libro editado por el Distrito Único Andaluz

Iniciación a la Química
389
TEMA 7
QUÍMICA DEL CARBONO
Aspectos Teóricos
7.1. Conceptos básicos
7.1.1 GRUPO FUNCIONAL: es una agrupación característica de átomos, con
enlaces polares o múltiples, que introduce un punto reactivo en la molécula, siendo
responsable del comportamiento químico de ésta.
7.1.2 SERIE HOMÓLOGA: es un conjunto de compuestos orgánicos que contiene un
mismo grupo funcional y difieren sólo en la longitud de la cadena, es decir, en el
número de grupos –CH2 –.
7.1.3 ISOMERÍA: Isómeros son compuestos diferentes que tienen igual fórmula
molecular.
La isomería puede ser:
a. Constitucional:
Estos isómeros difieren en la secuencia de sus enlaces, es decir, en la
forma en que están conectados sus átomos.
1) De cadena. La estructura de la cadena es diferente: puede ser lineal
o ramificada.
2) De posición. Los isómeros tienen el mismo grupo funcional, aunque
en posición diferente en una misma cadena.
3) De función. Son isómeros con grupos funcionales distintos.
b. Estereoisomería:
Estos isómeros sólo se diferencian en la orientación de sus átomos en el
espacio.
1) Geométrica. Se presenta en los alquenos que poseen dos grupos
diferentes en el extremo del doble enlace. El isómero cis tiene los
sustituyentes en el mismo lado del doble enlace, el isómero trans los
tiene en lados opuestos.
2) Óptica. Esta isomería se presenta cuando existe en la molécula un
carbono quiral o asimétrico (carbono unido a cuatro grupos
diferentes). A estos isómeros se les denomina enantiómeros, sus
propiedades físicas son iguales, excepto en el sentido en que hacen
girar el plano de polarización de la luz.
390
Química del Carbono
7.2. Reacciones en Química Orgánica
Una gran parte de las reacciones en Química Orgánica se pueden clasificar en:
1. Reacciones de sustitución
2. Reacciones de adición
3. Reacciones de eliminación
4. Reacciones de oxidación-reducción
7.2.1. Reacciones de sustitución:
Un átomo o un grupo de átomos de una molécula, sustrato, es sustituido por otro
átomo o grupo de átomos de otra, denominada reactivo.
El reactivo puede ser un radical libre, un nucleófilo o un electrófilo.
En la mayoría de las reacciones de sustitución que experimentan los alcanos, el reactivo es
un radical.
CH4 + Cl 2 → CH3Cl + HCl
luz o calor
Ej:
Esta reacción puede continuar, precisando en cada etapa luz o calor y formándose,
también en cada etapa, HCl :
Cl2
Cl2
Cl 2
CH3Cl 
→ CH2 Cl 2 
→ CHCl 3 
→ CCl 4
La reacción del metano con el cloro, por tanto, conduce a una mezcla de productos
clorados, cuya composición depende de la proporción de cloro y de las condiciones de la
reacción.
7.2.2. Reacciones de adición:
Una molécula incorpora a su estructura otra molécula.
Este tipo de reacciones ocurren sobre sustratos con dobles o triples enlaces originando un
producto con mayor grado de saturación.
•
Reacciones de adición electrófila
catalizador
→ CH3CH2 CH3
Adición de Hidrógeno. Ej: CH3CH = CH2 + H2 
Adición de halógenos. Ej: CH3CH = CH2 + Br2 → CH3CHBrCH2Br
catalizador
Adición de agua. Ej: CH3CH = CH2 + H2 O 
→ CH3CHOHCH3
Adición de haluros de hidrógeno.
Ej:
CH3CH = CH2 + HCl → CH3CHClCH3
Iniciación a la Química
391
Regla de Markovnikov: En general, la adición de un reactivo del tipo HX ( H2 O , HCl …)
a un doble enlace de un alqueno da lugar a un producto mayoritario en el que el hidrógeno
del reactivo se ha unido al átomo de carbono que inicialmente tenía mayor número de
átomos de hidrógeno.
