• Author / Uploaded
• Ana C. Labé Sanchez

Citation preview

Alcanos

Nomenclatura IUPAC de algunos radicales substituidos isopropil

Sec-butil (butilo secundario)

isobutil

Terc-butil (butilo terciario)

isopentil El prefijo sec- ( para secundario) terc- ( para terciario)

ALCANOS Fórmula General

CnH 2n + 2

Denominados también compuestos alifáticos

Nomenclatura - Se aplican las reglas básicas de la IUPAC. - La terminación (sufijo) para los alcanos es “ano”.

Representación del butano C4H10

Condensada

Estructural

Abreviada

ALCANOS - Nomenclatura ¿Cómo se nombran? A) Cuando son lineales: 4 primeros tienen un nombre sistemático que consiste en los prefijos met-, et-, prop-, e but- seguidos del sufijo "-ano". Los demás se nombran mediante os prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono e a terminación "-ano". Radical alquilo: agrupaciones de átomos procedentes de la eliminación de un átomo de H en un alcano.

Se nombra cambiando a terminación -ano por -ilo, -il

b) Cuando son ramificados (resumen):

• Elegir la cadena más larga. Si hay dos o más cadenas con igual número de C se escoge la que tenga mayor número de ramificaciones. • Numerar los átomos de carbono de la cadena principal comenzando por el extremo que tenga más cerca alguna ramificación, buscando que la posible serie de números "localizadores" sea siempre la menor posible. • Los sustituyentes se nombran antes que la cadena principal, precedidas de su correspondiente número localizador y con la terminación "-il" para indicar que son radicales y se ordenan por orden alfabético

• Si un mismo átomo de C tiene dos o más radicales se repite el número localizador delante de cada radical y se usa los prefijos. • Si un mismo radical se repite en uno o varios C, se separan los números localizadores de cada radical por comas y se antepone el prefijo di, tri, tetra• Si hay dos o más radicales diferentes en distintos carbonos, se nombran por orden alfabética (no se tienen en cuenta los prefijos: di-, tri-, tetra-, sec-, terc-) anteponiendo su número localizador a cada radical.

Elegir la cadena mas larga y numerar. Si hay dos o más cadenas con igual número de carbonos se escoge la que tenga mayor número de ramificaciones. CH3 CH3

1

CH

2

CH3

3

CH

CH

4

CH3

CH2

5

CH3

6

CH2CH3

CH3

CH

X

CH3 CH

CH

CH2

CH3

CH2CH3

Identificar sustituyentes con nº localizadores y nombrar: usar prefijos di, tri, tetra y orden alfabetica 2-metil 3-etil 4-metil

-2,4-dimetil hexano

•Numerar los átomos de carbono de la cadena principal comenzando por el extremo que tenga mas cerca alguna ramificación, buscando que la posible serie de números "localizadores" sea siempre la menor posible.

2,2,4-trimetil-pentano, y no 2,4,4-trimetil-pentano •Las cadenas laterales se nombran antes que la cadena principal, precedidas do su correspondiente número localizador y con la terminación "-il" para indicar que son radicales.

•Si un mismo átomo de carbono tiene dos radicales se pone el número localizador delante de cada radical y se ordenan por orden alfabético

4-etil-2-metil-5-propil-octano

Si un mismo radical se repite en varios carbonos, se separan los números localizadores de cada radical por comas y se antepone al radical el prefijo "di-", "tri-", "tetra-", etc.

2,3-dimetil-butano

•Si hay dos o mas radicales diferentes en distintos carbonos, se nombran por orden alfabética anteponiendo su número localizador a cada radical. En orden alfabética no se tienen en cuenta los prefijos: di-, tri-, tetra- etc Sec, Terc- . pero si se tiene en cuenta iso,

5-isopropil-3-metil-octano

Ejercicios: dibujar las siguientes estructuras:

3-metil-pentano

4-etil-2,4-dimetil-hexano

3-isopropil-2,5-dimetil-heptano

¿Como nombrar sustituyentes complejos? Si el sustituyente tiene subramificaciones, se nombra numerándolo a partir del punto de unión a la cadena principal y se identifican y localizan las ramificaciones.

