estudio de los alcanos, alquenos y alquinos

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN ASIGNATURA: QUIMICA ORGANICA I MAESTRA: IMELDA TENORIO PRIETO INTEGRANTES DEL EQUIPO: AVELINO SANCHEZ JORGE ARTURO RODRIGUEZ LOPEZ MARCOS VINICIO HERNANDEZ VELAZQUEZ JESUS ANTONIO FONSECA HERANDEZ JUAN ADAN EQUIPO: 4C CARRERA: INGENIERIA QUIMICA 2DO SEMESTRE GRUPO: 2 M

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN

ASIGNATURA:

QUIMICA ORGANICA I

MAESTRA:

IMELDA TENORIO PRIETO

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

AVELINO SANCHEZ JORGE ARTURO

RODRIGUEZ LOPEZ MARCOS VINICIO

HERNANDEZ VELAZQUEZ JESUS ANTONIO

FONSECA HERANDEZ JUAN ADAN

EQUIPO: 4C

CARRERA:

INGENIERIA QUIMICA

2DO SEMESTRE GRUPO: 2 M

MINATITLAN, VER. A 17/02/2017

INDICE

TEMA 4: ESTUDIO DE ALCANOS, ALQUENOS Y ALQUINOS

INTRODUCCION………………………………………………………......................1

4.1 NOMENCLATURA DE ALCANOS, ALQUENOS Y ALQUINOS……………2

4.2 PROPIEDADES Y REACCIONES DE ALCANOS………………………………………………………………………………7

4.2.1. OXIDACIÓN…………………………………………………………………………..19

4.2.2. CRAQUEO…………………………………………………………………….10

4.2.2. HALOGENACION Y MECANISMO DE REACCIÓN…………………………………………………………………………...12

4.3. PROPIEDADES Y REACCIONES DE ALQUENOS………………………..21

4.3.1. REACTIVIDAD DE DOBLE ENLACE Y MECANISMO DE ADICIÓN ELECTROFILICA…………………………………………………………………….22

4.3.1 HIDROGENACION……………………………………………………………23

4.3.2. ADICION DE AGUA………………………………………………………….24

4.3.2 OXIMERCURIACION-DESMERCURIACION………………………………24

4.3.3 HIDROBORACION-OXIDACION……………………………………………26

4.3.3. HALOGENACION…………………………………………………………….27

4.3.3. OZONOLISIS………………………………………………………………….29

4.4 PROPIEDADES Y REACCIÓN DE ALQUINOS…………………………………………………………………………...30

4.4.1. HIDRATACION DE ALQUINO………………………………………………32

4.5. USOS DE HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS……………………………….33

GLOSARIO…………………………………………………………………………...35

CONCLUSION………………………………………………………………………..38

BIBLIOGRAFIAS…………………………………………………………………….39

INTRODUCCION

El estudio de los alcanos, alquenos y alquinos.

Los Hidrocarburos son sustancias químicas producidas en la naturaleza que están formados por carbono e hidrógeno, estos átomos se disponen en una gran variedad de formas dando así origen a varios tipos de hidrocarburos siendo los principales el petróleo y el gas natural. Estas sustancias se producen en capas profundas de la tierra a lo largo de millones de años, provienen de la descomposición de plantas y animales de eras remotas.Los hidrocarburos salen al exterior de forma espontánea o por perforación y explotación de sus yacimientos. Una vez procesados pueden dar origen a una gran cantidad de productos de gran utilidad en la vida cotidiana, con ellos se hacen procesos de generación de energía como los combustibles y para el uso industrial en la fabricación de productos tan diversos como los lubricantes para vehículos y maquinarias, asfalto, plásticos, cosméticos e incluso artículos de higiene y cuidado personal. Los hidrocarburos son de gran utilidad para los seres humanos, ya que ocupan los derivados de ellos para muchas actividades, sin embargo el uso de ellos ha sido demasiado explotado ya sus derivados de ellos producen sustancias toxicas como lo son el óxidos de carbono en forma de monóxido de carbono y dióxido que se elevan a la atmosfera y contribuyen a acelerar el efecto invernadero. Están divididos en alifáticos y aromáticos, los hidrocarburos alifáticos de cadena abierta que son alcanos, alquenos y alquinos, que se clasifican saturados (alcanos) e insaturados (alquenos y alquinos).

Alcano: Un compuesto químico formado a partir de la combinación de carbono e hidrógeno. En este caso, se trata de un hidrocarburo saturado, ya que sus enlaces covalentes son sencillos. En general se dice que los alcanos son alifáticos debido a que la estructura de sus moléculas supone una cadena abierta. Sin embargo, también existen los cicloalcanos o alcanos cíclicos, que tienen cadenas de tipo cíclico. En todos los casos, los alcanos no cuentan con grupos funcionales como los carboxilos, los carbonilos u otros.

Alquenos: Se conoce como alquenos a los hidrocarburos de tipo insaturados que disponen de moléculas con al menos un enlace doble carbono-carbono. Estos compuestos son alcanos que, al perder un par de átomos de hidrógeno, pasan a contar con un doble enlace formado por dos carbonos.

Alquinos: Tienen uno o más enlaces triples entre dos átomos de carbono. La elevada energía del enlace triple les confiere metaestabilidad, ya que cuentan con distintos estados de equilibrio y tienden, ante acciones externas, a evolucionar hacia un estado de un fuerte equilibrio.

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4.1 NOMENCLATURA DE ALCANOS ALQUINOS Y ALQUENOS

NOMENCLATURA DE ALCANOS:

Nomenclatura de los alcanos:

El nombre de la IUPAC (Unión Internacional de Química pura y aplicada) para un alcano de cadena no ramificada de átomos de carbono consta de dos partes:

1. Un prefijo, que indica el número de átomos de carbono de la cadena principal2. Un sufijo –ano, que indica que el compuesto es un hidrocarburo saturado.

Los nombres IUPAC para los alcanos de cadena ramificada consta del nombre original, que indica la cadena más larga de átomos de carbonos en el compuesto, y de los nombres de los sustituyentes, que indican las ramificaciones unidas a la cadena principal.

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Prefijos que se emplean en el sistema de la IUPAC para indicar la presencia de 1 a 50 carbonos en la cadena no ramificada

Un grupo sustituyente se deriva de la eliminación de un átomo de hidrogeno de alcano y se denomina grupo alquilo. Los grupos alquilo se nombran sustituyendo el sufijo –ano del nombre del alcano original por el sufijo –ilo.

Las reglas del sistema de la IUPAC para nombrar los alcanos son las siguientes:

1.-El nombre general de un hidrocarburo saturado de cadena abierta es alcano.

2.-Para los hidrocarburos de cadena ramificada, el alcano que corresponde a la cadena de átomos de carbono más larga se considera como alcano principal y su nombre se usa como raíz del nombre del compuesto.

Nombre de los grupos alquilo más comunes

Nombre Formula estructural condensada

Nombre Formula estructural condensada

Metilo -CH3 Isobutilo -CH2CHCH3

CH3

Etilo -CH2CH3

Propilo -CH2CH2CH3 Sec-butilo -CHCH2CH3

CH3

Isopropilo -CHCH3

CH3

Butilo -CH2CH2CH2CH3 Ter-butilo CH3

-CCH3

CH3

3.-Los grupos unidos a la cadena principal se denominan sustituyentes. A cada sustituyente se le da un nombre y se le asigna un número. El número indica el átomo de carbono de la cadena principal con el cual esta enlazado el sustituyente.

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4.-Cuando hay un sustituyente, se enumera la cadena principal desde el extremo que permita dar el número más bajo dicho sustituyente. El siguiente alcano debe enumerarse como se muestra y se llama 2-metilpentano. Si se enumera desde el otro extremo de la cadena se obtiene el nombre incorrecto de 4-metilpentano.

5.-Cuando el mismo sustituyente se repite más de una vez, se indica el número de cada carbono de la cadena principal sobre la cual ocurre dicho sustituyente. Además, se indica el número de veces que ocurre el sustituyente mediante el prefijo di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, y asi sucesivamente.

