quimica 2 utp

UNIVERSIDAD TECNOLGICA DEL PER

Vicerrectorado de Investigacin

QUMICA II

TINS Bsicos

INGENIERA INDUSTRIAL, INGENIERA ELECTRNICA

TEXTOS DE INSTRUCCIN BSICOS (TINS) / UTP

Lima - Per

Qumica II

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QUMICA II Desarrollo y Edicin: Vicerrectorado de Investigacin Elaboracin del TINS: Ing . Nancy Fukuda Lic. Alberto Melndez Luyo Lic. Daniel Alcntara Malca

Diseo y Diagramacin: Julia Saldaa Balandra

Produccin: Imprenta Grupo IDAT

Queda prohibida cualquier forma de reproduccin, venta, comunicacin pblica y transformacin de esta obra.

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El presente material contiene una compilacin de obras de Qumica II publicadas lcitamente, resmenes de los temas a cargo del profesor; constituye un material auxiliar de enseanza para ser empleado en el desarrollo de las clases en nuestra institucin.

ste material es de uso exclusivo de los alumnos y docentes de la Universidad Tecnolgica del Per, preparado para fines didcticos en aplicacin del Artculo 41 inc. C y el Art. 43 inc. A., del Decreto Legislativo 822, Ley sobre Derechos de Autor.

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Presentacin

La Qumica, es una Ciencia Fundamental, cuyos conceptos, por el descubrimiento del fuego, hace pensar que aparece en el espacio-tiempo de desarrollo del homo erectus, como una accin instintitva para postergarse del fro y lograr el calor en los glidos das de aquellos tiempos; pero tambin para auyentar las alimaas y protegerse del ataque de animales salvajes. En su ascenso el homo erectus acercndose a su condicin de homo habilis habra descubierto, las propiedades del cocimiento de los alimentos, como forma de protegerse de los microorganismos patognos adheridos a los primeros productos provenientes de la naturaleza y seguramente al degustar el sabor y experimentar el mayor efecto en la salud, por el incremento de absorcin de las proteinas de las carnes cocidas. Continuando en su ascenso, principiante de la artesana, el homo habilis habra comenzado a descubrir el cobre, el oro y la plata, ms tarde el estao, el plomo; consiguientemente sus aleaciones, como puede ser el bronce; tambin el vidrio y la cermica. Ya en su condicin de homo sapiens, el ser humano habra comenzado la explotacin de los minerales, para la obtencin de metales. A su vez habra logrado mezclar los metales y la obtencin de metales como el hierro y el aluminio, para sus herramientas primarias y para sus primeras armas blancas; en el proceso de facilitar su trabajo de caza, de labrado de la tierra, de defensa; de rendir culto a su dios, de su arreglo personal (bijuteria); para su alimentacin (utencilios de cocina) y otros Continuando con su ascenso, llegando a las cercanas de los siglos precedentes a los presocrticos, el pensamiento del hombre giraba alrededor del fuego, del aire, del agua y la tierra, punto de apoyo para el sustento de ideas de los alquimistas. Venciendo la rmora escolstica habra de llegar el Renacimiento, para birndar a la humanidad las ideas geniales de Robert Boyle, que en su obra bsica Skeptical Chymist (1661), sienta los principios bsicos de la Qumica. Ms tarde los trabajos de Antoine Lavosier (1743) junto a la de Carl Wilhelm Scheale (1742) permite descubrir el oxgeno. Lavosier a su vez refuta la teora del flogisto y plantea la ley de la conservacin de la masa, en aquellos aos patticos.

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En esta semblanza de los orgenes de la Qumica se pretende componer el presente texto de instruccin, dirigido a estudiantes de las Carreras de Ingeniera: Industrial y Electrnica; para la Asignatura de Qumica II, con un contenido de temas atinentes a la Qumica Inorgnica; para el tercer ciclo de estudios. Plasma la preocupacin institucional de la innovacin de la enseanza-aprendizaje en educacin universitaria, que en acelerada continuidad promueve la produccin de materiales educativos, actualizados en concordancia a las exigencias de estos tiempos. La estructura del texto es congruente con el contenido del syllabus de la Asignatura arriba mencionada; contiene temas seleccionados y acopiados en forma acuciosa de diferentes fuentes bibliogrficas, para el logro efectivo de conocimientos. La conformacin del texto ha sido posible gracias al esfuerzo y paciente dedicacin acadmica de los profesores: Ing. Nancy Fukuda, Ing. Alberto Melendez, Ing. Daniel Alcantar; de destacada ejecutoria profesional y acadmica. La recopilacin aludida de temas pertinentes, consistentes y actualizados, para estudiantes de tercer ciclo, se consolida en un composicin que se inicia con algunas nociones bsicas que facilitarn al alumno la comprensin de las estructuras orgnicas. A continuacin se tratan las caractersticas generales de los compuestos orgnicos, las que, una vez comprendidas, encaminan al alumno a la prediccin de reacciones orgnicas. Luego se estudia la estructura y nomenclatura de los compuestos orgnicos, desde los hidrocarburos ms sencillos hasta radicales alquilo. En la poca actual, se hace necesario estudiar el petrleo y gas natural, los procesos a los que se les somete para, sus usos y los efectos nocivos al medio ambiente. Se contina luego con el estudio de hidrocarburos saturados, tales como los alcanos; desde su fuente natural hasta las reacciones y usos de stos. De igual forma para los hidrocarburos insaturados, como los alquenos, los mtodos de obtencin y las reacciones caractersticas de los alquenos.

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Las reacciones de los alquenos es el siguiente captulo en este texto, y es el prembulo de la dimerizacin de las olefinas, de importancia actual, ya que en sta se estudian los polmeros, freones y su incidencia en la capa de ozono. Hasta el captulo anterior se han revisado estructuras lineales o ramificadas, en cicloalcanos se inicia la revisin de estructuras cclicas, mtodos de obtencin y sus aplicaciones industriales. Siguiendo con las estructuras cclicas, los hidrocarburos aromticos merecen un tratamiento especial dando sus caractersticas y las aplicaciones de stos. Los captulos posteriores siguen el esquema de los predecesores, tales como el estudio de alcoholes y teres, y los cidos carboxlicos. En base a lo aprendido en los captulos anteriores, se facilita el aprendizaje de temas como grasas naturales en donde se estudian procesos de importancia industrial como la saponificacin; o temas como aminocidos, punto de partida de la biotecnologa. Finalmente, en la consideracin de que la qumica orgnica se encuentra estrechamente ligada a la vida, se incluye un captulo de vitaminas y otro de carbohidratos. As mismo se incluye tratamientos Fsicos-Qumicos en la solucin de problemas ambientales. Al cierre de las lneas precedentes, el agradecimiento Institucional a la Ingeniero Nancy Fukuda, a los licenciados Alberto Melendez y Daniel Alcantar.por la responsabilidad acadmica compartida; en la composicin del presente texto, as mismo el agradecimiento a los profesores que han contribuido con su comentarios.

Lucio H. Huamn Ureta Vicerrector de Investigacin

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NDICE

Introduccin ................................................................................................. 12 Polaridad Molecular..................................................................................... 12 Fuerzas Intermoleculares ............................................................................. 13 El tomo de Carbono .................................................................................. 18 Tipos de Carbono......................................................................................... 22 Tipos de Frmulas ....................................................................................... 23 Isomera Estructural o Constitucional.......................................................... 25 Ejercicios ..................................................................................................... 28 Clases de Compuestos Orgnicos ................................................................ 30 Reactividad de los Compuestos Orgnicos.................................................. 30 Desplazamiento Electrnicos....................................................................... 31 Ejercicios ..................................................................................................... 33 Reacciones de Hidrocarburos Saturados...................................................... 34 Reacciones de Hidrocarburos Insaturados ................................................... 35 El petrleo.................................................................................................... 38 Gasolina ....................................................................................................... 40 Gas Natural .................................................................................................. 44 Hidrocarburos .............................................................................................. 45 Ejercicios ..................................................................................................... 66 Hidrocarburos Cclicos ................................................................................ 71 Hidrocarburos Aromticos........................................................................... 78 Fenoles ......................................................................................................... 87 Alcoholes ..................................................................................................... 88 teres ........................................................................................................... 102 Aldehidos y Cetones .................................................................................... 106 cidos Carboxlicos..................................................................................... 120 steres .......................................................................................................... 128 Funciones Nitrogenadas Amidas ................................................................. 132 Ejercicios ..................................................................................................... 135 Amidas, steres, Aminas y Nitrilos............................................................. 141 Grasas Naturales .......................................................................................... 146 Hidrogenacin: Mantecas y Margarinas ...................................................... 149 Vitaminas ..................................................................................................... 153 Enzimas........................................................................................................ 160 Alcaloides .................................................................................................... 162 Carbohidratos............................................................................................... 164 Dextrinas ...................................................................................................... 168 Anexos ......................................................................................................... 195 Bibliografa .................................................................................................. 213

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Distribucin Temtica

Clase N Tema Semana Horas

1 Introduccin. Uniones interatmicas, Geometra molecular. Polaridad del enlace covalente. Teora de orbitales y el enlace covalente. Uniones intermoleculares. Aplicaciones.

1 03

2

Caractersticas generales de los compuestos orgnicos. El tomo de Carbono: Hibridacin tetravalencia autosaturacin. Grado de Instauracin. Isomera y su clasificacin. Clasificacin de Reacciones qumicas Orgnicas. Mecanismos de reaccin.

2 03

3

Estructura y nomenclatura de los compuestos orgnicos: alcanos, alquenos, dienos, alquinos, cicloalcanos, hidrocarburos aromticos, alcoholes, teres, aldehdos, cetonas, cidos carboxlicos, esteres, aminas, amidas. Series homlogas. Radicales Alquilo.

3 03

4

Petrleo y gas natural. Origen composicin y clasificacin. Refinacin (desulfuracin, destilacin fraccionada) Cracking trmico/cataltico. Reforming objetivos industriales del Cracking y reforming. Carcter dual de los combustibles fsiles. Introduccin a la petroqumica. ndice de octano. Efecto de invernadero: causas y efectos ecolgicos.

4 03

5

Hidrocarburos saturados: alcanos, fuente natural. Mtodos de obtencin. Propiedades generales. Sntesis de Wurtz. Sntesis de Grignard. Combustin completa e incompleta Reacciones de sustitucin: halogenacin, nitracin. Usos y aplicaciones de los derivados halogenados.

