Tema 7. Compostos Orgànics 1B/1B... · 2016. 3. 26. · cs 6.2 Tema 7. Compostos Orgànics Títol...

Tema 7. Compostos Orgànics

Autora: Pilar Cortés

Curs 2014-15 2on semestre GrETA

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.2

Tema 7. Compostos Orgànics

Títol contingut 7: COMPOSTOS ORGÀNICS Dedicació: 6 h Grup gran/teoria: 2 h Aprenentatge autònom: 4 h

Descripció 7.1.- Química del carboni. Productes orgànics: Hidrocarburs. Grups funcionals. Isomeria. 7.2.- Algunes reaccions dels Compostos Orgànics.

Activitats vinculades Ø  Classes de teoria.

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

3.3 Introducció

Més del 95% de las substàncies químiques conegudes són compostos de carboni.

Tots els compostos responsables de la vida (àcids nucleics, proteïnes, enzims, sucres, etc.) són substàncies orgàniques.

La industria química (fàrmacs, polímeres, pesticides, herbicides, etc.) juga un paper molt important en la economia mundial i incideix en molts aspectes de la nostra vida diària amb els

seus productes.

La Compostos Orgànics és la part de la química que estudia els Compostos del Carboni

Actualment es coneixen més de 20 milions de compostos orgànics sintètics i naturals.

Això sembla sorprenent, doncs el C es combina amb pocs elements.

Forma molts compostos degut a la capacitat del C de formar cadenes

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Introducció

Al 1828, el el químic alemany Friedrich Wöhler, volia obtenir cianat d’amoni, NH4OCN, a partir de les sals de l’àcid ciànic, HOCN, i amoníac:

Pb(OCN)2 + 2NH3 + H2O → PbO (s) + NH4OCN

Després de filtrar i separar el sòlid, quan va bullir la dissolució per cristal·litzar el cianat d’amoni va trobar que es formaven uns cristalls incolors molt grans que no es corresponien amb el cianat d’amoni. S’havia format UREA!

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.5 Introducció Característiques del Carboni ü  Electronegativitat intermèdia

•  Enllaç covalent amb metalls i amb no metalls ü  Possibilitat d'unir-se a sí mateix formant cadenes ü  Té valència 4 ü  Dimensions petites, es possible que els àtoms se aproximin lo suficient per formar

enllaços “π”, formant enllaços dobles i triples (això no es possible en el Si)

Francis A. Carey, Organic Chemistry, Fourth Edition. Copyright © 2000 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

Orbital overlaps involved in σ bonds of methaneFigure 1.22

ü  Enllaç simple: Hibridació sp3. •  4 orbitals sp3 iguals que formen 4 enllaços simples del tipus “σ”. •  Els 4 parells d’electrons es comparteixen amb 4 àtoms distints. •  Geometria tetraèdrica: angles C–H: 109’5 º i distancies C–H iguals.

exemple: CH4, CH3–CH3

Tipus d’enllaç i hibridació

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.6 Introducció Tipus d’enllaç i hibridació

ü  Enllaç doble: Hibridació sp2 . •  3 orbitals sp2 iguals que formen enllaços “σ” + 1 orbital “p” (sense hibridar) que

formarà un enllaç “π” (lateral). •  Forma un enllaç doble, un “σ” i un altre “π”, es a dir, hi ha dos parells electrònics

compartits amb el mateix àtom. •  Geometria triangular: angles C–H: 120 º i distancies C=C < C–C

exemple: H2C=CH2, H2C=O


Orbital overlaps and bonding in ethyleneFigure 1.27

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.7 Introducció Tipus d’enllaç i hibridació

ü  Enllaç triple: Hibridació sp •  2 orbitals sp iguals que formen enllaços “σ” + 2 orbitals “p” (sense hibridar) que

formaran enllaços “π”. •  Forma un enllaç triple, un “σ” y dos “π”, es a dir, hi ha tres parells electrònics

compartits amb el mateix àtom, o be dos enllaços dobles, tot i que aquest cas és més rar.

•  Geometria lineal: angles C–H: 180 º i distancia C≡C < C=C < C–C exemple: HC≡CH, CH3–C≡N


Orbital overlaps and bonding in acetylene Figure 1.31

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.8 Introducció Representació de les molècules en Compostos Orgànics:

ü  Tipus de fórmules:

•  Fórmula Molecular:

C2H6O C4H10

•  Formula Estructural:

•  Fórmula Desenvolupada:

•  Formula en esquelet

En 2 D En 3 D

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.9 Introducció Representació de les molècules en Compostos Orgànics:

ü  Tipus de fórmules:

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.10 tipus de compostos orgànics

HIDROCARBURS Compostos C i H

ALCANS Saturats

ALQUENS Insaturats

ALQUINS Insaturats

GRUPS FUNCIONALS altres àtoms

AROMÀTICS Insaturats

Es distingeixen d’acord amb el grup funcional que tenen.

Un grup funcional es un grup d’àtoms responsable del comportament de la molècula que el conté.

Molècules diferents que atenen el mateix grup funcional, reaccionen de manera semblant.