6.-Cuando hay dos o más sustituyentes idénticos, se enumera la cadena principal a partir del extremo que permita dar el número más bajo al sustituyente que se encuentra primero.

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7.-Si hay dos o más sustituyentes distintos, se menciona en orden alfabético y se enumera la cadena desde el extremo que permite dar el número más bajo al

sustituyente que se encuentre primero. En caso de que haya sustituyentes distintos en posiciones equivalentes sobre cada cadena principal, se le da el número más bajo al sustituyente de orden alfabético menor.

8.-Los prefijos, di-, tri-, tetra- y así sucesivamente, no se incluyen al alfabetizar. Se alfabetizan primero los nombres de los sustituyentes y después se insertan estos prefijos de multiplicación. En el siguiente ejemplo, las partes que se alfabetizan son etilo y metilo; no, etilo y dimetilo.

9.-Los prefijos con guion como sec- y tert- no se consideran al alfabetizar. El prefijo iso- no lleva guion y si se toma en cuenta al alfabetizar.

Nomenclatura de los alquenos y alquinos:

Nombres IUPAC para los alquenos: se forman cambiando el infijo –an- del alcano original por –en-. Por lo tanto, CH2=CH2 se llama eteno y CH3CH=CH2 se llama

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propeno. Para los alquenos superiores que presentan isómeros que difieren por la ubicación del doble enlace, es necesario emplear un sistema de numeración.

La IUPAC dice: la cadena más larga de carbonos que contengan doble enlace se numeran en sentido tal, que a los átomos de carbono del doble enlace se les asigne el conjunto de número más bajo. La ubicación del doble enlace se determina por el número que corresponde a su primer carbono. Los alquenos ramificados o sustituidos se nombran de manera similar a los alcanos. Primero se numeran los átomos de carbono, se ubican los grupos sustituyentes y se nombran, se ubica el doble enlace y se indica el nombre de la cadena principal.

Observar que el 2-etil-3-metil-1-penteno contiene una cadena de seis átomos de carbono. Sin embargo, como la cadena más larga que contiene el doble enlace solo es de cinco carbonos, se considera que el hidrocarburo original es el pentano, y la molécula se nombra como un 1-penteno di sustitu.

Los nombre IUPAC para los alquinos: Se forman cambiando el infijo –an- de alcano original por –in-. Así HC CH se llama etino y CH3C CH se llama propino. En el sistema de la IUPAC se retiene el nombre de acetileno; por lo tanto, el HC CH tiene dos nombres aceptables: etino y acetileno. De ellos, el nombre acetileno es el más empleado. En moléculas más grandes se numera la cadena de carbonos más larga que tenga el triple enlace, partiendo del extremo que permita dar los carbonos que forman triple enlace los números más bajos. La ubicación del triple enlace se indica por el número del primer carbono que

en él participan.

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4.2 PROPIEDADES Y REACCIONES DE ALCANOS

Los alcanos se utilizan principalmente como combustibles, disolventes y lubricantes. El gas natural, la gasolina, el queroseno, el aceite de calefacción y la “cera” de parafina, se componen básicamente de alcanos con propiedades físicas diferentes que resultan de los distintos intervalos de masas moleculares.

Solubilidades y densidades de los alcanos

Los alcanos son no polares, por lo que se disuelven en disolventes orgánicos poco polares. Se dice que son hidrofóbicos (“repelen el agua”) porque no se disuelven en ella. Son buenos lubricantes y preservan los metales, debido a que evitan que el agua llegue a la superficie del metal y provoque su corrosión. Las densidades de los «-alcanos aparecen en la tabla 3-2. Los alcanos tienen densidades cercanas a los 0.7 g/mL, comparadas con la densidad de 1 JO g/mL del agua. Debido a que los alcanos son menos densos que el agua e insolubles en ella, una mezcla de un alcano (como la gasolina o el aceite) y agua se separa rápidamente en dos fases; el alcano queda en la parte superior.

Puntos de ebullición de los alcanos

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La tabla 3-2 también presenta los puntos de ebullición y los puntos de fusión de los alcanos no ramificados. Los puntos de ebullición aumentan poco a poco conforme aumenta la cantidad de átomos de carbono y a medida que aumentan las masas moleculares. Las moléculas más grandes tienen áreas superficiales más grandes, lo que genera atracciones intermoleculares de van der Waals en mayor cantidad. Estas atracciones evitan que ocurra la vaporización y la ebullición. Por lo tanto, una molécula grande, con mayor área superficial y atracciones de van der Waals, tiene una temperatura de ebullición más elevada. Una gráfica de los puntos de ebullición de los «-alcanos contra el número de átomos de carbono (la línea azul de la figura 3-3) muestra que los puntos de ebullición aumentan cuando se incrementa la masa molecular. Cada grupo CH2 adicional aumenta el punto de ebullición en aproximadamente 30 °C en el caso de alcanos de hasta diez carbonos, y en alrededor de 20 °C en alcanos de más carbonos. La línea verde de la figura 3-3 representa los puntos de ebullición de algunos alcanos ramificados. En general, un alcano ramificado alcanza su punto de ebullición a una temperatura más baja que el «-alcano con el mismo número de átomos de carbono. La diferencia en los puntos de ebullición se debe a que los alcanos ramificados son menos compactos, con menos área superficial para las interacciones de fuerzas de London.}

Puntos de fusión de los alcanos

La línea azul de la figura 3-4 es una gráfica de los puntos de fusión de los «-alcanos. Así como los puntos de ebullición, los puntos de fusión aumentan conforme se incrementa la masa molecular. Sin embargo, la gráfica de los puntos de ebullición no continúa en forma ascendente. Los alcanos con un número par de átomos de carbono se compactan mejor en estructuras sólidas, por lo que se requieren temperaturas más elevadas para fundirlos. Los alcanos con un número impar de átomos de carbono no se compactan tan bien, y funden a temperaturas más bajas. La gráfica en forma de sierra que representa a los puntos de fusión se suaviza si

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dibujamos una línea para los alcanos con números pares de átomos de carbono y otra para los que tienen números impares, líneas rojas y verde, respectivamente. La ramificación de la cadena también afecta al punto de fusión del alcano. Un alcano ramificado por lo general funde a una temperatura más que n-alcano con el mismo número de átomos de carbono. La ramificación de un alcano le da una estructura tridimensional más compacta, la cual se cohesiona más fácilmente para formar una estructura sólida y aumenta el punto de fusión. Los puntos de ebullición y fusión de tres isómeros con la fórmula muestran que los puntos de ebullición disminuyen y los puntos de fusión aumentan conforme la forma de la molécula se vuelve más ramificada y compacta.

Los alcanos forman la clase menos reactiva de los compuestos orgánicos. Su baja reactividad se refleja en otro término que se utiliza para denominar a los alcanos: parafinas. El nombre parafina proviene de dos términos del latín, parum, que significa “muy poco”, y affinis, que significa “afinidad”. Los químicos descubrieron que los alcanos no reaccionan con ácidos o bases fuertes o con la mayoría de los demás reactivos. Atribuyeron esta baja reactividad a la falta de afinidad por los demás reactivos, por lo que los denominaron “parafinas”. Las reacciones más útiles de los alcanos se llevan a cabo bajo condiciones drásticas o de temperaturas elevadas. Estas condiciones no son convenientes en un laboratorio, ya que se necesita equipo especializado, y la rapidez de la reacción es difícil de controlar. Las reacciones de los alcanos generalmente forman mezclas de productos que son difíciles de separar. Sin embargo, estas mezclas pueden ser comercialmente importantes para una industria, en donde los productos pueden ser separados y vendidos de manera individual. Métodos nuevos de funcionalización selectiva en algún momento podrían cambiar

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este escenario. Sin embargo, por el momento las siguientes reacciones de los alcanos rara vez se ven en aplicaciones de laboratorio, aunque se utilizan mucho en la industria química e incluso en los hogares y automóviles.

