PREPARACIÓN DE ALCANOS.

Los alcanos se pueden obtener por destilación del Petróleo y a partir del gas natural o por métodos de los cuales se utiliza en el laboratorio la descarboxilación de las sales de ácidos orgánicos con la cal sodada en caliente.

Es recomendable obtener el gas natural por fermentación anaeróbica de materia orgánica (estiércol), ajustando ciertas condiciones de humedad, pH y sales de amonio.

1. Hidrogenación de alquenos.

2. Reducción de halogenuros de alquilo

a) Hidrólisis de reactivos de Grignard

b) Reducción con metal y acido

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALCANOS

Los alcanos son compuestos muy estables, es decir, poco reactivos, solo presentan reacciones de sustitución por un mecanismo de radicales libres, cuando se les trata con halógenos, en una reacción fotoquímica. Otras reacciones son la nitración y el cracking o pirólisis y la combustión.

1. Halogenación.

2. Combustión

3. Pirolisis (Cracking)

PREPARACIÓN DE ALQUENOS

Existen varios métodos de obtención, algunos utilizan reacciones clásicas de eliminación, entre estos tenemos la deshidratación de alcoholes y la deshidrohalogenación de haluros de alquilo. La deshidratación de alcoholes tiene el siguiente orden: 3º 2º 1º.

1. Deshidrohalogenación de halogenuros de Alquilo.

Facilidad de deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo 3º>2º>1º

2. Deshidratación de Alcoholes

Facilidad de deshidratación de alcoholes 3º>2º>1º

3. Deshalogenación de dihalogenuros vecinales

4. Reducción de alquinos

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALQUENOS

El doble enlace Carbono-Carbono está constituido por un enlace sigma () fuerte, resistente y el enlace () débil, que se rompe con facilidad produciendo reacciones de adición, Las propiedades químicas fundamentales de estos hidrocarburos radican en la presencia del doble enlace.

Los alquenos son hidrocarburos más reactivos que los alcanos, se pueden oxidar con el reactivo de Baeyer en frío o con permanganato de potasio concentrado y en caliente. Reaccionan también con ácido sulfúrico concentrado. Otras reacciones son la ozonólisis, hidroboración y adición de moléculas, siguiendo o no la regla de Markovnikoff o acordes al efecto peróxido, también adición de halógenos, hidrógeno o presentan reacciones de polimerización.

1. Reacciones de Adición.

a) Adición de Hidrógeno. Hidrogenación Catalítica

b) Adición de Halógenos

c) Adición de halogenuros de hidrógeno

d) Adición de Ácido Sulfúrico

e) Adición de agua. (hidratación)

f) Dimerización

g) Alquilación

PREPARACIÓN DE ALQUINOS

Existen varios métodos de obtención de alquinos, entre estos tenemos la deshidrohalogenación de derivados dihalogenados vecinales y germinales, o la deshalogenación de un derivado tetrahalogenado. El método industrial para obtener acetileno, consiste en tratar carburo de calcio con agua. El gas acetileno es combustible, por esto se emplea en el soplete oxiacetilénico y en lámparas de alumbrado.

1. Deshidrohalogenación de dihalogenuros de alquilo

2. Reacciones de acetiluros metálicos con halogenuros de alquilo primarios

3. A partir de Carburo de Calcio

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALQUINOS

Las reacciones de los alquinos son más lentas que en los alquenos. Entre éstas tenemos la adición de halógenos, hidrógeno y de otras moléculas como HX, etc., otras reacciones que presentan son: oxidación, combustión, ozonólisis, trimerizaciones y formación de acetiluros.

1. Reacciones de Adición

a) Adición de Hidrógeno

b) Adición de Halógenos

c) Adición de halogenuros de hidrógeno

d) Adición de agua. Hidratación

2. Formación de Acetiluros metálicos

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS

Presenta reacciones de sustitución electrofílica como sulfonación, nitración, halogenación y la reacción de Friedel-Crafts. Además reacciones de adición como: hidrogenación catalítica (reducción) y halogenación, otras reacciones son oxidación (ozonólisis) y combustión; también hay sustitución nucleofílica aromática.

No es de extrañar que en sus reacciones típicas el anillo bencénico sirva de fuente de electrones, esto es, que actué como base. Los compuestos con los que reacciona son electrónicamente deficientes es decir, son reactivos electrofílicos o ácidos, de este modo las reacciones típicas del anillo bencénico son la sustitución electrofílica.

Sustitución electrofílica aromática

Ar= Arilo, cualquier grupo aromático con unión directa al carbono anular.

1. Nitración

2. Sulfonación

3. Halogenación

4. Alquilación de Friedel Crafts

5. Acilación de Friedel Crafts

6. Nitrosación

Efecto de los sustituyentes en la sustitución electrofílica.

Orientadores Orto-Para: Son grupos o átomos donadores de electrones o que puedan presentar conjugación con el anillo.

Orientadores Meta: Son grupos electronegativos que se encargan de desactivar las posiciones orto y para, origina la única posibilidad de reaccione en las posiciones meta. En general son grupos que poseen dobles enlaces exocíclicos al anillo aromático.

Tabla 1. Efecto de grupos en la sustitución electrofílica aromática.

