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TEMA 12. Hidrocarburos y derivados halogenados.
Hidrocarburos: formados por carbono e hidrógeno.
Saturados (enlaces sencillos): Alcanos o parafinas
Alifáticos
Insaturados
Alquenos u olefinas, dobles enlaces
Alquinos o acetilénicos, triples enlaces
Aromáticos
ALCANOS: Hidrocarburos alifáticos saturados.
Fórmula general CnH2n+2 donde n = 1,2,3,…Enlaces covalentes sencillos
CH4(metano)
C4H10 (butano)
C6H12 (ciclohexano)
Nomenclatura alcanos:
• Cadena principal, la que contiene mayor número de carbonos.
• A partir de cinco carbonos prefijo griego+sufijo –ano.
• Ramificaciones se nombran como radicales (sufijo –ilo) en orden alfabético con el localizador
más bajo posible.
• Ramificaciones iguales, prefijo di-, tri-, tetra-, etc.
Radicales frecuentes:
Metilo (Me)
Etilo (Et)
Propilo
Butilo
H
H
CH3 H
C
C
H
CH3 H
C2H5
H
C
CH3 CH CH2 CH CH2 CH3
2-etil-4-metilhexano
2,2-dimetilpropano
Isopropilo
CH3
CH3 CH3
CH3
Terbutilo
C2H5
CH
CH3 CH
CH2
CH2 CH3
CH3 CH CH2 CHCH2CH2CH2CH3
C 4º
CH3
CH3 C
CH3
C 3º
CH2 CH
C 2º C 1º
CH2 CH2 CH3
CH2 CH3
Propiedades físicas de los alcanos. Moléculas apolares o debilmente polares. Fuerzas
intermoleculares débiles.
Solubilidad: baja en disolventes polares, solubles en disolventes apolares (C6H6, CCl4) o poco
polares (CH3CH2OCH2CH3, CHCl3).
Puntos de ebullición
Obtención de hidrocarburos: Fracciones principales de la destilación fraccionada del
petróleo.
• Fracciones ligeras: PE<200°C, C1 ≈ C10. Gasolinas, disolventes, materias primas.
Petróleo • Fracciones medias: 200°C<PE<350°C C ≈ C . Gasoleos, kerosenos.
10
20
(C1 ≈ C40)
• Fracciones pesadas: PE>350°C, C>20. Lubricantes, parafinas, aceites, alquitrán.
Craqueo: Obtención de cadenas cortas de hidrocarburos a partir de las fracciones pesadas.
•Térmico o pirólisis, fraccionamiento a altas temperaturas.
•Catalítico, fraccionamiento a temperaturas bajas con catalizadores.
Obtención de alcanos (escala de laboratorio): Reducción de otros grupos funcionales.
CH2=CH2
CH ≡ CH
CH3CH2OH
Reducción (H2/Pt)
?
Pt
CH3CH=CH2 + H2 → CH3CH2-CH3
∆
CH3CHO
CH3COOH
Reactividad de alcanos (parafinas), poco reactivos:
1. Halogenación: Obtención de haluros de alquilo. Mecanismo: radicales libres.
R-H + X2
∆ o hν
R-X + HX
CH4 (g) + Cl2 (g)
∆
CH3Cl (g) + HCl (g)
Mecanismo:
Cl• + H
H3C •
Radical libre intermedio
Cl• + Cl•
Cl2
•CH3
CH3
+ Cl
Cl
CH3-CH2-CH3 + Cl2
hυ
+ HCl
CH3
Cl + Cl•
CH3-CHCl-CH3 + CH3-CH2-CH2Cl
2. Combustión: Oxidación completa en presencia de oxígeno.
C8H18(l) +
25
O (g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(l)
2 2
∆H° = -5.48 103 J
ALQUENOS Y ALQUINOS: Hidrocarburos alifáticos insaturados.
Nomenclatura alquenos:
•
•
•
•
Cadena principal, la de mayor número de carbonos conteniendo el doble enlace.
Cambiar el sufijo –ano por –eno
Dobles enlaces de cadena principal, el localizador más bajo posible.