7.2.3 Reacciones de eliminación:
Una molécula pierde algunos átomos de posiciones adyacentes y origina una nueva
molécula con un enlace múltiple, doble o triple.
•
Deshidratación de alcoholes
Ej:
•
H2 SO4
CH3CH2 OH →
CH2 = CH2
calor
Deshidrohalogenación de haluros de alquilo
Ej:
KOH
CH3CHCl CH3 
→ CH2 = CHCH3
alcohol
Dependiendo del haluro de alquilo y de las condiciones de la reacción los
nucleófilos, que también son básicos, pueden participar en la reacción de
sustitución o en la de eliminación.
•
Deshalogenación de dihaluros vecinales
Ej:
catalizador
CH2BrCH2Br 
→ CH ≡ CH
Regla de Saytzeff: En las reacciones de eliminación, usualmente predominan los alquenos
más sustituidos, como productos de la reacción.
2.4 Reacciones de oxidación-reducción:
Entre los procesos de oxidación-reducción que pueden experimentar los compuestos
orgánicos se encuentra la combustión, la reacción de oxidación más típica de los
hidrocarburos.
La combustión es una reacción química muy exotérmica que se produce en presencia de
oxígeno que, en cantidad abundante, origina dióxido de carbono y agua como productos.
Ej:
CH3CH2 CH3 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2 O
392
Química del Carbono
RESOLUCIÓN DE CUESTIONES
Cuestión 1
Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Recibe el nombre de grupo funcional un átomo o grupo de átomos distribuidos
de tal forma que la molécula adquiere unas propiedades químicas características.
b) Dos compuestos orgánicos que poseen el mismo grupo funcional siempre son
isómeros.
c) Dos compuestos orgánicos con la misma fórmula molecular pero distinta
función, nunca son isómeros.
Solución
a) Cierto. Es la definición de grupo funcional.
b) Falsa. No tiene por qué tener la misma fórmula molecular.
c) Falsa. Pueden ser isómeros de función.
Cuestión 2
Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes proposiciones:
a) Los hidrocarburos saturados son mucho más reactivos que los insaturados.
b) Grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que confiere a la cadena
hidrocarbonada unas propiedades químicas características.
c) En el metano el átomo de carbono presenta hibridación sp3.
Solución
a) Falso. Los hidrocarburos saturados son poco reactivos porque no tienen
grupos funcionales. Los hidrocarburos insaturados son más reactivos debido a sus
dobles o triples enlaces, siendo la reacción más frecuente la de adición.
b) Cierto. Es la definición de grupo funcional.
c) Cierto. El carbono dispone sus enlaces sencillos tetraédricamente, por lo que
utiliza hibridación sp3.
Iniciación a la Química
393
Cuestión 3
Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) El punto de ebullición del metano es menor que el del butan-1-ol.
b) La molécula CHCl3 posee una geometría tetraédrica con el átomo de carbono
ocupando la posición central.
c) El etano es más soluble en agua que el etanol.
Solución
a) Cierta. El butan-1-ol tiene carácter polar y forma enlaces de hidrógeno a
través del grupo -OH, por lo que su punto de ebullición es mayor. Además, al
tener mayor tamaño que el metano, también son mayores las fuerzas de Van der
Waals entre sus moléculas. El metano es una molécula apolar y no forma enlaces
de hidrógeno.
b) Cierta. El átomo de carbono adopta hibridación sp3 y por lo tanto la
geometría de la molécula CHCl3 es tetraédrica.
c) Falsa. El etanol es soluble en agua por ser una molécula polar y capaz de
formar enlaces de hidrógeno a través del grupo -OH con las moléculas de este
disolvente, mientras que el etano es una molécula no polar y por tanto no
soluble en agua.
Cuestión 4
Las fórmulas moleculares de tres hidrocarburos lineales son: C3H6; C4H10; C5H12.
Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Los tres pertenecen a la misma serie homóloga.
b) Los tres presentan reacciones de adición.
c) Los tres poseen átomos de carbono con hibridación sp3.
Solución
a) Falsa. Por definición de serie homóloga, los homólogos solo se diferencian en
el número de grupos –CH2 –; El C3H6 tiene una instauración por lo que no
pertenece a la misma serie homóloga que los hidrocarburos saturados C4H10 y
C5H12 que sí son miembros de la misma serie.
b) Falsa. Los hidrocarburos saturados no experimentan reacciones de adición,
mientras que los hidrocarburos alifáticos insaturados dan reacciones de adición
al doble o triple enlace.
394
Química del Carbono
c) Cierta. Todos los carbonos con enlaces sencillos presentan hibridación sp3 y
todas las moléculas tienen, al menos, uno.
Cuestión 5
Las fórmulas moleculares de tres hidrocarburos lineales son: C2H4; C3H8; C4H10.
Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Los tres pertenecen a la misma serie homóloga.
b) Los tres experimentan reacciones de sustitución.
c) Sólo uno de ellos tiene átomos de carbono con hibridación sp2.
Solución
a) Falsa. Por definición de serie homóloga, los homólogos solo se diferencian en
el número de grupos
metileno, –CH2–, sin embargo el C2H4 tiene una
insaturación, mientras que el C4H10 y el C3H8 sí pertenecen a la misma serie
homóloga y son hidrocarburos saturados.
b) Falsa. El C2H4 es un alqueno y la reacción característica del doble enlace es la
adición.
c) Cierta. Sólo el C2H4 , ya que los carbonos con doble enlace presentan
hibridación sp2.
Cuestión 6
a) Indique los grupos funcionales presentes en las siguientes moléculas:
i)
ii)
iii)
CH3CH2CHOHCH3
CH3CHOHCHO
CH3CHNH2COOH
b) Escriba un isómero de función de la molécula del apartado i).
c )Escriba un isómero de posición de la molécula del apartado ii).
Solución
a) i) CH3CH2CHOHCH3 , grupo funcional alcohol (R-OH). El grupo –OH
(grupo hidroxilo) confiere a la molécula unas propiedades químicas
características.
ii) CH3CHOHCHO, grupo funcional alcohol (R-OH) y aldehído (R-CHO).
Iniciación a la Química
iii) CH3CHNH2COOH, grupo
carboxílico (R-COOH).
b) CH3CH2OCH2CH3.
c) CH2OHCH2CHO.
395
funcional
amina
(R-NH2)
y
ácido
Cuestión 7
Indique si la estructura de cada pareja representa el mismo compuesto o
compuestos diferentes, identificando los grupos funcionales presentes:
a) CH3CH2OCH3 y CH3OCH2CH3
b) CH3CH2OCH3 y CH3CHOHCH3
c) CH3CH2CH2OH y CH3CHOHCH3
Solución
a) Es el mismo compuesto. Si giramos 180º la molécula, vemos que es la misma
estructura. El grupo funcional es éter (R-O-R’).
b) Compuestos diferentes. CH3CH2OCH3 es un éter (R-O-R’), CH3CHOHCH3 es un
alcohol (R-OH).
c) Compuestos diferentes. Son dos isómeros de posición, ambos son alcoholes
(R-OH).
Cuestión 8
Indique los grupos funcionales de las siguientes moléculas:
a) CH3CH2COCH2CH3
b) CH3CH2CHOHCOOH
c) CH3CH2CHNH2CHO
Solución
a) Grupo funcional cetona. Contiene el grupo carbonilo: R-CO-R’.
b) Grupo funcional ácido. Contiene el grupo carboxilo: R-COOH. Grupo
funcional alcohol. Contiene el grupo hidroxilo: R-OH.
c) Grupo funcional aldehído. Contiene el grupo carbonilo en carbono terminal:
R-CHO. Grupo funcional amino. Contiene el grupo -NH2.
