Hidrocarburos Unidad 2 Química Orgánica General – 116005M Hidrocarburos Alcanos Química Orgánica General - Hidrocarburos 2 Hidrocarburos Nomenclatura de alcanos • Fórmula general: CnH2n+2 • Se encuentra en todo, desde el gas natural hasta el petróleo. • Los alcanos más pequeños tienen puntos de ebullición (p.e.) muy bajos, por lo tanto, son gases. CH4 p.e. -160oC C2H6 -89oC C3H8 -42oC Química Orgánica General - Hidrocarburos 3 Hidrocarburos Nombres y formulas de los 10 primeros alcanos Química Orgánica General - Hidrocarburos 4 Hidrocarburos Nomenclatura de alcanos C H 3C H 2C H 2C H 3 Butano: C4H10 n-butano C H3 C H 3C H C H 3 iso -butano Los isómeros constitucionales son compuestos con la misma fórmula molecular pero los carbonos están conectados de manera diferente. Química Orgánica General - Hidrocarburos 5 Hidrocarburos Pentanos: C5H12 Nomenclatura de alcanos CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 n-pentano CH 3 CH 3CHCH 2CH 3 iso-pentano CH 3 CH 3CCH 3 neo-pentano CH 3 Química Orgánica General - Hidrocarburos 6 Hidrocarburos Nomenclatura de alcanos • Regla 1: Encuentre la cadena continua más larga de átomos de carbono y use el nombre de esta cadena como el nombre base del compuesto. • Regla 2: Numera la cadena más larga, comenzando con el final de la cadena más cercana a un sustituyente. • Regla 3: Nombra los grupos unidos a la cadena más larga como grupos alquilo. Indique la ubicación de cada grupo alquilo por el número del átomo de carbono de la cadena principal al que está unido. Etilpropil- secbutil- • Regla 4: Escriba los grupos de alquilos en orden alfabético independientemente de su posición en la cadena. butil- terbutil- isopropilQuímica Orgánica General - Hidrocarburos 7 Hidrocarburos Nomenclatura de alcanos Ejercicios a. Cloruro de isobutilo b. Bromuro de isopropilo c. 2-clorobutano d. Yoduro de terbutilo e. Fluoruro de propilo Química Orgánica General - Hidrocarburos 8 Hidrocarburos Química Orgánica General - Hidrocarburos 9 Hidrocarburos Propiedades de los alcanos Punto de ebullición (°C) A medida que aumenta el número de carbonos en un alcano, el punto de ebullición aumentará debido a la mayor superficie y al aumento de las atracciones de van der Waals. Número de carbonos Química Orgánica General - Hidrocarburos 10 Hidrocarburos Propiedades de los alcanos Punto de fusión (°C) • Los puntos de fusión aumentan a medida que aumenta la cadena de carbono. • Los alcanos con un número par de carbonos tienen puntos de fusión más altos que aquellos con un número impar de carbonos. • Los alcanos ramificados tienen puntos de fusión más altos que los alcanos no ramificados. Número de carbonos Química Orgánica General - Hidrocarburos 11 Conformación de los alcanos Proyecciones Newman: La proyección de Newman es la mejor manera de juzgar la estabilidad de las diferentes conformaciones de una molécula. Escalonada Eclipsada 12 Conformación de los alcanos - etano Química Orgánica General - Hidrocarburos 13 Conformación de los alcanos - propano Las conformaciones escalonadas de propano son más bajas en energía que las conformaciones eclipsadas, ya que el grupo metilo ocupa más espacio que un hidrógeno. Química Orgánica General - Hidrocarburos 14 Conformación de los alcanos - butano Química Orgánica General - Hidrocarburos 15 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos Nomenclatura: Propiedades: No polares, relativamente inertes, el punto de ebullición y el punto de fusión dependen del peso molecular. Ejercicios: Química Orgánica General - Hidrocarburos 16 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos Isómeros geométricos CH3 CH3 Mismo lado: ciscis-1,2-dimetilciclohexano CH3 Lado opuesto: transCH2CH3 trans-1-etil-2-metilciclohexano Química Orgánica General - Hidrocarburos 17 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos Conformación tipo silla: Química Orgánica General - Hidrocarburos 18 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos Conformación tipo bote: Química Orgánica General - Hidrocarburos 19 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos Trans-1,3-dimetilciclohexano Ambas conformaciones tienen un grupo metilo axial y otro ecuatorial por lo que tienen la misma energía. Química Orgánica General - Hidrocarburos 20 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos Cis-1,3-dimetilciclohexano • Cis-1,3-dimetilciclohexano puede tener ambos grupos metilo en posiciones axiales o ambos en posiciones ecuatoriales. • La conformación con ambos grupos metilo siendo ecuatorial es más estable. Química Orgánica General - Hidrocarburos 21 Nomenclatura y conformación de cicloalcanos ¿Cuál es