32
QUÍMICA ORGÀNICA IES “25 D'ABRIL” ALFAFAR PROFESSOR: José Mª Bleda Guerrero

QUÍMICA ORGÀNICA

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: QUÍMICA ORGÀNICA

QUÍMICA ORGÀNICA

IES “25 D'ABRIL”ALFAFAR

PROFESSOR: José Mª Bleda Guerrero

Page 2: QUÍMICA ORGÀNICA

EL FI DEL LA TEORIA DELA FORÇA VITAL

Fins al segle XIX es pensava que totes les substàncies que formen part dels éssers vius, només es produïen en i per aquests organismes vius (teoria de la força vital). Aquesta teoria fou abandonada en 1828 quan Wöhler sintetitzà la urea (substància orgànica que es troba a l’orina) a partir de substàncies inorgàniques. Mitjançant l’anàlisi de les substàncies orgàniques es va constatar que l’element comú és el carboni, per això més apropiadament parlem de química del carboni.

Page 3: QUÍMICA ORGÀNICA

CARÀCTER SINGULAR DEL CARBONI

● La seua estructura electrònica 1s2 2s2 2p2,on pot promocionar un electró 2s a un orbital 2p i desaparellar 4 electrons (covalencia 4). Encaraque aquesta promoció necessita un subministrament d’energia, la formació de dos enllaços més el compensa.

● La seua electronegativitat intermèdia.● La gran capacitat de combinació amb sí mateix, formant

cadenes llargues, ramificades o anells molts estables.● Capacitat de combinació amb altres àtoms (H, O, N, Cl, S, P),

formant enllaços forts. ● La força de l’enllaç C-C● Capacitat de formar enllaços dobles i triples.

Page 4: QUÍMICA ORGÀNICA

ISOMERIAAls compostos diferents que tenen la mateixa fórmula molecular però diferent estructura (distribució dels seus àtoms) se’ls anomena isòmers. Hi ha diferents tipus d’isomeria.1) Isòmers estructurals: difereixen perquè els seus àtoms estant units en diferent ordre.

a) Isomeria de cadena: el mateix grup funcional, però l’estructura de la cadena és diferent.

b) Isomeria de posició: el mateix grup funcional situat en posició diferent.

C4H10 CH3-CH2-CH2CH3

Butà

CH3-CH-CH3

CH3

Metilpropà

C2H8O CH3-CHOH-CH3

2-propanolCH3-CH2-CH2OH1-propanol

Page 5: QUÍMICA ORGÀNICA

c) Isomeria de funció: amb el mateix nombre d’àtoms poden construir-se grups funcionals diferents.

2) Isòmers espacials o estereoisòmers: difereixen en la distribució dels seus àtoms en l’espai.

a) Isomeria geomètrica cis-trans: els substituients es poden situar a una u altra banda del doble enllaç.

C2H6O CH3-CH2-OHetanol

CH3-O-CH3

Dimetiléter

C3H6O CH3-CH2-COHpropanal

CH3-CO-CH3

Propanona

H H C=CCH3 CH3 cis-2-butè

CH3 H

C=CH CH3 trans-2-butè

Page 6: QUÍMICA ORGÀNICA

b) Isomeria òptica: l’isòmer dextro (+) desvia la llum polaritzada cap a la dreta, l’isòmer (-) desvia la llum polaritzada capa a l’esquerra. Es presenta quan en la molècula hi ha un carboni asimètric (unit a 4 grups diferents), poden haver dos isòmers diferents que són imatges especulares l’un de l’altre.

COOH

C OHH CH3

COOH

OH C H CH3

Page 7: QUÍMICA ORGÀNICA

PROPIETATS FÍSIQUES

Sucre (sacarosa)

Butà

acetona

Els compostos de carboni són compostos covalents per això les seues Tebullició i Tfusió són baixes, els que presenten certa polaritat són solubles en aigua (els de cadena curta) i els apolars són solubles en benzè i no condueixen el corrent elèctric.● Densitat: La densitat augmenta amb la massa molecularalcans, clorurs d’alquil < aigua < bromurs, iodurs d’alquil

Gasolina (octà)

