Reacciones Químicas Orgánicas y Propiedades de Grupos Funcionales

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Alquenos

  • Adición:
    • Hidrogenación: $\text{H}_2$/cat.
    • Electrofílica ($E^+$): Halogenación ($ ext{Cl}_2, \text{Br}_2/\text{CCl}_4$), Haluros de alquilo ($ ext{HBr}, \text{HCl}, \text{HI}/\text{CCl}_4$), Hidratación ($ ext{H}_2 ext{O}/\text{H}_2 ext{SO}_4 \rightarrow \text{alcoholes}$).
  • Oxidación:
    • Hidroxilación: $\text{KMnO}_4/\text{H}_2 ext{O}$ (frío) $\rightarrow$ dioles.
    • Ozonólisis: $ ext{O}_3$
      • Reductiva: $\text{Zn}/\text{H}_2 ext{O}$, $ ext{AcH} \rightarrow$ aldehídos / cetonas.
      • Oxidativa: $\text{H}_2 ext{O}_2 \rightarrow$ cetonas / ácidos carboxílicos.
  • Polimerización: Radicalaria o por peróxidos.

Alquinos

  • Adición:
    • Hidrogenación: Total ($ ext{H}_2$/cat); Parcial ($ ext{Na/NH}_3 \rightarrow$ trans; $ ext{BaSO}_4/ ext{Quinol} \rightarrow$ cis).
    • Electrofílica ($E^+$): Halogenación, Haluros de alquilo, Hidratación ($ ext{H}_2 ext{O}/\text{H}_2 ext{SO}_4 \rightarrow$ alcoholes $\rightarrow$ tautomería $\rightarrow$ cetona).
  • Acidez ($S_N^-$): Adición de base fuerte ($ ext{NaNH}_2$) $\rightarrow$ sal + derivado halogenado $\rightarrow$ sustitución nucleófila ($S_N^-$).

Haluros de Alquilo

  • Nucleófilos ($N^-$): $ ext{OH}^-, \text{RO}^-, \text{ROH}, \text{NH}_3, \text{RNH}_2, \text{CN}^-$.
  • Carbono 1º: $S_N^-$.
  • Carbono 2º: $S_N^-$ / Eliminación ($ ext{RO}^-, \text{OH}^-, \text{NaNH}_2$).
  • Carbono 3º: Eliminación predominante / $S_N^-$ minoritaria con $ ext{H}_2 ext{O}, \text{ROH}$.

Compuestos Aromáticos

  • Sustitución Electrofílica Aromática ($S_E^+A$):
    • Halogenación: $ ext{Cl}_2 / \text{AlCl}_3$; $ ext{Br}_2 / \text{FeBr}_3$.
    • Sulfonación: $ ext{SO}_3 / \text{H}_2 ext{SO}_4$.
    • Nitración: $ ext{HNO}_3 / \text{H}_2 ext{SO}_4$.
    • Alquilación de Friedel-Crafts: $\text{R-Cl} / \text{AlCl}_3 \rightarrow \text{-R}$.
    • Acilación de Friedel-Crafts: $\text{R-CO-Cl} / \text{AlCl}_3 \rightarrow \text{-CO-R}$.
  • Otras Reacciones:
    • Adición: Hidrogenación ($ ext{H}_2$/cat).
    • Oxidación del alquilbenceno: $\text{KMnO}_4 \rightarrow \text{-COOH}$.
    • Halogenación de cadena lateral: Radicalaria ($ ext{Cl}_2/\text{Br}_2 + h\nu$) o electrofílica ($ ext{Br}_2/\text{FeBr}_3$, $ ext{Cl}_2/\text{AlCl}_3$).