La major part dels compostos es deriven dels hidrocarburs (només tenen C i H).

CICLOALCANS Saturats

ALIFÀTICS

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

tipus de compostos orgànics

Tipus Grup funcional Exemple

alcans cap

CH3-CH3 Età

alquens CH3CH=CH2 Propà

alquins

CH3-C≡C-CH3

2-Butino

halurs d’alquil -halògen

CH3-CH2-Br Bromur d’etil


6.11

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



(homo)

aromàtics

Tolué

(hetero) aromàtics

3-Metilpiridina


6.12

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



alcohols fenols -OH

CH3-CH2-OH Etanol Ph-OH Fenol

èters -O- CH3-CH2-O-CH2-CH3 Dietilèter

aldehíds

Etanal

cetones Propanona


6.13

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



àcids carboxílics Àcid acètic

ésters Acetat d’etil

amides

Acetamida

halurs de acil anhídres

Clorur d’acetil Anhídrid acètic


6.14

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



nitrils -C≡N CH3CN Acetonitril

nitroderivats -NO2 CH3NO2 Nitrometà

imines

Metilimina de la propanona

tiols -SH CH3-CH2-SH Etiltiol

sulfurs -S- (CH3)2S Dimetilsulfur

sulfones -SO2- CH3SO2CH3 Dimetilsulfona

àcids sulfònics -SO2-OH CH3CH2CH2SO2OH Àcid propasulfònic


6.15

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

tipus de compostos orgànics 6.16

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Obtenció dels compostos orgànics industrials ü  Principals fonts:

•  Gas natural •  Petroli •  En molt menor grau:

o  Carboni o  Substàncies naturals i renovables: greixos, olis i carbohidrats.

ü  Els 7 principals compostos obtinguts: •  Constitueixen el fonament de la Compostos Orgànics industrial •  El 90% dels productes químics que es fan servir al mon provenen del gas natural i

del petroli. o Etilè o Propilè olefines derivades tant del gas natural com del petrolí o Butilens o Benzè o Toluè bàsicament a partir del petroli o Xilè o Metà prové del gas natural

6.17

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Obtenció dels compostos orgànics industrials ü  Destil·lació del petroli:

En una refineria senzilla, es separa el petroli cru, líquid viscós i enganxós d’olor desagradable, en les diferents fraccions de la figura per destil·lació fraccionada.

6.18

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Obtenció dels compostos orgànics industrials ü  Destil·lació del petroli:

CH4; C2H6; C3H8; C4H10. similars al gas natural Útils com combustibles i productes químics. La major part es cremen perquè la seva recuperació és costosa.

La major part és C4 a C10 alifàtic i cicloalifàtics. com combustibles i productes químics.

Compostos C9 a C16. Combustibles d’avions, tractors i calefacció.

Compostos C15 a C125. Combustibles dièsel i calefacció. Com a matèria primera per olefines.

6.19

The octane rating scale is a description of how rapidly gasoline burns. It is based on (A) n-heptane, with an assigned octane number of 0, and (B) 2,2,4-trimethylpentane, with an assigned number of 100. Benzina del 95%: 95% isooctà 5 % n heptà

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.20 Obtenció dels compostos orgànics industrials

detonant antidetonant

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

forces intermoleculars en els compostos orgànics

•  L’aigua, els alcohols i les amines primàries i secundaries poden actuar com a donants o acceptors d'hidrogen

•  Els èters, aldehids, cetones i èsters només poden actuar com acceptors

ü  Van der Waals: •  Dipol-dipol.

(CH3)2C=O; HC≡N; CH3CH=O •  Dipol instantani-dipol induït.

CH3-CH2-CH3; H2C=CH2 ü  Enllaç d’hidrogen:

CH3CH2OH; H2NCH2CH2NH2

6.21

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

forces intermoleculars en els compostos orgànics

ü  Efecte de les forces intermoleculars sobre els punts d’ebullició:

punts de ebullició (ºC) de alguns elements i compostos

Augment dimensió

Atòmic Ar (40) -186 Kr (83) -153 Xe (131) -109

Molecular CH4 (16) -161 (CH3)4C (72) 9.5 (CH3)4Si (88) 27 CCl4 (154) 77

Forma molecular Esfèrica (CH3)4C (72) 9.5 (CH3)2CCl2 (113) 69 (CH3)3CC(CH3)3 (114) 106

Lineal: CH3(CH2)3CH3 (72) 36 Cl(CH2)3Cl (113) 121 CH3(CH2)6CH3 (114) 126

Polaritat Molecular

No polar: H2C=CH2 (28) -104 F2 (38) -188 CH3C≡CCH3 (54) -32 CF4 (88) -130

Polar: H2C=O (30) -21 CH3CH=O (44) 20 (CH3)3N (59) 3.5 (CH3)2C=O (58) 56

HC≡N (27) 26 CH3C≡N (41) 82 (CH2)3O (58) 50 CH3NO2 (61) 101

La intensitat de les forces intermoleculars (F. de Van der Waals) ve determinada per: •  Dimensió de les molècules •  Forma de les molècules •  Polaritat de les molècules

6.22

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

forces intermoleculars en els compostos orgànics Es possible reconèixer els compostos amb ponts d'hidrogen gracies a que tenen uns alts punts d’ebullició.