Page 8: QUÍMICA ORGÀNICA

● Temperatura de fusió i ebullició. Aquestes temperatures augmenten amb la massa molecular (cadena hidrocarbonada més llarga) por això els compostos de cadena curta (1 a 4 carbonis) solen ser gasos o líquids i els de cadena llarga (més de 10 carbonis) són sòlids. La presència de forces intermoleculars augmenten aquestes temperatures: els aldehids i cetones presenten forces dipol-dipol i els alcohols, àcids i amines presenten enllaços d’hidrogen. En general per a un mateix esquelet carbonat es compleix:

Amides> àcids> alcohols, nitrils> amines> aldehids, cetones>hidrocarburs Si la geometria de les molècules permet un bon empaquetament les temperatures augmenten.

Page 9: QUÍMICA ORGÀNICA

● Solubilitat: Els compostos formats per molècules polars i especialment amb enllaços d’hidrogen són solubles en aigua (els de cadena curta). Aquesta solubilitat augmenta quant més grups funcionals tenen aquestes molècules. En general

Són solubles en dissolvents polars (aigua):

Amides > àcids > alcohols > amines > aldehids, cetones, nitrils.

Són solubles en dissolvents apolars (benzè)

Hidrocarburs > halurs d’alquil > esters > aldehids, cetones

A l’augmentar la longitud de la cadena carbonada disminueix la solubilitat en aigua però augmenta la seua solubilitat en dissolvents apolars.

Page 10: QUÍMICA ORGÀNICA

REACTIVITAT QUÍMICA Degut al caràcter covalent dels compostos orgànics no apareixen reaccions iòniques. Els enllaços són forts per això les energies d’activació són elevades i les reaccions lentes; moltes vegades cal utilitzar catalitzadors i temperatures altes.

REACCIONS DE SUBSTITUCIÓ

Un àtom o grup enllaçat a un àtom de C es substitueix per altre

NUCLEÒFILA:

● Els alcans reaccionen amb els halògens, en presencia de llum, substituint els hidrògens per àtoms d’halogen.

CH4 + Br2 CH3Br + HBr

Page 11: QUÍMICA ORGÀNICA

● Els haloalcans intercanvien l’àtom d’halogen -X per altre grup

(-OH, -CN, -NH2)

CH3CH2Cl + NaOH (en medi aquós) CH3CH2OH + NaCl

CH3CH2Br + NH3 CH3CH2NH2 + HBr

CH3CH2Cl + KCN CH3CH2CN + KCl

● Els alcohols intercanvien el grup -OH per un halogen -X

CH3CH2OH + HI CH3CH2I + H2O

ELECTRÒFILA

C6H6 + Cl2 (AlCl3) C6H5Cl + HCl

Page 12: QUÍMICA ORGÀNICA

C6H6 + HNO3 (H2SO4) C6H5NO2 + H2O

C6H6 + RCl (AlCl3) C6H5R + Hcl

REACCIONS D'ELIMINACIÓ

El compost perd una molècula xicoteta formant un enllaç doble (es forma l’alqué més substitut).

● Els haloalcans per pèrdua d’una molècula HX formen alquens

CH3CH2Cl + NaOH (etanol) CH2=CH2 + H2O + NaCl

● Els alcohols per pèrdua d’una molècula d’ H2O formen alquens

CH3CH(OH)-CH(CH3)2 + H2SO4 CH3-CH=C(CH3)2 + H2O

Page 13: QUÍMICA ORGÀNICA

REACCIONS D'ADDICIÓ

S'addiciona una molècula a un doble (o triple) enllaç. Es trenca el doble enllaç incorporant el par d’àtoms de la molècula que s’addiciona (H2, Cl2, Br2, I2, HF, HCl, HBr, HI, H2O). De vegades cal l’ús de catalitzadors (Pt, medi àcid). Es compleix la regla de Markonikov: l’àtom d’H s’addiciona a l’àtom de carboni més hidrogenat.