Alcoholes y Fenoles

  • Acidez: Fenoles > Alcoholes. Adición de base fuerte $\rightarrow$ alcóxido / fenóxido.
  • Ruptura del enlace C-OH (solo alcoholes):
    • Sustitución Nucleófila ($S_N^-$): $ ext{HI}/\text{PI}_3$, $ ext{HBr}/\text{PBr}_3$, $ ext{HCl}/\text{SOCl}_2$.
    • Eliminación: $ ext{H}_2 ext{SO}_4$.
  • Síntesis de Williamson ($S_N^-$): Alcóxido/fenóxido + derivado halogenado $\rightarrow$ éter.
  • Esterificación: Ácido carboxílico + alcohol $\rightarrow$ éster + $ ext{H}_2 ext{O}$.
  • Oxidación: Primarios $\rightarrow$ ácido carboxílico (o aldehído con PCC); Secundarios $\rightarrow$ cetona.

Éteres

Fórmula general: (\text{R-O-R'}). Los cíclicos se denominan epóxidos.

  • Degradación: Con $ ext{HI}/\text{HBr}$. Los lineales se dividen en 2 moléculas más pequeñas (excepto si contienen un anillo bencénico, formando fenol + yoduro de alquilo). Los éteres cíclicos reaccionan con alcoholes, tioles y aminas.

Tioles y Sulfuros

  • Tioles: Análogos a los alcoholes; diferencias: no forman enlaces de hidrógeno fuertes, el átomo de S presenta mayor acidez originando tiolatos.
  • Sulfuros: Análogos a los éteres (\text{R-S-R'}).

Aldehídos y Cetonas

Nomenclatura: si no es el grupo principal se nombra como -formil (aldehídos) o -oxo (cetonas).

  • Adición Nucleófila ($N^-$):
    • Ácido cianhídrico ($ ext{HCN}$): Catalizado por $ ext{NaCN/HCl} \rightarrow$ cianhidrinas.
    • Reactivo de Grignard: $\text{R-X} + \text{Mg} \rightarrow \text{R-Mg-X}$, que reacciona con aldehídos/cetonas.
    • Aminas (Condensación): Aldehído/cetona + $ ext{NH}_2\text{-R} \rightarrow$ adición $\rightarrow$ eliminación $\rightarrow$ imina + $ ext{H}_2 ext{O}$.
  • Oxidación: Solo los aldehídos se oxidan fácilmente a ácidos carboxílicos (\text{R-COOH}).
  • Reducción: Aldehídos $\rightarrow$ alcoholes primarios; Cetonas $\rightarrow$ alcoholes secundarios (Reactivos: $ ext{LiAlH}_4$, $ ext{H}_2$/cat, $ ext{NaBH}_4$).
  • Reducción de Clemmensen: $ ext{Zn(Hg)} / \text{HCl}$. Aldehído $\rightarrow \text{R-CH}_3$; Cetona $\rightarrow \text{R-CH}_2\text{-R'}$.

Aminas

Nomenclatura: si no es el grupo principal se nombra como -amino.

  • Basicidad: Alifáticas > Aromáticas (debido a la deslocalización de electrones por resonancia).
  • N-Alquilación ($S_N^-$): $\text{R-NH}_2 + \text{R'-X} \rightarrow \text{R-NH-R'} + \text{HX}$, pudiendo continuar hasta sales de amonio cuaternario.
  • N-Acilación ($S_N^-$): Aminas 1º y 2º con cloruros de ácido o anhídridos para formar amidas.
  • Reacción con Ácido Nitroso ($ ext{HNO}_2$): $ ext{R-NH}_2 + \text{NaNO}_2/\text{HCl} \rightarrow \text{R-N}_2^+\text{Cl}^-$ (sal de diazonio, estable si R es aromático por resonancia).
  • Reacciones de Sales de Diazonio:
    • Sustitución Nucleófila ($S_N^-$): Con $ ext{H}_2 ext{O}/\text{H}^+ \rightarrow$ fenol; $ ext{CuCN} \rightarrow$ benzonitrilo; $ ext{CuBr} \rightarrow$ bromobenceno; $ ext{CuCl} \rightarrow$ clorobenceno; $ ext{KI} \rightarrow$ yodobenceno; $ ext{H}_3 ext{PO}_3/\text{H}_2 ext{O} \rightarrow$ benceno.
    • Acoplamiento: Sal de diazonio + fenol o amina aromática 3º $\rightarrow$ puente azo $\text{-N=N-}$ (azocompuestos).