5 03

6 Hidrocarburos insaturados. Alquenos. Mtodos de obtencin (de laboratorio e industrial): deshidrohalogenacin de RX, deshidratacin de alcoholes.

6 03

7

Reacciones de los alquenos. Regla de Markovnikov. Mecanismo iones carbonio. Adicin de agua, HX, halgenos, H2SO4. Formacin de halohidrinas. Efecto perxido (adicin de HBr) reacciones de identificacin: oxidacin (glicoles), halogenacin, ozonlisis.

7 03

8

Dimerizacin de olefinas. Mettesis. Oligomerizacin. Gas de sntesis e hidrofamilacin. Polimerizacin. Polietileno de alta y baja densidad. Polipropileno. Polmeros olefnicos: orln (PAN), PVC. Aplicaciones industriales de los polmeros. Freones y capa de ozono.

8 03

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Clase

N Tema Semana Horas

9 Revisin Nivelacin 9 03

10 E X A M E N P A R C I A L 10 02

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Cicloalcanos. Fuente natural. Mtodos de obtencin. Reacciones. Aplicaciones industriales. Alquinos. Mtodos de obtencin y reacciones. Aplicaciones del acetileno: adicin de agua, reacciones con alcoholes y cidos carboxlicos. Dienos: aislados, acumulados, conjugados. Obtencin de cauchos sintticos o elastmeros. Aplicacin industrial del caucho vulcanizado.

11 03

12

Hidrocarburos aromticos. Carcter aromtico. Benceno. Reacciones del Benceno. Sustitucin aromtica electrofilica: halogenacin, nitracin, alquilacin, sulfonacin, acilacin, oxidacin. Nomenclatura de derivados del benceno. Aplicaciones industriales de los derivados aromticos. Fenoles y quinonas: propiedades, mtodos de obtencin y reacciones

12 03

13

Alcoholes y teres. Mtodos de obtencin, reacciones y aplicaciones. Aldehdos y cetonas: alifticos y aromticos. Mtodos de obtencin y reacciones. Reduccin. Adicin de NaHSO3, sntesis de Grignard para obtencin de alcoholes, reacciones con derivados del amoniaco Reacciones de condensacin. Aplicaciones industriales.

13 03

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cidos carboxlicos y sus derivados. cidos mono y dicarboxlicos. Propiedades, mtodos de obtencin y reacciones. Sales, anhdridos, steres, amidas, ntrilos. cidos grasos superiores. Equivalente de neutralizacin. Saponificacin. Polisteres, poliamidas (nylon)

14 03

15

Grasas naturales: glicridos. Fuente natural. Hidrlisis. Saponificacin. ndice de yodo, ndice de saponificacin. Hidrogenacin: mantecas y margarinas. Jabones y detergentes. Accin limpiadora. Aceites secantes y pinturas. Ceras. Aplicaciones industriales.

15 03

16 Aminas o aminocidos. Pptidos y protenas. Estructura. Propiedades generales. Introduccin a la biotecnologa. Importancia industrial de la biotecnologa.

16 03

17 Vitaminas: hidrosolubles, liposolubles, importancia en el metabolismo humano. Enzimas. Alcaloides, estructura, propiedades y aplicaciones.

17 03

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Clase

N Tema Semana Horas

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Carbohidratos. Fotosntesis. Clasificacin y estructura. Monosacridos (glucosa, fructuosa, galactosa, pentosas) Anlisis de carbohidratos. Disacridos (sacarosa, maltosa, lactosa) Polisacridos (almidn celulosa) Dextrinas. Usos y aplicaciones de los carbohidratos. Fermentacin. Hidrlisis.

18 03

19 EXAMEN FINAL 19 02

20 EXAMEN SUSTITUTORIO 20 02

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Introduccin

La qumica orgnica estudia los compuestos del carbono. Sin embargo, los compuestos tales como CO, CO2, CS2, bicarbonatos, carburos, carbonatos y cianuros se consideran compuestos inorgnicos. Los trminos qumica orgnica y compuestos orgnicos surgieron en el siglo XVIII a partir de la teora vitalista la cual sostena que los compuestos orgnicos solamente podan ser originados por los organismos vivos (plantas y animales). Esta concepcin idealista fue derribada en primera instancia por experimentos como los que llev a cabo Friedrich Whler, qumico alemn, quien en 1828 prepar rea, un compuesto orgnico, por la reaccin entre dos compuestos inorgnicos: cianato de plomo y amoniaco acuoso:

Pb (OCN)2 + 2 NH3 + 2 H2O 2 (NH2)2CO + Pb(OH)2 rea Actualmente los qumicos preparan muchos compuestos orgnicos a partir de materias inorgnicas. Existen muchos ms compuestos orgnicos que inorgnicos. Hoy en da se conocen ms de 10 millones de compuestos orgnicos sintticos y naturales. Este nmero es significativamente mayor que los 2 millones o ms de compuestos inorgnicos estudiados. La fuente natural principal de compuestos orgnicos son: el petrleo, el gas natural, la hulla y toda materia viva. Los elementos fundamentales en las sustancias orgnicas son el carbono (C), el hidrgeno (H), el oxgeno (O) y el nitrgeno (N); a veces estn presentes en menor proporcin los elementos fsforo (P), azufre (S), halgenos (Cl, Br, I) y otros.

POLARIDAD MOLECULAR Una molcula ser denominada apolar o no polar si al sumar vectorialmente todos sus momentos de enlace se obtiene un vector resultante nulo (R = 0), y ser llamada polar cuando este vector resultante no es nulo (R 0). Cuando la molcula tiene un solo enlace y ste es polar entonces la molcula ser polar. Si el nico enlace es apolar entonces la molcula ser apolar. Cuando la molcula tiene varios enlaces la determinacin de su polaridad est relacionada directamente con su geometra. Un mtodo prctico para determinar la polaridad de una molcula es el siguiente:

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- Si los tomos unidos al tomo central son iguales y el tomo central no posee pares solitarios, la molcula es no polar.

- Si el tomo central est unido a tomos diferentes o de lo contrario posee algn par de electrones no compartidos, la molcula es polar.

CO2

Cada dipolo C-O se anula porque la molcula es lineal

H2O

Los dipolos H-O no se anulan porque la molcula no es lineal, sino angular

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FUERZAS INTERMOLECULARES

Fuerzas de Van der Waals

Dipolos instantneos.El movimiento de los electrones en el orbital producen polarizacin no permanente.

Dipolos inducidos.Los electrones se mueven produciendo un dipolo en la molcula debido a una fuerza exterior.

- Fuerzas de London- Fuerzas dipolo-dipolo- Fuerzas por puentes de hidrgeno

}

Fuerzas de dispersin de London

Son las fuerzas intermoleculares ms dbiles que hay. Se producen por la atraccin dipolo instantneo-dipolo inducido. Se producen entre dos molculas no-polares adyacentes que se afectan

mutuamente. El ncleo de un tomo (en la molcula) atrae los electrones del tomo adyacente. Esta atraccin causa que la nube de electrones se distorsione. En ese instante se forma una molcula polar, debido al dipolo instantneo que se forma.

Relacionado con la polarizabilidad en la molcula.

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-Son fuerzas ms dbiles que rzas in-dipolo.

Fuerzas dipolo dipolo Interaccin entre dipolo de una molcula y un dipolo en la molcula

adyacente. Las fuerzas dipolo dipolo existen entre molculas polares neutras.

Enlaces de hidrogeno

Es un caso especial de las fuerzas dipolo dipolo Son fuerzas intermolesculares muy fuertes El enlace de hidrogeno requiere que el H este unido (enlazado) a un

elemento electronegativo. Estas fuerzas de hidrogeno se hacen mas importantes entre compuestos con F, O y N.

Interacciones por puente de hidrgeno en la molcula de H2O, NH3 y HF

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FUERZAS INTERMOLECULARES

Punto de ebullicin

normal (K)

Masa molecular (u) Al aumentar el valor de las fuerzas debidas a los enlaces por puentes de hidrgeno, aumenta el punto de ebullicin.

Estructura Molecular

o Polar: H2O ,NH3(amoniaco)

La carga (+) y la (-) no coinciden

u0

u: momento dipolar

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o No polar: NH3,CH4,CHCl = CHCl

u =

0

Ejemplo:

C6H6 (Benceno)

Es apolar

CH3CH2OH (Etanol)

Polar

CH3COOH (cido actico)

No polar

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CCl (Tetracloruro de carbono)

No polar

EL TOMO DE CARBONO El tomo de carbono es nico en su posibilidad de formar enlaces qumicos diferentes a las de cualquier otro elemento. Tienen semejanzas muy limitadas: el silicio, boro, germanio y otros vecinos en la tabla peridica. Por ejemplo, un compuesto con 5 tomos de C, puede mostrar algunas de las muchas estructuras posibles, como por ejemplo:

C C C C CC

C

CC C

C

C

C

C

C

CC

C

C

C

C C C C

CC C C

C

C

Dos son las propiedades del tomo de carbono que permiten tal variedad de compuestos: tetravalencia y autosaturacin. A) Tetravalencia.- Es la capacidad que tiene el carbono de formar 4 enlaces

covalentes simples, dobles y/o triples con tomos iguales o diferentes.

Mediante esta propiedad el carbono hace participar a sus 4 electrones de valencia en la formacin de enlaces qumicos covalentes simples, dobles o triples.

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Ejemplo:

C OH

H

C C H

H

H

H

H

H C C HH

formaldehido etano etino (acetileno)

En todos los compuestos orgnicos hay 4 enlaces alrededor del tomo de carbono. Este se puede hibridizar en: sp, sp2, sp3. As: - Si un carbono forma 4 enlaces sigma (), los 4 pares de electrones

ocuparn orbitales hbridos sp3, siendo su geometra tetradrica. - Si un carbono tiene un enlace doble, hibridiza en sp2 (3 enlaces , 1

enlace ) y su geometra ser plana. - Si un carbono tiene un enlace triple, su hibridacin es sp (2 enlaces , 2

enlaces ) y su geometra ser lineal.

sp sp2 sp3

La geometra alrededor tomo de carbono que utiliza orbitales hbridos sp3 es tetradrica, por lo que una cadena de tomos de carbono est realmente en zig-zag o doblada como se puede verificar con modelos tridimensionales.

C

H

H

H

H

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El acomodo de los tomos tetravalentes de C adquiere mayor significado cuando agregamos otros tomos como H para completar la geometra de una molcula orgnica.