CH3

CH3

1

2 3 4 5 6 CH3CHCHCH2CH2CH

CH3

7

8 9 CH CH2CH 3

CH2CH2CH2CH3 7

8

9

10

El nombre del sustituyente se escribe en orden alfabético, de acuerdo con la primera letra de su nombre completo (incluído cualquier prefijo numérico), y se incluye entre paréntesis al nombrar a la molécula completa

2,3-dimetil-6-(2-metilpropil)decano

Ejercicios: Escriba las fórmulas de los siguientes compuestos: 5-sec-butil-6-etil-7-isopropil-4,4-dimetil-6-propil-decano 8-etil-4-isopropil-3,5,7-trimetildecano 5-etil-3,3-dimetil-7-propildecano 5-(1,2-dimetilpropil)-3,3-dieti-undecano 5-(2-etilbutil)-3,3-dimetildecano 6-etil-2,2,3-trimetil-4-propilnonano 3,6-dietil-2,5,8-trimetil-7-propildodecano

Nomenclatura de Cicloalcanos Los cicloalcanos son alcanos que contienen un anillo de tres o más carbonos. Se caracterizan por la fórmula general CnH2n

Se nombran añadiendo el prefijo ciclo- al nombre del alcano sin ramificar con el mismo número de carbonos que el anillo.

ciclopropano

ciclobutano

ciclopentano

ciclohexano

cicloheptano

ciclooctano

Estructura de algunos cicloalcanos

• Los grupos sustituyentes se nombran del modo usual. El orden de numeración debe respetar el número de ramificaciones. La suma de los Nº de los prefijos debe ser la menor. • Carbono con mas sustituyentes, tiene prioridad en numeración

Etilciclopentano 1-Etil-3,3-dimetilciclohexano

X

3-Etil-1,1-dimetilciclohexano

OK

• Cuando un anillo contiene menos átomos de carbono que un grupo alquilo unido a él, el compuesto se nombra como un alcano y el anillo se trata como un sustituyente cicloalquilo. CH3CH2CHCH2CH3

3-ciclobutilpentano

(CH3)2CH

H3C

CH3

C(CH3)3

Terc-butilciclononano

4-Isopropil-1,1-dimetilciclodecano

Propiedades físicas de los alcanos C1 a C4 son gases a temperatura ambiente, C5 (n-pentano) al C16 (n-hexadecano) son líquidos, C17 o más átomos de C son sólidos. Son compuestos no polares, por lo tanto son solubles en solventes no polares e insolubles en polares como el agua. Son menos densos que el agua, por lo tanto flotan en ella. La principal interacción molecular en los hidrocarburos es la ATRACCIÓN DE VAN DER WAALS, en la cual los electrones de una molécula son atraídos por los núcleos de otra (son débiles) A mayor peso molecular (mayor número de C) mayor fuerza de van der waals, por lo tanto : A mayor peso molecular mayor punto de fusión y ebullición Alcanos lineales tienen mayores puntos de ebullición que los ramificados con similar peso molecular.

Propiedades: Puntos de ebullición

El punto de ebullición aumenta con el tamaño del alcano

Tabla 3.3 ALCANOS Nombre

Fórmula

P.f., ºC

n-Butano n-Pentano n-Hexano n-Heptano n-Octano n-Nonano n-Decano n-Undecano n-Dodecano n-Tridecano n-Tetradecano n-Pentadecano n-Hexadecano n-Heptadecano n-Octadecano n-Nonadecano n-Eicosano

CH 4 CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 2 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 9 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 10 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 11 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 12 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 13 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 15 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 16 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 17 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 18 CH 3

Isobutano Isopentano Neopentano Isohexano 3-Metilpentano 2,2-Dimetilbutano 2,3-Diemtilbutano

(CH 3 ) 2 CHCH 3 -159 (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 3 -160 (CH 3 ) 4 C - 17 (CH 3 ) 2 CH(CH 2 ) 2 CH 3 -154 CH 3 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 CH 3 -118 (CH 3 ) 3 CCH 2 CH 3 - 98 (CH 3 ) 2 CHCH(CH 3 ) 2 -129

Metano Etano Propano

-183 -172 -187

P.e., ºC

Densidad relativa (a 20 ºC)

-162 - 88.5 - 42 0 36

-138 -130 - 95 - 90.5 - 57 - 54 - 30 - 26

69 98 126 151 174 196

- 10 - 6 5.5 10 18 22 28 32

216 234 252 266 280 292 308 320

0.626 .659 .684 .703 .718 .730 .740 .749 .757 .764 .769 .775

36 - 12 28 9.5

.620

60 63 50 58

.654 .676 .649 .668

• Isómeros: son compuestos que tienen los mismos números y tipos de átomos pero difieren en la forma que se arreglan

C4H10

Butano

Isobutano (2-metilpropano)

Puntos de ebullición ISOMEROS: Alcanos con mismo numero de carbonos puntos de ebullición son muy distintos. La superficie efectiva de contacto entre dos moléculas disminuye cuanto más ramificadas sean éstas.

Las fuerzas intermoleculares son menores en los alcanos ramificados y tienen puntos de ebullición más bajos.

