos de caucho. Los dienos no conjugados tienen las propiedades habituales de los alquenos. Los dienos conjugados tienen cuatro átomos de carbono sp 2 consecutivos. Están en el mismo plano y sus orbitales p no híbridos están orientados en paralelo (figura 15.2). Por lo tanto, se produce superposición entre todos los orbitales p vecinos, y enlaces π no solo entre 1 -
2 y 3 -
4, pero también entre 2-3 átomos de carbono. Al mismo tiempo, los electrones deberían formar dos nubes de dos electrones. Hay una superposición (resonancia) de diferentes estados de n-electrones con una multiplicidad intermedia de acoplamiento entre simple y doble: 
Estas conexiones se llaman conjugado. El enlace entre 2-3 átomos de carbono resulta acortado en comparación con un enlace simple normal, lo que confirma su mayor multiplicidad. A bajas temperaturas, los dienos conjugados se comportan predominantemente como compuestos con dos dobles enlaces y a temperaturas elevadas, como compuestos con enlaces conjugados.
Los dos dienos más importantes, butadieno-1,3 (divinilo) y 2-metilbutadieno-1,3 (isopreno), se obtienen a partir de buta-
Arroz. 15.2. Orbitales p superpuestos en una molécula de dieno
nuevo Y pentano fracciones que son productos del procesamiento del gas natural:
El butadieno también se obtiene según el método de S.V. Lebedev a partir de alcohol:
Las reacciones de adición electrofílica en dienos conjugados se desarrollan de una manera única. El butadieno, cuando se enfría a -80 °C, une la primera molécula de bromo a la posición 1,2:
Este producto se obtiene con un rendimiento del 80%. El 20% restante procede del producto de adición 1,4:
El doble enlace restante se encuentra entre el segundo y tercer átomo de carbono. Primero, el bromo se adhiere al átomo de carbono terminal, formando un carbonato (una partícula con carga positiva en el carbono):
Durante el movimiento, los electrones π se encuentran en las posiciones 2, 3 o en las posiciones 3, 4. A bajas temperaturas, ocupan con mayor frecuencia las posiciones 3, 4 y, por tanto, predomina el producto de adición 1,2. Si la bromación se realiza a una temperatura de 40 °C, entonces el producto de adición 1,4 se convierte en el principal, su rendimiento aumenta al 80% y el resto es el producto de adición 1,2.
tarea 15.16. Escriba los productos de la adición secuencial de bromo y cloro a isopreno a temperaturas elevadas.
El butadieno y el isopreno se polimerizan fácilmente para formar diversos cauchos. Los catalizadores de polimerización pueden ser metales alcalinos, compuestos orgánicos de metales alcalinos y catalizadores de Ziegler-Natta. La polimerización se produce según el tipo de adición 1,4. Por su estructura, las moléculas de caucho pertenecen a polienos no conjugados, es decir, hidrocarburos con una gran cantidad de dobles enlaces. Se trata de moléculas flexibles que pueden estirarse y curvarse formando bolas. En los dobles enlaces de los cauchos aparece como cis-, y la disposición trans de átomos y radicales de hidrógeno. Las mejores propiedades se encuentran en los cauchos de cis-butadieno y cis-isopreno (naturales). Su estructura se muestra en la Fig. 15.3. El transpoliisopreno (gutapercha) también se encuentra en la naturaleza. Sobre las fórmulas dadas
Arroz. 15.3. La estructura molecular de algunos cauchos.
Si gira alrededor de las conexiones que se muestran con la línea de puntos, es posible la rotación interna. Cauchos, en cuyas moléculas hay ambos dobles enlaces. cis-, y la configuración del tórax se llaman irregular. Sus propiedades son inferiores a las de los cauchos normales.
tarea 15.17. dibujar la estructura polibu trans Tadiene.
tarea 15.18. Se conoce un cloroderivado del butadieno, el cloropreno (2-clorobutadieno-1,3), a partir del cual se obtiene el caucho de cloropreno. Escriba la fórmula estructural del caucho cis-cloropreno.