CH2=CH2 + H2 (Pt) CH3-CH3

CH2=CH2 + Br2 (CCl4) CH2Br-CH2Br

CH2=CH-CH3 + HBr CH3CHBrCH3

CH2=CH-CH3 + H2O (H+) CH3CHOHCH3

Page 14: QUÍMICA ORGÀNICA

REACCIONS ÀCID – BASE Acidesa creixent

RCOOH/RCOO- - C6H5OH/C6H5O- - H2O/OH- - ROH/RO- - RCCH/RCC- - RNH3+/RNH2

Basicitat creixent Na NaOHNa2CO3 HCl

● Àcids i alcohols reaccionen amb metalls molt reductors com el sodi (Na) alliberant hidrogen

CH3CH2OH + Na CH3CH2ONa + H2● Fenol i àcids es comporten com a àcids febles neutralitzant-se

amb hidròxids:

C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

Page 15: QUÍMICA ORGÀNICA

● Àcids reaccionen amb els carbonats alliberant CO2

CH3COOH + Na2CO3 CH3COONa + CO2 + H2O

● Amines es comporten com a bases febles neutralitzant-se amb àcids, formant sals amòniques:

CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl

REACCIONS DE CONDENSACIÓ

Dues molècules s’uneixen eliminant una molècula d'aigua.

Esterificació: Catalitzada por H+

CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O

Síntesi d’amides: Àcid + amina

CH3COOH + CH3NH2 CH3CONH2 + H2O

Page 16: QUÍMICA ORGÀNICA

REACCIONS D'HIDRÒLISI

Hidròlisi dels èsters: reacció inversa a l’esterificacióCH3CH2COOCH3 + H2O CH3CH2COOH + CH3OH

Saponificació dels èsters: hidròlisi alcalinaCH3CH2COOCH3 + NaOH CH3CH2COONa + CH3OH

Greixos amb sosa formen sabons (sals alcalines dels àcids greixos).

Hidròlisi de les amides: reacció inversa a la de síntesi:CH3CONH2 + H2O (medi bàsic) CH3COOH + NH3

Hidròlisi dels nitrils: en medi àcid (H+)

CH3CN + H2O CH3CONH2 CH3COOH + NH4+

Page 17: QUÍMICA ORGÀNICA

REACCIONS REDOX (+3) (+2) (+1) (-1) (-2) (-3)CH3COOH - CH3COCH3 - CH3CHO - CH3CH2OH - CH2=CH2 - CH3CH3 (+3) (+3) (-1)

CH3CN - CH3CONH2 - CH3CH2NH2 Augmenta el caràcter oxidant

Augmenta el caràcter reductor

Oxidants forts: KmnO4 (violeta) i K2Cr2O7 (taronja)

Oxidants febles: Reactiu Tollens (AgNO3 /NH3) Ag+ i Reactiu Fehling

(Cu(OH)2 /tartrat) Cu2+ (blau).Reductors: H2 (amb catalitzador), LiAlH4, Zn

Page 18: QUÍMICA ORGÀNICA

Combustió: Hidrocarburs i derivats oxigenats reaccionen a T elevada amb l’oxigen per a donar diòxid de carboni i aigua.

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Oxidació d’Alquens

CH3CH=CH2 + KMnO4 (diluït, medi bàsic, T) CH3CHOH-CH2OH + MnO2

(CH3)2C=CH2 + KMnO4 (concentrat, medi àcid, T ) CH3COCH3 + CO2

Oxidació d’Alcohols: Amb KMnO4 i K2Cr2O7 els alcohols 1º s’oxiden a aldehids (si l’oxidació continua es formen àcids), els 2º a cetones i els 3º no reaccionen.

CH3CH2OH + K2Cr2O7 CH3COH + Cr3+ (verd) CH3COOH

CH3CHOHCH3 + KMnO4 CH3COCH3 + Mn2+ (rosa)

Page 19: QUÍMICA ORGÀNICA

Oxidació d’Aldehids i cetones: els aldehids són reductors suaus que s’oxiden fàcilment a àcids, les cetones necessiten d’oxidants més enèrgics i calor.