Nitrocompuestos

  • Reducción: Específicamente en compuestos aromáticos con $ ext{H}_2$/cat o $ ext{Zn/HCl} \rightarrow$ anilina.

Ácidos Carboxílicos

  • Acidez: $\text{R-COOH} + \text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{R-COO}^-\text{Na}^+$ (carboxilato) + $ ext{CO}_2(g) + \text{H}_2 ext{O}$.
  • Sustitución Nucleófila ($S_N^-$) [Adición + Eliminación]:
    • $\text{R-COOH} + \text{SOCl}_2 \rightarrow \text{R-CO-Cl}$ (cloruro de ácido).
    • $\text{R-COOH} + \text{R'-COOH} \rightarrow \text{R-CO-O-CO-R'}$ (anhídrido).
    • $\text{R-COOH} + \text{R'-OH} \rightarrow \text{R-CO-O-R'}$ (éster).
    • $\text{R-COOH} + \text{NH}_3 / \text{aminas} \rightarrow \text{R-CO-NH}_2$ (amida).
  • Reducción: $\text{R-COOH} + \text{LiAlH}_4 \rightarrow \text{R-CH}_2\text{-OH}$ (alcohol primario).

Derivados de Ácidos Carboxílicos

Reactividad según la carga parcial positiva del carbono carbonílico (polaridad del enlace): Cloruros de ácido > Anhídridos > Ésteres > Amidas (Cl > O > N).

Cloruros de Ácido

  • $S_N^-$: Reaccionan con $ ext{H}_2 ext{O}$ ($\rightarrow$ ácido), alcoholes ($\rightarrow$ éster), ácidos carboxílicos ($\rightarrow$ anhídrido), amoníaco y aminas ($\rightarrow$ amidas).
  • $S_E^+A$: Benceno + $\text{R-CO-Cl} \rightarrow$ fenilcetona.

Anhídridos

  • $S_N^-$: Reaccionan con $ ext{H}_2 ext{O}$, alcoholes y aminas para formar ácidos, ésteres y amidas respectivamente.

Ésteres

  • $S_N^-$ (Hidrólisis y transesterificación): Reacción con agua en medio ácido, alcoholes o aminas.
  • Reducción: $\text{R-CO-O-R'} + \text{LiAlH}_4 \rightarrow \text{R-CH}_2\text{-OH} + \text{R'-OH}$.

Amidas

  • $S_N^-$ (Hidrólisis): $\text{R-CO-NH-R'} + \text{H}_2 ext{O}/\text{H}^+ \rightarrow \text{R-COOH} + \text{NH}_2\text{-R'}$.
  • Reducción: $\text{R-CO-NH-R'} + \text{LiAlH}_4$ o $ ext{H}_2$/cat $\rightarrow \text{R-CH}_2\text{-NH-R}$.
  • Deshidratación: $\text{R-CO-NH}_2 + \text{P}_2 ext{O}_5 \rightarrow \text{R-C}\equiv\text{N}$ (nitrilo) + $ ext{H}_2 ext{O}$.
  • Degradación de Hofmann: $\text{R-CO-NH}_2 + \text{Br}_2 / \text{KOH} \rightarrow \text{R-NH}_2$ (se elimina el grupo carbonilo $ ext{C=O}$).

Nitrilos

Considerados derivados deshidratados de las amidas.

  • $S_N^-$: $\text{R-C}\equiv\text{N} + \text{H}_2 ext{O}/\text{H}^+ \rightarrow \text{R-COOH}$.
  • Reducción: $\text{R-C}\equiv\text{N} + \text{LiAlH}_4 \rightarrow \text{R-CH}_2\text{-NH}_2$ (amina primaria).