Ejemplo: pentano normal o n-pentano.

C C C C C HH

H H H H H

HHHHH

Representacin plana Representacin en modelo de bolas y varillas Figura 1

Tabla 1

Frmula Estructural Nombre Geometra

H H | | HCCH | | H H

Etano Tetradrica 109,5

H H C=C H H

Eteno o Etileno Plana 120

HCCH Etino o Acetileno Lineal 180

La unin tetradrica se altera cuando entre dos tomos de C hay dobles o triples enlaces. Por ejemplo, los compuestos de 2 tomos de C que contienen hidrgeno ilustran las diferencias fundamentales de los enlaces simple, doble y triple entre carbono y carbono.

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B) Autosaturacin.- Es la capacidad del carbono de unirse con otros tomos de carbono para formar cadenas carbonadas, abiertas o cerradas, y muy estables. Debido a esta capacidad se explica la existencia de millones de compuestos orgnicos.

Segn su arreglo o disposicin espacial las cadenas se clasifican en cadenas abiertas o acclicas y en cadenas cerradas o cclicas. Las cadenas abiertas pueden ser: Lineales Como en los siguientes casos:

CCCCC CC=CC=CC

C C C C C CH

H H H H H

HHHHH

C

H

H H

H

H n-heptano

Ramificadas o arborescentes Cuando, escogida la cadena carbonada principal, fuera de ella se encuentran otros tomos de carbono.

C C C C C C C

C

CH

H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

4,4dimetil2hepteno

Las cadenas cerradas dan lugar a la formacin de anillos o ciclos:

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H2C

CH2

CH2

H

H

H

H

H

H

H

H C Ciclopropano iclobutano Ciclohexano

TIPOS DE CARBONO Se ha encontrado que es sumamente til clasificar cada tomo de carbono de un alcano o hidrocarburo saturado en: Carbono Primario Es aqul que est unido a un solo tomo de carbono; se halla en los extremos o ramificaciones de una molcula, y podra poseer hidrgenos primarios.

CH3CH3 tiene 2 carbonos primarios Carbono Secundario Es el que est unido a otros 2 tomos de carbono, y podra poseer los llamados hidrgenos secundarios.

CH3CH2CH3 tiene 1 carbono secundario. Carbono Terciario Es el que se encuentra unido a 3 tomos de carbono y podra tener un hidrgeno terciario. CH3 | CH3CHCH2 CH3 1 C terciario Carbono Cuaternario Es un carbono que se encuentra completamente rodeado por otros 4 tomos de carbono a los cuales est unido.

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CH3 | CH3CCH3 | CH3 Esta clasificacin slo incluye carbonos saturados y no incluye al metano, CH4. TIPOS DE FRMULAS A) Frmula Molecular o Global.- Es la frmula general en la que se indican

mediante subndices la cantidad de tomos de cada elemento participante en la formacin de una molcula de sustancia.

C2H6, C3H8, C4H10, C4H8

Estas frmulas pueden representar a uno o ms compuestos. B) Frmula Desarrollada.- Es aquella en la que se indican todos los enlaces

que hay en una molcula.

H H H H H H H | | | | | | | H C C C C H H C C = C C H | | | | | | | H H H H H H H

C) Frmula Semidesarrollada.- Son frmulas intermedias entre la frmula

global y la frmula desarrollada. Omite los enlaces CH .

CH3CH2CH2CH3 D) Frmula Condensada.- Omite los enlaces.

CH3CH2CH2CH3 o CH3(CH2)2CH3

E) Formula topolgica.- Se representan por guiones y figuras geomtricas.

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FORMULA NOMBRE FORMULA TOPOLOGICA

C3H6 Ciclopropano

C4H8 Ciclobutano

C5H10 Ciclopentano

ISOMERA

ISOMERA ESTRUCTURAL o CONSTITUCIONAL Se refiere a aquellas dos ms sustancias (denominadas ismeros) que tienen la misma frmula general o global, pero tienen diferentes arreglos en sus tomos o grupos funcionales y por lo tanto tienen estructuras y propiedades fsicas y/o qumicas diferentes. Los ismeros se clasifican como: A) Ismeros de cadena: se diferencian por la forma de la cadena (lineal,

ramificada o cclica)

Ejemplo: La frmula molecular C4H10 corresponde a dos ismeros:

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CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 | CH3

nButano Isobutano Pto.eb. 0,5C Pto.eb. 10C B) Ismeros de posicin: si los ismeros se diferencian tan solo por la

diferente posicin que tiene en la cadena carbonada, un tomo, grupo de tomos o grupo funcional. Ejemplo:

CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 | | Cl Cl

1clorobutano 2clorobutano C) De funcin: cuando los ismeros se diferencian por tener distintos grupos

funcionales. Ejemplo: la frmula C2H6O corresponde a dos ismeros:

CH3CH2OH y CH3OCH3 Alcohol etlico ter metlico Estereoisomera geomtrica Se produce cuando hay dos carbonos unidos con doble enlace que tienen las otras valencias con los mismos sustituyentes (2 pares) o con dos iguales y uno distinto.

No se presenta isomera geomtrica si tiene tres o los cuatro sustituyentes iguales. Tampoco puede presentarse con triples enlaces.

A las dos posibilidades se las denomina forma CiS y forma Trans.

Dos tipos de sustituyentes:

a a \ /

C = C / \

b b

a b \ /

C = C / \

b a

Forma CiS Forma Trans

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Tres tipos de sustituyentes:

a a \ /

C = C / \

b c

a c \ /

C = C / \

b a

Forma CiS Forma Trans

Ejemplo de Estereoisomera geomtrica cido butenodioico (COOH-CH=CH-COOH):

COOH COOH \ /

C = C / \

H H

COOH H \ /

C = C / \

H COOH

cido maleico cido fumrico

(Forma CiS) (Forma Trans)

Estereoisomera ptica Los ismeros pticos se diferencian en que desvan el plano de la luz polarizada . Uno hacia la derecha (ismero dextrgiro) y otro a la izquierda (ismero levgiro). Forma racmica Es la mezcla equimolecular de los ismeros dextro y levo. Esta frmula es pticamente inactiva (no desva el plano de la luz polarizada). Poder rotatorio especfico Es la desviacin que sufre el plano de polarizacin al atravesar la luz polarizada una disolucin que contenga 1 gramo de sustancia por cm en un recipiente de 1 dm de longitud. Es el mismo para ambos ismeros. Motivo Esta isomera se presenta cuando en la molcula existe algn carbono asimtrico (satura sus valencias con todos los grupos distintos entre s).

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EJERCICIOS

1. Escriba las estructuras y de un nombre sistemtico IUPAC a todas ellas de todos los alcanos ismeros que sean posibles para las frmulas y condiciones siguientes: a) C8H18, que tenga slo hidrgenos sobre carbonos primarios. b) C6H14, que tenga un carbono cuaternario. c) C7H16, que tenga un carbono terciario. d) C6H14, que tenga dos carbonos secundarios.

2. Los siguientes son nombres IUPAC incorrectos. D los nombres correctos.

a) 2-isopropil-3-metilhexano b) 4-butilpentano

3. De cada par escoja el que tiene el punto de ebullicin ms alto. Explique.

a) CH3CH2CH2OH y CH3CH2OCH3

b)

c) CH3CH2CH2CH3 y CH3(CH2)6CH3 4. Cul, entre los siguientes, son ismeros estructurales?

a) 1, 1, 3-trimetilciclopentano etilciclohexano b) 1, 3-dietilciclopentano 1, 4-dimetilciclohexano

5. El nombre IUPAC correcto para la siguiente molcula es:

6. Dibuje las estructuras de lneas para los siguientes compuestos: a) etilciclopropano b) 2, 6-dimetildecano c) 4-isobutil-2, 5-dimetilheptano

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7. En la siguiente estructura seale los carbonos cuaternarios, terciarios, secundarios y primarios.

8. Considere tres de las fuerzas intermoleculares fundamentales, esto es in- in, dipolo-dipolo y van der Waals. D un ejemplo de cada una y colquelas en orden ascendente de fuerza de interaccin.

9. Coloque los siguientes compuestos en orden ascendente del punto de ebullicin. a) 2-metilhexano ,heptano , 2, 2-dimetilpentano b) 2, 2, 3-trimetilbutano , 2, 2, 3, 3-tetrametilheptano

10. El punto de fusin de n-pentano es -129.7 oC y el de neopentano es -16.6

oC. Cul de stos compuestos requiere ms calor para fundir? Por qu? 11. Indique la estructura y nombre de los productos de la reaccin entre:

a) 2-cloro-2,3-dimetilbutano con exceso de sodio b) 1-cloro-3-metil-2-buteno con exceso de sodio c) Una muestra de propano puro se hace reaccionar con bromo con luz

solar a 127C, obtenindose una mezcla de todos los ismeros C3H7Br, que se destila. Una porcin de la mezcla de derivados halogenados se hace reaccionar con un exceso de sodio metlico; la otra porcin de la mezcla se hace reaccionar con KOH disuelto en etanol caliente y se destila. Indique la estructura y nombre de los productos de cada caso.

13. Dos derivados bromados, A y B, dan, por reduccin de Grignard, el mismo

hidrocarburo saturado. Cuando se trata una mezcla equimolar de ambos con exceso de sodio se obtienen tres hidrocarburos saturados ismeros de masa molecular igual a 86. Escriba las estructuras y nombres de A y B y nombre los productos obtenidos de la reaccin de stos con el sodio.

14. Indique el mecanismo de reaccin para el producto ms estable resultante

de la monocloracin del 2-metilbutano e indique la composicin relativa de la mezcla resultante, si las velocidades relativas de sustitucin de hidrgenos Terciario, secundario y primario son proporcionales a 5,0:3,6:1,0, respectivamente. La reaccin procede con luz solar a 25C.

