05 Alcanos2014 v2

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

1/17

Edith Bamonte y Liliana Olazar. Dirección Nacional del Derecho de Autor Nº 976760Colaboración: Romina Langecker y Diego Supervielle

Alcanos5-1

5. Hidrocarburos I Alcanos: mucho más que dos

5.1 Introducciónuénos proponemos?

Caracterizar los distintos hidrocarburos Estudiar las propiedades quími cas de los alcanos

Los compuestos más sencillos son los hidrocarburos, que se caracterizan por estar formados por

átomos de dos elementos: el carbono y el hidrógeno.A su vez estos compuestos podríamos clasificarlos de acuerdo con distintos criterios:1. de cadena lineal o ramificada2. de cadena abierta o cerrada3. saturados o insaturados, dentro de estos últimos, hay tres grandes grupos con

propiedades químicas muy diferentes 1, según presenten en su cadena enlaces covalentes:a) simplesb) doblesc) triplesllamados respectivamente: alcanos , alquenos y alquinos .

Empezaremos nuestro trabajo con los hidrocarburos más sencillos, los alcanos.

hidrocarburos, alcanos, punto de fusión, punto de ebullición,isomería, halogenación, combustión, hibridización.

5.2 - Algunas consideraciones generalesEl gas que sale cuando encendemos nuestras cocinas, o bien la nafta que cargamos en elautomóvil, o el asfalto sobre el que circulamos en una ciudad, o las velas que se usan enocasiones, están constituidos por hidrocarburos saturados, donde todas las uniones entre losátomos de carbono son enlaces simples.

5.3 Hibridación del carbono en los alcanos.Antes de empezar con este punto, les proponemos hacer un repaso sobre orbitales atómicos.

1 Deliberadamente, dejamos de lado los hidrocarburos aromáticos, que nos acompañarán en posteriores unidades.

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

2/17


Alcanos5-2

Podríamos preguntarnos inicialmente qué tipo de uniones presentan las moléculas de hidrógenoo las de cloruro de hidrógeno.Recordemos los estudios de 3º año. Para formar una molécula de hidrógeno necesitamos que sesuperpongan los orbitales “ s” del hidrógeno formando “ un nuevo orbital 2” que da lugar a launión. Este nuevo orbital es simétrico con respecto a la línea imaginaria que une los dos núcleos

de átomos que participan en la unión. Estos enlaces se denominan enlaces sigma, .

1s 1 1s1

+

Representaremos ahora un orbital que se forma por superposición de dos orbitales p, como porejemplo en el caso del cloroVeamos:

+

px px orbital sigma

¿Cómo será el enlace entre un átomo de hidrógeno y un átomo de cloro para formar unamolécula de cloruro de hidrógeno?

Ahora, analicemos las moléculas constituidas por átomos de carbono. Por ejemplo, la moléculade metano CH 4.Para empezar recordemos la configuración electrónica del carbono :El carbono tiene seis electrones que se distribuyen de la siguiente manera:a) dos electrones en el primer nivel, subnivel s.

b) dos electrones en el segundo nivel, subnivel s.c) dos electrones en el segundo nivel, subnivel p.

Claramente se observa que el carbono sólo dispone de dos electrones desapareados en elsubnivel p. Inicialmente, podríamos pensar que se formarán dos uniones covalentes simples y lafórmula del metano sería CH 2.

Sin embargo, los experimentos indican que la molécula de metano está formada en un 75% m/mpor carbono y un 25% m/m de hidrógeno.

Actividad : Escriban la fórmula molecular de metano a partir de los datos anteriores.

Se demuestra entonces que el carbono forma cuatro enlaces covalentes.Esto se puede explicar si pensamos que un electrón del átomo de carbono se promueve delsubnivel 2s al orbital 2p vacío, quedando de esta manera un electrón desapareado en cadaorbital. Estos orbitales, “ mezcla ” de un orbital s y 3 orbitales p, dan origen a cuatro orbitalessp 3 y se los llama orbitales híbridos sp 3 .Son equivalentes y se orientan en el espacio formando ángulos de 109º entreellos.

