Quimica organica ll

Alcanos Los alcanos son compuestos con frmula molecular CnH2n+2. El hidrocarburo ms simple es el metano CH4 (n=1). Los hidrocarburos de cadena lineal se denominan hidrocarburos normales. Los cuatro primeros miembros de la familia de hidrocarburos lineales son los siguientes:

Alcanos

Existe un nico hidrocarburo con la frmula molecular CH4, uno slo con la frmula molecular C2H6 (el etano), uno slo con la frmula molecular C3H8 (el propano), pero sin embargo existen dos alcanos con la frmula molecular C4H10: el butano y el 2-metilpropano:

isomeros

Dos compuestos qumicos diferentes con la misma frmula molecular se denominan ismeros. El nmero de alcanos isomricos aumenta al aumentar nmero de tomos de carbono.

Hidrocarburos normales (cadena lineal)

N de carbonos

Frmula

Nombre

N total de ismeros

p.eb.C

p.f.C

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C20H42

metano etano propano butano pentano hexano heptano octano nonano decano undecano dodecano eicosano

1 1 1 2 3 5 9 18 35 75

-162 -89 -42 0 36 69 98 126 151 174 196 216

-183 -172 -187 -138 -130 -95 -91 -57 -54 -30 -26 -10 +36

366319

334

30

C30H62

tricontano

4.11x109

446

+66

Estructura El alcano ms simple es el metano CH4. Desde el siglo pasado se haba demostrado mediante hechos experimentales que la estructura del metano tena una forma tetradrica. Sin embargo, la justificacin de esta estructura no pudo hallarse hasta el desarrollo de la teora mecanocuntica entre los aos 1920 y 1930. Un tomo de carbono en su estado fundamental tiene dos electrones desapareados.

Estructura Los orbitales hbridos sp3 dan la mejor explicacin para la formacin de enlaces en los hidrocarburos saturados porque el tomo de carbono tiene la misma energa, tanto si est hibridizado como si no lo est, pero la configuracin hibridizada puede formar enlaces ms fuertes.

Estructura La geometra tetradrica tiene una ventaja adicional puesto que permite que los ncleos de hidrgeno estn lo ms alejados posible entre s para una longitud de enlace C-H. Y puesto que estos ncleos estn todos cargados positivamente, cuanto ms alejados estn, en igualdad de otras condiciones, menor ser la energa del sistema.

Estructura La molcula del metano es un tetraedro perfecto con ngulos de enlace de 109.5. La distancia de enlace C-H es de 1.09 . La hibridacin sp3 en el tomo de carbono explica la estructura del metano.

Nomenclatura de los alcanos. Si todos los hidrocarburos saturados fueran alcanos normales (lineales) se podran nombrar fcilmente por cualquier mtodo que reflejara el nmero de carbonos de cada uno de ellos. Sin embargo, los alcanos con ms de tres tomos de carbono pueden existir como ismeros estructurales. El criterio bsico para nombrar una estructura es elegir el nombre fundamental. Para la nomenclatura de los alcanos ramificados hay que seguir las siguientes reglas:

Nomenclatura de los alcanos Identificar la cadena principal (cadena ms larga). A ella le corresponder el nombre del hidrocarburo principal. El nombre se forma a partir de una raz de origen griego que indica el nmero de tomos de carbono de la cadena. Por ejemplo, una secuencia de cinco tomos se nombra utilizando el prefijo pent-, mientras que una de diez tomos se nombra mediante el prefijo dec-. Para completar el nombre fundamental de un alcano se aade a la raz la terminacin -ano.

Nomenclatura de los alcanos Numerar los tomos de la cadena principal de tal modo que los localizadores de las cadenas laterales tengan los nmeros ms bajos posibles. El compuesto ser un alquilalcano. Para nombrar a las cadenas laterales se cambia la terminacin -ano, que le correspondera al hidrocarburo, por la terminacin -ilo. Por ejemplo, un grupo CH3- unido a la cadena principal se le denomina metilo, un grupo CH3CH2- se denomina etilo y as sucesivamente. A continuacin se indica la numeracin de la cadena principal y la nomenclatura de un hidrocarburo ramificado. CH3CHCH2CH2CH3 2-metilpentano CH3

Nomenclatura de los alcanos Si hay dos o mas clases distintas de grupos alquilo sus nombres se sitan, generalmente, por orden alfabtico sin tener en cuenta los prefijos separados por un guin (t-, sec-) o los indicadores del nmero de grupos (di-, tri-, tetra-), que no se alfabetizan. Los prefijos iso y neo (que no se separan con guin) se alfabetizan

Nomenclatura de los alcanos CH3CHCH2CHCH2CH2CH3 CH3 CH3 2,4-dimetilpentano CH3 CH3CCH2CH2CHCH2CH3 CH3 CH2CH3 5-etil-2,2-dimetilheptano

Oxidacin de alcanos: Combustin La combustin de los alcanos es una de las reacciones orgnicas ms importantes si se tiene en cuenta la masa de material que utiliza este proceso. La combustin de gas natural, gasolina y fuel implica en su mayor parte la combustin de alcanos. Sin embargo, esta combustin deja de ser una reaccin orgnica tpica porque en primer lugar los reactivos de la reaccin son en realidad mezclas de alcanos y en segundo lugar porque el producto deseado de la reaccin es el calor que desprende y no los productos obtenidos en ella.