4.2.1. OXIDACIÓN

La combustión es una oxidación rápida que ocurre a temperaturas elevadas, en la cual los alcanos se convierten en dióxido de carbono y agua. Casi no es posible controlar la reacción, salvo al moderar la temperatura y controlar la proporción combustible/aire para lograr una combustión eficiente.

Por desgracia, la combustión de la gasolina y el aceite combustible contaminan el aire y agotan los recursos petrolíferos que se necesitan para la producción de lubricantes y materias primas para otros productos químicos. Las fuentes de energía solar y nuclear generan menos contaminación y no agotan estos recursos naturales tan importantes. Las instalaciones en las que se utilizan estas fuentes de energía más amigables con el medio ambiente son en la actualidad más caras que aquellas que se basan en la combustión de alcanos.

4.2.2. CRAQUEO

Los alcanos se derivan principalmente del petróleo y de sus subproductos. El petróleo, en ocasiones llamado crudo, se extrae de los pozos que llegan a los yacimientos que contienen restos de plantas prehistóricas. Los componentes principales del crudo son los alcanos, algunos aromáticos, y otros compuestos indeseables que contienen azufre y nitrógeno. La composición del petróleo y la cantidad de contaminantes que contiene varía de una fuente a otra; en una refinería deben ser muy cuidadosos en los ajustes para procesar un tipo particular de crudo. Debido a las distintas calidades, se pagan distintos precios por el crudo ligero de Arabia, el crudo del oeste de Texas y por otras clases de petróleo. El primer paso en la refinación de petróleo es una cuidadosa destilación fraccionada. Los productos de esa destilación no son alcanos puros, sino mezclas de alcanos útiles con diversos puntos de ebullición.

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Después de la destilación, el craqueo catalítico convierte algunas de las fracciones menos valiosas en productos más útiles. El craqueo catalítico involucra el calentamiento de los alcanos en presencia de materiales que catalizan la división de moléculas grandes para obtener unas más pequeñas. El craqueo se utiliza con frecuencia para convertir fracciones con puntos de ebullición más elevados en mezclas de alcanos que pueden combinarse con gasolina (L.G. Wade. Jr.). Cuando el craqueo se realiza en presencia de hidrógeno (hidrocraqueo), el producto es una mezcla de alcanos libre de impurezas de azufre y nitrógeno. La siguiente reacción muestra el hidrocraqueo catalítico de una molécula de tetradecano en dos moléculas de heptano.

CRAQUEO: Los hidrocarburos de menor peso molecular, más volátiles, son útiles como combustibles automotrices y como fuente de petroquímicos. El craqueo aumenta la proporción de estos hidrocarburos, a expensas de los de peso molecular más alto, mediante procesos que implican la ruptura de los enlaces carbono-carbono, inducida por calentamiento (craqueo térmico) o con la ayuda de ciertos catalizadores (craqueo catalítico). Francis A. Carey.

El craqueo catalítico de hidrocarburos de cadena larga, a temperaturas elevadas, produce hidrocarburos más pequeños. El proceso de craqueo generalmente se lleva a cabo bajo condiciones que generan los rendimientos máximos de la gasolina. En el caso del h i d r o c r a q u e o, se agrega hidrógeno para producir hidrocarburos saturados; el craqueo sin hidrógeno da como resultado mezclas de alcanos y alquenos.

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4.2.3. HALOGENACIÓN Y MECANISMO DE REACCIÓN

Los alcanos pueden reaccionar con los halógenos (F2, CI2, Br2, 12) para formar haluros de alquilo. Por ejemplo, el metano reacciona con cloro (CI2) para formar clorometano (cloruro de metilo), diclorometano (cloruro de metileno), triclorometano (cloroformo) y tetraclorometano (tetracloruro de carbono).

Se necesita calor o luz ultravioleta para iniciar esta halogenación. Las reacciones de los alcanos con cloro y bromo proceden con una rapidez moderada y se controlan con facilidad. Sin embargo, las reacciones con flúor son demasiado rápidas para poder controlarlas. El yodo reacciona muy lentamente o no reacciona.

Consideramos que la halogenación de los alcanos es una reacción relativamente simple que ocurre en fase gaseosa, sin un disolvente que complique la reacción. En la práctica los alcanos son tan poco reactivos que rara vez se utilizan como materiales de partida para la mayoría de las síntesis orgánicas.

Escribir la ecuación completa, con los reactivos del lado izquierdo y los productos del lado derecho, es sólo el primer paso de nuestro estudio. Si realmente queremos comprender una reacción, también debemos conocer su mecanismo; es decir, una descripción detallada de los pasos que siguen los reactivos para formar los productos.

La cloración del metano es una reacción industrial importante, la cual tiene un mecanismo de reacción relativamente simple, que ilustra muchos de los principios importantes de una reacción. La reacción del metano con cloro produce una mezcla de productos clorados, cuya composición depende de la cantidad de cloro adicionado, y también de las condiciones de la reacción. Para que esta reacción se lleve a cabo a una rapidez útil, se necesita luz o calor. Cuando se adiciona cloro al metano, la primera reacción es

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ESTA REACCIÓN PUEDE CONTINUAR PERO SE NECESITA CALOR O LUZ PARA CADA ETAPA

Esta secuencia da lugar al planteamiento de diversas preguntas relacionadas con la clora- don del metano, ¿flor qué se necesita calor o luz para que ocurra la reacción? ¿Por qué obtenemos una mezcla de productos? ¿Hay alguna manera de modificar la reacción para obtener sólo un producto puro? ¿Los productos observados se forman porque son los productos más estables? O, ¿se ven favorecidos porque se forman más rápido que otros? Las respuestas a estas preguntas involucran tres aspectos de la reacción: el mecanismo, la termodinámica y la cinética.

1. El mecanismo es la descripción completa, paso a paso, de los enlaces que exactamente se rompen y de los que se forman para generar los productos observados.

2. La termodinámica es el estudio de los cambios de energía que acompañan a las transformaciones físicas y químicas. Nos permite comparar la estabilidad de los reactivos y productos, y predecir cuáles compuestos son favorecidos en el equilibrio.

3. La cinética es el estudio de la rapidez de la reacción, que determina qué productos se forman más rápido. La cinética también ayuda a predecir cómo cambiará la rapidez si cambiamos las condiciones de una reacción.

Utilizaremos la cloración del metano para mostrar cómo estudiamos una reacción. Para poder proponer un mecanismo detallado para la cloración, debemos aprender todo sobre cómo se lleva a cabo la reacción y qué factores afectan la rapidez de la reacción y la distribución de los productos.

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NOSOTROS NOS ENFOCAREMOS EN LO QUE ES EL MECANISMO DE REACCIÓN.

Para explicar la cloración del metano se ha propuesto un mecanismo de reacción en cadena. Una reacción en cadena consiste en tres tipos de pasos elementales:

1. Paso de iniciación, el cual genera como producto un intermediario reactivo.

2. Pasos de propagación, en los cuales el intermediario reactivo reacciona con una molécula estable para formar un producto y otro intermediario reactivo, lo que permite continuar la cadena hasta que se agota el abasto de reactivos o se destruye el intermediario reactivo.

3. Pasos de terminación, en los cuales las reacciones colaterales destruyen a los intermediarios reactivos y tienden a disminuir o a detener la reacción.

Cuando estudiemos la cloración del metano, consideraremos sólo la primera reacción para formar clorometano (comúnmente llamado cloruro de metilo). Esta reacción es una sustitución: el cloro no se une al metano, sino que el átomo de cloro sustituye a uno de los átomos de hidrógeno, el cual se vuelve parte del subproducto HCl.