396
Química del Carbono
Cuestión 9
Defina serie homóloga e indique cuáles de los siguientes compuestos pertenecen
a la misma serie que CH3OH:
a) CH3CH2CH2CH2OH
b) CH3CH2OH
c) CH3COOH
Solución
Es un conjunto de compuestos orgánicos que contiene un mismo grupo
funcional y difieren solo en la longitud de la cadena, es decir, en el número
de –CH2 –.
a) Pertenece a la misma serie que CH3OH. Cumple la definición de serie
homóloga.
b) Pertenece a la misma serie que CH3OH. Cumple la definición de serie
homóloga.
c) No pertenece a la misma serie que CH3OH. No cumple la definición, es un
ácido carboxílico (contiene un grupo funcional diferente).
Cuestión
Cuestión 10
Dados los compuestos: butan-2-ol, CH3CHOHCH2CH3 , y 3-metilbutan-1-ol,
CH3CH(CH3)CH2CH2OH, responda, razonadamente, a las siguientes cuestiones:
a) ¿Son isómeros entre sí?
b) ¿Presenta alguno de ellos isomería óptica?
Solución
a) No. No tienen la misma fórmula molecular, para el butan-2-ol es C4H10O y
para el 3-metilbutan-1-ol es C5H12O.
b) Sí. El butan-2-ol presenta isomería óptica ya que el carbono número dos es
quiral, es decir, es un átomo de carbono con cuatro sustituyentes distintos.
Cuestión
Cuestión 11
a) Defina serie homóloga.
Iniciación a la Química
397
b) Escriba la fórmula de un compuesto que pertenezca a la misma serie homóloga
de cada uno de los que aparecen a continuación: CH3CH3; CH3CH2CH2OH;
CH3CH2NH2.
Solución
a) Es un conjunto de compuestos orgánicos que contiene un mismo grupo
funcional y difieren solo en la longitud de la cadena, es decir, en el número de
grupos –CH2 –.
b) El CH3CH2CH3 pertenece a la misma serie homóloga que el CH3CH3; El
CH3CH2OH pertenece a la misma serie que el CH3CH2CH2OH; El CH3CH2NH2
pertenece a la misma que el CH3CH2CH2NH2.
Cuestión 12
Defina los siguientes conceptos y ponga un ejemplo de cada uno de ellos:
a) Serie homóloga.
b) Isomería de cadena.
c) Isomería geométrica.
Solución
a) Es un conjunto de compuestos orgánicos que contiene un mismo grupo
funcional y difieren solo en la longitud de la cadena, es decir, en el número de
grupos –CH2 –. Por ejemplo: CH3CH3 y CH3CH2CH3.
b) Estos isómeros poseen el mismo grupo funcional, pero la estructura de la
cadena es diferente; puede ser lineal o ramificada. Por ejemplo, CH3CH2CH2CH3
y CH3CH(CH3)CH3.
c) Se presenta en los alquenos, debido al impedimento de giro del doble enlace.
El isómero cis tiene los sustituyentes en el mismo lado del doble enlace y el
isómero trans los tiene en lados opuestos. Por ejemplo:
398
Química del Carbono
Cuestión 13
Dados los siguientes compuestos: CH3COOCH2CH3 , CH3CONH2 , CH3CHOHCH3 y
CH3CHOHCOOH
a) Identifique los grupos funcionales presentes en cada uno de ellos.
b) ¿Alguno posee átomos de carbono asimétrico? Razone su respuesta.
Solución
a) CH3COOCH2CH3 , grupo éster (R-COO-R’); CH3CONH2 , grupo amida (RCONH2); CH3CHOHCH3 , alcohol (R-OH); CH3CHOHCOOH, ácido carboxílico (RCOOH) y alcohol (R-OH).
b) Sí. El CH3CHOHCOOH contiene un carbono asimétrico, ya que el carbono
número dos tiene todos los sustituyentes distintos.
