Practica: SÍNTESIS DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS INSATURADAS (ETENO Y ETINO) Y REACCIONES DE ADICIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

ALGUNAS CONSIDERACIONES TEÓRICAS Y EXPERIMENTALES

En Química Orgánica se conocen muchas reacciones que permiten convertir una molécula en otra. Estas son características de determinados grupos funcionales y constituyen una gran parte de la química de dichos grupo, siendo necesario prestar atención al camino de la reacción, o mecanismo mediante el cual los reactivos se transforman en productos.

Una de las reacciones características de las moléculas orgánicas, lo constituyen las reacciones de adición. Este tipo de reacciones consisten en la adición de dos especies químicas al enlace múltiple de una molécula insaturada (doble o triple enlace carbono-carbono), tal y como se indica de forma genérica en la siguiente ecuación química:

En las reacciones de adición se modifica el grado de insaturación, el producto final está más saturado. Las reacciones de adición son comunes en los compuestos olefínicos y acetilénicos, así como también, en los compuestos carbonílicos, por lo que son clasificadas en varios tipos, entre ellas: las reacciones de adición electrofílica, reacciones de adición por radicales libres, reacciones de adición nucleofílica y reacciones de adición concertadas. En este trabajo experimental se hará referencia a las reacciones de adición electrófilica y adición nucleofílica.

Las reacciones de adición electrofílica, en este tipo de reacción, el reactivo se añade a un doble o triple enlace poco polarizado, como el que hay entre dos átomos de carbono. Siguen la regla de Markownikoff: “la parte positiva del reactivo se adiciona al carbono más hidrogenado”. Suelen seguir un mecanismo unimolecular.

Mecanismo de adición de HX a alquenos.

Mecanismo de adición de HX a alquinos.

Las reacciones de adición por radicales libres se obtienen compuestos saturados, en ellas participan los alquenos y alquinos en presencia de H2 o HBr y peróxido. Por ejemplo, la reacción entre un alqueno y H2, conocido como hidrogenación, no ocurre con facilidad en condiciones de temperatura y presión. Una razón de la falta de reactividad del H2 hacia los alquenos es la estabilidad del enlace H2. Para promover la reacción, es necesario utilizar un catalizador que ayude a la ruptura del enlace H-H. Los catalizadores más empleados son metales finamente divididos en los que se adsorbe el H2.

Las reacciones de adición nucleofílica, se da en moléculas orgánicas con dobles enlaces fuertemente polarizados, como por ejemplo el enlace C=O. Las reacciones son aplicables a cetonas y aldehídos, pero en general estos últimos son más reactivos por razones tanto estéricas como electrónicas.

La reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición nucleofílica. Un nucleófilo ataca al átomo de carbono del grupo carbonilo, electrófilo, en una dirección aproximadamente perpendicular al plano de los orbitales sp2 del carbonilo. El carbono carbonílico experimenta una hibridación de sp2 a sp3, y se produce un ion alcóxido intermediario con configuración geométrica tetraédrica. El nucleófilo atacante puede tener carga negativa (Nu:-) o ser neutro (:Nu-H). Sin embargo, en este último caso suele tener un átomo de hidrógeno que puede ser eliminado posteriormente.

La adición nucleofílica a cetonas y aldehídos suele tener dos variantes. (1) El intermedio tetraédrico puede ser protonado para formar un alcohol, o (2) el átomo de oxígeno del carbonilo puede eliminarse (como HO- o como H2O) para formar un nuevo doble enlace carbono-nucleófilo.

Las reacciones de adición concertadas son aquellas en las que la rotura y formación de enlaces se produce simultáneamente, como se indica a continuación:

Análisis de los alquenos

El grupo funcional de un alqueno es el doble enlace carbono-carbono. Por consiguiente, para caracterizar un compuesto desconocido como alqueno, se debe demostrar que sufre las reacciones típicas de ese doble enlace.

Los ensayos más utilizados para caracterizar alquenos son:

a) Decoloración rápida del bromo en tetracloruro de carbono, sin evolución de HBr, un ensayo que dan también los alquinos.

b) Decoloración del reactivo de Baeyer, un ensayo que también dan los alquinos y aldehídos.

c) La solubilidad en H2SO4 frío y concentrado, una prueba que también dan muchas otras sustancias, incluyendo todas las que contienen oxígeno y las que se sulfonan fácilmente.

Por sí solo, un único ensayo de caracterización raras veces prueba que un compuesto desconocido sea una clase específica de sustancia. Puede limitar el número de posibilidades, de modo que la decisión final puede tomarse a partir de ensayos adicionales, o a la inversa, si ya han sido eliminadas ciertas posibilidades, una sola prueba puede permitir que se haga la última elección.

De este modo, las pruebas de bromo y de Baeyer serían suficientes para diferenciar un alqueno de un alcano, un alqueno de un halogenuro de alquilo o un alqueno de un alcohol.

Análisis de alquinos

Los alquinos responden a las pruebas de caracterización igual que los alquenos, decoloran al bromo en tetracloruro de carbono sin desprendimiento de bromuro de hidrógeno y decoloran el reactivo de Baeyer. Por lo tanto, es necesario comprobar la estructura por métodos de degradación como la ozonólisis: los alquenos dan aldehídos y cetonas, mientras que los alquinos dan ácidos carboxílicos.

Los alquinos terminales reaccionan con ciertos iones de metales pesados, principalmente con Ag+ y Cu+, forman precipitados característicos que permiten identificar si un alquino tiene el triple enlace en posición terminal o interna de los alquinos no terminales.

Prueba de Baeyer

Ciertos agentes oxidantes convierten los alquenos en compuestos conocidos como glicoles que son dialcoholes; su formación se debe a la adición de dos grupos hidróxilo al doble enlace.

Reacción con ácido sulfúrico concentrado y frío

Los alcanos no reaccionan con ácido sulfúrico, lo que los diferencia de los alquenos. Los alquenos reaccionan con el ácido sulfúrico formando los sulfatos ácidos de alquilo. Los aromáticos para reaccionar con el ácido sulfúrico necesitan que sea el ácido sulfúrico fumante (concentrado), pero en esta reacción puede observarse una “turbidez” que ayuda a identificar al benceno.

Análisis de Aldehídos

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