Compost Fórmula Mol. Wt. Temperatura Ebullició

Temperatura Fusió

Dimetilèter CH3OCH3 46 –24ºC –138ºC

Etanol CH3CH2OH 46 78ºC –130ºC

Propanol CH3(CH2)2OH 60 98ºC –127ºC

Dietilèter (CH3CH2)2O 74 34ºC –116ºC

Propilamina CH3(CH2)2NH2 59 48ºC –83ºC

Metilaminoetà CH3CH2NHCH3 59 37ºC

Trimetilamina (CH3)3N 59 3ºC –117ºC

Etilenglicol HOCH2CH2OH 62 197ºC –13ºC

Àcid acètic CH3CO2H 60 118ºC 17ºC

Etilendiamina H2NCH2CH2NH2 60 118ºC 8.5ºC

6.23

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

forces intermoleculars en els compostos orgànics ü  Efecte de les forces intermoleculars sobre la solubilitat en aigua:

Tipus compost Compost específic g/100mL Mols/L Compost

específic g/100mL Moles/L

Hidrocarburs i Halurs alquil

butà hexà ciclohexà

0.007 0.0009 0.006

0.0012 0.0001 0.0007

benzè clorur de metilè cloroform

0.07 1.50 0.8

0.009 0.180 0.07

Compostos amb un oxigen

1-butanol tert-butanol ciclohexanol fenol

9.0 completa 3.6 8.7

1.2 completa 0.36 0.90

Etil èter THF furà anisol

6.0 completa 1.0 1.0

0.80 completa 0.15 0.09

Compostos amb dos oxígens

1,3-propanodiol 2-butoxietanol àcid butanoic àcid benzoic

completa completa completa completa

completa completa completa completa

1,2-dimetoxietano 1,4-dioxano acetat d’etil butirolactona

completa completa 8.0 completa

completa completa 0.91 completa

Compostos amb nitrogen

1-aminobutà ciclohexilamina anilina pirrolidina pirrol

completa completa 3.4 completa 6.0

completa completa 0.37 completa 0.9

trietilamina piridina propionitril 1-nitropropà DMF

5.5 completa 10.3 1.5 completa

0.54 completa 2.0 0.17 completa

6.24

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

àcids i bases orgànics ü  Àcids orgànics:

•  Definició de Bronsted-Lowry: Àcid: substància que pot donar protons H+. Base: substància que pot acceptar protons. Ión hidroxoni

pKa = -log Ka

Comparació de la força dels àcids orgànics:

La ionització de l’àcid està influenciada per dos factors:

- La força de l’enllaç que es trenca

- L’estabilitat de l’ió que es forma

6.25

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

àcids i bases orgànics ü  Àcids orgànics:

•  Variació en l’acidesa dels àcids orgànics: Àcid pKa

HCOOH 3.75 CH3COOH 4.76 CH3CH2COOH 4.87 CH3CH2CH2COOH 4.82

•  La cadena carbonada disminueix l’acidesa dels àcids carboxílics.

•  La presència de àtoms electronegatius en la cadena carbonada augmenta l’acidesa.

Àcid pKa

CH3COOH 4.76 CH2ClCOOH 2.86 CHCl2COOH 1.29 CCl3COOH 0.65

•  Quan més electronegatiu sigui halogen, i més proper estigui al grup carboxil, més fort és l’àcid

Àcid pKa

CH2FCOOH 2.66 CH2ClCOOH 2.86 CH2BrCOOH 2.90 CH2ICOOH 3.17

Àcid pKa

CH3CH2CH2COOH 4.82 CH3CH2CHClCOOH 2.84 CH3CHClCH2COOH 4.06 CH2ClCH2CH2COOH 4.52

6.26

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

àcids i bases orgànics ü  Bases orgàniques:

•  Definició de Bronsted-Lowry: Àcid: substància que pot donar protons H+. Base: substància que pot acceptar protons.

pKb = -log Kb

B + H2O = BH+(aq) + OH-(aq)

Comparació de la força de les bases orgàniques:

Dos factors expliquen la força d’una base:

•  La facilitat amb que el protó s’uneix al parell de electrons solitari.

•  L'estabilitat de l’ió format

6.27

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

àcids i bases orgànics ü  Bases orgàniques:

Comparació de la força de les bases orgàniques:

•  Les amines alifàtiques són més fortes que l'amoníac

•  Les amines primàries alifàtiques tenen forces bàsiques similars

•  Les amines aromàtiques són més dèbils que l'amoníac

Amina pKb CH3NH2 3.36

CH3CH2NH2 3.27

CH3CH2CH2NH2 3.16

CH3CH2CH2CH2NH2 3.39

6.28

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Isomeria ü  Isòmers: substàncies que tenen la mateixa fórmula química però difereixen en les

seves estructures i propietats.

