Reacciones orgánicas de redox

REACCIONES ORGÁNICOS

DE

OXIDACIÓN

Y

REDUCCIÓN

EN

COMPUESTOS

1. ESTADO DE OXIDACIÓN EN COMPUESTOS INORGÁNICOS Los términos de oxidación y reducción en química inorgánica se refieren respectivamente a la pérdida o ganancia de electrones por un átomo o un ion. A un átomo en su estado elemental se le asigna un estado de oxidación de cero.
0 Zn

Oxidación

+2 ++ Zn ++

+2e

0 Br

1

+

e

Reducción

Br

ESTADO DE OXIDACIÓN EN MOLÉCULAS ORGÁNICAS El estado de oxidación para cada átomo de carbono en una molécula orgánica se obtiene agregando cada uno de los siguientes valores para cada uno de sus cuatro enlaces. Por cada enlace con: H C Heteroátomo Ejemplos: Número a agregar -1 0 +1

2
H3C S

0
CH

1
CH

3
C N

1
HC

1
C NH

3
CO1
CH2 Cl

Tabla 1. Estados de oxidación del carbono en compuestos orgánicos Estado de Primario Secundario Terciario oxidación -4 CH4 -3 RCH3 -2 CH3OH R2CH2 -1 RCH2OH R3CH 0 CH2O R2CHOH +1 RCHO R3COH +2 HCOOH R2CO +3 RCOOH +4 CO2

Cuaternario

R4C

En general, para cualquier átomo pude calcularse su estado de oxidación por añadir a su estado elemental: Por cada enlace con: • Átomomenos electronegativo • disminución de carga Átomo idéntico • Átomo más electronegativo • suma de carga Ejemplo: Para el nitrógeno:
0 3 H N R H 3 H N R N R H
1 3 5

Número a agregar -1 0 +1

3 R N O
O N
+

+

O

1

O

R NH OH

R N

O

R

O N

O

HO

Para otros átomos:
2 H3C O H H3C 1 F

Oxidación (pérdida de electrones): En una molécula ocurre cuando son removidoshidrógenos o se añaden oxígenos. Reducción (ganancia de electrones): En una molécula ocurre al añadir hidrógenos o remover oxígenos. La adición de otros heteroátomos sobre una molécula es también oxidación (a menos que el hidrógeno también se agregue) y remover heteroátomos es reducción (sin remover hidrógenos).

En una reacción química se pueden sumar los estados de oxidación de los átomos decarbono del sustrato y comparar con la suma del producto para comprobar si no hay cambio neto, si hay aumento del estado de oxidación (oxidación) o si éste decrece (reducción). Ejemplo: (a) No hay cambio neto +H2O
H3C CH CH CH O OH H3C CH CH2 CH O

3

1 Total = 4

1

1

-H2O

3

0 Total =

2 4

1

O Br CH2 HC CH2

+2H2O
Br CH2

OH CH CH2 OH

1 Total =

0 2

1

10 2

1

Total =

1 1 0
N

OH

1 1 1
N

OH

1 1

1 0

Total = 0

Total = 0

(b) Hay aumento del estado de oxidación
Oxidación
2 H2C 2 CH2 O

+

2 O 1 OH 1 H2C 1 CH2

O

H3C O

1

+

H3C

2 OH

Total:

carbono = -4
3 H3C 1 CH CH2

oxígeno = -2
0

carbono = -2
Br HC 1 1 Br

oxígeno = -4

2

+

0 Br Br

3 H3C

1 CH2

carbono = -6Br = 0

carbono = -4

Br = -2

El las reacciones de oxidación el agente oxidante acepta electrones de la molécula orgánica que será oxidada y por lo tanto se reduce.
3 1 1 3 H 1 O

Reducción Total:

H3C CH O

+

H H = -1

H2O

H3C CH

H3C CH2 OH

c = -2

c = -4 H = +1

2 H3C

1 I

+

0 Mg

4 2 H3C Mg

1 I

H2 O

4 CH4

+

2 1 Mg(OH)I

En lasreacciones de reducción, el agente reductor cede un par de electrones a la molécula orgánica que será reducida y por lo tanto éste se oxida.

Tabla 2. Agentes oxidantes comunes en química orgánica O2 HNO3 SO3 Cl2 Ag2O MnO2 + O3 RO-NO (CH3)2S -O Br2 HgO MnO4 + HO-OH SeO2 I2 Hg(OAc)2 CrO3 φ-N2 t-BuO-OH H2NCl NBS Pb(OAc)4 Cr2Cl2 + RCOO-OH H3N -OSO3 t-BuOCl FeCl3 OsO4 R3N+-OFe(CN)63IO4Deshidrogenación (-2H):Pt, Pd, S, Se, quinonas sustituidas, (t-BuO)3Al/R2CO

Tabla 3. Agentes reductores comunes en química orgánica Hidrogenación catalítica Hidruros Metales Pt LiAlH4 Li Pd AlH3 Na Ni NaBH4 K BH3 Zn R2BH Mg φ-SnH

Otros NH2NH2 R3P: SO3-SnCl2 FeCl2 [(CH3)2CHO]3Al

Los reactivos para oxidaciones y reducciones son frecuentemente inorgánicos. Muchos de éstos se emplean con alta frecuencia y son...