Qumica II

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CLASES DE COMPUESTOS ORGNICOS Los compuestos orgnicos se pueden clasificar en dos grandes grupos: Alifticos.- Sustancias de cadenas abiertas, lineales o ramificadas y tambin las cclicas semejantes a ellas, de tomos de carbono unidos por enlaces simples, dobles o triples o sus combinaciones. Ejemplo:

CH3CH3 CH2=CHCH3

CH2

CH2

CH2

CH2 Aromticos.- Son el benceno, C6H6, y aquellas sustancias semejantes a l en su comportamiento qumico. Ejemplo:

CH3 CHO

Benceno Tolueno Benzaldehido Naftaleno Puede haber muchas cadenas laterales o grupos unidos al anillo aromtico. Grupo funcional: Es un tomo o grupos de tomos de una molcula que hace que sta presente un conjunto de propiedades caractersticas. Molculas diferentes que tienen la misma clase de grupo funcional reaccionan de modo semejante. Ejemplos: - Los alcoholes tienen el grupo funcional OH (hidroxilo) - Los cidos carboxlicos tienen el grupo funcional COOH (carboxilo). REACTIVIDAD DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS

Se debe a los grupos funcionales. o Por alta densidad electrnica (doble o triple enlace) o Por fraccin de carga positiva en el tomo de carbono

(enlaces CCl, C=O, CN)

Qumica II

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Ruptura de enlaces de alta energa.

o homoltica (por la presencia de radicales libres) A : B A + B

o heteroltica (el par electrnico va a un tomo) A : B A: + B+

o Carbocationes: R3C+ Ejemplo: (CH3)2CH+ o Carbanin: R3C: Ejemplo: Cl3C:

Desplazamientos electrnicos. DESPLAZAMIENTOS ELECTRNICOS Efecto inductivo:

Desplazamiento parcial del par electrnico en enlace sencillo hacia el tomo ms electronegativo provocando fracciones de carga.

Efecto mesmero o de resonancia: Desplazamiento del par de electrones del doble enlace hacia uno de los tomos por la presencia de pares electrnicos cercanos.

Efecto inductivo: El hidrgeno se toma como referencia

(no provoca efecto inductivo) I : Grupos que retiran electrones. Ejemplos: NO2, COOH, X (halgeno), OH... +I : Grupos que aportan electrones. Ejemplos: CH3, CH2CH3, C(CH3), COO, O... Se transmite a lo largo de la cadena a enlaces adyacentes, aunque cada vez

ms dbilmente. Efecto mesmero (resonancia): Se produce cuando hay enlace mltiples y la posibilidad de que los e se

deslocalicen (tomo electronegativo con posibilidad de tener parejas de e sin compartir).

Ejemplo: CH2=CHCH=CH2 +CH2CH=CHCH2 CH2CH=CHCH2+ Puede escribirse: CH2CHCHCH2 Todos los enlaces son intermedios entre simples y dobles. A mayor nmero de formas resonantes mayor estabilidad.

Qumica II

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Tipos de reactivos: Homolticos: Radicales libres.

o Son especies qumicas que tienen tomos con electrones desapareados. o Se forman en la reacciones con ruptura homoltica.

Nuclefilos: Tienen uno o ms pares de electrones libres (bases de Lewis). o Atacan a partes de molcula con deficiencia de electrones.

Electrfilos: Tienen orbitales externos vacos (cidos de Lewis) o Atacan a zonas con alta densidad electrnica (dobles o triples enlaces)

Ejemplos de reactivos nuclefilos y electrfilos:

NUCLEFILOS o ROH o RO o H2O o RNH2 o R CN o RCOO o NH3 o OH o halogenuros: Cl, Br

ELECTRFILOS

o H+ o NO2+ o NO+ o BF3, AlCl3 o cationes metlicos: Na+ o R3C+ o SO3 o CH3Cl, CH3CH2Cl o halgenos: Cl2 , Br2

Reacciones qumicas principales: SSuussttiittuucciinn::

o un grupo entra y otro sale. o CH3Cl + H2O CH3OH + HCl

AAddiicciinn:: a un doble o triple enlace o CH2=CH2 + Cl2 CH2ClCH2Cl

Qumica II

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EElliimmiinnaacciinn:: de un grupo de tomos. o Se produce un doble enlace o CH3CH2OH CH2=CH2 + H2O

RReeddooxx:: (cambia el E.O. del carbono). o CH3OH + O2 HCHO + H2O

Qumica II

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EJERCICIOS

1. Escriba la frmula semidesarrollada de las siguientes frmulas topolgicas

2. A qu tipo de ismeros corresponden las siguientes estructuras?

3. En las siguientes estructuras indique la hibridacin de los tomos de

carbono: a) CH3 CH2 CH2 CH3 b) CH3 CH =CH CH3 c) CH3 C C CH2 NH2

4. Un compuesto orgnico tiene la siguiente composicin centesimal:

52,15% C; 13,13 % M y 34,72% O. Si su masa molar es 46 g/mol. Determine su frmula identificando los ismeros que se obtendran. Datos: C = 12 ; H = 1 ; O = 16

5. Al quemar 2,34 g de un hidrocarburo se forman 7,92 g de dixido de

carbono y 1,62 g de vapor de agua. A 85C y 700 mm de Hg de presin, la densidad del hidrocarburo gaseoso es 3,45 gl1; a) Determine la masa molecular y frmula de dicho hidrocarburo; b) Qu volumen de oxgeno gaseoso a 85C y 700 mm de presin, se

necesita para quemar totalmente los 2,34g de este hidrocarburo? Datos: Masas atmicas: O = 16,0 y C = 12,0

6. Dados los siguientes compuestos, identifica cuales de ellos son compuestos

orgnicos: CH3-COOH; CaCO3; KCN; CH3-CN; NH4Cl; CH3-NH-CH2-CH3; Cl-CH2-CH3

Esta clasificacin en alifticos (grasos) y aromticos (fragantes) ya no tiene sentido y no hay porque darle una importancia excesiva a esta divisin. Aunque existe, a menudo es menos importante que cualquier otra clasificacin.

Qumica II

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REACCIONES DE HIDROCARBUROS SATURADOS 1) Halogenacin:

F2 >Cl2>Br2>I2 Reactivo C1

Qumica II

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2) Halogenacin

3) Hidroalogenacin

4) Sulfonacin

Qumica II

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5) Rx de Bayer

Ejemplo:

6) Ozonolisis

Qumica II

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El Petrleo CARACTERSTICAS DEL PETRLEO El petrleo crudo es una mezcla compleja constituida por hidrocarburos gaseosos, lquidos y slidos, mezclados en distintas y variables proporciones, que le dan la apariencia de un producto viscoso cuyo color vara segn la regin geogrfica y segn la calidad, desde pardo amarillento hasta pardo negruzco. Es inmiscible con el agua y su densidad est entre 0,77 y 0,85 g/mL. Tiene un olor caracterstico y flota en el agua. Algunos crudos contienen compuestos hasta de 30 a 40 tomos de carbono. El petrleo adems contiene pequeas cantidades de oxgeno, azufre y nitrgeno, que forman parte de algunos compuestos. El azufre es un elemento cuya presencia es inconveniente porque puede dar lugar a la formacin de cido sulfrico que corroe los motores. Adems, los crudos tienen pequeas cantidades (del orden de partes por milln) de compuestos con tomos de metales como hierro, niquel, cromo, vanadio y cobalto. ORIGEN, ESTADO NATURAL Y EXTRACCIN Los crudos de petrleo se formaron por descomposicin, en un perodo de millones de aos, de materiales orgnicos (animales y vegetales). El petrleo se encuentra en depsitos subterrneos extensos ubicados en las capas superiores de la corteza terrestre. Al perforarse un pozo, la presin interna de los fluidos permite su afloracin a travs de las capas impermeables, obtenindose el gas natural y el petrleo crudo. Posteriormente, al disminuir la presin, la extraccin se realiza por bombeo. CLASIFICACIN Los crudos de petrleo se clasifican entre categoras, de acuerdo a su composicin:

- Parafinicos (alto contenido de alcanos o parafinas). - Naftnicos (alto contenido de cicloalcanos o naftenos). - Aromticos (alto contenido de hidrocarburos aromticos).

Gas de Petrleo.- Es una mezcla de hidrocarburos voltiles, CH4, C2H6, C3H8 y C4H10, de amplio uso industrial y casero. El propano y los ismeros del butano, estn disponibles como gases combustibles embotellados (GLP).

Qumica II

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Refinacin del Petrleo.- Para obtener los distintos productos derivados del petrleo, el petrleo crudo debe someterse a un proceso que permita la separacin de sus componentes y posterior tratamiento al cual se le denomina refinacin. La separacin de sus distintas fracciones se efecta por un proceso de destilacin primaria inicialmente y luego una destilacin fraccionada, que permite obtener los hidrocarburos de acuerdo a su punto de ebullicin. El residuo de la destilacin fraccionada est constituido por hidrocarburos de muy alta masa molecular. Las distintas fracciones se presentan en la Tabla 12.7. Cracking del Petrleo.- La gran demanda de combustibles para motores (gasolinas) ha conducido a obtenerlos por la ruptura de los hidrocarburos del gas oil, mediante un procedimiento llamado cracking o craqueo, que consiste en una pirlisis o ruptura, por efecto de una elevada temperatura y presin, que reduce la longitud de las cadenas transformndolas en molculas de menor tamao, que son las que forman las gasolinas. Por ejemplo:

C14H30 craqueo C7H16 + C7H14

El craqueo se puede facilitar con el uso de catalizadores que permiten efectuar la ruptura a baja presin en un procedimiento muy usado que se denomina craqueo cataltico, que produce gasolina de mayor calidad.

Qumica II

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Gasolina La gasolina es un combustible derivado del petrleo diseada para ser utilizada en motores reciprocantes, ignicin por chispa y de combustin interna. Es una mezcla de 4 tipos bsicos de hidrocarburos: parafnicos, olefnicos, naftnicos y aromticos. Con los procesos disponibles hoy en da, una refinera puede utilizar hidrocarburos de estos cuatro tipos para ajustar su gasolina a los requerimientos comerciales y las especificaciones establecidas por los organismos internacionales de normalizacin, es decir, las caractersticas y propiedades fsicoqumicas son fijadas en funcin de las especificaciones mundiales de calidad requeridas por los estndares de la tecnologa automotriz y medidas de proteccin ambiental. Las gasolinas son, por tanto mezclas complejas de hidrocarburos cuyo intervalo de ebullicin est comprendido entre aproximadamente 40 a 200C. Los componentes se mezclan para proporcionar una elevada calidad antidetonante, un fcil arranque, un rpido calentamiento, una baja tendencia a la formacin de bolsas de vapor, y un bajo contendido de depsitos en el motor. Actualmente, una gasolina moderna para motor es formulada a partir de mezclas de gasolinas y otros componentes: - Gasolina ligera proveniente de la destilacin primaria (atmosfrica) - Gasolina proveniente de procesos como la Isomerizacin o Craqueo

Cataltico Fluido (constituida por, principalmente, isoparafinas). - Gasolina de Reformacin Cataltica (de alto contenido de aromticos). - Aditivos como el MTBE (Metil-t-butil-eter) que garantiza el poder

antidetonante; los antioxidantes y detergentes que protegen la vida til del motor.