2 Si bien se forma también un orbital antienlazante, creemos que este concepto excede el alcance de este texto.

109º

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

3/17


Alcanos5-3

La unión se produce porsuperposición frontal de losorbitales híbridos del carbono(sp3) con los cuatro orbitales s del hidrógeno.

Como en loscasosanteriores se

originanentonces 4 orbitales de tipo . Para representar la molécula deetano recordemos que losátomos de carbono, congeometría tetraédrica, se unenentre sí para formar enlacesentre los orbitales sp 3 y el restode los orbitales sp 3 de cadacarbono forman uniones de tipo

con los orbitales 1s delhidrógeno.Les proponemos ahora trabajaren la elaboración de sus propiosmodelos moleculares, y “ armar ”

sus moléculas de alcanos.

H

CH H

H

uniones sigma

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

4/17


Alcanos5-4

La hibridación es la mezcla o reordenamiento de orbitales atómicos de un mismo átomo para darun nuevo conjunto de orbitales, llamados híbridos que presentan una geometría acorde con ladeterminada experimentalmente para la molécula a la que pertenece el átomo .

Actividades:

1- Para cada carbono de las moléculas siguientes indique la hibridación, la forma geométrica ylos ángulos de enlace:

a- etano. b- 2-butenoc- 2-butinod- Propadieno

2- Para los co mpuestos del punto 1 identifique las ubicaciones de enlaces σ y ∏ .

5.4 - Propiedades físicasActividad 1: Completen el siguiente cuadro

Nombre Mr Estado físico Temperatura defusión ºC

Temperatura deebullición ºC

Densidadg/cm 3

Metano -182.5 -164 0,55(g/dm 3)

Etano -183,5 -88,6 0,51(g/dm 3)

Propano -189,7 -42 0,5(g/dm 3)Butano -138,35 -0,5 0,58

(g/dm 3)Metil propano -159,6 -11,7Pentano -129,7 36,1 0,53Metil butano -160 28Hexano -95 68,9 0,66Metil pentano -153 602,2-dimetilpentano 89-90Heptano -90,6 98,4 0,68Octano -56,8 125,6 0,7Nonano -51 150,8 0,72Decano -29,7 174,1 0,73Pentadecano 10 270 0,77Hexadecano 18 287 0,77Octadecano 28,2 316,1 0,76Eicosano 36,8 343 0,79Triacontano 65,8 449,7

Tetracontano 81 ----Pentacontano 92 ----

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

5/17


Alcanos5-5

Actividad 2Realicen en distintas hojas de papel milimetrado los siguientes gráficos, usando los datos de latabla anterior.

Punto de fusión en función del número de átomos de carbono de la molécula Punto de ebullición en función del número de átomos de carbono de la moléculaNota : para aquellos compuestos que tienen el mismo número de átomos de carbono en lamolécula, marquen con diferentes colores los hidrocarburos ramificados.

Actividad 3Analicen los gráficos e indiquen:

¿Cómo varía el punto de fusión de los alcanos con el aumento de átomos de carbono en lacadena ?

¿Cómo varía el punto de ebullición de los alcanos con el aumento de átomos de carbono enla cadena?

Actividad 4 Comparen los valores de densidad de estas sustancias con el del agua.

Actividad 5¿Son solubles en agua ? ¿Y en otros solventes ?

Mencionen ejemplos.Actividad 6Extraer conclusiones generales de las actividades 1a 5

Actividad 7a-¿Qué relación pueden establecer entre la estructura, las fuerzas de atracciónintermoleculares?b-¿Qué ocurre cuando moléculas con igual cantidad de átomos de carbono, tienen distintacadena? ¿Por qué?