CH3CH2CHO + Ag+ CH3CH2COOH + Ag (espill de plata)

CH3CH2CHO + Cu2+ CH3CH2COOH + Cu2O (roig)

Reducció d'Aldehids i cetones: a alcohols

CH3CH2COCH3 + H2 (Ni) CH3CH2CHOHCH3

Reducció d’Àcids: a aldehídos o alcohols 1º

CH3COOH + LiAlH4 CH3COH CH3CH2OH

Reducció d’amides i nitrils: a amines

CH3CONH2 + LiAlH4 CH3CH2NH2

CH3CN + H2 (Ni) CH3CH2NH2

Page 20: QUÍMICA ORGÀNICA

REACCIONS SEGONS GRUP FUNCIONAL

ALCANSSubstitució: CH4 + Br2 CH3Br + HBrCombustió: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

ALQUENS/ALQUINSAddició: CH2=CH-CH3 + H2O (H+) CH3CHOHCH3Polimerització: CH2=CH2 (-CH2-CH2-)nOxidació: CH3CH=CH2 + KMnO4 CH3CHOH-CH2OH + MnO2

HALOALCANSSubstitució: CH3CH2Cl + NaOH (aq) CH3CH2OH + NaClEliminació: CH3CH2Cl + NaOH (etanol) CH2=CH2 + H2O + NaCl

Page 21: QUÍMICA ORGÀNICA

ALCOHOLS

Substitució: CH3CH2OH + HI CH3CH2I + H2O

Eliminació: CH2OHCH(CH3)2 + H2SO4 CH2=C(CH3)2 + H2O

Àcid-base:

CH3CH2OH + Na CH3CH2ONa + H2

C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O

Oxidació:

CH3CH2OH + K2Cr2O7 CH3COH + Cr3+ (verd) CH3COOH

CH3CHOHCH3 + KMnO4 CH3COCH3 + Mn2+ (rosa)

Esterificació: CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O

Page 22: QUÍMICA ORGÀNICA

ALDEHÍDS I CETONES

Oxidació:

CH3CH2CHO + Ag+ CH3CH2COOH + Ag (espill de plata)

CH3CH2CHO + Cu2+ CH3CH2COOH + Cu2O (roig)

Reducció:

CH3CH2COCH3 + H2 (Ni) CH3CH2CHOHCH3

ÀCIDS

Àcid-base: CH3COOH + Na2CO3 CH3COONa + CO2 + H2O

Reducció: CH3COOH + LiAlH4 CH3COH CH3CH2OH

Condensació: CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O

Page 23: QUÍMICA ORGÀNICA

ÈSTERS

Hidròlisi: CH3CH2COOCH3 + H2O CH3CH2COOH + CH3OH

AMINES

Àcid-Base: CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl

Síntesis d'amides: CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl

AMIDES

Reducció: CH3CONH2 + LiAlH4 CH3CH2NH2

Hidròlisi: CH3CONH2 + H2O CH3COOH + NH3

Page 24: QUÍMICA ORGÀNICA

POLÍMERSUn polímer és una macromolècula gegant, d’elevada massa molecular, que repeteix en la seua estructura química una o varies unitats elementals (monòmers). Quan es polimeritzen conjuntament dos monómers distints es forma un copolímer.

Al procés de combinació química d’un gran nombre de molècules senzilles d’un determinat tipus (monòmers) per a formar una macromolècula gegant (polímer) se l’anomena polimerització.

Cada monómer ha de tindre, al menys, dos “punts de reacció” (dobles enllaços, polialcohols, etc.).

Page 25: QUÍMICA ORGÀNICA

● POLIMERITZACIÓ D'ADDICIÓ

S’obté per l’unió de moltes molècules del monòmer sense que es forme altre producte. Es donen en molècules que presenten dobles enllaços. Normalment es necessària la presència de catalitzadors, junt amb pressions i temperatures relativament elevades.

n CH2=CH2 (P=1000 atm i O2) → (-CH2-CH2-)n

etilè (etè) polietilè

n CH2=CHCl (catalitzador) → (-CH2-CHCl-)n

clorur de vinil policlorur de vinil (PVC)

POLIETILÈPVC

POLIESTIRÈ

Page 26: QUÍMICA ORGÀNICA

● POLIMERITZACIÓ DE CONDENSACIÓ

Cada dues molècules de monòmer es forma una més llarga i un altre més xicoteta que s’elimina (H2O, NH3, etc)