Cuestión 14
Explique uno de los tipos de isomería que pueden presentar los siguientes
compuestos y represente los correspondientes isómeros:
a) CH3COCH3
b) CH3CH2CH2CH3
c) CH3CHFCOOH
Solución
a) Puede presentar isomería de función. Son isómeros con distintos grupos
funcionales. El isómero será CH3CH2CHO.
b) Puede presentar isomería de cadena. Los isómeros poseen el mismo grupo
funcional, pero la estructura de la cadena es diferente; puede ser lineal o
ramificada. El isómero será CH3CH(CH3)CH3.
c) Puede presentar isomería de posición. Los isómeros tienen el mismo grupo
funcional, en posición diferente, en una misma cadena. El isómero será
CH2FCH2COOH.
Puede presentar también isomería óptica. En este compuesto el carbono
número dos es quiral, los enantiómeros se representan a continuación:
Iniciación a la Química
399
Cuestión 15
Defina los siguientes conceptos y ponga un ejemplo de cada uno de ellos:
a) Isomería de función.
b) Isomería de posición.
c) Isomería óptica.
Solución
a) Isómeros de función son compuestos con la misma fórmula molecular pero con
distintos grupos funcionales. Por ejemplo: CH3CH2CH2OH y CH3OCH2CH3.
b) Isómeros de posición son compuestos que tienen el mismo grupo funcional, en
posición diferente, en una misma cadena. Por ejemplo: CH3CHOHCH3 y
CH3CH2CH2OH.
c) Isómeros ópticos son compuestos que tienen todas sus propiedades iguales y
que solo se diferencian en su distinto comportamiento frente a la luz polarizada,
ya que la disposición espacial de los sustituyentes es diferente. Se presenta esta
isomería cuando existe en la molécula un carbono quiral o asimétrico (carbono
unido a cuatro grupos diferentes). Por ejemplo:
Cuestión 16
16
Explique por qué el CH3CH2CH2OH es más soluble en agua que el CH3CH2CH2CH3.
Solución
El CH3CH2CH2OH es más soluble en agua porque es polar y forma con facilidad
enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, debido a la presencia del grupo
hidroxilo.
Los alcoholes son moléculas polares y por tanto solubles en disolventes polares
como el agua. La solubilidad en agua disminuye al aumentar la masa molecular
del alcohol.
El CH3CH2CH2CH3 es un alcano insoluble en agua por ser una molécula apolar.
400
Química del Carbono
Cuestión 17
17
Dados los siguientes compuestos orgánicos: CH3CH2CH3; CH3OH; CH2=CHCH3.
Indique razonadamente:
a) ¿Cuál es soluble en agua?
b) ¿Cuáles son hidrocarburos?
c) ¿Cuál presenta reacciones de adición?
Solución
a) CH3CH2CH3 es un alcano (apolar) y por tanto no es soluble en agua. CH3OH es
un alcohol (polar) y por tanto soluble en agua, forma enlaces de hidrógeno con
las moléculas de este disolvente. CH2=CHCH3 no es soluble en agua ya que no
posee grupos polares.
b) Hidrocarburos son los compuestos que están formados por carbono e
hidrógeno solamente, por tanto sólo lo son CH3CH2CH3 y CH2=CHCH3.
c) Los alquenos tienen doble enlace y experimentan las reacciones de adición a
este enlace. Sólo experimentará adición el CH2=CHCH3.
Cuestión 18
18
Los compuestos CH3CH2OH y CH3CH2CH3 tienen masas moleculares similares.
Indique, justificando la respuesta:
a) Cuál tiene mayor punto de fusión.
b) Cuál de ellos puede experimentar una reacción de eliminación y escríbala.
Solución
a) El CH3CH2OH es más polar que el CH3CH2CH3 y sus moléculas pueden formar
enlaces de hidrógeno a través de los grupos hidroxilo, por tanto, tiene mayor
punto de fusión
H2 SO4
b) El CH3CH2OH.
H − CH2 − CH2 − OH →
CH2 = CH2 + H2 O
calor
La reacción de eliminación se caracteriza por la pérdida de algunos átomos de
una cadena carbonada. En la reacción descrita, se elimina una molécula de agua
y se genera un doble enlace en la cadena.