PASO DE INICIACIÓN: GENERACIÓN DE RADICALES

La luz azul, absorbida por el cloro, pero no por el metano, promueve esta reacción. Por lo tanto, es probable que la iniciación se deba a que una molécula de cloro absorbe la luz. La luz azul tiene la energía necesaria para disociar una molécula de cloro (G 2) en dos átomos de cloro, lo cual requiere 242 kJ/mol (58 kcal/mol).* La disociación de una molécula de cloro por la absorción de un fotón ocurre de la siguiente manera:

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Observe la forma de anzuelo que tienen las medias flechas utilizadas para mostrar el movimiento de un solo electrón desapareado. Así como utilizamos flechas curvas para representar el movimiento de pares de electrones, las utilizamos para representar el movimiento de electrones individuales. Estas medias flechas muestran que los dos electrones del enlace C1—C1 se separan, y cada uno se va con un átomo de cloro. La separación de una molécula de CI2 es un paso de iniciación que produce dos átomos de cloro altamente activos. Un átomo de cloro es un ejemplo de un intermediario reactivo, una especie con un tiempo de vida media muy corta que nunca está presente en grandes concentraciones, ya que reacciona tan rápidamente como se forma. Cada átomo Cl* tiene un número impar de electrones de valencia (siete), uno de los cuales está desapareado. Este electrón desapareado se conoce como electrón impar o electrón radical. A las especies con electrones desapareados se les llama radicales o radicales libres. Los radicales son deficientes en electrones, porque carecen de un octeto. El electrón impar se combina rápidamente con un electrón de otro átomo para completar un octeto y formar un enlace. La siguiente figura muestra las estructuras de Lewis de algunos radicales libres. Los radicales con frecuencia se representan por medio de una estructura con un solo punto que representa el electrón impar desapareado.

ESTRUCTURAS DE LEWIS

PASOS DE PROPAGACIÓN

Cuando un radical de cloro colisiona con una molécula de metano, éste abstrae (quita) un átomo de hidrógeno del metano. Uno de los electrones del enlace C—H

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permanece en el carbono, mientras que el otro se combina con el electrón impar del átomo de cloro para formar el enlace H—Cl.

PRIMER PASO DE PROPAGACIÓN

En este paso sólo se forma uno de los productos finales: la molécula de HCl. En un paso posterior se debe formar el clorometano. Observe que el primer paso de propagación comienza con un radical libre (el átomo de cloro), y produce otro radical libre (el radical metilo). La regeneración de un radical libre es característica de un paso de propagación de una reacción en cadena. La reacción puede continuar porque se produce otro intermediario reactivo. En el segundo paso de propagación, el radial metilo reacciona con una molécula de cloro para formar clorometano. El electrón impar del radical metilo se combina con uno de los dos electrones del enlace Cl—Cl para formar el enlace Cl—CH3 y el átomo de cloro se queda con el electrón impar.

SEGUNDO PASO DE PROPAGACIÓN

Además de formar clorometano, en el segundo paso de propagación se produce otro radical cloro. Este radical reacciona con otra molécula de metano y produce HCl y un radical metilo, el cual reacciona con CI2 para formar clorometano y regenerar otro radical cloro. De esta manera continua la reacción en cadena hasta que se agotan los reactivos, o alguna otra reacción consume a los intermediarios reactivos. La reacción en cadena explica por qué se forman muchas moléculas de cloruro de metilo y HCl, por cada fotón de luz que es absorbido.

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Reacciones de terminación

Si algo sucede para que se consuman algunos de los radicales libres intermediarios sin generar otros nuevos, la reacción en cadena disminuirá o se detendrá. Dicha reacción colateral se conoce como reacción de terminación (o terminal): un paso que produce menos intermediarios reactivos (radicales libres) de los que consume. Las siguientes son algunas de las reacciones de terminación posibles en el caso de la cloración del metano:

La combinación de cualquiera de los dos radicales libres es un paso de terminación, ya que esto disminuye el número de radicales libres. Otros pasos de terminación involucran reacciones de radicales libres con las paredes de los recipientes o con otros contaminantes. Aunque el primero de estos pasos de terminación genera clorometano, uno de los productos, éste consume los radicales libres que sean necesarios para que la reacción continúe, por lo que la cadena se rompe. Su contribución a la cantidad de producto obtenido en la reacción es pequeña, comparada con la contribución de los pasos de propagación. Mientras una reacción en cadena está en progreso, la concentración de radicales es muy baja. La

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probabilidad de que dos radicales se combinen en un paso de terminación es menor que la probabilidad de que cada uno encuentre una molécula de reactivo y genere un paso de propagación. Los pasos de terminación se vuelven importantes hacia el final de la reacción, cuando hay relativamente pocas moléculas de reactivos disponibles. En este punto, la probabilidad de que los radicales libres encuentren una molécula de reactivo es menor que la probabilidad de que se encuentren entre sí (o con la pared del recipiente). La reacción en cadena rápidamente se detiene.

Hasta ahora hemos limitado nuestras explicaciones a la halogenación del metano. Ahora consideraremos la halogenación de alcanos “superiores”, es decir en aquellos de mayor masa molecular.

Cloración del propano: prop de los productos

La halogenación es una sustitución en la que un átomo de algún halógeno sustituye a un átomo de hidrógeno. L.G. Wade. Jr.

En el caso del metano, los cuatro átomos de hidrógeno son idénticos, y no importa qué hidrógeno se reemplaza. En los alcanos superiores, el reemplazo de distintos átomos de hidrógeno puede generar productos diferentes. Por ejemplo, en la cloración del propano, es posible generar dos productos monoclorados (con sólo un átomo de cloro). Uno tiene el átomo de cloro en un átomo de carbono primario, y el otro lo tiene en uno secundario.

La proporción de los productos muestra que el reemplazo de los átomos de hidrógeno por el del cloro, no es aleatoria. El propano tiene seis hidrógenos primarios (hidrógenos unidos a carbonos primarios) y sólo dos hidrógenos secundarios (unidos al carbono secundario), aunque el producto principal resulta de la sustitución de un hidrógeno secundario. Podemos calcular qué tan reactivo es cada tipo de hidrógeno si dividimos la cantidad de producto observado entre el número de hidrógenos que pueden ser reemplazados para generar ese producto.

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La figura 4-5 muestra la definición de los hidrógenos primarios, secundarios y terciarios, y el cálculo de sus reactividades relativas. Al reemplazar a cualquiera de los dos hidrógenos secundarios, se forma el 60 por ciento del producto, y al reemplazar a cualquiera de los seis hidrógenos primarios, se forma el 40 por ciento del producto. Calculamos que cada hidrógeno secundario es 4.5 veces más reactivo que cada hidrógeno primario. Con el fin de explicar esta preferencia para reaccionar en la segunda posición, debemos analizar con cuidado el mecanismo de la reacción (figura 4-6).

FIGURA 4-5

Cuando un átomo de cloro reacciona con propano, la abstracción de un átomo de hidrógeno puede generar un radical primario o uno secundario. La estructura del radical formado en este paso determina la estructura del producto observado, ya sea 1 -cloro propano o 2-cloropropano. La proporción del producto muestra que la preferencia es la formación del radical secundario. Esta preferencia por reaccionar en la posición secundaria se debe a que el radical libre secundario es más estable y a que el estado de transición permite llegar hasta él.

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4.3. PROPIEDADES Y REACCIONES DE ALQUENOS

Las reacciones de adición de los alquenos tienen lugar en forma extensa tanto en el laboratorio como en los organismos vivos; aunque hasta ahora sólo hemos estudiado la adición de HX, también se llevan a cabo varias reacciones muy relacionadas, al igual que la química de los alquenos está regida por las reacciones de adición, la preparación de alquenos está regida por las reacciones de eliminación. En muchos aspectos, las adiciones y las eliminaciones son dos caras de la misma moneda, esto es, una reacción de adición puede involucrar la adición de HBr o H2O a un alquenos para formar un haluro de alquilo o un alcohol, mientras que una reacción de eliminación puede involucrar la pérdida de HBr, o H2O, de un haluro de alquilo, o de un alcohol, para formar un alqueno.