Cuando un grupo hace que un anillo sea más reactivo que el benceno se llama grupo activante; si produce resultado contrario se conoce como grupo desactivante. Los grupos activantes poderosos por lo general se imponen a los desactivantes o activantes débiles.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ALQUILBENCENOS

En primer lugar, es de suponer que presente dos conjuntos de propiedades químicas. El anillo del etilbenceno debería sufrir la sustitución electrofílica aromática característica del benceno, y la cadena lateral, la sustitución de radicales libres característica del etano. En segundo lugar, las propiedades de cada parte de la molécula deberían sufrir modificaciones por la presencia de la otra: el grupo etilo debería modificar las propiedades del anillo, y éste, a su vez, las propiedades alifáticas de la cadena lateral.

1. Hidrogenación

2. Oxidación

PREPARACIÓN DE HALOGENUROS DE ALQUILO

1. De Alcoholes

2. Halogenación de ciertos hidrocarburos

3. Adición de Halogenuros de Hidrógeno a Alquenos

4. Adición de Halógenos a Alquenos y Alquinos

PROPIEDADES QUÍMICAS: REACCIONES DE LOS HALOGENUROS DE ALQUILO.

Sustitución nucleofílica alifática

Cuando se trata bromuro de metilo con hidróxido de sodio en un disolvente capaz de disolver ambos reactivos, se obtienen metanol y bromuro de sodio. Esta es una reacción de sustitución: se sustituye el grupo —OH por —Br en el compuesto original.

El fenómeno es claramente heterolítico: el ion halogenuro saliente lleva consigo al par electrónico que compartía con el carbono; el ion hidróxido aporta el par de electrones necesario para la unión con el carbono. El carbono pierde un par de electrones y gana otro. Este es sólo un ejemplo de la clase de reacciones llamada sustitución nucleofílica alifática.

La sustitución nucleofílica es característica de los halogenuros de alquilo. Un ion halogenuro es una base muy débil, lo que se refleja en su disposición a ceder un protón a otras bases, es decir, en la gran acidez de los halogenuros de hidrógeno. En un halogenuro de alquilo, el halógeno está unido a un carbono y, al igual que el halogenuro libera con facilidad un protón, también libera carbono —nuevamente, hacia otras bases—. Estas bases poseen un par de electrones no compartido y buscan un lugar relativamente positivo; es decir, buscan un núcleo con el cual compartir su par electrónico. Reactivos básicos, ricos en electrones, que tienden a atacar el núcleo del carbono se conocen como reactivos nucleofílicos (del griego, «que aman núcleos») o, simplemente, nucleófilos. Cuando este ataque termina en sustitución, la reacción se denomina sustitución nucleofílica.

El compuesto carbonado que sufre un tipo particular de reacción —aquí, el compuesto en el que tiene lugar la sustitución— se llama sustrato. En el caso de la sustitución nucleofílica, el sustrato se caracteriza por la presencia de un grupo saliente: aquél que es desplazado del carbono y, llevando consigo el par de electrones, se aleja de la molécula.

Las reacciones de sustitución nucleofílica (SN) dependen de los siguientes factores:

a) Naturaleza del sustrato

b) Naturaleza del nucleófilo

c) Naturaleza del grupo saliente

d) Polaridad del solvente en el cual ocurre la reacción

e) Temperatura.

De acuerdo con estos factores la reacción puede ocurrir por la vía SN1 o por la SN2 y sus respectivas reacciones competitivas por E1 o E2. Así, por ejemplo, a temperaturas bajas predominaran las reacciones de SN, pero a temperaturas altas, lo harán las E.

El mecanismo SN1 y E1 (Sustitución nucleofílica y eliminación unimolecular o de primer orden) se cumple:

a) La velocidad de la reacción es función directa de la concentración de sustrato: v1= k1[R-X]1

b) Se forma un carbocatión como intermedio (Etapa lenta).

c) Se realiza en dos etapas

d) Pueden ocurrir transposiciones en el carbocatión.

e) En la SN1, la mitad del producto presenta retención y la otra mitad exhibe inversión de la configuración con respecto al sustrato. Esto tiene mucha importancia si el haluro es óptimamente activo, pues se forman mezclas racémicas.

f) El orden de reactividad es: 3º>2º> 1º> CH3X.

g) El solvente debe ser polar para solvatar el carbocatión.

h) El nucleófilo debe ser débil.

El mecanismo SN2 y E2 (Sustitución nucleofílica y eliminación bimolecular o de segundo orden) se cumple:

a) La velocidad de reacción es función directa de las concentraciones de sustrato y nucleófilo: V 2= K2 [R-X]1 [Nu]1

b) No se forma intermedio, pues la reacción ocurre en una sola etapa.

c) En la SN2 todo el producto presenta inversión de la configuración, con respecto al sustrato.

d) El orden de reactividad para SN2 es: CH3X>1º> 2º

e) El orden de reactividad para E2 es 3º>2º>1º.

f) No se requiere alta polaridad del solvente

g) El nucleófilo debe ser fuerte.

En las reacciones de sustitución nucleofílica de los haluros alifáticos, el halógeno es sustituido por un nucleófilo. En las eliminaciones se obtiene el producto no saturado, debido a la eliminación del halógeno y de un hidrogeno b (eliminación 1,2 o b o deshidrohalogenación), y en muchas de ellas se obtiene, como predominante, productos Sayzeff (Regla de Sayzeff): En una reacción de eliminación, el alqueno que se forma en mayor proporción es aquel que tiene mayor numero de grupos alquilo unidos a los átomos de carbono del doble enlace). Es importante anotar que los haluros aromáticos difícilmente dan reacciones de sustitución nucleofílica y definitivamente no producen reacciones de eliminación.

2. Deshidrohalogenación. Eliminación

3. Preparación del reactivo de Grignard

4. Reducción