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3 I

CH3 butà metilpropà

ü  Tipus d’isomeria: ISOMERIA

pot ser

ESTRUCTURAL ESTEREOISOMERIA

pot ser pot ser

CADENA

POSICIÓ

FUNCIÓ ISOMERIA CONFORMACIONAL

ISOMERIA CONFIGURACIONAL

pot ser

ENANTIOMERIA (Isomeria òptica)

DIASTEREOMERIA

pot ser

ISOMERIA GEOMÈTRICA CIS/TRANS

6.29

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Isomeria ü  Isomeria estructural: Són isòmers que difereixen entre sí perquè els seus àtoms estan

units de diferent forma. •  No tots els grups estan units als mateixos centres. •  Són molècules molt diferents tant en les seves propietats físiques com químiques

•  mmm ü  Isomeria de cadena: Els isòmers de cadena difereixen en la forma en que es troben units els àtoms de carboni entre sí per formar una cadena. Exemples •  Butà:

•  Pentà

•  mmm

6.30

Pentà 2-metil butà

2,2-dimetil propà

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


units de diferent forma.

•  mmm ü  Isomeria de posició: Els isòmers de posició difereixen en les posicions que ocupen els seus grups en la estructura carbonada Exemples

•  Hi ha dos isòmers estructurals amb la fórmula molecular C3H7Br

•  De l’alcohol amb la fórmula molecular C4H9OH s’obtenen:

Dos isòmers de posició:

ü  mmm

6.31

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



•  mmm ü  Isomeria de posició: Els isòmers de posició difereixen en les posicions que ocupen els seus grups en la estructura carbonada Exemples

•  Derivats del benzè. Cas dels isòmers amb la fórmula molecular C7H8Cl ü  mmm

6.32

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



•  mmm ü  Isomeria de funció: Els isòmers de funció difereixen en els seus grups funcionals. La forma en que es troben units els seus àtoms dona lloc a grups funcionals diferents. Exemples

•  Fórmula molecular C3H6O:

•  Fórmula molecular C3H6O2:

ü  mmm

2-propen-1-ol

6.33

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Isomeria ü  Estereoisomeria: Isòmers amb la mateixa fórmula química i enllaços però amb diferent

ordenació espacial dels substituents. Es poden aïllar les diferents estructures.

•  mmm

ü  Isomeria conformacional: Són les diferents formes o conformacions d’una compost pel gir que pot experimentar un enllaç covalent senzill. Els diferents isòmers conformacionals no es poden aïllar Exemples

H H

H H

•  molècula de butà: CH3 - CH2 - CH2 - CH3

☞

CH3

CH3

Fixem aquest àtom de carboni amb els dos hidrògens i el grup metil

El gir d’aquest enllaç dona lloc a diferents conformacions amb un valor de l’energia potencial que serà funció de l’angle de gir de l’enllaç que esta girant

6.34

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


ordenació espaial dels substituents. Es poden aïllar les diferents estructures.

•  mmm

ü  Isomeria conformacional: Són les diferents formes o conformacions d’una compost pel gir que pot experimentar un enllaç covalent senzill. Exemples •  Responsable de la forma que adquireix un polímer: Considerem una cadena

aïllada de polietilè amb 10 000 àtoms de carboni (M = 1.6x105 g/mol).

0.154 nm

llargada: 1260 nm diàmetre: 0.3 nm Magnificant x 106 llargada: 126 cm diàmetre: 0.03 cm

4 cm de diàmetre

CABDELL ESTADÍSTIC

109º

6.35

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



•  mmm

ü  Estereoisòmers configuracionals: Per a transformar uno eteroisòmer en un altre, es necesari trencar i formar enlllaços. •  La presencia d’un doble enllaç carboni-carboni, crea dues possibles estructures: ü  ISOMER CIS: dos àtoms o grups d’àtoms són adjacents entre sí. ü  ISOMER TRANS: dos àtoms o grups d’àtoms estan en costats oposats.

•  Cada carboni ha de trobar-se enllaçat a dos grups diferents perquè es produeixi aquesta isomeria.

Els alquens CIS són menys estables que els TRANS è tenen una energia superior.

6.36

Derivats de CH2 = CX - CH = CH2

1 2 3 4 CH2 = C - CH = CH2 R

Addició 1,2 R - CH2 - C CH = CH2

Addició 1,4 - CH2 - C = CH - CH2 - R Insaturació en la cadena

principal

Addició 3,4 - CH - CH2 - C = CH2 R

☛  Isotàctic ☛  Sindiotàctic ☛  Atàctic

☛  Isotàctic ☛  Sindiotàctic ☛  Atàctic

☛  Cis ☛  Trans

R ELASTOMER H Polibutadiè Cl Policloroprè CH3 Poliisoprè

R MONOMER H 1,3-butadiè Cl 2-cloro-1,3-butadiè CH3 2-metil-1,3-butadiè

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Isomeria Exemple en els polímers

ü  Elastomers i termoestables.

6.37

Exemple en els polímers ü  Elastomers i termoestables.

•  Elastomers diènics: Poliisoprè. Cis-poliisoprè: Baix contingut cristal·linitat: LATEX. Trans-poliisoprè: cristal·linitat mitjana. GUTAPERXA BALATA. Poc elàstic.

