hidrocarburos alifáticos: alcanos prof. ing. patricia albarracin

Hidrocarburos

Alifáticos: Alcanos

Prof. Ing. Patricia Albarracin

Alcanos

Tabla 3.2 NOMBRES DE LOS ALCANOS

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

C6H14

C7H16

C8H18

metano

etano

propano

butano

pentano

hexano

heptano

octano

C9H20

C10H22

C11H24

C12H26

C14H30

C16H34

C18H38

C20H42

nonano

decanoundecano

dodecano

tetradecano

hexadecano

octadecano

eicosano

Tipo de cadena : Lineal – Formula General Cn H 2n+2


Metano

C CH H

H HH H

H C C H

H H

H H

Etano

orbitales sp3

C

H

HH

H

H

H C

H

H

H

CH

H

H

1.53 A 109.5º

109.5º

Etano

Conformaciones

H

HH

HH

H

H

HH

HH

H

Fórmulas de caballete para el etano en las conformaciones eclipsada y escalonada.

H

HH

H

H

HH

HH

HHH

Proyecciones de Newman para el etano, en las conformaciones eclipsada y escalonada.

barrera energética de unas 3 kcal/mol.


IsómerosTabla 3.1 CONSTANTES FISICAS DE LOS BUTANOS ISOMEROS

n-Butano Isobutano

P.e. 0ºC -12ºC

P.f. -138ºC -159ºCDensidad relativa a -20ºC 0.622 0.604Solubilidad en 100 ml alcohol 1813 ml 1320 ml

C C C C

H H H H

H H H H

HH

II

n-Butano

C C C HH

H H H

H HC HH

HIII

Isobutano

C C C C C C C C C

C

C C C

C

C

C C C C C C C C C C

C

C C C C C C

C

C C C C

C

C

C C C C

C C

n-Pentanop.e. 36 ºC

Isopentanop .e. 28ºC

Neopentanop.e. 9.5 ºC

p.e. 69ºC p.e. 60ºC p.e. 63ºC

p.e. 50ºC p.e. 58ºC

Pentanos


Tipos de átomos de carbono e hidrógeno

• Un átomo de carbono primario (1º) está unido a un solo carbono adicional; uno secundarios (2º), a otros dos; y uno terciario (3º), a tres.

H C C C C H

H H H H

H H H H

1º 2º 2º 1º

H C C C H

H H H

H HC HH

H

1º 3º 1º

1º

H C C C C H

H H H H

HC HH

H

H H

1º 3º 2º 1º

1º


Propiedades físicasTabla 3.3 ALCANOS

Nombre Fórmula P.f.,º C

P.e.,º C

Densidadrelativa(a 20 ºC)

CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)12CH3CH3(CH2)13CH3CH3(CH2)14CH3CH3(CH2)15CH3CH3(CH2)16CH3CH3(CH2)17CH3CH3(CH2)18CH3

(CH3)2CHCH3(CH3)2CHCH2CH3(CH3)4C(CH3)2CH(CH2)2CH3CH3CH2CH(CH3)CH2CH3(CH3)3CCH2CH3(CH3)2CHCH(CH3)2

MetanoEtanoPropano

n-Butanon-Pentanon-Hexanon-Heptanon-Octano

n-Nonanon-Decanon-Undecanon-Dodecanon-Tridecanon-Tetradecanon-Pentadecanon-Hexadecanon-Heptadecanon-Octadecanon-Nonadecanon-Eicosano

IsobutanoIsopentanoNeopentanoIsohexano3-Metilpentano2,2-Dimetilbutano2,3-Diemtilbutano

-183-172-187

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

- 10- 6

5.51018222832

36

-162- 88.5- 42

036

6998

126

0.626

.659

.684

151174196

216234252

.703

.718

.730

.740

.749

.757

.764

.769

.775

266280292308320

-159-160- 17-154-118- 98-129

- 12289.5

60635058

.620

.654

.676

.649

.668


Fuente industrial• La fuente principal de alcanos es el petróleo, junto con el gas natural

Tabla 3.4 CONSTITUYENTES DEL PETROLEO

Fracción Temperaturade destilación, ºC

Número de carbonos

GasEter de petróleoLigroína (nafta ligera)Gasolina NaturalQuerosenoGasóleoAceite lubricante

Bajo 20ºC20-60 ºC60-100 ºC40-205 ºC175-325 ºCSobre 275 ºCLíquidos no volátiles

C1-C4C5-C6C6-C7C5-C10, y cicloalcanosC12-C18, y aromáticosC12 y superioresProbablemente cadenas largas unidasa estructuras cíclicasEstructuras policíclicasAsfalto o coque de petróleo Sólidos no volátiles


Destilación de Petroleo

Fracciones de la Destilación de Petróleo

Procesos de transformación de fracciones de petróleo


Concepto de Octanaje

Aditivo para mejorar octanaje: tetraetilplomo, (C2H5)4Pb, no se usa actualmente

Por ejemplo, una gasolina con un número de octanos de 86 significa que su tendencia a provocar el picado del motor es equivalente a una mezcla compuesta por un 86% de 2,2,4-trimetilpentano y de 14% de heptano

Métodos de Obtención de Alcanos

- Hidrogenación de Alquenos


A partir de derivados halogenados: Reactivo de Grignard

CH3I + Mg éter CH3MgI

CH3CH2Br + Mg CH3CH2MgBréter

Yoduro demetilo

Yoduro demetilmagnesio

Bromuro de etilo Bromuro deetilmagnesio

RMgX + HOH R H + Mg(OH)X

Acido másfuerte

Acido másdébil

RMgX + NH3 R H + Mg(NH2)X

Acido másfuerte

Acido másdébil

RMgX + CH3OH R H + Mg(OCH3)X

Acido másfuerte

Acido más débil


R CuLi

R

+ R'X R R' + RCu + LiX

Cuprodialquil-litio Alcano

• El alcano se sintetiza a partir de dos halogenuros de alquilo: RX y R’X.