5.5 – IsomeríaPara los alcanos que tienen cuatro o más átomos de carbono, la fórmula molecular no es

suficiente para indicar su estructura, porque existen diversas formas para la misma fórmulamolecular y todas tienen existencia real pero distintas propiedades, por ejemplo: se conocendos compuestos que tienen la misma fórmula molecular C 4H10. Uno hierve a -0.5 ºC y el otro a -12ºC.Cuando dos compuestos tienen igual f órmula molecular , pero dif ieren en su comportamientoquímico o f ísico se denominan isómeros .

Al alargarse la cadena carbonada laentalpía de vaporización se incrementaalrededor de 4.18 kJ por átomo decarbono y por mol para convertir ellí uido en va or

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

6/17


Alcanos5-6

I lustración 1 r epresentativa con modelos molecularesEn el ejemplo se da isomería de cadena, ya que difieren en la distribución de la cadenahidrocarbonada.Actividad 8 :

a-¿Cuáles son los hidrocarburos isómeros de fórmula molecular C 6H14 ? Representen susestructuras y escriban sus nombres.b- Describa qué diferencias podría encontrar entre los puntos de ebullición y de fusión deloctano y el 2,2,3,3-tetrametilbutano. Fundamente.

5.6 ¿Cómo se portan? Las propiedades químicasLos alcanos recibieron durante mucho tiempo el nombre de “ parafinas ” del latín “pocaafinidad”, que ilustra lo particularmente poco reactivos que son. Esto es así porque nopresentan ninguna de las características necesarias para ser reactivos: no poseen cargas, no presentan electrones desapareados carecen de enlaces múltiples o alta polaridad.

Sólo reaccionan en condiciones muy drásticas.Comentaremos a continuación algunas de las reacciones en las que participan

1. Halogenación : la reacción se produce en presencia de luz o bien a altas temperaturas(250 ºC - 400 ºC). Se da una reacción de sustitución, donde un átomo de hidrógeno delalcano es sustituido por un átomo de halógeno (cloro o bromo) y se forma como productosecundario cloruro o bromuro de hidrógeno. Esta reacción tiene importancia industrial

para la preparación de solventes. El mecanismo por el cual se produce esta reacción sedenomina de “ radicales libres ” y consta de tres etapas que ejemplificaremos parametano y cloro:a) Iniciación : la molécula de cloro se rompe y se originan dos radicales (átomos de

cloro con un electrón desapareado).

ClCl calor luz

2

b) Propagación : debido a su gran reactividad, los radicales cloro reaccionan con lamolécula de metano, formando un nuevo radical.

Cl CH CH HCl

4 3

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

7/17


Alcanos5-7

CH Cl CH Cl Cl3 2 3

c) Terminación : los radicales se combinan, se forman moléculas, y finaliza lareacción

CH Cl CH ClCl Cl Cl

3 3

2

ºº º

º

2. Combustión : En condiciones adecuadas los alcanos reaccionan con oxígeno. En un motoro en un horno industrial, habitualmente se utilizan mezclas de alcanos comocombustibles. Los productos que se forman son dióxido de carbono y agua y se libera unagran cantidad de calor. Como ejemplo podemos citar la reacción del metano con oxígenoque es la reacción que se produce en nuestras casas en las estufas, el horno o lashornallas de la cocina. Cuando la proporción de oxígeno es baja se producen

combustiones incompletas y se forman como productos de la combustión otras sustanciascomo CO y C (hollín)

CH + 2O CO + 2H O Hº = -890 kJ4 2 2 2

3. “Cracking ” : Esta reacción se utiliza como hemos visto para aumentar el rendimiento delpetróleo en naftas. Consiste en calentar la mezcla de hidrocarburos de gran masa molarhasta provocar su ruptura. Para trabajar a menores temperaturas se usan catalizadores(bentonitas). Los productos son mezclas de alcanos y alquenos de cadenas más cortas ehidrógeno.