más estable? Química Orgánica General - Hidrocarburos 22 Pregunta de estudio Cual es la definición de: -Isómeros estructurales o constitucionales -Estereoisómeros -Isómeros configuracionales -Conformeros -Diferencia entre conformación y configuración Realice ejemplos Química Orgánica General - Hidrocarburos 23 Reacciones de los alcanos Oxidación y combustión: El uso más importante de los alcanos es como combustible. Con el exceso de oxígeno, los alcanos se queman para formar dióxido de carbono y agua. Las reacciones son exotérmicas. Calor Metano Calor Butano Química Orgánica General - Hidrocarburos 24 Reacciones de los alcanos Halogenación de alcanos: Cuando una mezcla de un gas alcano y cloro se almacena a bajas temperaturas en la oscuridad, no se produce ninguna reacción. Sin embargo, a la luz solar o altas temperaturas, se produce una reacción exotérmica. Uno o más átomos de hidrógeno del alcano son reemplazados por átomos de cloro. Luz o Calor Luz o Calor Luz o Calor Química Orgánica General - Hidrocarburos 25 Reacciones de los alcanos Mecanismo de Halogenación de alcanos: Iniciación Propagación Luz o Calor Radical alquilo Terminación Química Orgánica General - Hidrocarburos 26 Reacciones de los alcanos En resumen: Combustión: Halogenación: Luz o Calor Química Orgánica General - Hidrocarburos 27 Alquenos y Alquinos Los hidrocarburos que contienen un doble enlace carbonocarbono se llaman alquenos; aquellos con un triple enlace carbono-carbono son alquinos Alqueno Catálisis Alcano Alquino Catálisis Química Orgánica General - Hidrocarburos 28 Alquenos y alquinos Se dice que los dobles enlaces se acumulan cuando están uno al lado del otro. Cuando los enlaces múltiples se alternan con enlaces simples, se llaman conjugados. Cuando más de un solo enlace se interpone entre múltiples enlaces, estos últimos son aislados o no conjugados. Acumulado Conjugado Aislado • Un sinónimo antiguo pero todavía utilizado para alquenos es olefinas. • Los alquinos también se llaman acetilenos, por el primer miembro de la serie. Química Orgánica General - Hidrocarburos 29 Alquenos Ejemplos de algunos alquenos: El α-Pineno es un terpeno. Se encuentra en los aceites esenciales. Ej: el pino, el romero o de Cannabis Tratamiento de ansiedad; los síntomas de abstinencia del alcohol; espasmos musculares. Betacaroteno y otros pigmentos rojos, naranjas y amarillos llamados carotenoides se consideran antioxidantes. Aportan el 50% de la vitamina A Química Orgánica General - Hidrocarburos 30 Alquenos R-Limoneno S-Limoneno Química Orgánica General - Hidrocarburos 31 Alquenos Nomenclatura: La cadena principal: 4 carbonos 5 carbonos La numeración: Química Orgánica General - Hidrocarburos 32 Alquenos Ejercicios de nomenclatura: Química Orgánica General - Hidrocarburos 33 Alquenos y alquinos Nombres comunes: etileno eteno acetileno etino vinilo etenilo alilo 2-propenilo propileno propeno cloruro de vinilo cloroeteno cloruro de alilo 3-cloropropeno Química Orgánica General - Hidrocarburos 34 Alquenos y alquinos Química Orgánica General - Hidrocarburos 35 Alquenos: Isómeros cis y trans Cis y Trans: Debido a que la rotación en los dobles enlaces carbono-carbono está restringida, el isomerismo cis-trans (isomerismo geométrico) es posible en alquenos sustituidos adecuadamente. Por ejemplo, el 1,2-dicloroeteno existe en dos formas diferentes: cis-1,2-dicloroeteno trans-1,2-dicloroeteno Química Orgánica General - Hidrocarburos 36 Alquenos: Isómeros cis y trans Cis y Trans: Los isómeros geométricos de los alquenos pueden interconvertirse si se suministra suficiente energía para romper el enlace pi y permitir la rotación sobre el enlace sigma restante, algo más fuerte. La energía requerida puede tomar la forma de luz o calor. Química Orgánica General - Hidrocarburos 37 Reacciones de los alquenos Adición de halógenos: • El halógeno se disuelve en algún disolvente inerte como el tri- o tetraclorometano, y luego esta solución se agrega gota a gota al alqueno. • La reacción es casi instantánea, incluso a temperatura ambiente o por debajo. • No se requiere luz ni calor. Química Orgánica General - Hidrocarburos 38 Reacciones de los alquenos Adición de agua: • Se requiere un catalizador ácido porque la molécula de agua neutra no es lo suficientemente ácida como para proporcionar protones para iniciar la reacción. • La hidratación se utiliza industrialmente y ocasionalmente en el laboratorio para sintetizar alcoholes a partir de alqueno. Química Orgánica General - Hidrocarburos 39 Reacciones de los alquenos Adición de ácidos: • Una variedad de ácidos se suman al doble enlace de los alquenos. • El ion