• Isómeros: son compuestos que tienen los mismos números y tipos de átomos pero difieren en la forma que se arreglan • Alcanos con más de 4 átomos de carbono comienzan a presentar isómeros constitucionales (isómero, griego isos + meros = “hechos de las mismas partes”) Fórmula

Número de isómeros

Fórmula

Número de isómeros

C6H14 C7H16 C8H18 C9H20

5 9 18 35

C10H22 C15H32 C20H42 C30H62

75 4.347 366.319 4.111.846.763

CONFORMACIONES DEL ETANO La ESTEREOQUÍMICA es la rama de la química que estudia los aspectos tridimensionales de las moléculas.

CONFORMACIONES DEL CICLOHEXANO

Debido a la libertad de giro de los enlaces simples C-C el ciclohexano tiene otras conformaciones además de la de silla

Conformación de bote

Conformación de bote torcido

Conformación de silla

Tensión en enlaces

Pequeña tensión en enlaces

Sin tensión en enlaces

Dos enlaces eclipsados

Dos enlaces parcialmente eclipsados

Sin enlaces eclipsados

Dos hidrógenos con problemas estéricos

Dos hidrógenos con pequeños problemas estéricos

Hidrógenos sin problemas estéricos

• En los alcanos, todos los enlaces son sencillos, covalentes y no polares. • No reaccionan con la mayoría de los ácidos comunes, ni con bases, ni con agentes oxidantes o reductores. • Los alcanos reaccionan con algunos reactivos, como el oxigeno y los halógenos.

1.- COMBUSTIÓN Es una reacción de oxidación

CnH2n+2

+

3n+1 O _____ 2 2

n CO2

+

(n+1) H 2O

Octano (componente de la gasolina) Dióxido de Carbono

Agua

Oxígeno Motor (combustión interna)

Ejemplos: CH3CH2CH2CH3 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Combustión completa ( )

O 2 H 2 +

g

2

O C

g

2

O 2

+

4

H C

( )

+ Calor

Combustión incompleta La combustión incompleta genera: CO y/o C (monóxido de carbono y/o hollín, respectivamente)

• A mayor peso molecular mayor calor de combustión (calor liberado) • Las ramificaciones disminuyen el calor de combustión • Los cicloalcanos tienen mayor calor de combustión que los alcanos lineales, debido a la mayor tensión angular de los cicloalcanos

Aplicaciones e importancia de los alcanos • Fuentes de energía: gas licuado (gas LP), gasolina, queroseno, etc. • Solventes: hexano, éter de petróleo, etc. • Asfalto usado en la pavimentación de las carreteras. • Ceras de velas • Aceites lubricantes. • Fuente de materias primas para la industria petroquímica.

Ruptura homolítica u homolisis Propia de dos átomos que no tienen una gran diferencia en electronegatividad. Cada átomo "se lleva" un electrón de cada pareja de electrones de enlace: da lugar a radicales libres. (Así se mide la Energía de Disociación).

Ruptura heterolítica o heterolisis Propia de dos átomos cuya electronegatividad es diferente. El átomo electronegativo "se lleva" los dos electrones de enlace: da lugar a iones. En general este proceso es menos costoso energéticamente que la ruptura homolítica.

2.-HALOGENACIÓN Es una reacción de sustitución en la que un cloro ha sustituido a un hidrógeno Luz UV

RH + X2

→

RX + HX

Haluro de alquilo

Mecanismo de la reacción de halogenación

Cl

+ fotón (hv)

Cl H

H

C

H

+

H

H

Cl

H H H

C H

Ruptura homolítica

+ Cl

Cl

H

+

Cl

Cl

H

+

C

C H

H

Cl

H

Cl

+

Cl

Descripción del estado de transición de la reacción de halogenación.

HALOGENACIÓN DE ALCANOS SUPERIORES Cloración del Propano En el caso del propano hay dos tipos de hidrógenos: 6 primarios y 2 secundarios. ¿Qué ocurre al hacerlo reaccionar con cloro?

El 2-cloropropano se produce en mayor proporción a pesar de que el número de hidrógenos primarios es mayor que el de secundarios ! Explicación: Los radicales secundarios son más estables que los primarios

Estabilidad de radicales libres (m enos estable)

C H 3 < R C H 2 < R 2C H < R 3C

(m ás estable)

Estabilidad de los radicales libres. Los radicales libres son más estables cuanto más sustituidos estén. Los radicales libres siguientes están escritos por orden decreciente de estabilidad. Los radicales (como los carbocationes) son deficientes en electrones ya que no completan el octeto alrededor del átomo de carbono. Igual que los carbocationes, los radicales están estabilizados por el efecto de donación de electrones de los grupos alquilo adyacentes.

ESTADO DE OXIDACIÓN EN MOLÉCULAS ORGÁNICAS