Iniciación a la Química
401
Cuestión 19
Complete las siguientes reacciones e indique de qué tipo son:
a)
CH3CH = CH2 + HBr →
Solución:
CH3CH = CH2 + HBr → CH3CHBrCH3
Es una reacción de adición de HBr, una hidrobromación de un alqueno. Cuando
un reactivo asimétrico se adiciona a un alqueno (o alquino) asimétrico, el
fragmento más positivo (generalmente el H) se une al átomo de carbono al que
ya están unidos mayor número de átomos de H. Este resultado se corresponde
con la regla empírica propuesta por Markovnikov.
b)
CH3CH2 CH2 OH + H2 SO4 →
Solución:
CH3CH2CH2OH + H2SO4 → CH3CH = CH2 + H2O
Es una reacción de eliminación de H2O, una deshidratación de un alcohol, que
requiere un catalizador ácido.
Con alcoholes primarios mayores que el propílico, se obtienen mezclas de
alquenos como consecuencia de la isomerización (“cambio de posición”) del
doble enlace. Este tipo de isomerización es común bajo las condiciones de la
deshidratación catalizada por ácidos, por lo que no es un tipo de reacción muy
adecuada para la preparación de alquenos a partir de alcoholes primarios.
c)
H2 SO4
C6H6 ( benceno ) + HNO3 →
Solución:
H2 SO4
C6H6 ( benceno ) + HNO3 →
C6H5NO2 + H2O
Es una reacción de sustitución aromática electrofílica, típica de los anillos
aromáticos. Este caso consiste en la nitración del benceno y el reactivo
electrófilo es el ion nitronio (NO +2 ) , que procede de la mezcla de ácido nítrico y
ácido sulfúrico concentrados.
402
d)
Química del Carbono
H2 SO4
CH2 = CH2 + H2 O →
Solución:
H2 SO4
CH2 = CH2 + H2O →
CH3CH2OH
Es una reacción de adición de H2O, una hidratación de un alqueno.
e)
CH2 = CH2 + HCl →
Solución:
CH2 = CH2 + HCl → CH3CH2Cl
Es una reacción de adición de HCl, una hidrocloración de un alqueno.
AlCl3
C6H6 ( benceno ) + Cl 2 
→
f)
Solución:
AlCl3
C6H6 ( benceno ) + Cl 2 
→ C6H5Cl + HCl
Es una reacción de sustitución aromática electrofílica, típica de los anillos
aromáticos, una cloración de benceno.
g)
CH3COOH + CH3CH2 OH →
Solución:
CH3COOH + CH3CH2OH → CH3COOCH2CH3 + H2O
Es una reacción de esterificación. Los ácidos carboxílicos reaccionan
rápidamente con los alcoholes, en presencia de cantidades catalíticas de ácidos
minerales, para producir ésteres.
Iniciación a la Química
h)
403
CH2 = CH2 + Br2 →
Solución:
CH2 = CH2 + Br2 → BrCH2CH2Br
Es una reacción de adición de Br2 , una bromación de un alqueno.
i)
C4H10 + O 2 →
Solución:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2 O
Es una reacción de combustión. Los hidrocarburos, cuando se queman en
presencia de cantidad suficiente de oxígeno, producen dióxido de carbono y
agua.
En la combustión de un mol de butano se requieren 13/2 moles de oxígeno. Para
eliminar este coeficiente fraccionario, se han multiplicado todos los coeficientes
por 2.
j)
luz( hν )
CH4 + Cl 2 
→
Solución:
luz( hν )
CH4 + Cl 2 
→ CH3Cl + CH2Cl 2 + CHCl3 + CCl 4 + HCl
Es una reacción de sustitución, la cloración de un alcano. Mediante esta reacción
se sustituye un átomo de hidrógeno del hidrocarburo por un átomo de halógeno.