5.7 Para obtenerlos mejor...Los métodos de obtención difieren según el objetivo que se persigue y pueden clasificarse

en :

a) métodos de laboratorio : se preparan pocas centenas de gramos, el fin último es lainvestigación, por lo que los costos ocupan un lugar secundario.

b) métodos industriales : proporcionan grandes cantidades de producto con bajo costo. Muchasveces no es demasiado importante el grado de pureza y en general se busca desarrollar ydiseñar los equipos necesarios.

Hasta el butano, se recurre a la destilación del petróleo y el gas natural. Para hidrocarburos conmayor número de átomos de carbono resulta muy difícil separar los distintos isómeros, por esose debe recurrir a las síntesis de laboratorio.

Algunos métodos son:

a) Hidrogenación de alquenos

b) Reducción de halogenuros de alquilo

c) Síntesis de Wurtz

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

8/17


Alcanos5-8

Hidrogenación de alquenos : Constituye un método de síntesis muy importante, se realizacon catalizadores de platino o paladio a temperatura ambiente y presión normal. El níquel,menos reactivo como catalizador, requiere el empleo de temperaturas más elevadas (100 ºC a150 ºC) y presiones de 70 atm.

R CH CH R H R CH CH R Platino Paladio Niquel 2 2 2, ,

Reducción de halogenuro de alquilo : podemos realizar la reducción directa de loshalogenuros de alquilo (RX) con reactivos tales como zinc y ácido clorhídrico en soluciónalcohólica. La reacción puede representarse con la siguiente ecuación 3

RX H RH HX 2

Síntesis de Wurtz : en esta reacción se pone en contacto sodio metálico con una solución

diluida de halogenuro de alquilo. Se forma el compuesto organometálico (alquilsodio).Con exceso de halogenuro de alquilo, se produce un desplazamiento del halógeno por el ionalquiluro para dar: un hidrocarburo saturado en el que se unen ambos grupos alquilo.Esta síntesis permite obtener alcanos de cadena par.

2 2 2RX Na R R NaX

donde X es el halógeno

I X Na R Na Na X

II Na R X R R Na X

) : º :

) : : :

R

R

2

Si se utiliza una mezcla de dos halogenuros de alquilo se obtienen 3 hidrocarburos y laseparación se torna dificultosa.

5.8 Algunas actividades y ejercicios1. Aquel bochornoso baile...En la corte de Carlos X de Francia en las Tullerías, durante un baile, los

invitados empezaron a mostrar síntomas de intoxicación debido a un gasmuy sofocante. Las velas ardían, y cada vez se hacía más insoportable lahumareda... al punto tal que debieron abandonar el salón. El consejero químico del rey propusollamar a un joven científico, Jean Baptiste André Dumas quien encontró que las velas habíansido blanqueadas para mejorar su aspecto con cloro . ¿Qué reacción se estaba produciendo ?¿Cuál fue el descubrimiento de Dumas ?2. Escriban las fórmulas estructurales y verifiquen si están nombrados correctamente de acuerdo

con la nomenclatura de la IUPAC.a) 2,3-dimetilbutanob) 2,5-dimetilhexano

3 En esta ecuación se representa entre corchetes el hidrógeno atómico que es el producto de la reacción entre el zinc y el ácidoclorhídrico en esas condiciones

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

9/17


Alcanos5-9

c) 2,2,3-trimetilhexanod) 3-etil-2,2-dimetilheptanoe) 2,4-dimetil-3-etilhexanof) 2-metil-3-etilpentano

Indiquen los carbonos primarios, secundarios terciarios y cuaternarios

3.