- n-butano. El butano normal se mezcla en la gasolina para dar la presin de vapor deseada. La presin de vapor de la gasolina es un factor que permite asegurar las condiciones adecuadas de arranque, la prevencin a la formacin de bolsas de vapor y reducir las prdidas por evaporacin. Como el butano tiene un alto octanaje de mezcla, es un componente deseable de la gasolina y las refineras lo introducen en sus gasolinas tanto como lo permite la limitacin en la presin de vapor.

Existen varias propiedades importantes de la gasolina, pero las dos que tienen efectos mayores son el intervalo de ebullicin (volatilidad) y las caractersticas antidetonantes. El intervalo de ebullicin de la gasolina determina la facilidad de

Qumica II

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arranque, la intensidad de la aceleracin, las prdidas por dilucin en el crter y la tendencia hacia la formacin de bolsas de vapor. En relacin a las caractersticas antidetonantes, la adicin de un mejorador del nivel de octano evita el molesto pistoneo del motor a las diferentes velocidades y cargas. Otra caracterstica importante a controlar es el contenido de azufre y gomas: un mnimo contenido de stos evitar problemas de corrosin y depsitos en el sistema de combustible y partes del motor, prolongando as la vida til del mismo. OCTANAJE DE LA GASOLINA El octanaje o ndice de octano, es una medida relativa de la calidad de las gasolinas como combustibles. Una de las maneras de aumentar la potencia de un motor consiste en darle una mayor compresin. Una alta compresin requiere que la gasolina que se utilice soporte altas temperaturas sin detonar espontneamente, y slo lo haga cuando se encienda la chispa. Esta capacidad de las gasolinas a soportar una mayor comprensin se relaciona con el trmino octanaje. El octano, o ms propiamente iso-octano o 2,2,4-trimetilpentano (I) es un hidrocarburo saturado ramificado que se quema en forma muy uniforme sin detonar. CH3 CH3 | | CH3CCH2CHCH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 | CH3 (I) Isooctano (II) n-heptano En cambio, el n-heptano CH3(CH2)5CH3 (II), que es un hidrocarburo saturado de cadena lineal, detona muy fcilmente cuando se quema en un motor. La escala de octanaje utiliza estos dos compuestos como patrones asignndose un octanaje de 100 a una gasolina que solo contiene isooctanos (100% de isooctano) y un octanaje de cero a una gasolina que slo contiene n-heptano (100% de n-heptano y 0% de isooctano). Para determinar el octanaje de una gasolina, se prueba en un motor de ensayo y se mide sus propiedades detonantes que se manifiestan en el rendimiento del combustible. Luego se compara con una mezcla de isooctano y n-heptano.

Qumica II

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Una vez obtenida la mezcla que presenta la misma detonacin que la gasolina que se quiere clasificar, el porcentaje de octano de dicha mezcla representa el octanaje de la gasolina en estudio. Por lo tanto, una gasolina de 84 octanos ser aquella que tiene las mismas caractersticas detonantes que una mezcla de 84% de isooctano y 16% de n-heptano. (no significa que la gasolina tenga 84% de isooctano). La escala de octanaje, basada en mezclas volumtricas de h-heptano e isooctano, es una escala relativa bajo la cual se comparan el poder antidetonante de los combustibles comerciales. Puede haber combustibles con ndice de octano mayor que 100 octanos, por ejemplo, el 2-metilhexano tiene 110 octanos y el gas metano tiene 120 octanos. Los aviones usan gasolinas con octanaje mayor a 125. Las gasolinas que contienen plomo (Pb) son contaminantes de los seres vivos y resultan de aadir tetraelilplomo, Pb(C2H5)4, a gasolinas de la primera destilacin , las cuales tienen octanaje de 40 a 60 octanos y no son adecuadas para los motores de combustin interna modernos.

Tabla. Fracciones de la Destilacin del Petrleo

PRODUCTO

COMPOSICION

# de tomos de C

RANGO DE DESTILACION

(C) APLICACIONES

GASES C1 C4 < 20 Combustible domstico e industrial.

ETER DE PETROLEO C5 C6 30-70 Disolvente. LIGROINA C6 C8 70 130 Disolvente, combustible. GASOLINA NAFTA C8 C10 130 200 Combustible de motores. QUEROSENE C12 C16 200 300 Combustible domstico.

GAS-OIL (ACEITE COMBUSTIBLE) C15 C18 280 380

Combustible diesel. Se somete a cracking para obtener gasolinas.

PETROLATO O VASELINA (semislidos) C18 C22

> 380 semislida

Lubricantes, uso medicinal (cremas, pomadas, etc.)

PARAFINA C20 C30 Slida

(pf = 50 60) Velas, lacres, impermeabilizantes.

CERA MICROCRISTALINA C30 C50

Slida (pf = 60 90)

Plsticos, proteccin contra la corrosin.

ALQUITRAN DE PETROLEO Muchos Slido

Asfalto de carreteras, fabricacin de briquetas.

COKE DE PETROLEO Muchos Slido Combustible slido, metalurgia.

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Gas Natural El gas natural es un combustible fsil formado por una mezcla de hidrocarburos que, en condiciones del reservorio, se encuentran en estado gaseoso o disuelto en el petrleo. Se encuentra en la naturaleza como "gas natural asociado", cuando est acompaado de petrleo, y como "gas natural no asociado" cuando no est acompaado de petrleo. El principal componente del gas natural es el metano, que constituye un 80% del mismo.

Tabla. Principales Componentes del Gas Natural (GNP)

Componente Frmula Estado Natural CH4 C2H6 C3H8 C4H8 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18

metano etano

propano butano pentano hexano heptano octano

gas gas gas licuable gas licuable lquido gasificable lquido gasificable lquido Lquido

El propano y el butano conforman el gas licuado de petrleo (GLP) y es el de uso cotidiano. El GNP contiene 1% de impurezas como son nitrgeno (N2), dixido de carbono (CO2), helio(He), oxgeno(O2), vapor de agua y otros que son de combustin limpia. A diferencia del petrleo, el gas natural no requiere de plantas de refinacin para procesarlo y obtener productos comerciales. El gas natural es la fuente de energa ms ventajosa porque, adems de ser un combustible limpio y de bajo costo, compite con todas las otras fuentes de energa. Las reservas probadas de gas natural en el Per se encuentran en: Talara, Zcalo Continental Norte (Talara), Aguayta (selva), Camisea (Cuzco, cuenca del ro Ucayali).

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Hidrocarburos Es la clase ms sencilla de compuestos orgnicos. Son compuestos binarios constituidos exclusivamente por tomos de los elementos carbono (C) e hidrgeno(H).

Una serie homloga est formada por compuestos del mismo tipo, con una sola frmula molecular general, diferencindose cada compuesto del anterior en un grupo metileno CH2. Por ejemplo, los miembros de una serie homloga de cadena normal saturada pueden ser representados como:

CH3-(CH2)m-CH3 donde m = 0, 1, 2, 3, ... Para los integrantes de una serie homloga el punto de ebullicin aumenta con la masa molecular.

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HIDROCARBUROS ACCLICOS 1. HIDROCARBUROS SATURADOS

Son los compuestos binarios de carbono e hidrgeno ms simples. Se denominan alcanos o parafinas.

Los alcanos son hidrocarburos acclicos que contienen solo enlaces simples entre carbono y carbono. Su composicin est descrita por la frmula general CnH2n+2. Para nombrarlos se usa un prefijo que indica el nmero de carbonos y el sufijo ANO. Los tomos de carbono requieren una hibridacin sp3 y slo se presentan enlaces (sigma).

Tabla. Alcanos de Cadena Lineal

N de

C Raz Alcano Frmula

Global Nombre IUPAC

Frmula condensada

Punto de Ebullicin

Normal (C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

met- et-

prop- but- pent- hex- hept- oct- non- dec-

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22

Metano Etano

Propano Butano Pentano Hexano Heptano Octano Nonano Decano

CH4 CH3CH3

CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3

CH3CH2CH2CH2CH3 CH3(CH2)4CH3 CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)6CH3 CH3(CH2)7CH3 CH3(CH2)8CH3

161 89 40 0,5 36 68 98

126 151 174

PROPIEDADES Y USOS Los alcanos son notablemente estables e inertes frente a muchas otras sustancias. A presiones y temperaturas altas se puede provocar la reaccin con oxgeno y halgenos. Su nombre tradicional, parafinas, indica una falta de reactividad, ya que no reaccionan con la mayora de cidos, bases y oxidantes dbiles.

Los 4 primeros alcanos son gases; a partir de C5 hasta C16 son lquidos; de C17 para adelante son slidos con puntos de fusin superior a 40C. Las ramificaciones dan lugar, generalmente, a puntos de fusin y de ebullicin ms bajos que las correspondientes cadenas normales. Por ejemplo, vanse los siguientes ismeros estructurales:

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Tabla C

estructura Nombre p.f. p.eb CH3 CH2 CH2 CH3 n-butano 135 C 0,5C

CH3 CH CH3

CH3 Isobutano 145 C 10C

CH3 C CH3

CH3

CH3

neopentano 20C 9,5C

Un uso importante de los hidrocarburos saturados es como combustible, experimentando oxidacin a dixido de carbono y agua. Se dan algunos ejemplos en la Tabla D

Tabla D

Nombre Composicin Uso

Gas natural Mezcla de hidrocarburos gaseosos CH4, C2H6 y otros Uso industrial y casero

Gas licuado de petrleo C3H8, C4H10

Gas combustible embotellado

Gasolina Mezcla de ismeros de C5C9 y otros Motores de combustin

interna

Kerosene Mezcla de alcanos de alrededor de 12-14 tomos de C Combustible para jet,

uso casero

Cera parafina Mezcla de alcanos con 16 ms tomos de C. Velas

Los hidrocarburos lquidos son tambin solventes tiles, particularmente para sustancias no polares. Por ejemplo, el hexano es un buen extractor de grasas vegetales. A causa de su relativa poca reactividad y su inmiscibilidad con agua y porque humedecen fcilmente superficies metlicas, los hidrocarburos no voltiles se usan tambin como lubricantes de maquinarias. El metano es un componente importante del gas natural, se utiliza para calefaccin domstica en estufas de gas y calentadores de agua.