Como clase los alquenos poseen propiedades físicas esencialmente iguales que las de los alcanos. Son insolubles en agua, pero bastante solubles en líquidos no polares, como benceno, éter, cloroformo o ligroina, y son menos densos que el agua. El punto de ebullición aumenta con el número creciente de carbonos; como en el caso de los alcanos, el aumento del punto de ebullición es de 20 a 30 grados por cada carbono adicional, excepto para los homólogos muy pequeños. Las ramificaciones bajan el punto de ebullición. Una comparación demuestra que el punto de ebullición de un alqueno es muy parecido al del alcano con un esqueleto carbonado correspondiente. Al igual que los alcanos, los alquenos son, a lo sumo, solo débilmente polares. Puesto que los electrones n muy suelto del doble enlace se desplazan con facilidad, sus momentos dipolares son mayores que los de los alcanos; sin embargo, son pequeños. La unión del grupo alquilo al carbono del doble

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enlace tiene una polaridad pequeña, cuya dirección se supone que es la indicada, es decir, con el alquilo desprendiendo electrones hacia el doble enlace. Puesto que esta polaridad no es anulada por una equivalente en dirección contraria, confiere a la molécula un momento dipolar neto.

Los alquenos se parecen a los alcanos en la mayoría de sus propiedades físicas. Los alquenos de peso molecular bajo, hasta C4H8, son gases a temperatura ambiente y presión atmosférica. Los momentos dipolares de la mayoría de los alquenos son bastante pequeños. Entre los isómeros C4H8, el 1-buteno, el cis-2-buteno y el 2-metilpropeno tienen momentos dipolares en el intervalo 0.3-0.5 D; el trans-2-buteno no tiene momento dipolar. No obstante, se pueden aprender algunas cosas sobre los alquenos observando el efecto de los sustituyentes en los momentos dipolares. A diferencia de los alcanos, que son apolares, algunos alquenos presentan propiedades débilmente polares. Sin embargo, estos alquenos son mucho menos polares que los compuestos tales como los halogenuros del alquilo y los alcoholes. Las propiedades polares de los alquenos son debidas a que un átomo de carbono hibrido sp2 es algo más electronegativo que un átomo de carbono sp3. En general, un orbital hibrido spn tiene más carácter s cuanto menor es el valor de n. considerando que los electrones s están más cercanos al núcleo y más sujetos que los electrones p, cuanto menor sea el valor de n, más electronegativo será el orbital.

Nombre Formula P.eb. °C P.f. °CEtileno(eteno) CH2=CH2 -102 -169propileno (propeno) CH3CH=CH2 -48 -1851-buteno CH3CH2CH=CH2 -6.51-penteno CH3(CH2)2CH=CH2 301-deceno CH3(CH2)7CH=CH2 171cis-2-buteno cis-CH3CH=CHCH 4trans-2-buteno trans-

CH3CH=CHCH1

isobutileno (CH3)2C=CH2 -7cis-2-penteno cis-

CH3CH2CH=CHCH3

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trans-2-penteno trans- CH3CH2CH=CHCH3

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3.metil-1-buteno (CH3)2CHCH=CH2 25 -1352-metil-2-buteno (CH3)2C=CHCH3 39 -1232,3-dimetil-2buteno (CH3)2C=C(CH3)2 73 -74

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4.3.1. REACTIVIDAD DE DOBLE ENLACE Y MECANISMO DE ADICIÓN ELECTROFILICA

Se rompe un enlace, formándose en su lugar dos enlaces fuertes.

Una reacción en la que se combinan dos moléculas para producir una sola, se llama reacción de adición. El reactivo simplemente se agrega a la molécula orgánica, en contra posición a la reacción de sustitución, en la que una parte del reactivo es sustituido por una porción de la molécula orgánica. Los procesos de adición se limitan necesariamente a compuestos que tienen átomos que comparten más de un par de electrones; es decir Sustancias que contienen átomos unidos con enlaces múltiples la adición es, formalmente, lo opuesto de la eliminación: así como la eliminación genera un enlace múltiple, la adición lo destruye… ¿Qué tipo de reactivo puede unirse al doble enlace carbono-carbono? En la estructura del enlace hay una nube de electrones por encima y por debajo del piano de los átomos Estos electrones n están menos implicados que los átomos en mantener unidos los núcleos de carbono; en consecuencia, ellos mismos están más sueltos. Estos electrones n sueltos están especialmente disponibles para reactivos que buscan electrones. No es de sorprender, por tanto, que en muchas de sus reacciones del doble enlace carbono-carbono sirva de fuente electrónica; es decir, actúa como base. Los compuestos con los cuales reacciona, son los deficientes en electrones; es decir, que son ácidos. Estos reactivos ácidos que buscan un par de electrones se llaman reactivos electrofilicos (del griego, amante de electrones).

La reacción típica de un alqueno es la adición electrofilica o, en otras palabras, la adición de reactivos ácidos. Los reactivos de otro tipo, los radicales libres, buscan electrones o, más bien, buscan un electrón. Así pues, los alquenos también sufren adición de radicales libres. Los alquenos no solo contienen el doble enlace, sino también grupos alquilo, que tienen esencialmente la estructura de los alcanos. En consecuencia, aparte de las reacciones de adición, característica del doble enlace, los alquenos pueden sufrir la sustitución de radicales libres característica de los alcanos. Hay reactivos que se pueden adicionar como ácidos, o como radicales libres, y con resultados notablemente diferentes; algunos pueden agregarse al doble enlace y provocar sustitución.

Los grupos alquilo unidos a los carbonos del doble enlace modifican las reacciones de este que a su vez altera las del grupo alquilo.

4.3.1 HIDROGENACIÓN

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Los alquenos reaccionan con H2 en presencia de un catalizador metálico para producir los alcanos saturados correspondientes como productos de la adición. Describimos el resultado al decir que el enlace doble ha sido hidrogenado, o reducido. Nótese que las palabras oxidación y reducción son utilizadas de manera un poco diferente en la química orgánica de la que pudo haber aprendido previamente. En química general, una reducción se define como la ganancia de uno o más electrones por un átomo; sin embargo, en química orgánica una reducción es una reacción que resulta en una ganancia de densidad electrónica por un carbono, causada por la formación del enlace entre el carbono y el átomo menos electronegativo o por el rompimiento del enlace entre el carbono y el átomo más electronegativo.

4.3.2. ADICIÓN DE AGUA

HIDROBORACIÓN

Además del método de oximercuración, el cual forma el producto Markovnikov, también es útil un método complementario que produzca el producto anti Markovnikov. Descubierta en 1959 por H. C. Brown y llamada hidroboración, la reacción involucra la adición de un enlace BH del borano, BH3, a un alqueno para producir un organoborano intermediario, RBH2. La oxidación del organoborano por reacción con peróxido de hidrógeno básico, H2O2, da un alcohol. Por ejemplo:

4.3.2 OXIMERCURIACION-DESMERCURACION

OXIMERCURACIÓN

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El agua se añade a los alquenos para producir alcoholes, un proceso llamado hidratación; la reacción sucede en el tratamiento del

alqueno con agua y un catalizador ácido fuerte (HA) por un mecanismo similar al de la adición de HX. Por tanto, la protonación de un enlace doble de un alqueno produce un carbocatión intermediario, el cual reacciona con agua para formar un alcohol protonado como producto (ROH2). La pérdida del H+ de este alcohol protonado da el alcohol neutro y regenera el catalizador ácido. La hidratación de alquenos catalizada por ácidos es particularmente adecuada en los procedimientos industriales a gran escala, y son fabricadas por hidratación de etileno aproximadamente 300 000 toneladas de etanol cada año en Estados Unidos; sin embargo, la reacción es de poco valor en el laboratorio típico debido a que requiere altas temperaturas —250 C° en el caso del etileno— así como fuertes condiciones de acidez.