Ramificaciones se nombran como radicales (sufijo –ilo) en orden alfabético
Radical vinilo: -CH=CH2
Radical fenilo (Ph):
Eteno o etileno
2-buteno:
CH3
cis-2-buteno
( CH
CHCH2
CH(CH3)2
trans-2-buteno
Estireno-butadieno:
CH2 CH2 CH CH
Tolueno
Vinilbenceno
(estireno)
CH2 )n
Sustitución en anillo aromático:
CH3
CH3
orto (o-)
meta (m-)
para (p-)
o-dimetilbenceno
o-xileno
Obtención de alquenos: Tipicamente reacciones de eliminación (E) de grupo
funcional e hidrógeno en α.
R-CHA-CHB-R’
R-CH=CH-R’+ AB
1. Deshidratación de alcoholes en medio ácido. Carbocationes.
•Alcoholes 2º o 3º
•Obtención de alqueno más sustituido
2. Deshalogenación de haluros de alquilo. Base fuerte en presencia de
alcohol.
R-CH2-CHX-R’ + NaOH alcohol R-CH=CH-R’ + H2O + NaX
Haluros 1º: Eliminación bimolecular (E2 )
CH3-CH2-CH2-CH2-Br + NaOH
alcohol
v = k[OH-][R-Cl]
CH3-CH2-CH=CH2 + H2O + NaBr
Haluros 2º o 3º: eliminación unimolecular (E1 )
v = k[R-Cl]
CH3-CH2-CHBr-CH3 + NaOH alcohol CH3-CH=CH-CH2 + H2O + NaBr
Mecanismo: carbocationes ⇒ Obtención de alqueno más sustituido
Reactividad de alquenos u olefinas: Tipicamente reaciones de adicción.
R-CH=CH-R’ + AB
R-CHA-CHB-R’
1. Hidrogenación. Catalizador.
catalizador
CH3-CH2-CH=CH2 + H2(g)
CH3-CH2-CH2-CH3
• Determinación cuantitativa de insaturaciones.
• Estabilidad relativa de isómeros estructurales (cis, trans).
2. Halogenación. Obtención de dihaluros vecinales.
• Determinación cualtitativa de insaturaciones.
3. Adición de ácidos. Mecanismo: carbocationes (regla de Markovnikov).
R-CH=CH-R’ + HA
R-CHA-CH2-R’
2
Ácidos débilesrequieren catálisis ácida:
Adición y eliminación son reacciones competitivas.
Temperaturas altas favorecen la eliminación,
obteniendo alqueno.
HALUROS DE ALQUILO
Nomenclatura:
• Halógeno + cadena principal (la de mayor número de carbonos conteniendo el halógeno)
se nombra como hidrocarburo.
• El localizador más bajo posible se asigna al halógeno.
• Otra posibilidad: nombrar como haluro de alquilo.
Obtención de haluros de alquilo:
1. Halogenación de alcanos → monohaluro más sustituido.
2. Halogenación de alquenos → dihaluro vecinal.
3. Adición de HX a alqueno → monohaluro más sustituido.
Reactividad de haluros de alquilo:
1. Deshalogenación de haluros de alquilo → Alquenos.
2. Reducción de haluros de alquilo → Reactivos de Grignard.
Reactivo de Grignard (haluro de alquil magnesio) es un tipo de organométálico.
R-CH2-X + Mg(s)
3.
éter
-δ +δ
R-CH2-MgX
Reacciones de sustitución:
R-CHX-R’ + A-δB+δ
nucleófilo
R-CHA-R’ + BX
Haluros 1º, mecanismo SN2
v=k[OH-][R-X]
estado de
transición
Haluros 2º o 3º, mecanismo SN1
CH3-CHBr-CH3 + NaOH
v=k[R-X]
CH3-CHOH-CH3 + NaBr
1ª etapa:
2ª etapa:
OH-
OHOH-
OH
Producto obtenido
¿actividad óptica?
Sustitución y eliminación en presencia de base fuerte, reacciones competitivas:
CH3-CH2-CHBr-CH3 + NaOH
CH3-CH2-CHBr-CH3 + NaOH
CH3-CH2-CHOH-CH3 + NaBr
alcohol
CH3-CH=CH-CH3 + H2O + NaBr