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El propano es el componente principal del gas embotellado, GLP (gas licuado de petrleo), que tambin se utiliza para calefaccin domstica y para cocinas. El butano se usa en calentadores desechables y como combustible en estufas. En la gasolina se encuentran alcanos con 5 tomos a 12 tomos de carbono por molcula. MTODOS DE OBTENCIN DE ALCANOS O PARAFINAS

REACCIN EJEMPLO Hidrogenacin cataltica de alquenos (adicin sobre enlaces pi). Son ms estables los alquenos con ms grupos alquilo sobre los c que forman el enlace pi.

R-CH=CH-R + H2 R-CH2-CH2-R

Reaccin de Wurtz: Haluro de alquilo Con Na metlico produce un alcano con el doble de tomos de C (para hidrocarburos pares).

2RX+2Na R-R+ 2NaX

2CH3CH2Br + 2Na CH3CH2CH2CH3+ 2NaBr

Rx+Mg RMgX (Reactivo de Girgnard)

RMgX+HOH RH+ MgXOH (Sal bsica de Mg)

Hidrlisis de reactivos de Grignard: Para convertir haluros de alquilo en alcanos.

+HOH CH3CH2CH3+

MgBrOH A partir de sales de cido orgnico.

a.Por electrlisis. Sntesis de kolbe.

b.Con cal sodada RCOONa R-H

Reaccin de reactivo de Grignard con haluro de alquilo.

Qumica II

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HIDROCARBUROS SATURADOS (Alcanos Sp3)

CARACTERSTICAS 1.- Estn unidos por enlaces simples; el enlace de dos tomos de carbono se forma un enlace si ambos son

CC

C

Sp3

Sp3

_

2.- En l enlace , los grupos pueden girar alrededor, generndose dos

conformaciones tipo: Caballete o Newman Caballete:

C C C

CH3

CH3

CH3CH3

C

H HH H

H

H H

H

Butano Butano Newman:

CH3 H

H

H

CH3

CH3

H

Eclipsada Alternada

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3.- Existen enlaces tipo Van Der Waals, donde dice que a mayor superficie de unin, mayor es la fuerza, y por lo tanto el punto de ebullicin tambin es mayor.

CH3

CH3

OH

OH

+

+

_

_

Hace mas fuerteel enlace

Debilita al enlace

a)

c) d)

b)

4.- Estos alcanos son solubles en solventes apolares e Insolubles en solventes polares.

Ejemplo de Sntesis de wurtz: Un halogenuro con sodio metlico produce un alcano. Ejemplo:

+ +ClCH3

CH3 Cl2 Na CH3 CH3 2 NaCl

Un halogenuro de arilo con un halogenuro de alquilo y sodio metlico, producen compuestos aromticos.

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Cl

Cl

+ +

CH3

cloro benceno

CH3 Cl

Tolueno

2 NaCl

Cl

2 Na+

Los alcanos, bajo condiciones adecuadas, son capaces de las siguientes reacciones:

- Reacciones de Combustin: arden con gran desprendimiento de calor.

C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(g) + 2 220 kJ

- Reacciones de Sustitucin (Halogenacin): En presencia de luz, de perxidos orgnicos o calentados a 300C, uno o ms hidrgenos de los alcanos pueden ser sustituidos por halgenos.

CH4(g) + Cl2(g) + luz CH3Cl + HCl Si el alcano tiene ms de un tipo de hidrgeno por sustituir, en la monohalogenacin puede formarse una mezcla de ismeros monohalogenados. Ejemplo:

3 2 3 2 3 3 3 2 2luz

CH CH CH C CH CHCH CH CH CH HC25 C + + +l l

Grupos Alquilo (R) Resultan de quitar un hidrgeno a un alcano para que entre otro grupo monovalente en su lugar. No forman una especie qumica propiamente dicha pero son tiles para propsitos de nomenclatura. Para nombrarlos se cambia el sufijo ano por il(o).

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Ejemplo:

Tabla. Nombres y frmulas para varios grupos alquilo

CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2CH2CH2

Metilo Etilo n-Propilo n-Butilo

CH3CH2CH | CH3 Secbutilo CH3CHCH2 | CH3 Isobutilo

CH3 | HC | CH3 Isopropilo

CH3 CH3C CH3 t-Butilo (terbutilo)

CH3 | CH3CCH2 | CH3 Neopentilo

Nomenclatura comn de alcanos En la nomenclatura comn se usa los prefijos: n para ismeros de cadena lineal o normal, si no hay ramificacin en el

hidrocarburo iso cuando en el 2 carbono hay un grupo CH3 unido a l. neo cuando en el 2 carbono hay 2 grupos CH3 unidos a l. Ejemplo: CH3 CH3C H2CH3 Propano | CH3(CH2)2CH3 n-Butano CH3CCH2CH3 CH3CHCH3 Isobutano | | CH3 CH3 Neohexano

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CH3CH3 CH3

Nomenclatura IUPAC de Alcanos Ramificados 1. Elegir la cadena principal, que es la cadena continua ms larga de tomos

de carbono y la ms ramificada. 2. La cadena raz o principal es la que da el nombre bsico del alcano. 3. En la cadena raz el carbono N 1 es el extremo ms prximo a una

ramificacin o sustituyente de un hidrgeno. 4. Los nombres de los grupos alquilo unidos a la cadena principal se

anteponen al nombre de esta cadena bsica. Dichos grupos deben nombrarse en orden alfabtico. Si algn sustituyente se repite se usa los prefijos di, tri, tetra, etc.; luego se coloca la raz que debe indicar el nmero de C y el sufijo ano.

5. Si a la cadena principal se unen varios grupos alquilo diferentes, nmbrelos en orden alfabtico.

Los grupos alquilo precedido de n-, sec-, ter-se alfabetizan por el nombre del grupo (Ej. secbutil). Los grupos isoalquilo y neoalquilo se alfabetizan segn i y n. 3 4 5 a) CH3CHCH2CH3 | CH3CHCH3 2,3-dimetilpentano 1 2

CH3 1 2| 3 4 5 6 7 b) CH3CCH2CH2CHCH2CH3 2, 2, 5-trimetilheptano | | CH3 CH3 | CH CH3 CH2 8 7 6 5| 4 | 3 | 2 1

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c) CH3CH2CH2CHCHCCH2CH3 | CH2CH3 3,3-dietil-5-isopropil-4-metiloctano CH3CHCH3 | d) CH3CH2CH2CHCH2CHCH2CH2CH3 | CH2CH2CH3 4-isopropil-6-propilnonano HIDROCARBUROS NO SATURADOS O INSATURADOS Son de 2 tipos: Los hidrocarburos que contienen dobles enlaces se denominan alquenos u olefinas y lo que presentan triple enlace se llaman alquinos. A consecuencia de los enlaces no saturados, estos compuestos son altamente reactivos, localizndose en los dobles o triples enlaces la parte ms reactiva de la cadena donde se produce la reaccin. Su reaccin caracterstica es la adicin.

C C

CH CH

alqueno alquino La relacin entre la longitud el enlace carbono-carbono es como sigue:

C C > C = C > C C

Los alquenos (con un solo doble enlace) tienen frmula molecular CnH2n y son ismeros de los cicloalcanos. Tienen un grado de insaturacin debido al doble enlace, es decir les falta un par de hidrgenos respecto al alcano de igual nmero de carbonos. Los alquinos (con un solo triple enlace) tienen frmula molecular CnH2n-2 y tienen 2 grados de insaturacin respecto a los alcanos.

Qumica II

58

Los alquenos pueden presentar isomera geomtrica cis y trans. Esta isomera se explica porque a diferencia del enlace C-C, el enlace C=C no puede girarse, pues el enlace doble entre 2 tomos de C consta de 1 enlace y un enlace .

C C

CH3

CH3H

H

C C

CH3

H

CH3

H

trans-2-buteno cis-2-buteno Los alquinos son ms polares que los alquenos y stos ms polares que los alcanos, pero an as son poco solubles en agua. Son solubles en solventes orgnicos como ter, benceno, etc. El punto de ebullicin de los alquinos es mayor que el de alquenos y alcanos similares. Por ejemplo:

C2H6(88,6C) ; C2H4(103,7C) ; C2H2(23,2C) NOMENCLATURA DE ALQUENOS Y ALQUINOS Se usan sufijos adems de las reglas anteriores:

Tabla 12.6

alqueno alquino

Sufijo eno ino En ambos casos se numeran los carbonos a partir del extremo ms prximo a un doble o triple enlace. Si hay 2 o ms enlaces mltiples, se escoge la cadena carbonada que d la suma de posiciones ms baja de stos; adems, el sufijo caracterstico debe ir precedido de los prefijos respectivos di, tri, tetra, etc. Ejemplos: CH3CH2CH=CH2 1-Buteno CH3CCCH3 2-Butino CH2=CHCH=CHCH=CH2 1,3,5-Hexatrieno

Qumica II

59

ALQUENINOS Son hidrocacrburos que contienen dobles y triples enlaces simultneamente. En este caso, la numeracin de la cadena principal se hace a partir de la insaturacin ms cercana, y la terminacin usada es ENINO. Ejemplos (fjese el modo de nombrar): CH3CCCH2CH=CH2 1-Hexen-4-ino CHCCH=CHCH3 3-Penten-1-ino

Qumica II

60

DIENOS Son hidrocarburos ismeros de los alquinos. Presentan 2 dobles enlaces en su estructura; la posicin relativa que presentan los 2 dobles enlaces determina que los compuestos presenten diferente reactividad. Dienos Conjugados: Son aquellos en que los 2 dobles enlaces se encuentran alternados, con un solo enlace simple de por medio. Ejemplo:

CH2=CHC H=CH2 1,3butadieno Dienos Aislados: Son aquellos en que los 2 dobles enlaces estn separados por ms de un enlace simple. Ejemplo:

CH2=CHCH2CH=CHCH3 1,4-hexadieno Alenos: Son dienos en los que un carbono posee 2 dobles enlaces. Ejemplos: Ejemplo:

CH2=C=CH2 propadieno o aleno CH3CH=C=CH2 1,2-butadieno o metilaleno

REACCIONES DE ALQUENOS Y ALQUINOS

Debido a la presencia del doble enlace, los alquenos experimentan un gran nmero de reacciones de adicin. En condiciones especiales sufren asimismo reacciones de sustitucin. Las reacciones de adicin transforman la molcula no saturada en saturada. El doble enlace se caracteriza por una gran fragilidad a la accin de los oxidantes y por la facilidad que tiene en formar polmeros.