MECANISMO

1. Un átomo de hidrógeno en el electrófilo H3O+ es atacado por los electrones del enlace doble nucleofílico, formándose un nuevo enlace C–H, lo que deja al otro átomo de carbono con una carga + y con un orbital p vacío; simultáneamente, dos electrones del enlace H–O se mueven al oxígeno, generando agua neutra.

2. El nucleófilo H2O dona un par de electrones al átomo de carbono cargado positivamente, formando un enlace C–O y dejando una carga positiva en el oxígeno del alcohol protonado como producto de la adición.

3. El agua reacciona como una base para remover el H+, regenerando el H3O+ y produciendo al alcohol neutro como producto de la adición.

DESMERCURACIÓN

En el segundo paso, el agua del disolvente ataca al ion mercurinio para generar, después de la desprotonación, un alcohol organomercurial. Una reacción posterior es la desmercuración, para eliminar el mercurio. El borohidruro de sodio (NaBRj, un agente reductor) sustituye al fragmento de acetato mercúrico con un átomo de hidrógeno.

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4.3.3 HIDROBORACION – OXIDACIÓN

La hidratación catalizada por ácidos convierte los alquenos en alcoholes de acuerdo con la regla de Markovnikov. Con frecuencia, sin embargo, se necesita un alcohol que tenga una estructura que corresponda a la hidratación de un alqueno con una regio selectividad opuesta a la de la regla de Markovnikov. La conversión de 1-deceno a 1-decanol es un ejemplo de dicha transformación.

La hidroboración es una reacción en la cual un hidruro de boro, un compuesto del tipo R2BH, se adiciona a un enlace carbono-carbono. Resultan un enlace carbono-hidrógeno y un enlace carbono-boro.

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Siguiendo la hidroboración, el organoborano se oxida por tratamiento con peróxido de hidrógeno en base acuosa. Ésta es la etapa de oxidación de la secuencia; el peróxido de hidrógeno es el agente oxidante, y el organoborano es convertido en un alcohol.

La hidroboración-oxidación conduce a la hidratación general de un alqueno. Se notará, sin embargo, que el agua no es un reactivo. El hidrógeno que se une al carbono proviene del organoborano, y el grupo hidroxilo del peróxido de hidrógeno.

4.3.3. HALOGENACION DE ALQUENOS.

Los halógenos se adicionan a los alquenos para formar dihaluros vecinales.

Mecanismo de adición de halógeno

Una molécula de halógeno (Br2, CI2 o I2) es electrofílica; un nucleófilo puede reaccionar con un halógeno, desplazando un ion haluro:

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En este ejemplo, el nucleófilo ataca al núcleo electrofílico de un átomo de bromo, y el otro bromo funciona como el grupo saliente, partiendo como ion bromuro. Muchas reacciones coinciden con este patrón general, por ejemplo:

En la última reacción, los electrones pi de un alqueno atacan a la molécula de bromo, y expulsan al ion bromuro. El resultado es un ion bromonio , el cual contiene un anillo de tres miembros con una carga positiva sobre el átomo de bromo.

A diferencia de un carbocatión normal, todos los átomos de un ion halonio tienen octetos completos. Sin embargo, el anillo de tres miembros tiene una considerable tensión en el anillo, la cual, combinada con una carga positiva sobre el átomo electronegativo del halógeno, hace al ion halonio muy electrofílico. El ataque de un nucleófilo, como un ion haluro,abre al ion halonio para formar un producto estable.

El cloro y el bromo se adicionan a los alquenos mediante el mecanismo del ion halonio. La yodación se utiliza con menos frecuencia, ya que los productos diyoduro se descomponen con facilidad. Cualquier disolvente que se utilice debe ser inerte para los halógenos; el cloruro de metileno (CH2CI2), cloroformo (CHCI3) y tetracloruro de carbono (CCI4) son las opciones más frecuentes.

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La adición de bromo se ha utilizado como una prueba química sencilla para detectar la presencia de enlaces dobles olefínicos. Una disolución de bromo en tetracloruro de carbono es de color rojo intenso. Cuando esta disolución se adiciona a un alqueno, el color rojo del bromo desaparece (decimos que se “decolora”) y la disolución se vuelve clara e incolora. (Aunque hay otros grupos funcionales que decoloran al bromo, pocos lo hacen tan rápido como los alquenos).

La halogenación es el proceso químico mediante el cual se adicionan uno o varios átomos de elementos del grupo de los halógenos (grupo 17 de la tabla periódica) a una molécula orgánica. Una de las halogenaciones más simples es la halogenación de alcanos. En estas reacciones los átomos de hidrógeno de los alcanos resultan sustituidos total o parcialmente por átomos del grupo de los halógenos. La reacción que tiene lugar es la siguiente:

Son posibles una gran variedad de productos químicos. La composición de la mezcla de productos vendrá dada por la concentración de los reactivos y otras condiciones del medio de reacción, por ejemplo, la temperatura.

4.3.3. OZONOLISIS

El ozono (O3) es la forma triatómica del oxígeno. Es una molécula neutra pero polar que puede representarse como un híbrido de sus dos estructuras de Lewis más estables.

El ozono es un electrófilo poderoso y experimenta una reacción notable con alquenos en los que tanto el componente π como el π del enlace doble carbono-carbono se rompen para formar un producto conocido como ozónido.

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Los ozónidos experimentan hidrólisis en agua, formando compuestos carbonílicos.

Pueden formarse dos aldehídos, dos cetonas o un aldehído y una cetona. Los aldehídos tienen al menos un hidrógeno en el grupo carbonilo; las cetonas tienen dos sustituyentes carbono, grupos alquilo, por ejemplo, en el carbonilo. Los ácidos carboxílicos tienen un sustituyente hidroxilo unido al grupo carbonilo.

Los aldehídos se oxidan con facilidad a ácidos carboxílicos en las condiciones de la hidrólisis del ozónido. Cuando se desea aislar el aldehído en sí, se incluye un agente reductor como el cinc durante el paso de la hidrólisis. El cinc reduce el ozónido y reacciona con cualquier oxidante presente (el exceso de ozono y el peróxido de hidrógeno) para impedir que oxiden cualquier aldehído formado. Una técnica alternativa, más moderna, usa el tratamiento del alqueno con ozono en metanol y la posterior reducción con sulfuro de dimetilo (CH3SCH3). La secuencia de reacción en dos etapas se llama ozonólisis y se representa por la ecuación general

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4.4 PROPIEDADES Y REACCIÓN DE ALQUINOS

Los puntos de ebullición, los de fusión y los pesos específicos de los alquinos suelen ser ligeramente superiores a lo de los alcanos y alquenos con el mismo esqueleto de carbono, esto resulta probablemente de que los alquinos, debido al triple enlace que les caracteriza, son moléculas compactas en forma de varilla. Pueden colocarse unas junto a otras en la fase sólida y liquida, lo que origina atracciones de van der Waals más fuertes entre ellas. Los alquinos tienen poca polaridad y son insolubles en agua, pero son completamente solubles en disolventes pocos polares tales como la ligroina, el éter, el benceno y el tetracloruro de carbono.

El acetileno es menos acido que el agua, pero más ácido que el amoniaco. La acidez de los 1-alquinos con relación a la de otros ácidos protónicos se indica en las tablas 7.5. La explicación del aumento de acidez del acetileno y los demás 1-alquinos en relación con los restantes hidrocarburos, se basa en la teoría de la hibridación. Cuanto mayor es el carácter s y menor el carácter p de un orbital atómico del carbono hibrido spn, mayor será la electronegatividad relativa del orbital hibrido del carbono.

Los alquinos se parecen a los alcanos y alquenos en sus propiedades físicas. Comparten con estos hidrocarburos las propiedades de densidad y solubilidad en agua bajas. Son ligeramente más polares y, por lo general, tienen puntos de ebullición ligeramente más altos que los alcanos y los alquenos correspondientes.

La mayor parte de las reacciones de los alquinos son similares a las reacciones de los alquenos. Como los alquenos, los alquinos experimentan reacciones de adición. Se comenzará Con una reacción que es muy conocida por el estudio que se ha hecho de los alquenos, a saber, la hidrogenación catalítica.