El caucho se produce a partir de caucho, cuya aplicación práctica es extremadamente amplia. La mayor parte se utiliza para fabricar neumáticos. Para obtener caucho, el caucho se mezcla con azufre y se calienta. Los átomos de azufre se unen mediante dobles enlaces, creando muchos puentes entre las moléculas de caucho. Se forma una red espacial de enlaces que une a casi todas las moléculas de caucho existentes en una sola molécula. Mientras que el caucho se disuelve en hidrocarburos, el caucho sólo puede hincharse, absorbiendo disolvente en las celdas vacías entre las secciones de las cadenas de hidrocarburos y los puentes de azufre.
alquinos
Otra serie homóloga consta de alquinos- hidrocarburos con un triple enlace entre átomos de carbono: 
La fórmula general de esta serie C n H 2n _ 2 es la misma que para la serie homóloga de dienos. El primer miembro de la serie es el acetileno C 2 H 2 o, según la nomenclatura sistemática, el etino. Los siguientes miembros de la serie son propino C 3 H 4, butino C 4 H 6, pentina C 5 H 8, etc. Al igual que los alquenos y dienos, estos también son hidrocarburos insaturados, pero en esta serie los átomos de carbono tienen enlaces triples.
enlace, están en un estado de hibridación sp. Sus orbitales híbridos están dirigidos en direcciones opuestas en un ángulo de 180° y crean una agrupación lineal que incluye átomos de hidrógeno o carbono de los radicales:
tarea 15.19. Escribe las fórmulas estructurales del propino y del butino. ¿Tienen isómeros?
tarea 15.20. Considere el patrón de orbitales superpuestos en la molécula de acetileno (p. 188). ¿Qué orbitales forman enlaces n entre átomos de carbono?
El triple enlace de los alquenos se caracteriza por la energía. E St = 828 kJ/mol. Esto es 222 kJ/mol más que la energía del doble enlace en los alquenos. La distancia C=C se reduce a 120 pm. A pesar de la presencia de un enlace tan fuerte, el acetileno es inestable y puede descomponerse explosivamente en metano y carbón:
Esta propiedad se explica por el hecho de que disminuye la cantidad de sustancias menos duraderas en los productos de descomposición. enlaces π, en lugar de los cuales se crean enlaces σ en metano y grafito. La inestabilidad del acetileno está asociada a una gran liberación de energía durante su combustión. La temperatura de la llama alcanza los 3150 °C. Esto es suficiente para cortar y soldar acero. El acetileno se almacena y transporta en cilindros blancos, en los que se encuentra en una solución de acetona a una presión de -10 atm.
Los alquinos exhiben isomería en el esqueleto de carbono y múltiples posiciones de enlace. Espacial cistrans no hay isomería.
tarea 15.21. Escribe las fórmulas estructurales de todos los posibles isómeros de C 5 H 8 que tienen un triple enlace.
Recibo. El acetileno se forma por hidrólisis del carburo de calcio:
Otro método prácticamente importante para producir acetileno se basa en el calentamiento rápido del metano a 1500-1600 °C. En este caso, el metano se descompone y al mismo tiempo se forma hasta un 15% de acetileno. La mezcla de gases se enfría rápidamente. El acetileno se separa disolviéndolo en agua bajo presión. El coeficiente de solubilidad volumétrica del acetileno es superior al de otros hidrocarburos: K V = 1,15 (15 ° C).
Los alquinos se forman cuando doble eliminación de derivados dihalógenos:
Ejemplo 15.4. ¿Cómo obtener butina-2 a partir de buteno-1 en cuatro pasos?
solución. Escribamos las ecuaciones de reacción.
Propiedades químicas. El acetileno explota a una temperatura de -500 °C o bajo una presión de más de 20 atm, descomponiéndose en carbón e hidrógeno con una mezcla de metano. Las moléculas de acetileno también pueden conectarse entre sí. En presencia de CuCl, se produce la dimerización para formar vinil acetileno:
tarea 15.22. Nombrar vinil acetileno utilizando nomenclatura sistemática.
Cuando se pasa sobre carbón caliente, el acetileno se trimeriza para formar benceno:
El permanganato de potasio en un medio débilmente alcalino oxida los alquinos manteniendo enlaces σ entre átomos de carbono:
En este ejemplo, el producto de la reacción es oxalato de potasio, una sal del ácido oxálico. La oxidación con permanganato de potasio en un ambiente ácido conduce a la escisión completa del triple enlace:
TAREA 15.23. Escriba una ecuación para la oxidación de butino-2 con permanganato de potasio en un medio ligeramente alcalino.
A pesar de la mayor insaturación de las moléculas, las reacciones de adición electrófila en los alquinos son más difíciles (más lentas) que en los alquenos. Los alquinos añaden dos moléculas de halógeno en serie. La adición de haluros de hidrógeno y agua sigue la regla de Markovnikov. Para agregar agua, se requiere un catalizador: sulfato de mercurio en un medio ácido (reacción de Kucherov):
Grupo hidroxilo OH unido a sp 2 -yvnepo casa, inestable. Un par de electrones se mueve del oxígeno al átomo de carbono más cercano y un protón se mueve al siguiente átomo de carbono:
Por tanto, el producto final de la reacción del propino con agua es el oxocompuesto acetona.