Qumica II

61

REACCIN ALQUENOS

Hidrogenacin

Halogenacin

Halogenuro de Hidrgeno

Se burbujea a travs de la solucin de alqueno

Solucin muy cida:

CH3-CH=CH2+H2O CH3CH2CH2OH

Hidratacin Oximercuracin:

-C=C- + H2O Alcohol

Qumica II

62

REACCIN ALQUENOS

Adicin de H2SO4 CH3-CH=CH2+H2SO4 CH3CH2CH2OSO3H (Sulfato cido de propilo)

Anti-Markovnikov (HBr)

CH3-CH=CH2+HBr CH3CH2CH2Br

Con Halgenos en solucin acuosa. Formacin de 1,2

halohidrinas.

CH3-CH=CH2+ Br2(ac) CH3CHOHCH2Br

Oxidacin (ozonlisis) Mezcla de aldehdos y/o cetonas La reaccin caracterstica es la adicin electroflica. Las reacciones de Adicin son aquellas en las cuales el producto tiene mayor nmero de enlaces simples que el reactante de origen, adems de una mayor masa molar. Ejemplos: Hidrogenacin H H Pt | |

CH3C= CCH3 + H2 CH3CCCH3 | | | | H H H H alqueno alcano Br H | | Halogenacin CH3C=CCH3 + Br2 CH3CCCH3 | | | | H H H Br

Qumica II

63

H H Cl H Hidrohalogenacin CH3C=CH + HCl CH3 CCH H H Hidratacin CH2=CH2 + HOH 4

SO2H CH3CH2OH POLIMERIZACIN Consisten en la unin de varias molculas pequeas para formar una molcula ms grande, de elevada masa molecular. La molcula pequea se llama monmero, y a la macromolcula se le denomina polmero. La polimerizacin es una de las reacciones ms importantes de los alquenos y dienos, pero tambin se puede presentar en otros tipos de sustancias. Ejemplo:

n CH2=CH2 (CH2C H2)n Etileno Polietileno (un tipo de plstico) monmero polmero n CH2=CHCH=CH2 (CH2CH=CHCH2)n butadieno caucho de butadieno COMBUSTIN El acetileno tiene muchos usos industriales y debido a su alto poder de combustin es empleado comnmente en los sopletes oxiacetilnicos, los cuales son utilizados en soldaduras y corte de metales:

2 C2H2(g) + 5 O2(g) 4 CO2(g) + 2 H2O(g) + 2 599 kJ

Qumica II

64

REACCIONES DE ALQUINOS Muchas de las reacciones de los alquinos son reacciones de adicin que siguen el siguiente esquema:

Otras de las reacciones de los alquinos se deben a la acidez del hidrgeno de los alquinos terminales.

Tipo Reaccin

Hidrogenacin

Hidro- halogenacin (X = Cl, Br, I) (markovnikov) Hidro- bromacin con perxidos (antimarkovnikov)

Hidratacin (markovnikov)

Hidroboracin-

oxidacin (antimarkovnikov) Halogenacin

(X = Cl, Br)

Qumica II

65

Tipo Reaccin

Ozonlisis

Tratamiento

con KMnO4 en

caliente

Acidez de alquinos

terminales OBTENCIN DE HIDROCARBUROS INSATURADOS Los alquenos y alquinos se obtienen por reacciones de eliminacin. Las reacciones de eliminacin son aquellas en las cuales el producto tiene un mayor nmero de enlaces mltiples que el reactante de origen, adems de una menor masa molar.

Cn H2n + 2 catalizador, CnH2n + H2 Alcano alqueno

SNTESIS DE ALQUENOS MEDIANTE E2

Alquenos a partir de haloalcanos Los haloalcanos al ser tratados con bases fuertes sufren reacciones de eliminacin que generan alquenos. La E2 es la reaccin de eliminacin ms importante en la sntesis de alquenos y consiste en arrancar hidrgenos del carbono contiguo al que posee el grupo saliente, formndose entre ellos un doble enlace.

Qumica II

66

El carbono que contiene el grupo saliente se llama alfa, los contiguos a l son carbonos beta que poseen los hidrgenos (en rojo) que arranca la base. En el segundo ejemplo hay dos carbonos beta lo que genera mezcla de dos alquenos. Los alquenos tambin se obtienen por deshidratacin de los alcoholes (reaccin de eliminacin).

CH3CH2OH C170

4SO2H

CH2=CH2 + H2O

SNTESIS DE ALQUENOS POR DESHIDRATACIN DE ALCOHOLES

Mecanismo de la deshidratacin El tratamiento de alcoholes con cido a temperaturas elevadas genera alquenos por perdida de agua. Este proceso se conoce como deshidratacin de alcoholes y sigue mecanismos de tipo E2 para alcoholes primarios y E1 para secundarios o terciarios.

Deshidratacin de alcoholes primarios El calentamiento de etanol en presencia de cido sulfrico produce eteno por prdida de una molcula de agua.

Qumica II

67

Mecanismo de la deshidratacin de alcoholes primarios En una primera etapa se protona el grupo -OH transformndose en un buen grupo saliente. Las bases del medio (agua, sulfatos) arrancan hidrgenos del alcohol, perdindose al mismo tiempo la molcula de agua.

DESHIDRATACIN DE ALCOHOLES SECUNDARIOS Los alcoholes secundarios y terciarios deshidratan en medio sulfrico diluido y a temperaturas moderadas, para generar alquenos.

Mecanismo de la deshidratacin de alcoholes secundarios La protonacin del grupo -OH y su posterior prdida, genera un carbocatin que elimina mediante mecanismos unimoleculares, para formar alquenos.

Los alquenos se obtienen industrialmente por craqueo (pirlisis) de los alcanos pesados que forman parte de las fracciones destiladas del petrleo. De este modo se obtienen el eteno y el propeno que sirven de materia prima para la sntesis de alcoholes y polmeros.

Qumica II

68

Los alquinos o hidrocarburos acetilnicos se pueden obtener por: Deshidrohalogenacin de halogenuros de alquilo vecinales.

Deshidrohalogenacin de halogenuros de alquilo geminales (gem-dihalogenuros).

Alquilacin de alquinos se produce debido a la acidez del H en los alquinos terminales. Mediante esta reaccin se sintetizan alquinos internos a partir de alquinos terminales. Tiene lugar en dos etapas:

Para que se produzca esta ltima reaccin es necesario utilizar haloalcanos primarios.

El acetileno o etino, el ms simple de los alquinos, es un gas incoloro que se obtiene por accin del agua sobre el carburo de calcio:

CaC2 + 2 H2O CH CH + Ca(OH)2 etino

El etileno se puede obtener por hidrogenacin cataltica del acetileno (reaccin de adicin):

HC CH + H2(g) Ni CH2 = CH2

Qumica II

69

EJERCICIOS ALQUENOS y ALQUINOS 1. Explica por qu estos nombres no son correctos:

a) 2-etilciclohexeno b) cis-1-penteno c) 5-clorociclopenteno d) cis-but-2-en-4-ol e) 3-metil-cis-4-penteno f) 1-fluoroisobutileno

2. El buteno se hidrogena en un reactor discontinuo. El reactor se alimenta

con cantidades equimoleculares de buteno e hidrgeno a 25 C y una presin absoluta total de 32 atmsfera. Al cabo de un lapso de tiempo, la temperatura es de 250 C. Suponiendo que el gas se comporta idealmente calculen: a) la presin final del sistema, a 250 C. b) el porcentaje de buteno de la alimentacin que reaccion, cuando la

presin es de 35,1 atmsferas, y la temperatura de 250 C. c) En qu condiciones la suposicin inicial representa una mala

aproximacin? 3. Escriban las frmulas estructurales de los siguientes compuestos:

a) 2,2-dimetil-3-hexeno b) 3-(1-metilpropil)-2-hepteno c) metilpropeno d) 3-metil-2-penteno e) 1-metil-5-etilciclohexeno f) cis-3-hexeno g) cis-2,3-dicloro-2-octeno h) cis-1,2-diyodoeteno i) trans-4,5-dimetil-2-hepteno j) 2-metil-2,4-hexadieno

Escriban las ecuaciones para las siguientes reacciones y dar los nombres adecuados segn la IUPAC. a) cloro + 2-penteno ---------> b) cido sulfrico + 1-hexeno --------->

Qumica II

70

c) cloruro de hidrgeno + 2-metil-1-penteno---------> d) 3-etil-1-penteno + hidrgeno (Pt, catalizador.) ---------> e) HBr, perxidos + isobutiletileno ---------> f) propeno + bromo ---------> g) 1-buteno + HClO ---------> h) 1-hepteno + HI, perxidos --------->

4. Suponiendo un rendimiento del 100%, cuntos gramos de bromo se

pueden adicionar a 35 g de 2-penteno? Rta.: 80 g 5. Si 8,9 g de una olefina pura que posee una doble ligadura decoloran 14,5 g

de bromo, calcular la frmula molecular. Rta.: C7H14 6. Qu volumen de hidrgeno (medido en CNPT) se requiere para preparar

un litro de 2,2,4-trimetilpentano (isooctano; densidad = 0.69 g/cm3) a partir de una mezcla de diisobutilenos ? Rta.: 135.58 litros.

7. Calculen el porcentaje de pentenos de una mezcla analizada formada por

pentenos y alcanos, sabiendo que 4.2 g de la misma se titularon con una solucin de bromo en tetracloruro de carbono, absorbindose 5.76 g de bromo. La reaccin se realiza en ausencia de radiacin que provoque el inicio de una sustitucin. Rta.: 60%

8. Una mezcla de hexeno y octano se agita con hidrgeno y platino como

catalizador y absorben 1280 cm3 de hidrgeno medido en CNPT. Si la masa de la muestra es de 10 g, Cul es el porcentaje de hexeno? Rta:48.72%

9. Ideen una secuencia de reacciones para llevar a cabo las siguientes

conversiones: a) propeno a 2-yodopropano b) propeno a 1-bromopropano c) bromociclohexano a 1,2-dibromociclohexano d) 2-hidroxibutano a 2,3-dibromobutano

10. Al determinar la masa molecular relativa de cierto hidrocarburo de

naturaleza desconocida por el mtodo de la densidad de vapor se ha encontrado que posee una densidad = 2.76 g/dm3 a 760 mm de Hg y 353 K. Al titular 0,2 g de dicho compuesto con una solucin de bromo en tetracloruro 0,2 M se decoloraron 25 cm3 de este solucin; Cuntos dobles enlaces tiene este compuesto? Rta.: 2 dobles enlaces.