hidrógeno (o protón) se suma a un carbono del doble enlace, y el resto del ácido se conecta al otro carbono. Química Orgánica General - Hidrocarburos 40 Reacciones de los alquenos Ejercicio: • Escriba la reacción de la adición de agua para el propeno. propeno Química Orgánica General - Hidrocarburos 41 Reacciones de los alquenos ¿Por qué? no observado no observado no observado Química Orgánica General - Hidrocarburos 42 Regla de Markovnikov Observe que los reactivos son todos polares, con un extremo positivo y un extremo negativo. Después de estudiar una serie de tales reacciones de adición, el químico ruso Vladimir Markovnikov formuló la siguiente regla hace más de 100 años: Cuando un reactivo no simétrico se suma a un alqueno no simétrico, la parte electropositiva del reactivo se une al carbono del doble enlace que tiene el mayor número de átomos de hidrógeno unidos a él. Ejercicio: • Escriba la reacción de la adición de agua para el 2-metil-2-hexeno. Química Orgánica General - Hidrocarburos 43 Mecanismo El doble enlace carbono-carbono, debido a sus electrones pi, es un nucleófilo. El protón (H+) es el electrófilo. A medida que el protón se acerca al enlace pi, los dos electrones pi se utilizan para formar un enlace sigma entre el protón y uno de los dos átomos de carbono. Debido a que este enlace utiliza ambos electrones pi, el otro carbono adquiere una carga positiva, produciendo un carbocatión. Los carbocationes son extremadamente reactivos porque solo hay seis electrones (en lugar de los ocho) alrededor del carbono cargado positivamente. El carbocatión reacciona rápidamente con alguna especie que pueden suministrarle dos electrones, un nucleófilo. Química Orgánica General - Hidrocarburos 44 Mecanismo Química Orgánica General - Hidrocarburos 45 Reacción de polimerización Estabilidad de carbocationes Terciario Más estable Secundario Primario Química Orgánica General - Hidrocarburos Metilo Menos estable 46 Adición de hidrógeno Hidrogenación catalítica Catalizador Catalizador Química Orgánica General - Hidrocarburos 47 Adición en sistemas conjugados Reacción de 1,3-butadieno con HBr adición 1,2 3-bromo-1-buteno 1,3-butadieno adición 1,4 1-bromo-2-buteno Química Orgánica General - Hidrocarburos 48 Adición en sistemas conjugados Explicación mediante el mecanismo: Química Orgánica General - Hidrocarburos 49 Reacción de Diels-Alder Reacción entre un alqueno y un dieno conjugado: Nuevo enlace s Nuevo enlace p Nuevo enlace s 1,3-butadieno etileno ciclohexeno Química Orgánica General - Hidrocarburos 50 Adición con radicales libres - Polietileno Reacción de polimerización Etileno Polietileno Química Orgánica General - Hidrocarburos 51 Reacciones de alquenos Gran reactividad Química Orgánica General - Hidrocarburos 52 Reacciones de alquinos Reacciones de adición de alquinos etino trans-1,2-dibromoeteno 2-butino 1,1,2,2-tetrabromoetano cis-2-buteno Química Orgánica General - Hidrocarburos 53 Acidez de los alquinos Reacciones de adición de alquinos Un átomo de hidrógeno en un carbono triplemente unido es débilmente ácido y puede ser eliminado por una base muy fuerte. incrementa la acidez amida de sodio Química Orgánica General - Hidrocarburos 54 Compuestos aromáticos Reacciones de compuestos con benceno (diferentes a las reacciones con alquenos) benceno bromobenceno benceno clorobenceno Friedrich August Kekulé Química Orgánica General - Hidrocarburos 55 Compuestos aromáticos Nomenclatura Benceno anisol tolueno benzaldehído cumeno acetofenona estireno ácido benzoico Química Orgánica General - Hidrocarburos fenol anilina 56 Compuestos aromáticos Nomenclatura - monosustituidos bromobenceno clorobenceno nitrobenceno etilbenceno propilbenceno Nomenclatura - disustituidos 1,2- orto 1,3- meta 1,4- para Química Orgánica General - Hidrocarburos 57 Compuestos aromáticos Ejemplos de nomenclatura – disustituidos: o-bromoclorobenceno p-cloroestireno m-nitrotolueno o-etilanilina m-clorofenol Ejemplos de nomenclatura – trisustituidos: 1,2,4-trimetilbenceno 3,5-diclorotolueno 2,4,6-trinitrotolueno Química Orgánica General - Hidrocarburos 58 Compuestos aromáticos Reacciones de sustitución electrofílica aromática: Cloración Alquilación Bromación Alquilación Nitración Acilación Sulfonación Química Orgánica General - Hidrocarburos 59 Mecanismo de sustitución Benceno Ejemplo de nitración del benceno Química Orgánica General - Hidrocarburos nitrobenceno60 Compuestos aromáticos Química Orgánica General - Hidrocarburos 61 Directores orto, para y Directores meta Química Orgánica General - Hidrocarburos 62 Directores orto, para y Directores meta Química Orgánica General - Hidrocarburos 63