HOOC-(CH2)4-COOH + H2N-(CH2)6-NH2 [-OC-(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-]n + n H2O

àcid adípic hexametilendiamina poliamida (nylon)HOOC-CH2 -COOH + HOCH2-CH2OH [-OOC-CH2 -COOCH2-CH2-]n + n H2O

àcid propanodioic etanodiol polièster

nylon polièster Tubs de

poliamida

Page 27: QUÍMICA ORGÀNICA

DIVERSITAT EN LES SEUES PROPIETATS

- Rígids o flexibles (es poden motlurar).- Durs o blans.- Aïllants tèrmics i elèctrics.- Hidròfobs: són impermeables.- No solen tenir temperatures de fusió definides: es reblaneixen poc a poc, per això poden motlurar-se - Tenen baixa densitat.- Manifesten gran resistència a l’acció de reactius químics i al desgast (cadenes carbonatades saturades).- Solen ser insolubles en dissolvents polars i també enels apolars.- Presenten propietats mecàniques diferents:● elastòmers o gomes: molt elàstics, molt

deformables a T ambient i amorfes.● plàstics: motlurables a T elevada, conservant la

seua forma al disminuir T.● fibres: molt elàstiques, poc deformables i sòlids

cristal·lins.

Page 28: QUÍMICA ORGÀNICA

ACTIVITATS1) Indica tots els isòmers que tenen les següents fòrmules

moleculars: a) C2H4Cl2 b) C5H10O c) C3H8O c) C4H8

2) Quins dels següents compostos presenten isomeria òptica?a) CH3-CH2-CH(OH)-CH3 b) HO-CH2-CH(OH)-CH2-OHc) CH3-CH=CH-CH3 d) CH3-CO-CH

2Cl

3) Quina de les següents substàncies tè un punt de fusió major? Quines són solubles en aigua? a) butanona b) butanol c) butà

d) dietiléter e) etanamida f) metilamina4) Quina de les següents substàncies reaccionen amb Na2CO3

alliberant CO2 ? Quina/es reacciona amb Na, alliberant hidrogen? a) CH3CH2OH b) CH3COCH3 c) CH3-O-CH3 d) CH3CH2COOH

5) Quin compost decolora una dissolució de r2 i allibera un gas que envermell el paper indicador? a) propí b) etè c) etí d) età

Page 29: QUÍMICA ORGÀNICA

6) Classifica i completa les següents equacions químiques:

a) ciclohexè + H2 (Pt) b) 2-hexè + Cl2

c) 2-metil-2-butè + HBr d) 1-metil-ciclohexè + H2O

e) ciclohexanol + H2SO4 f) 2-pentanol + H2SO4

g) 2-cloropentà + NaOH (etanol) h) bromociclohexà + NaOH (etanol)

i) 2-pentí + 2 Br2 j) 1-butí + 2 HCl

k) 1-bromopropà + NaOH (aq) l) 2-clorobutà + KCN

m) 2-iodopropà + NH3 n) 3-pentanol + HI

ñ) butà + Br2 o) ciclohexè + KMnO4

p) etanol + Na q) fenol + NaOH

r) 1-pentanol + KMnO4 s) 3-etil-3-pentanol + K2Cr2O7

Page 30: QUÍMICA ORGÀNICA

t) 3-metil-2-butanol + K2Cr2O7 u) àcid acètic + LiAlH4 v) acetaldehid + H2 (Ni) w) dietilcetona + H2 (Ni) x) etanol + àcid propanoic y) propanoat d’etil + NaOH z) àcid acètic+ NH3 a1) etanonitril + H2 b1) metanamida + H2O c1) propilamina + HCl

d1) àcid butanoic + NaOH e1) dietilamina + àcid propanoicf1) benzè + Cl2 (AlCl3) g1) benzè + HNO3 (H2SO4) 7) Quina de les següents substàncies formarà un espill de plata al ser oxidada per una dissolució de Ag(NH3)+ ? a) acetona b) acetat d’etil c) propanal d) trietilamina8) Completa:a) OHCH2CH2OH + HOOC-COOH b) C6H5-CH=CH2 c) CH3-CHOH-COOH 9) La fórmula desenvolupada del tefló és (-CF2-CF2-)n Quin monòmer podria donar lloc a aquest polímer?