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.38 Isomeria

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics



•  mmm

ü  Enantiòmers: Són aquells en els quals un és l’imatge especular de l’altre. Exemple: •  2-butanol

•  Glucosa

6.39

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

Isomeria 6.40

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.41 reaccions compostos orgànics. tipus

Les reaccions més importants en els compostos orgànics són:

ü  Segons el canvi estructural produït als reactius: •  Addició •  Eliminació •  Substitució •  Transposició

ü  Segons el tipus de reacció produït: •  Condensació •  Hidròlisi

•  Hidròlisi àcida: esterificació •  Hidròlisi bàsica: saponificació

•  Oxidació-reducció •  Àcid-base

ü  Reacció d’Addició

•  És una reacció en la qual elements són addicionats al compost original. (És la reacció oposada a la Reacció d’Eliminació).

•  Es trenca un enllaç π i se’n formen dos enllaços σ

•  Exemples:

C C

sustrato reactivo producto

+

AB C C

A B

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Aquest enllaç π es trenca es formen dos enllaços σ

propeno bromo 1,2-dibromopropano CH CH2CH3 + Br Br CH CH2CH3

Br Br

propè brom 1,2-dibromopropà

2-butino bromo 2,3-dibromo-2-buteno

C CCH3 CH3 + Br Br

C CCH3

Br CH3

Br

2-butí brom 2,3-dibrom-2-butè

2-butino bromo 2,2,3,3-tetrabromobutano

C CCH3 CH3 + Br Br C CCH3

Br Br

Br

CH3

Br

2

2-butí brom 2,2,3,3-tetrabrombutà

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


ü  Reacció d’Addició. Tipus de reaccions d’addició

H2

HX

X=F,Cl,Br

H2O

X2

KMnO4 + OH-

MnO4- + H2SO4

Reaccions oxidació

X2+ H2O

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.44

ü  Reacció d’Eliminació

•  És una reacció en la qual s’elimina uns dels elements del compost original per donar lloc a un doble enllaç i una molècula petita. (És la reacció oposada a la Reacció d’Addició).

•  Exemples

CH3–CH2OH CH2=CH2 + H2O etanol etè

C C

sustrato reactivo productos

+

ZC C

A B

ZAB +

2,3-dibromobutano

+CH CH CH3CH3

BrBr

C C CH3CH32 KOH 2 KBr 2 HOH+ +

2-butinohidróxido de potasio

2-clorobutano

etanol+CH CH CH3CH3

HCl

CH CH CH3CH3KOH KCl HOH+ +

2-buteno(mayoritario)

hidróxido de potasio

2-clorobutà hidròxid de 2-butè potassi (majoritari)

2,3-dobtomobutà hidròxid de 2-butí potassi

reaccions compostos orgànics. tipus

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.45

ü  Reacció de substitució •  És una reacció en la qual un àtom, ió o grup en una molècula, és substituït per un altre.

•  Exemples:

v  CH3Cl + NaOH CH3OH + NaCl

v  CH3 – CH2 – OH + HBr CH3 – CH2 – Br + H2O

v  C6H6 + HNO3 C6H5NO2 + H2O

Totes són reaccions de substitució, però, es produeixen per mecanismes diferents

H2O

H2SO4

clorometà metanol

etanol bromoetà

benzè nitrobenzè

sustrato reactivo productos

+ +RA B RB A


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

•  Moltes reaccions comuns solen ser convinació de diferents tipus de reacció


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.47

ü  Reacció de condensació

•  És una reacció en la qual dues molècules es combinen per a donar lloc a una molècula orgànica més gran i un altre de més petita, normalment aigua.

•  Exemple. Policondensació. Obtenció de les poliamides H

n H2N - R1 - NH + n HOOC - R2 - COOH → Exemple, diàcid + diamina:

H HOOC -(CH2)x- COOH + HN -(CH2)y - NH2 → -[OC -(CH2)x- CO - HN-(CH2)y - NH]- + 2 H2O

H -[ NH - R1 - NH - CO - R2 - CO]n-OH + (2n-1) H2O

Niló 66: x = 4 i y = 6; Niló 46: x = 4 i y = 4

amida


O

ROH + R’COH R’COOR + H2O alcohol àcid carboxílic ester aigua

•  Són reaccions reversibles •  L’exemple més característic es la preparació del politeraftalat d’etilè a partir de àcid

tereftàlic (àcid p-benzedioic) i el etilenglicol: O O HO–C - - C–OH + HO–CH2–CH2–OH - CO- -COOCH2CH2O - + 2H2O àcid tereftàlic etilenglicol

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.48

ü  Reacció d’hidròlisi àcida. Reacció d’esterificació

•  És una reacció de condensació catalitzada, entre un alcohol i un àcid dona un ester i aigua:


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.49

ü  Reacció d’hidròlisi bàsica. Reacció de saponificació

•  És una reacció entre un triglicèrid i una base per donar l’alcohol i la sal de l’àcid gras corresponent.