Esta sustitución, que se produce a altas temperaturas y especialmente en
presencia de la luz, tiene lugar mediante una reacción en cadena por radicales
libres que suele proporcionar mezcla de productos mono- y polihalogenados.
k)
CH2 = CH2 + O2 →
Solución:
CH2 = CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2 O
Es una reacción de combustión.
404
Química del Carbono
CH2 = CHCH3 + HI →
l)
Solución:
CH2 = CHCH3 + HI → CH3CHICH3
Es una reacción de adición de HI a un alqueno, que transcurre de acuerdo con la
regla de Markovnikov.
m)
H2SO4
CH2 = CHCH3 + H2O →
Solución:
H2SO4
CH2 = CHCH3 + H2O →
CH3CHOHCH3
Es una reacción de adición de H2O, una hidratación de un alqueno. Transcurre de
acuerdo con la regla de Markovnikov.
n)
CH3CH2 CHClCH2 + KOH → KCl +
Solución:
CH3CH2 CHClCH2 + KOH → KCl + CH3CH2 CHOHCH3
Es una reacción de sustitución del halógeno de un haluro de alquilo por un grupo
hidroxilo. Esta reacción se lleva a cabo calentando en disolución acuosa básica y
produce alcoholes.
Realmente, en el tratamiento de haluros de alquilo con bases entran en
competencia la reacción de sustitución (para dar alcoholes) y la de eliminación
(para dar alquenos). Aunque el predominio de una u otra depende de varios
factores, las condiciones que se especifican en cada uno de los ejemplos que
veremos, conducen a la obtención mayoritaria de los productos que se describen
en cada caso.
o)
CH3CH = CHCH3 + HBr →
Iniciación a la Química
405
Solución:
CH3CH = CHCH3 + HBr → CH3CHBrCH2CH3
Es una reacción de adición de HBr a un alqueno.
p)
CH3CHOHCH2 CH3 + H2 SO 4 → H2 O + .....
Solución:
CH3CHOHCH2 CH3 + H2 SO4 → H2 O + CH3CH = CHCH3 ( mayoritario ) + CH2 = CHCH2 CH3
Es una reacción de eliminación de H2O, una deshidratación de un alcohol. Se
produce una mezcla de alquenos, siendo el producto mayoritario el but-2-eno.
q)
KOH/ E tan ol
CH3CHBrCH3 
→ HBr + .....
Solución:
KOH/ E tan ol
CH3CHBrCH3 
→ HBr + CH3CH = CH2
Es una reacción de eliminación de HBr, una deshidrohalogenación de un haluro
de alquilo. Esta reacción se lleva a cabo calentando con hidróxido potásico
disuelto en alcohol. Si el medio básico no es fuerte ni alcohólico puede
producirse la reacción de sustitución (véase la reacción ”n”).
CH3CH2 COOH + CH3CH2 OH →
r)
Solución:
CH3CH2 COOH + CH3CH2 OH → CH3CH2 COOCH2 CH3 + H2 O
Es una reacción de esterificación.
s)
catalizador
CH3CH = CH2 + H2 
→
Solución:
catalizador
CH3CH = CH2 + H2 
→ CH3CH2 CH3
406
Química del Carbono
Es una reacción de adición de H2, la hidrogenación de un alqueno.
t)
CH ≡ CH + HCl →
Solución:
HCl
CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl 
→ CH2 CCl 2
Es una reacción adición de HCl, una hidrocloración de un alquino. La solución
que se ofrece corresponde primero a la adición de un mol de cloruro de
hidrógeno por mol de acetileno, la adición de un segundo mol de HCl al alqueno
obtenido en la primera etapa, daría el derivado dihalogenado correspondiente a
la orientación Markovnikov.
u)
KOH / e tan ol
CH3CHBrCHBrCH3 
→ 2 HBr + .....