Acidez relativaCompuesto pka aproximadoCH4 40NH3 34CH3C=-CH 25CH3OH 16H2O 16

La longitud del enlace triple carbono–carbono en el acetileno es de 120 pm, y la fuerza es de aproximadamente 835 kJ/mol (200 kcal/mol), haciéndolo el enlace carbono–carbono más corto y más fuerte conocido. Las mediciones muestran que se necesitan aproximadamente 318 kJ/mol (76 kcal/mol) para romper un enlace _ en el acetileno, un valor de 50 kJ/mol algo mayor que los 268 kJ/mol necesarios para

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romper un enlace _ de un alqueno. Como regla general, los electrófilos se someten a reacciones de adición con alquinos al igual de como lo hacen con los alquenos; por ejemplo, considere la reacción de alquinos con HX. La reacción con frecuencia puede detenerse después de la adición de 1 equivalente de HX, pero con un exceso de HX genera un dihaluro como producto; por ejemplo, la reacción de 1-hexino con 2 equivalentes de HBr produce 2,2-dibromohexano. Como los siguientes ejemplos indican, la regio química de la adición sigue la regla de Markovnikov: el halógeno se adiciona al carbono más sustituido del enlace del alquino, y el hidrógeno se adiciona al carbono menos sustituido; normalmente, aunque no siempre, resulta en el producto estereoquímica trans de H y X.

4.4.1. HIDRATACIÓN DE ALQUINOS.

Por analogía con la hidratación de alquenos, se espera que la hidratación de un alquino produzca un alcohol. La clase de alcohol, sin embargo, seria de un tipo especial, uno en el que el grupo hidroxilo es un sustituyente en un enlace doble carbono-carbono. Este tipo de alcohol se llama enol (el sufijo –eno del enlace doble más el sufijo –ol de alcohol). Una propiedad importante de los enoles es su isomerización rápida a aldehídos o cetonas bajo las condiciones de su formación.

El aldehído o cetona se llama forma cetónica y el equilibrio ceto enol se conoce como isomerismo ceto-enol o tautomerismo ceto-enol. Los tautomeros son isómeros constitucionales que se equilibran por la migración de un atomo o grupo, y su equilibrio se llama tautomerismo.

El primer paso, la protonacion del enlace doble del enol, es análogo a la protonacion del enlace doble de un alqueno. Sin embargo, tiene lugar con mucha más facilidad,

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debido a que la carbonación formada en este paso está estabilizado por resonancia, que implica la deslocalización de un solitario del oxígeno.

De las dos formas de resonancia A y B, A sólo tiene seis electrones alrededor de su carbono con carga positiva. B satisface la regla del octeto tanto para el carbono como para el oxígeno. Es más estable que A y más estable que un carbocatión formado por la protonación de un alqueno típico.

En general, las cetonas son más estables que sus precursores enoles y son los productos aislados en realidad cuando los alquinos experimentan hidratación catalizada por ácidos. El método estándar para la hidratación de alquinos emplea ácido sulfúrico acuoso como el medio de reacción y sulfato de mercurio (II) u óxido de mercurio (II) como catalizador.

La hidratación de alquinos sigue la regla de Markovnikov; los alquinos terminales producen cetonas metilsustituidas.

Debido a la regioselectividad de la hidratación de los alquinos, el acetileno es el único alquino estructuralmente capaz de producir un aldehído bajo estas condiciones.

En otro tiempo el acetaldehído se preparaba a escala industrial por este método. Los métodos modernos implican la oxidación directa del etileno y son más económicos.

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4.5. USOS DE HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS.

Los hidrocarburos alifáticos son los compuestos orgánicos no derivados del benceno. Están formados por átomos de carbono e hidrógeno, formando cadenas, las cuales pueden ser abiertas o cerradas.

Los hidrocarburos pueden encontrarse unidos por enlaces simples, dobles o triples. Como el carbono es tetravalente, está compartiendo dos electrones en cada enlace, y el hidrógeno, que solamente tiene un electrón, sólo necesita un enlace para poder juntarse con el carbono.

Los hidrocarburos alifáticos son ampliamente utilizados como disolventes, pues pueden disolver sustancias aceitosas, grasas, resinas o incluso caucho y otras sustancias, hecho muy útil en la industria de obtención de sustancias como pinturas, pegamentos, y un largo etc., así como también son de gran utilidad en la síntesis en química orgánica, donde son a menudo utilizados como materia prima.

Dentro del grupo de hidrocarburos alifáticos de cadena abierta tenemos a los alcanos, alquenos y alquinos, diferentes en base a la naturaleza de sus enlaces.

Los hidrocarburos alifáticos pueden ser “no saturados”, en los casos de las cadenas unidas con dobles o triples enlaces, o saturados

Alcanos: Son hidrocarburos alifáticos, también conocidos como de cadena abierta, constituidos por carbonos e hidrógenos unidos por enlaces sencillos.

Responden a la fórmula CnH2n+2, de donde n es el número de carbonos. Para nominar a este tipo de hidrocarburos, se debe ver el número de carbonos que posea la cadena, de manera que podamos anteponer el prefijo griego (met, et, prop, but, etc.), añadiendo la terminación –ano.

Los primeros de la serie son:

Metano: CH4

Etano: CH3-CH3

Propano: CH3-CH2-CH3

Butano: CH3-CH2-CH2-CH3

Alquenos: Son hidrocarburos alifáticos que no se encuentran saturados, en cuya molécula se encuentra presente un doble enlace. Responden a la fórmula CnH2n,

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donde n es el número de carbonos. Se nombran como los alcanos pero cambiando la terminación –ano, por –eno.

Alquinos: Son hidrocarburos alifáticos no saturados, que siguen la fórmula CnH2n-2, en cuya estructura se encuentra presente un triple enlace. Se nombran igual que los alcanos o alquenos, pero cambiando la terminación por –ino.

Los hidrocarburos alifáticos cíclicos son los compuestos orgánicos que se encuentran formando un ciclo, representado con formas geométricas que dependen del número de carbonos que constituyan a la molécula.

Estos se nombran anteponiendo el prefijo –ciclo, a nombre del hidrocarburo, como por ejemplo, ciclobutano, ciclopropano, etc.

GLOSARIO

Acetileno: El alquino más simple

Aldosa: Carbohidrato que contiene un grupo carbonilo de aldehído, en su forma de cadena abierta.

Aleno: El compuesto H2C=C=CH2.

Alicíclico: Término que describe una unidad estructural alifática cíclica.

Alifático: Término que se aplica a compuestos que no contienen anillos de benceno o bencenoides como unidades estructurales. (Históricamente, se usó alifático para describir compuestos derivados de grasas y aceites.)

Alquilo, grupo: Unidad estructural relacionada con un alcano, por reemplazo de uno de los hidrógenos por un punto de enlace potencial a algún otro átomo o grupo. El símbolo general de un grupo alquilo es R-.

Capa de valencia: La capa de electrones más externa de un átomo.

Craqueo (Cracking): Un proceso utilizado en la refinación del petróleo en el que los alcanos grandes se rompen térmicamente en fragmentos más pequeños.

Cicloalcano :Un alcano que contiene un anillo de carbonos.

Cicloalqueno : Un hidrocarburo cíclico caracterizado por un enlace doble entre dos de los carbonos del anillo.

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Cicloalquino :Un hidrocarburo cíclico caracterizado por un enlace triple entre dos de los carbonos del anillo.

Halogenación: Reemplazo de un hidrógeno por un halógeno. Los ejemplos que se encuentran con más frecuencia son la halogenación de alcanos por radicales libres, y la halogenación de arenos por sustitución electrofílica aromática.

Halogenuro de alquilo: Compuesto del tipo RX, donde X es un halógeno sustituyente (F, Cl, Br, I).

Hidratación: La adición de agua a una molécula, como la que ocurre cuando se tratan los alquenos con ácido sulfúrico acuoso para dar alcoholes.