•  Exemple:


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.50

ü  Reacció d’oxidació-reducció •  És una reacció en la qual hi ha un intercanvi d’electrons. •  En orgànica existeixen també reaccions redox. •  Es més complex determinar el nombre d’oxidació del carboni, ja que en una

mateixa cadena, cada àtom de carboni pot tenir un estat d’oxidació distint. •  Como conseqüència, al calcular l’estat d’oxidació, a vegades surten números

fraccionaris, que no són sinó les mitjanes aritmètiques dels estats d’oxidació de cadascun dels àtoms de carbono.

•  Habitualment, s’utilitza el concepte de oxidació com augment en la proporció d'oxigen i reducció como disminució es la proporció d’oxigen.

•  Tipus de reaccions redox. •  Oxidació de alquens •  Ozonòlisis. •  Oxidació de alcohols. •  Oxidació i reducció d'aldehids i cetones. •  Combustió.

oxidació

reducción

CH4 CH3OH HCHO HCOOH CO2 E.O. –4 –2 0 +2 +4


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.51

ü  Reacció d’oxidació-reducció •  Tipus de reaccions redox.

•  Oxidació de alquens: –  Els alquens s'oxiden i formen dialcohols –  Si no es prenen precaucions l’oxidació pot acabar donant aldehid i/o cetones

•  Exemple: CH3–CH=CH–CH3 CH3 –CHOH–CHOH–CH3

2-butè 2,3-butadiol


•  Combustió.

es crema un compost orgànic amb un excés d’oxigen per a obtenir diòxid de carboni i aigua i energia tèrmica.

•  Exemple: 2 C6H6 (l) + 15 O2 (g) è 12 CO2 (g) + 6 H2O (l) + 6535 kJ

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.52

ü  Reacció àcid-base:

•  És una reacció entre una espècie àcida i una de bàsica.

•  Pren especial rellevància el concepte de àcid i base de lewis:

-  àcid de lewis: compost amb àtoms amb orbitals buits que poden acceptar parells d’electrons.

-  base de lewis: compost amb àtoms amb parells d'electrons que poden ser cedits a un àtom amb un dèficit d'electrons.

•  La reacció entre un àcid de lewis i una base de lewis és la formació d’un enllaç covalent.

•  Exemples:

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.53

ü  Reacció àcid-base

•  Alguns àcids de lewis: compost amb àtoms amb orbitals buits que poden acceptar parells d’electrons.

H2O HCl HNO3 H2SO4

C

H

H

H

CO

O H

OH

C

H

H

H

C

H

H

O

H

Li+ Mg2+ AlCl3 BF3 FeCl3


Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.54

ü  Reacció àcid-base

•  Algunes bases de lewis: compost amb àtoms amb parells d'electrons que poden ser cedits a un àtom amb un dèficit d’electrons (àcid de lewis)

C

H

H

H

CO

O H

C

H

H

H

C

H

H

O

H

C N C

H

H

H

H

H

H H

C C H

H

H

H

O

C C C

H

H

H

H

H

H

O

C

H

H

H

CO

O C

H

H

H

C O C

H

H

H

H

H

H


Funció Fórmula Reaccions característiques

Alcans C–C, C–H Substitució (de H, normalment per Cl o Br) Combustió (conversió a CO2 y H2O)

Alquens C=C–C–H Addició Substitució (de H)

Alquins C≡C–H Addició Substitució (de H)

Halurs d’alquil H–C–C–X Substitució (de X) Eliminació (de HX)

Alcohols H–C–C–O–H Substitució (de H); Substitució (de OH) Eliminació (of HOH); Oxidació (eliminació de 2H)

Èters (α)C–O–R Substitució (de OR); Substitució (de α–H)

Amines C–NRH Substitució (de H); Addició (a N); Oxidació (de N)

ü  Reaccions característiques dels diferents grups funcionals

T

ema

7. C

ompo

stos

Org

ànic

s


ü  Reaccions característiques dels diferents grups funcionals

T

ema

7. C

ompo

stos

Org

ànic

s


Funció Fórmula Reaccions característiques

Benzè (anell) C6H6 Substitució (de H)

Aldehids (α)C–CH=O Addició Substitució (de H or α–H)

Cetones (α)C–CR=O Addició Substitució (de α–H)

Àcids Carboxílics (α)C–CO2H Substitució (de H); Substitució (de OH) Substitució (de α–H); Addició (a C=O)

Derivats Carboxílics (α)C–CZ=O (Z = OR, Cl, NHR, etc.)

Substitució (de Z); Substitució (de α–H) Addició (a C=O)

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.57 hidrocarburs

Hidrocarburs alifàtics. Alcans

Fórmula general: CnH2n+2

L’àtom de carboni te hibridació sp3

OBTENCIÓ:

A partir del petroli (mescla d’hidrocarburs)

NOMENCLATURA

Ø  Lineal. El nom es basa en el nombre d’àtoms de carboni amb l’acabament “a”

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.58 hidrocarburs


Fórmula general: CnH2n+2

NOMENCLATURA

Ø  Ramificat

2,4-dimetilhexà

3-metil-4-etilheptà

RADICALS

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.59 hidrocarburs


Fòrmula general: CnH2n+2

PROPIETATS FÍSIQUES

Ø  Menys volàtils a mida que augmenta la massa molar.

Ø  Menys carbonis (C1 a C4) són gasos; després líquids.