Page 31: QUÍMICA ORGÀNICA

SOLUCIONS1) a) CH2Cl-CH2Cl (1,2-dicloroetà) CHCl2-CH3 (2,2-dicloroetà) isòmers de posició.b) CH3-CO-CH2-CH2-CH3 (2-pentanona) (1)CH3-CH2-CO-CH2-CH3 (3-pentanona) (2)CH3-CH2-CH2-CH2-CHO (pentanal) (3)CH3-CH2-CH(CH3)-CHO (2-metilbutanal) (4)CH3-CO-CH(CH3)-CH3 (3-metil-2-butanona) (5)Isòmers de posició: (1) amb (2), Isòmers de funció: (1),(2) amb (3)Isòmers de cadena: (1),(2),(3) amb (4),(5)c) CH3-CH2-CH2-OH (1-propanol) (1) CH3-CH(OH)-CH3 (2-propanol) (2)CH3-CH2-O-CH3 (etil metil éter) (3) Isòmers de posició: (1) i (2).Isòmers de funció: (1),(2) amb (3)d) CH2=CH-CH2-CH3 (1-butè) CH3-CH=CH-CH3 (2-butè)Són isòmers de posició. El 2-butè també presenta isomeria geomètrica:2) El 2-butanol 3) Punt de fusió: etanamida > butanol > metilamina > butanona > dietiléter > butà.Solubilitat: etanamida > butanol > metilamina > butanona4) Amb carbonat només reacciona el CH3CH2COOHAmb el Na reaccionen CH3CH2OH i CH3CH2COOH5) Età

Page 32: QUÍMICA ORGÀNICA

6) a) ciclohexà C6H14 b) 2,3-diclorohexà CH3-CHCl-CHCl-CH2-CH2-CH3 c) 2-bromo-2-metilbutà CH3-CBr(CH3)-CH2-CH

3 d) 1-metil-ciclohexanol C5H10C(CH3)OH

e) ciclohexè C6H10 f) 2-pentè CH3-CH=CH-CH2-CH3g) 2-pentè CH3-CH=CH-CH2-CH3 h) ciclohexè C6H10i) 2,2,3,3-tetracloropentà CH3-CBr2-CBr2-CH2-CH3 j) 2,2-diclorobutà CH3-CCl2-CH2-CH3 k) 1-propanol CH3-CH2-CH2OH l) 2-metilbutanonitril CH3-CH2-CH(CH3)-CNm) 2-propanamina CH3-CH(NH2)-CH3 n) 3-iodopentà CH3-CH2-CHI-CH2-CH3ñ) 1-bromobutà CH3-CH2-CH2-CH2Br o) 1,2-ciclohexanodiol C4H8-CHOH-CHOH p) etanolat de sodi C2H5ONa q) fenolat de sodi C6H5ONar) pentalnal CH3-CH2-CH2-CH2-CHO que pot arribar a àcid pentanoic CH3-(CH2)3-COOHs) No hi ha reacciót) 3-metil-2-butanona CH3-CO-CH(CH3)-CH3 u) etanal CH3-CHO o etanol CH3-CH2OHv) etanol CH3-CH2OH w) 3-pentanol CH3-CH2-CH(OH)-CH2-CH3x) propanota d'etilo CH3CH2COOCH2CH3 y) propanoat de sodi i etanolz) acetat d'amoni CH3COO-NH4+ a1) etanamina CH3CH2NH2b1) àcid metanoic + amoníac c1) clorur de propilamoni CH2CH2CH3NH3+Cl-d1) butanoat de sodi CH3-(CH2)2-COONa e1) N,N-dietilpropanamida CH3CH2CON(CH3)2f1) clorobenzè C6H5Cl g1) nitrobenzè C6H5NO2 7) Propanal8) a) (-OCH2CH2OOC-CO-)n + H2O polièsterb) (-C(C6H5)H-CH2-)n polivinilbenzèc) (-O-CH(CH3)-COO-CH(CH3)-CO-)n + H2O 8) CF2=CF2 tetrafluoroetè