Isomera cis-trans. Los alquenos son hidrocarburos con enlaces dobles carbono-carbono. Se les denomina tambin olefinas. El alqueno ms simple es el etileno cuya frmula molecular es C2 H4. El doble enlace se representa, en una estructura de Lewis, mediante dos pares de electrones entre los tomos de carbono. La longitud del enlace C=C en el etileno es de 1.33 , mucho ms corto que el enlace simple C-C del etano que es de 1.54 . La longitud del enlace C-H en el etileno es de 1.08 , ligeramente menor que el enlace C-H en el etano que es de 1-09 .

alquenos

Estas distancias y ngulos de enlace se pueden explicar admitiendo que los dos tomos de carbono que forman el doble enlace presentan una hidridacin sp2 y que el doble enlace est constituido por un enlace s y un enlace p. El enlace s se forma por solapamiento de los orbitales sp2 de cada tomo de carbono. Cada uno de los enlaces

Nomenclatura de los alquenos. Para los alquenos ms sencillos se emplean casi siempre los nombres vulgares etileno, propileno e isobutileno. Para nombra sistemticamente a los alquenos hay que seguir una serie de reglas 1. Seleccionar la cadena principal de carbono ms larga que contenga el doble enlace (o el mayor nmero de dobles enlaces). El nombre fundamental del alqueno se generar cambiando la terminacin ano, correspondiente al alcano con el mismo nmero de carbonos, por la terminacin eno (propeno, buteno, octeno, ciclohexeno)

Nomenclatura de los alquenos 2. Numerar la cadena principal empezando por el extremo ms prximo al doble enlace, e indicar la posicin del doble enlace por el nmero que corresponda al primer carbono del mismo (1-penteno, 2-penteno) CH3CH=CHCH3 CH2=CHCH2CH3 1 2 3 4 1 2 3 4 2-buteno 1-buteno

Nomenclatura de los alquenos 3. Indicar el nmero de grupos alquilo y su posicin de unin a la cadena principal. 1 2 3 4 5 6 CH2=CHCHCH2CH2CH3 CH2CH2CH3

3-propil-1-hexeno

Nomenclatura de los alquenos 4. Si el compuesto tiene dos enlaces dobles ser un dieno. Un trieno contiene tres enlaces dobles, un tetraeno cuatro, etc. En alquenos que contienen ms de un doble enlace la cadena principal es la que contiene el mayor nmero de enlaces dobles. La numeracin de la cadena se efecta de manera que a los enlaces dobles se les asigne los localizadores mas bajos posibles.

Nomenclatura de los alquenos 1 2 3 4 5 6 7 CH2=CHCHCH2CH2CH=CH2 CH3-C-CH3 CH3 3-t-butil-1,6-heptadieno

alquenos La energa de disociacin del doble enlace C=C es aproximadamente de 146 kcal/mol y la energa de disociacin de un enlace simple C-C es de 83 kcal/mol. Por tanto, la energa de disociacin del enlace p debe ser de 63 kcal/mol. Los extremos de la molcula de etileno no pueden torcerse entre s, porque para ello se debera romper el enlace p. A diferencia de lo que ocurre en los enlaces simples, en los enlaces dobles C=C no hay libre rotacin. Este es el origen de la isomera cis-trans.

alquinos Los alquinos son hidrocarburos que contienen un triple enlace C-C. Se les denomina tambin hidrocarburos acetilnicos porque derivan del alquino ms simple que se llama acetileno. La estructura de Lewis del acetileno muestra tres pares de electrones en la regin entre los ncleos de carbono.

alquinos

El triple enlace es relativamente corto debido al solapamiento de los tres pares de electrones y al elevado carcter s de los orbitales hidridos sp (50% de carcter s), lo que aproxima ms a los tomos de carbono que forman el enlace del acetileno.

Generalizacin de la aromaticidad Durante muchos aos se supuso que la gran energa de resonancia del benceno sera comn en otros polienos cclicos con enlaces dobles conjugados. De modo genrico se denominan anulenos todos los polienos cclicos con enlaces simples y dobles alternados. Por ejemplo, el benceno es el anuleno de seis miembros y por tanto se le puede llamar [6]anuleno. El ciclobutadieno es el [4]anuleno, el ciclooctatetraeno es el [8]anuleno y el ciclopentaeno es el [10]anuleno

Aromaticos

Sin embargo, no todos los polienos conjugados cclicos gozan de la excepcional estabilidad termodinmica asociada al benceno

Procesos de polimerizacin Existen diversos procesos para unir molculas pequeas con otras para formar molculas grandes. Su clasificacin se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monmeras o en las condiciones experimentales de reaccin.

Mecanismos de polimerizacin Polimerizacin por adicin. Adicin de molculas pequeas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminacin de ninguna parte de la molcula (polimerizacin de tipo vinilo.). Adicin de pequeas molculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminacin de ninguna parte de la molcula (polimerizacin tipo epxido.). Adicin de pequeas molculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con eliminacin de una parte de la molcula (polimerizacin aliftica del tipo diazo.). Adicin de pequeas molculas unas a otras por ruptura del anillo con eliminacin de una parte de la molcula (polimerizacin del tipo -aminocarboxianhidro.). Adicin de birradicales formados por deshidrogenacin (polimerizacin tipo p-xileno.).

Mecanismos de polimerizacin Polimerizacin por condensacin. Formacin de polisteres, poliamidas, politeres, polianhidros, etc., por eliminacin de agua o alcoholes, con molculas bifuncionales, como cidos o glicoles, diaminas, disteres entre otros (polimerizacin del tipo polisteres y poliamidas.). Formacin de polihidrocarburos, por eliminacin de halgenos o haluros de hidrgeno, con ayuda de catalizadores metlicos o de haluros metlicos (policondensacin del tipo de Friedel-Craffts y Ullmann.). Formacin de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminacin de cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o por oxidacin de dimercaptanos (policondensacin del tipo Thiokol.).