Ø  Insolubles en aigua

Ø  PF i PE augmenten amb la massa molar a causa de les forces de London.

100

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.60 hidrocarburs Hidrocarburs alifàtics. Cicloalcans

Són alcans en els quals els àtoms de C formen anells.

Fòrmula general : CnH2n

Moltes substàncies d’importància biològica: colesterol, testosterona, progesterona...) contenen un o més d’aquests sistemes cíclics.

Els cicloalcans més simples són:

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics





Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.64 hidrocarburs

Hidrocarburs alifàtics. Alquens

Són hidrocarburs que contenen un doble enllaç. També se'ls hi diu “olefines”.

Fórmula general: CnH2n

L’àtom de carboni que forma un doble enllaç te hibridació sp2

NOMENCLATURA

S’anomenen com els alcans però canviant la terminació à per è.

Per nomenar els alquens s’indiquen les posicions dels dobles enllaços:

CH2=CH2 (etè o etilè)

CH2=CH-CH3 (propè)

CH2=CH-CH2-CH3 (1-butè) CH3-CH=CH-CH3 (2-butè)

CH2=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 (1-heptè) CH3-CH2-CH2-CH=CH-CH2-CH3 (3-heptè)

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.65 hidrocarburs

Hidrocarburs alifàtics. Alquins

Són hidrocarburs que contenen un triple enllaç.

Fórmula general: CnH2n-2

NOMENCLATURA

S’anomenen com els alcans però canviant la terminació à per í.

Per nomenar els alquins s’indiquen les posicions dels triples enllaços:

HC≡CH2(etí o acetilè)

CH3C≡CH (propí)

CH3CH2C≡CH (1-butí)

CH3C≡C-CH3 (2-butí)

Podem trobar alquins amb més d’un triple enllaç:

HC≡C-CH2-C≡C-CH2-CH3 1,4-heptadií

Podem trobar hidrocarburs amb dobles i triples enllaços.

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.66 hidrocarburs Hidrocarburs aromàtics

Son compostos derivats del benzè

El benzè va ésser descobert l’any 1826 per Michael Faraday

Recordar estructura molecular en base a:

•  Fórmula: C6H6

•  Molècula plana hexagonal

•  Tots els angles formen 120 º (híbrids sp2)

•  Tots els enllaços són idèntics amb dc-c = 1.40 Å(distints de C-C = 1.54 Å i C=C = 1.34 Å)

CONCLUSIÓ: “El benzè té 5 estructures de ressonància, la combinació de les quals ens dóna idea de l’estructura real de la molècula”, com ja havíem vist

Propietats del benzè

-Líquid incolor, inflamable, que s’obté del petroli i del quitrà d’hulla.

-Poc reactiu. Estable degut a deslocalització electrònica.

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.67 hidrocarburs Hidrocarburs aromàtics

Alguns compostos aromàtics:

Anells benzènics mono substituïts, s’anteposa el nom del substituent a la paraula benzè.

Dos substituents, la posició relativa es pot indicar per mitjà dels nombres 1,2-, 1,3-, 1,4- o per mitjà de prefixos o- (que vol dir orto, en angle recte), m- (meta, d’una altra mena, diferent dels altres), p- (para, en posició ambtrària)

Grups Funcionals

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics

6.68 grups funcionals

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


COMPOSTOS que tenen algun àtom diferent del carboni, el qual li confereix les propietats al compost Els àtoms s’anomenen GRUP FUNCIONAL i determinen la nomenclatura del compost


halogens Oxigen

Derivats halogenats: R- X


Compostos del tipus: C-O

Alcohols R-OH Éters R-O-R’ Epoxids O

C - C

Nitrogen

Compostos del tipus: C=O

Aldehids R- COH Cetones R-CO-R’ Àcid R-COOH Esters R-COOR’ Anhídrid R-CO-O-CO-R’ Halogenur d’àcid R-COX Amida R- amb

R’

R’’

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


COMPOSTOS que tenen algun àtom diferent del carboni, el qual li ambfereix les propietats al compost Els àtoms s’anomenen GRUP FUNCIONAL i determinen la nomenclatura del compost


halogens Oxigen


Nitrogen

Compostos del tipus: C≡N Compostos del tipus: C-N

Amines -R-N- Nitrils (cianurs) R-CN

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Classificació dels grups funcionals per ordre de prioritat Funció Nom. grup Grup Nom.

(princ.) Nom.