R X Li R Li CuXR CuLi

R

Alquil-litio Cuprodialquil-litio

R'X

R R'

• La reacción del sodio con halogenuros de alquilo (reacción de Wurtz) queda así limitada a la síntesis de alcanos simétricos. R-R.

NaRX R-R

A partir de Halogenuros de Alquilo : RX


Reacciones

Parafinas. Este nombre (latín: parum affinis, sin afinidad suficiente) se les dio para describir lo que parecía una reactividad baja de estos hidrocarburos.Sin embargo, la reactividad depende de la elección del reactivo. Una parte importante de la química los alcanos implica reacciones de radicales libres, que tienen lugar en condiciones vigorosas y dan generalmente mezclas de productos.

REACCIONES DE ALCANOS

1. Halogenación. Estudiada en las secciones 3.19 a 3.22.

C H + X2250-400ºC, o luz

C X + HX

Generalmente una mezclaReactividad X2: CI2 Br2

H: 3º 2º 1º CH3 H

Ejemplo:

CH3 CH CH3

CH3CI2

250-400ºCCH3 CH

CH3

CH2CI + CH3 C

CH3

CH3

CIIsobutano Cloruro de isobutilo

Cloruro de t-butilo

2. Combustión. Estudiada en la sección 3.30.

CnH2n + 2 + exceso O2llama nCO2 + (n + 1)H2O H=calor de combustion

Ejemplo:

n-C5H12 + 8 O2 5CO2 + 6H2O H=-845 kcalllama

3. Pirólisis (cracking). Estudiada en la sección 3.31.

alcano H2 + alcanos menores + alquenos400-600ºC con o sincatalizadores

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Sin embargo, en muchos procesos de combustión, como la quema de gasolina en un motor, no se logra una oxidación completa del carbono generándose en muchos casos compuestos tóxicos

Combustión

La combustión de los alcanos es una de las reacciones orgánicas más importantes si se tiene en cuenta la masa de material que utiliza este proceso. La combustión de gas natural, gasolina y fuel implica en su mayor parte la combustión de alcanos. Sin embargo, esta combustión deja de ser una reacción orgánica típica porque en primer lugar los reactivos de la reacción son en realidad mezclas de alcanos y en segundo lugar porque el producto deseado de la reacción es el calor que desprende y no los productos obtenidos en ella. De hecho, los productos generados en el proceso de combustión de los alcanos son, por lo general, compuestos sin interés y su eliminación, debido a su volumen, constituye un importante problema. La ecuación para la combustión de un alcano, por ejemplo el metano, es la

COMBUSTION y MEDIO AMBIENTE

Peligros de la combustión Incompleta El CO es tóxico. * Reacciona con la hemoglobina de la sangre impidiendo que esta sea transportada con oxígeno a la sangre. * Puede dar lugar a partículas de carbón no quemadas (este hollín que se deposita en las chimeneas y a la larga puede provocar incendios).

Peligros de la combustión completa* La combustión completa produce dióxido de carbono (CO2). Este gas ocasiona junto a otros como el metano el efecto invernadero. Este efecto, mantiene la temperatura de la tierra pues impide que salgan las radiaciones infrarrojas del suelo.Actualmente debido al aumento de las combustiones esta aumentando la concentración de CO2 en la atmósfera.

(1) X2250-400 ºC

oluz ultravioleta

2X.

(2) X. + RH HX + R.

(3) R. + X2 RX + X.

Paso iniciador de la cadena

Pasos propagadores de la cadena

Halogenación : Mecanismos de halogenación

CH3CH3 CH3CH2Brluz, 127 ºC

Etano

CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Br + CH3CHCH3

BrPropano

CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2Br + CH3CH2CHCH3

Brn-Butano

CH3CHCH3

CH3

CH3CHCH2Br

CH3

+ CH3CCH3

CH3

BrIsobutano

Br2

Br2luz, 127 ºC

3 %97 %

luz, 127 ºCBr2

2 %98 %

luz, 127 ºCBr2

trazas

sobre 99 %

Ejemplos

USOS DE ALCANOS

Los cuatro primeros alcanos son usados principalmente para propósitos de calefacción y cocina. el metano y el etano son los principales componentes del gas natural.El propano y el butano pueden ser líquidos a presiones moderadamente bajas y son conocidos como gases licuados. Estos dos alcanos son usados también como propelentes en pulverizadores.Desde el pentano hasta el octano los alcanos son líquidos razonablemente volátiles. Se usan como combustibles en motores de combustión interna. Además de su uso como combustibles, los alcanos medios son buenos solventes para las sustancias no polares.

PERJUICIOSEl lado poco agradable es que son muy contaminantes. Los plásticos duran mas de 100 años en degradarse, los solventes contaminan suelos y aguas, la quema de los combustibles produce gases como el CO2 que contamina la atmosfera, entre otros problemas.

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