Hidroboración: La adición de borano (BH3) o un alquilborano a un alqueno. Los productos trialquilborano resultantes son intermediarios sintéticos útiles que pueden oxidarse para producir alcoholes.

Hidrocarburo: Un compuesto que sólo contiene carbono e hidrógeno.

Hidrocarburo insaturado: Un hidrocarburo que puede participar en reacciones de adición; es decir, uno que contiene enlaces múltiples.

Hidrocarburo policíclico: Un hidrocarburo en el que dos carbonos son comunes a dos o más anillos.

Hidrocarburo policíclico aromático: Un hidrocarburo aromático caracterizado por la presencia de dos o más anillos de benceno fusionados.

Hidrocarburo saturado: Un hidrocarburo en el que no hay enlaces múltiples.

Hidrocarburos parafínicos: Nombre anterior de los alcanos y cicloalcanos.

Hidrogenación:La adición de hidrógeno a un enlace doble o triple para producir un producto saturado.

Hidrogenación homogénea: Hidrogenación de un enlace doble catalizada por un compuesto organometálico soluble en el disolvente en el que se efectúa la reacción.

Hidroxilación: Reacción, o secuencia de reacciones, donde un alqueno se convierte en un diol vecinal.

Ion halogenonio: Una especie que contiene un halógeno con carga positiva. Los iones halogenonio en puente son intermediarios en la adición de halógenos al enlace doble de un alqueno

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Oxidación : Una reacción que ocasiona una disminución de los electrones que posee un carbono, por la formación de un enlace entre el carbono y un átomo más electronegativo (generalmente oxígeno, nitrógeno o un halógeno) o por la ruptura de un enlace entre el carbono y un átomo menos electronegativo (usualmente hidrógeno).

Oximercuración: Un método para la hidratación de un enlace doble utilizando acetato de mercurio (II) acuoso como el reactivo.

Ozónido: El producto formado por la adición de ozono a un enlace doble carbono–carbono. Por lo regular los ozónidos se tratan con un agente reductor, como zinc en ácido acético, para producir compuestos carbonílicos.

Queroseno:

Líquido inflamable, compuesto de hidrocarburos, que se obtiene por destilación del petróleo después de la fracción de la gasolina y antes de la del gasóleo; se emplea principalmente como combustible en el movimiento de turbinas y en los motores de aviones reactores.

Reacciones de adición:

Este tipo de reacciones consisten en la adición de dos especies químicas al enlace múltiple de una molécula insaturada, tal y como se indica de forma genérica en la siguiente ecuación química:

Este tipo de reacciones es muy común en los compuestos olefínicos y acetilénicos, como ocurre en la adición de bromo a un doble enlace, en la adición de HBr o en el proceso de hidrogenación:

Reactivos electrofilicos: Los reactivos electrofílicos o electrófilos: son especies capaces de aceptar electrones y por consiguiente son acidos de Lewis.

Adición electrofilica: La reacción de adición electrofílica (AEx o AdEx) es una reacción de adición donde en un compuesto químico, el sustrato de la reacción, se pierde un enlace pi para permitir la formación de dos nuevos enlaces sigma. En

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las reacciones de adición electrofílica, los sustratos más comunes tienen enlaces dobles o enlaces triples carbono-carbono.

Y-Z + C=C → Y-C-C-Z

Protonacion: En química, la protonación es la adición de un protón a un átomo, nuclea, o ion. La protonación es posiblemente la reacción química más fundamental también es un paso en muchos procesos catalíticos también estequiométricos. Algunos iones también moléculas pueden soportar más de una protonación, también son denominados polibásicos. Las moléculas que pueden ser despretinadas son ácidas, o poliácidas si puede eliminarse más de un protón. Con la protonación de un sustrato, tanto la masa también abarrota de la especie se incrementan en una unidad. La protonación también deprotonación de una nuclea o ion altera muchas propiedades químicas más allá del cambio en abarrota también pasta: hidrofilicidad, potencial de reducción, propiedades ópticas, entre otras.

Isomeros: son compuestos que presentan la misma fórmula (las mismas partes) pero lo que varía son sus propiedades físicas, químicas y biológicas.

Parafina: sustancia sólida, blanca, translúcida, inodora y que funde fácilmente, que se obtiene de la destilación del petróleo o de materias bituminosas naturales y se emplea para fabricar velas y para otros usos.

Halogenacion:  es la reacción de sustitución de un átomo de H en un alcano para sustituirlo por un átomo de halógeno como Cl, Br, I, F. Se trata de una reacción en tres etapas: de iniciación, de propagación y de terminación.

IUPAC: Unión Internacional de Química Pura y Aplicada

Átomo: Un átomo es la cantidad menor de un elemento químico que tiene existencia propia y que está considerada como indivisible. El átomo está formado por un núcleo con protones y neutrones y por varios electrones orbitales, cuyo número varía según el elemento químico.

Disolventes orgánicos: Los disolventes orgánicos son compuestos orgánicos volátiles que se utilizan solos o en combinación con otros agentes, para disolver materias primas, productos o materiales residuales, utilizándose como agente de limpieza, para modificar la viscosidad, como agente tensoactivo, como plastificante, como conservante o como portador de otras sustancias que, una vez depositadas, quedan fijadas y el disolvente se evapora. Los compuestos orgánicos volátiles o COVs se definen como todo compuesto orgánico (cuya estructura química tenga de base el elemento carbono)

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Puntos de ebullición: El punto de fusión es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido-líquido, es decir, la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

Puntos de fusión: El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

Electrones: Se conoce como electrón a la partícula elemental más ligera que constituye a los Átomos y que presenta la mínima carga posible de electricidad negativa. Se trata de una partícula subatómica que rodea al Núcleo del átomo, que está compuesto por Protones y Neutrones.

Polaridad: Es una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas en la misma molécula (consultar también dipolo eléctrico). Esta propiedad está íntimamente relacionada con otras propiedades como la solubilidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, las fuerzas intermoleculares, etc.

CONCLUSIÓN

En este trabajo se abordaron los temas alcanos, alquenos, alquinos desde su nomenclatura y composición y que es lo que los caracteriza, además temas de sus propiedades y reacciones, así como su oxidación, hidrogenación, adición de agua, etc. Estos tres son hidrocarburos lo que quiere decir que de átomos de hidrogeno y de carbono, los cuales son muy importantes en la vida y no solo se encentran en los humanos o seres humanos dichos elementos sino que también el humano podido aprender cómo utilizarlos, para desarrollo de diferentes funciones, debido a que antes se pensaba que los compuestos orgánicos podían ser producidos por seres vivos a lo que lo llamarón vitalismo, pero seguir hablando de eso sería meternos mucha, a la historia, también pudimos observar que la diferencia más notoria de que tienen estos tres son en su forma de en la alcanos(-) , alquenos(=), ya alquinos los cuales son de triples (≡).

Y volviendo a recalcar un puto que se tomó en la introducción él fue el de utilidad de los hidrocarburos en las industrias, mediante la aplicación de distintos procesos de transformación (refinación) de los hidrocarburos, se pone a disposición del

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consumidor una amplia gama de productos, que podemos agrupar energéticos: que son combustibles específicos para transporte, la industria, la agricultura, la generación de corriente eléctrica y uso doméstico o productos especiales: como lubricantes, asfaltos, grasas para vehículos y productos de uso industrial. Estos hidrocarburos son muy influyentes a en los trabajos de los humanos con el fin de hacer más fácil la vida de nosotros.

Sin duda alguna estos son temas de vital importancia como todos los demás para el desarrollo de nosotros que seremos ingenieros químicos, puesto que un egresado de esta carrera tiene un perfil único puesto que tiene distintas habilidades, las cuales puede desarrollar y debido a que en este momento no podemos correr sin empezar a caminar necesitamos solo tiempo para eso y empezar a adquirir nuevas aptitudes.

BIBLIOGRAFIAS

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