(secund) Àcid carboxílic carboxilo R–COOH àcid …oic carboxi (inclou C) Éster éster R–COOR’ …at de …il …oxicarbonil Amida amido R–CONR’R amida amido Nitril nitril R–C≡N nitril ciano (incluye C) Aldehid carbonil R–CH=O …al formil (incluye C) Cetona carbonil R–CO–R’ …ona oxo Alcohol hidroxil R–OH …ol hidroxi Fenol fenol –C6H5OH …fenol hidroxifenil

Amina (primaria) (secundaria) (terciaria)

Amino “ “

R–NH2 R–NHR’ R–NR’R’’

…ilamina …il…ilamina …il…il…ilamina

amino

Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il Hidr. etilènic Alquè C=C …en …en Hidr. acetilènic alquí C≡C …in Ino (sufijo)

Nitrocompostps Nitro R–NO2 nitro… nitro Halurs halógen R–X X… X Radical alquil R– …il …il

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Derivats halogenats: carboni unit a un halogen: F, Cl, Br,I

CH3 - CH2 - CH2Cl

CH3 - CHBr - CH3

CH ≡ C - CH - C ≡ CH2Br

CH3

CH2 =CHCl

CHCl3

CCl4

Nomenclatura Substitutiva 1-cloropropà 2-bromopropà

6-bromo-3-metil-1,4-haxadií

cloroetè

cloroform

tetraclorur de carboni

Nomenclatura Funció-radical clorur propílic bromur isopropílic

clorur vinílic (de vinil)

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Compostos del tipus: C-O : ALCOHOLS, FENOLS I ÉTERS:

presència d’enllaços senzills C-O. Ø  R - OH Alcohol( R és un radical alifàtic) Ar – OH Fenol( Ar és un radical aromàtic)

NOMENCLATURA. 1) Nomenclatura substitutiva. Més general. Nom compostOL 2) Nomenclatura funció radical. Per compostos senzills. Alcohol nomradical Exemples: CH3-CH2-CH2OH CH3-CHOH-CH3 C6H5OH Ø  R - O - R’ R - O - Ar Ar - O - Ar ( R i Ar són radicals alifàtic i aromàtic)

NOMENCLATURA Nomenclatura funció radical. Més correcte en català. Nom dels dos radicals units a l’oxigen seguit de la paraula èter

Nom. Funció-radical etil metil èter propil vinil èter etil fenil èter

CH3-O-CH2-CH3 CH2=CH-O-CH2-CH2-CH3 C6H5-O-CH2-CH3

1-propanol alcohol propílic 2-propanol fenol

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Compostos del tipus: C=O : ALDEHIDS I CETONES:

presència d’enllaços dobles C=O.

NOMENCLATURA.

Ø  Aldehids Nom compostAL

Ø  Cetones

Grup preferent. 1) Nomenclatura substitutiva. Nom compostONA 2) Nomenclatura funció radical. S’anomenen els grups units al grup CO seguits del nom CETONA Exemples: H-CHO metanal CH3-CHO etanal CH3 -CO-CH3 propanona, dimetilcetona CH3-CO-CH2-CH2-CH3 2-pentanona “acetona” metil propil cetona

R - C=O Aldehid R - C=O Cetona H R’

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Compostos del tipus: C=O : ÀCIDS CARBOXÍLICS I ÉSTERS

NOMENCLATURA.

Ø  Àcids S’anomena posant la paraula ÀCID NOM DE L’HIDROCARBUR i la terminació IC Exemples: Nom comú

HCOOH CH3-COOH CH3-CH2-CH2-COOH CH2=CH-COOH

R - C=O OH

R - C=O O-R’

àcid metanoic àcid fòrmic àcid etanoic àcid acètic àcid butanoic àcid propenoic

HOOC-COOH HOOC-CH2-COOH HOOC-CH2-CH2-COOH

àcid etanodioic àcid propanodioic àcid butanodioic

àcid benzoic -COOH

-COOH HOOC-

Àcid p-benzedioic COOH

Àcid o-benzedioic

HOOC Àcid m-benzedioic

àcid oxàlic àcid malònic àcid succínic

àcid ftàlic

àcid isoftàlic àcid tereftàlic

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Compostos del tipus: C=O : ÀCIDS CARBOXÍLICS I ÉSTERS

NOMENCLATURA.

Ø  Ésters

R - C=O OH

R - C=O O-R’

S’anomena NOM DE L’ÀCID amb la terminació AT seguit del nom del radical R’ Exemples:

HCOOCH3 CH3-COOCH3 CH3-CH2-COOC6H5 CH2=CH-COOCH3 CH2=C-COOCH3 CH3

Metanoat de metil etanoat de metil propanoat de fenil propenoat de metil metil propenoat de metil

Nom més comú formiat de metil acetat de metil propionat de fenil acrilat de metil metacrilat de metil

Tem

a 7.

Com

post

os O

rgàn

ics


Compostos del tipus: C-N : AMINES I AMIDES Ø  Amines

NOMENCLATURA.

Amines primàries

Nom radical AMINA

Exemples: CH3-NH2 metilamina C6H5NH2 fenilamina

Ø  Amides

NOMENCLATURA. Nom de l’àcid corresponent amb el sufix AMIDA

Exemples:

R - NH2 Primàries R - NH - R’ Secundàries R - N - R’ Terciàries R’’

O R - C - NH2

CH3-CO - NH2 CH3-CH2-CH2-CO-NH2

etanamida o acetamida butanamida

Tema 7. Compostos Orgànics 1B/1B... · 2016. 3. 26. · cs 6.2 Tema 7. Compostos Orgànics Títol...

Documents

Transcript of Tema 7. Compostos Orgànics 1B/1B... · 2016. 3. 26. · cs 6.2 Tema 7. Compostos Orgànics Títol...