Qumica II

71

11. Deduzcan las estructuras de las olefinas que dan los siguientes productos

por ozonlisis y posterior reduccin con Zn. a) un aldehdo de 1 tomos de carbono y una cetona de tres. b) un aldehdo de 2 tomos de carbono y una cetona de cuatro. c) dos moles de cetona de cuatro tomos de carbono d) un aldehdo de dos tomos de carbono y un aldehdo de un grupo

isopropilo. e) una cetona de tres tomos de carbono y otra de cuatro.

12. Qu productos se pueden obtener de la ozonlisis de cada uno de los

siguientes compuestos? a) 1,3-butadieno b) 1,2-dimetilciclohexeno

13. Cul o cuales son las molculas resultantes de la ozonlisis? Zn/H2O 3,5 dietil- 7 metil - 3 octen-1-ol + O3 ? 14. Usando frmulas semidesarrolladas indique la estructura y nombre de

todos los alquenos que resultan de la reaccin del 3-bromo-2,2,3-trimetilpentano con KOH en solucin etanloica caliente. Adems, ordnelos de menor a mayor abundancia relativa.

15. Una muestra de propano puro se hace reaccionar con bromo con luz solar a

127C, obtenindose una mezcla de todos los ismeros C3H7Br, que se destila. Una porcin de la mezcla de derivados halogenados se hace reaccionar con un exceso de sodio metlico; la otra porcin de la mezcla se hace reaccionar con KOH disuelto en etanol caliente y se destila. Indique la estructura y nombre de los productos de cada caso.

16. Indique la estructura y nombre de los alquenos que resultan de la

deshidrohalogenacin con KOH en etanol caliente del 3-cloro-2,3-dimetilpentano.

17. Indique la estructura y nombre de los alquenos que resultan de la

deshidratacin con H2SO4 concentrado caliente del 4,4-dimetil-2-hexanol. 18. Escriba las reacciones del 1-butino con:

a) H2(g) y catalizador de Niquel con temperatura y presin controladas b) HCl disuelto en cido actico c) H2O catalizada con HgSO4/H2SO4 d) etanol

Qumica II

72

19. Sabiendo que el bromoetano es la nica fuente orgnica de carbono, y

haciendo uso de los reactivos inorgnicos necesarios, sintetice cada uno de los compuestos que se indica: a) etanol b) 2-butanona c) etoxietano o dietil ter

20. Cuando el etino (acetileno) se hace pasar por solucin acuosa diluida de

H2SO4 que contiene HgSO4 se obtiene un compuesto lquido que en su tratamiento con yoduro de isopropil magnesio,(CH3)CH-MgCl (reactivo de Grignard) conduce a un compuesto A que contiene 68,2%C, 13,6%H y el resto es oxgeno. Cuando A se destila con H2SO4 concentrado se asla un compuesto B, que por adicin de HBr conduce a un derivado halogenado saturado C. Justifique las estructuras de A, B y C

21. Sintetice 2-hexino a partir de 1-bromopropano como nica fuente de

carbono, utilizando los reactivos y/o condiciones que considere necesarios. 22. Un hidrocarburo insaturado A, de frmula molecular C7H12, puede

conducir a dos ismeros cuando adiciona una mol de HI. Se sabe que A conduce por ozonlisis a etanal y propanodial. Indique la estructura y nombre de los productos de reaccin de los derivados monoyodados con magnesio y posterior tratamiento con agua.

Adems, indique la estructura y nombre de los productos de la reaccin de

A con KMnO4 concentrado y caliente en medio cido. 23. Indique la estructura y nombre de los productos orgnicos de reaccin

entre: a) 3,3-dimetil-1-buteno + I2(ac) b) 1-buteno + CO(g) + H2(g) + catalizador/P,T c) 2-metilpropano + Br2(l) + luz solar a 127C

24. Una fraccin de refinera, A, contena sustancias de frmula C4H8. Cada

sustancia absorbi fcilmente un mol de bromo. Por tratamiento de la fraccin A con H2SO4 concentrado, seguido de adicin, se separaron dos compuestos puros, ambos de frmula C4H10O; uno hierve a 99C y el otro a 83C. Qu compuestos posiblemente se encuentran presentes en la fraccin A?. Justifique con las ecuaciones correspondientes.

25. Indique el mecanismo de reaccin del 2-metil-2-buteno con bromuro de

hidrgeno, HBr(g), en presencia de perxido de benzoilo, C6H5CO-O-O-OCC6H5, en fase gaseosa y en presencia de luz o calor.

Qumica II

73

26. Un compuesto A, C4H9Cl, tratado con KOH en etanol proporciona otro B de frmula C4H8. Cuando B reacciona con cido sulfrico concentrado, seguido de hidrlisis se obtiene C, de frmula C4H10O, el cual por tratamiento con cido sulfrico al 20% en masa, en caliente, proporciona D, de frmula C4H8 y B. Cuando B se oxida en solucin concentrada de permanganato de potasio se obtiene cido propanoico, mientras que un tratamiento similar de D produce solamente cido actico.

Qumica II

74

Hidrocarburos Cclicos Son hidrocarburos en los cuales la cadena lineal se ha cerrado dando lugar a un conjunto cclico con prdida de dos tomos de hidrgeno de los tomos que forman el anillo. Pueden ser cicloalcanos y cicloalquenos y en conjunto se les denomina hidrocarburos naftnicos.

CH3 CH2 CH3 C

C

CH

H

HH

H

H + H2

CH3 CH2 CH2 CH3C

CC

C

HH

HHH

H

HH

+ H2

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3H

HH

H

H

H

HH

+ H2

propano ciclopropano

butano ciclobutano

2-penteno ciclopenteno NOMENCLATURA Se antepone la palabra ciclo al nombre del hidrocarburo de cadena abierta con el mismo nmero de tomos de carbono que hay en el anillo. Ejemplo: ciclopropano, ciclopentano, ciclobutano, etc.

Qumica II

75

H

H

CH3

H

H

H

H

H

metilciclobutano

REPRESENTACIN TOPOLGICA DE LOS HIDROCARBUROS ALICCLICOS

C2H5

Ejemplo:

CH3

CH2

CH3 CH2

CH2

CH2

Propano

H2

Ciclo propano C6 H12

+

_+Silla Bota

++

Qumica II

76

RADICAL (Cn H2n-1)

Reglas: a) Siempre se va a enunciar a partir del carbono que ha perdido un

hidrogeno.

Ejemplo:

b) Cuando la cadena alftica es mayor que 4 el ciclo se convierte en radical.

Ejemplo:

1

2

3

4

5

6

1 ciclo hexil hexano

c) Cuando existe doble sustitucin similar en los carbonos consecutivos se

usa la terminologa cis o trans.

Qumica II

77

Ejemplo:

1 2

34

5

Cl Cl

1 2

3

4

5 Cl

Cl

cis-cloro ciclopentano transcloro ciclopentano

Las reacciones de estos compuestos son muy similares a las de los

alcanos con la excepcin del ciclopropano (que se rompe el anillo al reaccionar con los algenos) y del ciclobutano.

Ejemplo:

+ Br2

Br

+ HBrCCl4

ciclohexano bromo ciclohexano CICLOALQUENOS Reglas: El carbono nmero uno siempre va a ser el carbono insaturado.

Ejemplo:

1

23

4

56

CH3

1

23

4

5

3-metil ciclohexadieno 1-isobutil 4-etil ciclopentedieno

En cuanto al grupo funcional: cuando existen grupos funcionales se va a

preferir segn el orden establecido.

Qumica II

78

Ejemplo:

12

34

5

OH

3-etil-2,4-ciclopentadien-1-ol

Estos compuestos tambin reaccionan en forma similar a los ciclo

alquenos.

Propiedades Generales de los cicloalcanos - Los cicloalcanos forman anillos o acomodos cerrados denominados ciclos;

slo contienen enlaces covalentes simples. - Sus propiedades son similares a los hidrocarburos alifticos o alcanos. - La frmula global es CnH2n. (si slo hay un ciclo). - El menor anillo o ciclo est formado por 3 carbonos, pero los ciclos pueden

llegar a tener ms de 30 carbonos. - Los anillos de 5, 6, o ms carbonos son mucho ms estables que los anillos

de 3 a 4 carbonos. En la naturaleza abundan los anillos de 5 y 6 carbonos.

Qumica II

79

- Los anillos de 3 4 carbonos son muy reactivos y debido a ello dan reacciones de adicin o de ruptura de ciclo; mientras que los anillos de 5 y 6 carbonos, se comportan como alcanos y dan reacciones de sustitucin de hidrgenos.

- El ciclopropano y el ciclobutano son gases, mientras que el ciclopentano y el ciclohexano son lquidos voltiles, de bajo punto de ebullicin, que abundan en la naturaleza principalmente en el petrleo crudo.

- Son insolubles en el agua pero miscibles en disolventes orgnicos no polares. Son inflamables y buenos disolventes de grasas y aceites.

REACCIONES DE CICLOALCANOS

PROPIEDAD EJEMPLO Halogenacin. Sustitucin.

Deshidrogenacin cataltica

Para ciclopropano y ciclobutano. Teora de las tensiones: Adolf Von Baeyer. 1.885. Son ms inestables.

De 7 Carbonos en adelante tienen comportamiento muy similar al de alcanos.

Qumica II

80

Hidrocarburos Aromticos Los hidrocarburos aromticos son aquellos que incluyen al benceno, C6H6, y sus derivados. Fueron llamados aromticos debido al olor agradable o fuerte que tenan los pocos derivados del benceno conocidos en la primera mitad del siglo XIX, poca en la que empez a usarse este trmino. 1. ESTRUCTURA DEL BENCENO : RESONANCIA El benceno es el compuesto cabeza de serie de los aromticos y la

determinacin de su estructura es uno de los hechos ms importantes de la Qumica Orgnica.

Su frmula molecular, C6H6, fue determinada en 1834. Denota una

gran insaturacin, por lo tanto deben presentarse dobles o triples enlaces.

A diferencia de alquenos y alquinos no presenta reacciones de adicin, sino de sustitucin.

Es una molcula ms estable de

quimica 2 utp

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