Reacción de sustitución de hidrógeno. El carbono en el estado de hibridación sp se caracteriza por una electronegatividad ligeramente mayor que en los estados sp 2 Y sp3. Por lo tanto, en los alquinos la polaridad del enlace C-H aumenta y el hidrógeno se vuelve relativamente móvil. Los alquinos reaccionan con soluciones de sales de metales pesados, formando productos de sustitución. En el caso del acetileno, estos productos se denominan acetilenuros:
El carburo de calcio también pertenece a los acetilenuros (pág. 364). Cabe señalar que los acetilenuros de metales alcalinos y alcalinotérreos están completamente hidrolizados. Los acetilenuros reaccionan con derivados halógenos de hidrocarburos para formar varios homólogos de acetileno.
Las reacciones de sustancias orgánicas se pueden dividir formalmente en cuatro tipos principales: sustitución, adición, eliminación (eliminación) y reordenamiento (isomerización). Es obvio que toda la variedad de reacciones de compuestos orgánicos no se puede reducir a la clasificación propuesta (por ejemplo, reacciones de combustión). Sin embargo, esta clasificación ayudará a establecer analogías con las reacciones que ocurren entre sustancias inorgánicas que ya le resultan familiares.
Normalmente, el principal compuesto orgánico involucrado en la reacción se llama sustrato, y el otro componente de reacción se considera convencionalmente como reactivo.
Reacciones de sustitución
Reacciones de sustitución- son reacciones que resultan en la sustitución de un átomo o grupo de átomos en la molécula original (sustrato) por otros átomos o grupos de átomos.
Las reacciones de sustitución involucran compuestos saturados y aromáticos como alcanos, cicloalcanos o arenos. Demos ejemplos de tales reacciones.
Bajo la influencia de la luz, los átomos de hidrógeno en una molécula de metano pueden ser reemplazados por átomos de halógeno, por ejemplo, por átomos de cloro:
Otro ejemplo de sustitución de hidrógeno por halógeno es la conversión de benceno en bromobenceno:
La ecuación de esta reacción se puede escribir de otra manera:
Con esta forma de escritura, los reactivos, el catalizador y las condiciones de reacción se escriben encima de la flecha y los productos de reacción inorgánicos se escriben debajo de ella.
Como resultado de reacciones las sustituciones en sustancias orgánicas no se forman simples y complejas. sustancias, como en la química inorgánica, y dos sustancias complejas.
Reacciones de suma
Reacciones de suma- son reacciones como resultado de las cuales dos o más moléculas de sustancias reactivas se combinan en una.
Los compuestos insaturados como los alquenos o alquinos sufren reacciones de adición. Dependiendo de qué molécula actúe como reactivo, se distinguen hidrogenación (o reducción), halogenación, hidrohalogenación, hidratación y otras reacciones de adición. Cada uno de ellos requiere ciertas condiciones.
1.Hidrogenación- reacción de adición de una molécula de hidrógeno a través de un enlace múltiple:
2. Hidrohalogenación- reacción de adición de haluro de hidrógeno (hidrocloración):
3. Halogenación- reacción de adición de halógeno:
4.Polimerización- un tipo especial de reacción de adición en la que las moléculas de una sustancia con un peso molecular pequeño se combinan entre sí para formar moléculas de una sustancia con un peso molecular muy alto: las macromoléculas.
Las reacciones de polimerización son procesos de combinación de muchas moléculas de una sustancia de bajo peso molecular (monómero) en moléculas grandes (macromoléculas) de un polímero.
Un ejemplo de reacción de polimerización es la producción de polietileno a partir de etileno (eteno) bajo la acción de radiación ultravioleta y un iniciador de polimerización por radicales R.
El enlace covalente más característico de los compuestos orgánicos se forma cuando los orbitales atómicos se superponen y se forman pares de electrones compartidos. Como resultado de esto, se forma un orbital común a los dos átomos, en el que se encuentra un par de electrones común. Cuando se rompe un enlace, el destino de estos electrones compartidos puede ser diferente.