Solución:
KOH / e tan ol
CH3CHBrCHBrCH3 
→ 2HBr + CH3C ≡ CCH3
Es una reacción de eliminación de dos moléculas de HBr del dibromuro de
alquilo. La deshidrohalogenación de un dihaluro vecinal da lugar a un haluro
vinílico y éste, en condiciones fuertemente básicas (como es este caso), puede
experimentar una segunda deshidrohalogenación para dar un alquino.
v)
hν
CH3CH2 CH3 + Cl 2 
→ HCl + .....
Solución:
hν
CH3CH2CH3 + Cl 2 
→ HCl + CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH3 + ......
Es una reacción de sustitución, la halogenación de un alcano. La cloración de los
alcanos superiores es similar a la del metano (véase reacción “j”), obteniéndose
mezclas de productos más complejas. Por esto, la cloración de alcanos no es, en
general, una reacción adecuada para preparar cloruros de alquilo.
Iniciación a la Química
407
Pt / Pd
w) CH ≡ CH + H2 →
Solución:
Pt /Pd
CH ≡ CH + 2H2 →
CH3CH3
Es una reacción de adición de H2, la hidrogenación de un alquino. Se presenta la
ecuación que corresponde a la hidrogenación completa del acetileno, que
requiere dos moles de H2 por mol de CH ≡ CH .
x)
Catalizador
CH2 = CH2 + H2 
→
Solución:
Catalizador
CH2 = CH2 + H2 
→ CH3CH3
Es una reacción de adición de H2, la hidrogenación de un alqueno.
y)
Luz
CH3 CH3 + Cl2 
→
Solución:
Luz
CH3CH3 + Cl2 
→ CH3CH2Cl + CH3CHCl2 + ClCH2CH2Cl + ..... + HCl
Es una reacción de sustitución, la halogenación de un alcano. La cloración de los
alcanos conduce a mezclas complejas de productos halogenados (véase
reacciones “j” y “w”).
z)
CH3 OH + O2 
→
Solución:
2 CH3 OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O
Es una reacción de combustión.
aa)
CH3 CH 2 CH = CH 2 + HI →
408
Química del Carbono
Solución:
CH3CH2CH = CH2 + HI → CH3CH2CHICH3
Es una reacción de adición de HI a un alqueno, que transcurre de acuerdo con la
regla de Markovnikov.
bb)
CH3CH = CHCH3 + H2 →
Solución:
CH3CH = CHCH3 + H2 → CH3CH2CH2CH3
Es una reacción de adición de H2, la hidrogenación de un alqueno.
cc)
CH3CH3 + O2 →
Solución:
2 CH3CH3 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2 O
Es una reacción de combustión.
dd)
KOH /E tan ol
CH3CH2CH2Br 
→
Solución:
KOH /E tan ol
CH3CH2CH2Br 
→ CH3CH = CH2 + HBr
Es una reacción de eliminación de HBr en un haluro de alquilo, para dar un
alqueno.
Cuestión 21
Indique el tipo a que pertenece cada una de las siguientes reacciones:
a) CH3CH2Br + NaOH → CH3CH2 OH + NaBr
Iniciación a la Química
b) CH3CH2 CH = CH2 + HCl → CH3CH2 CHClCH3
e tan ol
→ CH3CH = C ( CH3 ) 2 + NaBr + H2 O
c) CH3CHBrCH ( CH3 ) 2 + NaOH 
Solución:
a) Reacción de sustitución nucleófila.
b) Reacción de adición, hidrocloración de un alqueno.
c) Reacción de eliminación.
Cuestión 22
Ponga un ejemplo de cada una de las siguientes reacciones:
a) Adición a un alqueno.
b) Sustitución en un alcano.
c) Deshidratación de un alcohol.
d) Reacción de eliminación de HCl en un cloruro de alquilo.
Solución:
catalizador
→ CH3CH2 CH3
a) CH3CH = CH2 + H2 
luz
b) CH4 + Br2 
→ CH3Br + CH2Br2 + CHBr3 + CBr4 + HBr
H2SO4
c) CH3CH2OH →
CH2 = CH2 + H2O
KOH / E tan ol
d) CH3CHClCH3 
→ CH3CH = CH2 + HCl
409