Tipos de partículas reactivas
Un orbital con un electrón desapareado perteneciente a un átomo puede superponerse con un orbital de otro átomo que también contiene un electrón desapareado. En este caso, se forma un enlace covalente según el mecanismo de intercambio:
El mecanismo de intercambio para la formación de un enlace covalente se realiza si se forma un par de electrones común a partir de electrones desapareados que pertenecen a diferentes átomos.
El proceso opuesto a la formación de un enlace covalente mediante el mecanismo de intercambio es la ruptura del enlace, en el que se pierde un electrón por cada átomo (). Como resultado de esto, se forman dos partículas sin carga que tienen electrones desapareados:
Estas partículas se denominan radicales libres.
Radicales libres- átomos o grupos de átomos que tienen electrones desapareados.
reacciones de radicales libres- Estas son reacciones que ocurren bajo la influencia y con la participación de radicales libres.
En el curso de la química inorgánica, estas son las reacciones del hidrógeno con el oxígeno, los halógenos y las reacciones de combustión. Las reacciones de este tipo se caracterizan por su alta velocidad y la liberación de grandes cantidades de calor.
También se puede formar un enlace covalente mediante un mecanismo donante-aceptor. Uno de los orbitales de un átomo (o anión) que tiene un par de electrones solitario se superpone con el orbital desocupado de otro átomo (o catión) que tiene un orbital desocupado y se forma un enlace covalente, por ejemplo:
La ruptura de un enlace covalente conduce a la formación de partículas cargadas positiva y negativamente (); Dado que en este caso ambos electrones de un par de electrones común permanecen en uno de los átomos, el otro átomo tiene un orbital vacío:
Consideremos la disociación electrolítica de ácidos:
Se puede adivinar fácilmente que una partícula que tiene un par de electrones solitarios R: -, es decir, un ion cargado negativamente, será atraída por átomos cargados positivamente o por átomos en los que hay al menos una carga positiva parcial o efectiva.
Las partículas con pares de electrones libres se llaman agentes nucleofílicos (núcleo- “núcleo”, una parte de un átomo cargada positivamente), es decir “amigos” del núcleo, una carga positiva.
Nucleófilos(Nu) - aniones o moléculas que tienen un par de electrones solitarios que interactúan con partes de las moléculas que tienen una carga positiva efectiva.
Ejemplos de nucleófilos: Cl - (ion cloruro), OH - (anión hidróxido), CH 3 O - (anión metóxido), CH 3 COO - (anión acetato).
Las partículas que tienen un orbital vacío, por el contrario, tenderán a llenarlo y, por lo tanto, serán atraídas por partes de las moléculas que tienen una mayor densidad electrónica, una carga negativa y un par de electrones solitario. Son electrófilos, “amigos” del electrón, de carga negativa o partículas con mayor densidad electrónica.
electrófilos- cationes o moléculas que tienen un orbital electrónico vacío, tendiendo a llenarlo de electrones, ya que esto conduce a una configuración electrónica más favorable del átomo.
Ninguna partícula es electrófila con un orbital vacío. Por ejemplo, los cationes de metales alcalinos tienen la configuración de gases inertes y no tienden a adquirir electrones, ya que tienen una baja afinidad electronica.
De esto podemos concluir que, a pesar de la presencia de un orbital vacío, tales partículas no serán electrófilas.
Mecanismos de reacción básicos
Se han identificado tres tipos principales de partículas reactivas (radicales libres, electrófilos, nucleófilos) y tres tipos correspondientes de mecanismos de reacción:
- radicales libres;
- electrófilo;
- ceroofílico.
Además de clasificar las reacciones según el tipo de partículas que reaccionan, en química orgánica se distinguen cuatro tipos de reacciones según el principio de cambio de composición de las moléculas: adición, sustitución, desprendimiento o eliminación (del inglés. a eliminar- quitar, separar) y reordenamientos. Dado que la adición y sustitución pueden ocurrir bajo la influencia de los tres tipos de especies reactivas, se pueden distinguir varias principalMecanismos de reacciones.
Además, consideraremos reacciones de eliminación que ocurren bajo la influencia de partículas nucleofílicas: bases.
6. Eliminación:
Una característica distintiva de los alquenos (hidrocarburos insaturados) es su capacidad para sufrir reacciones de adición. La mayoría de estas reacciones se desarrollan mediante el mecanismo de adición electrófila.
Hidrohalogenación (adición de halógeno hidrógeno):
Cuando se añade un haluro de hidrógeno a un alqueno El hidrógeno se suma al más hidrogenado. átomo de carbono, es decir, el átomo en el que hay más átomos hidrógeno y halógeno - a menos hidrogenados.
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