Ordenen según los puntos de ebullición crecientes los siguientes compuestos: 3,3-dimetilpentano n-heptano 2-metilheptano 2-metilhexano n-pentano

4. Escriban las fórmulas semidesarrolladas de seis isómeros de cadena del octano.5. Completen las siguientes ecuaciones y nombren los productos orgánicos obtenidos:

a) etano cloro luz b) 2-metilbutano + O 2 ----->c) 2,3-dimetilhexano + O 2 ------>d) pirolisisotan bu e) 2-bromopropano + .......Na ------>f) yoduro de propilmagnesio + H 2O (HI) ------>

6. Reaccionan 5 g de ioduro de etilo con exceso de sodio según la reacción de Wurtz, ¿cuántosgramos de producto se obtienen suponiendo el 60% de rendimiento?

7. Si con un exceso de cloro se convirtieran 10 litros de metano medidos en CNPT, entetracloruro de carbono, ¿Cuántos gramos de este compuesto se obtendrían suponiendo un

rendimiento del 90%?Rta.: 61,87 g8. Indiquen por medio de las ecuaciones que estime conveniente los métodos para llevar a cabo

las siguientes conversiones.a) propano a hexanob) bromuro de isopropilo a 2,3-dimetilbutano (el bromuro de isopropilo también se

denomina 2-bromopropano)c) cloruro de pentilo a pentano.

Ayuda: Ver las sugerencias al finalizar la guía.9. La evaporación de 1 g de cloroalcano de naturaleza desconocida da 617 cm 3 medidos a 0.98

atmósferas de presión y 373 K de temperatura. ¿Cuál es la fórmula molecular de estecompuesto?

Respuesta CH 3Cl

Respuesta Ejercicio 8

Punto b

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

10/17


Alcanos5-10

CH3CH

CH3Br

+ Na2 2CH3

CH

CH

CH3CH3

CH3

+ Na+

Cl-2

CH3

CH2CH2

CH

CH3Cl

+ Mg

CH3

CH2CH2

CH

CH3MgCl

HClCH3

CH2CH2

CH2CH3

+ Mg

2+

Cl-

Cl-

punto c

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

11/17

Profesor Diego Supervielle.

Alcanos5-11

AlcanosGuía de ejercicios complementaria

1. Clasifique los carbonos marcados con flecha en cada compuesto como primarios, secundarios,

terciarios o cuaternarios. Nombren los compuestos.

2. Utilicen 1-bromo-2metilbutnao y cualquier otro compuesto necesario de uno o dos carbonospara sintetizar, con buen rendimiento, cada uno de los siguientes:

a. 2-metilbutano

b. 3,6-dimetiloctanoc. 3-metilhexano

3. Si en un recipiente con 1-cloropropano, 2-cloropropano y clorometilpropano se lleva a cabo lasíntesis de Wurtz, predigan las estructuras de todos los compuestos posibles que se formarán.

4. ¿Por qué los alcanos son prácticamente inertes desde el punto de vista químico?

5. Ordenen de menor a mayor los puntos de ebullición los siguientes alcanos isómeros

a. 2,2-dimetilbutano

b. 3-metilpentano

c. hexano

6. Escriban las fórmulas estructurales de los cinco hexanos isómeros y nombrarlos según IUPAC

7. Calculen el calor de combustión del metano a 25°C sabiendo que las energías de enlace sonC-H= 413 kJ, O-O =498.3 kJ, C=O =803.3 kJ, O-H =462.8 kJ

8. ¿Por qué el 2-etilpentano no se encuentra entre los nueve isómeros de fórmula C 7H16?

9. Aplique el mecanismo de la bromación por radicales libres para el butano

10. Si se quema 1 kg de octano en CNPT en una atmósfera rica en oxígeno, qué volumen de CO 2 se obtendrá?¿qué masa de agua se obtendrá?

11. Una mezcla de metano y etano de 300 g se quema en presencia de oxígeno para dar 173.6 Lde CO2 medidos en CNPT. ¿Cuál será el porcentaje de etano en la mezcla?

12. ¿Qué productos se obtendrán de la monocloración del 2-metilpentano?

13. Si un gramo de un alcano desconocido ocupa 855 cm 3 a 35°C y 749 mmH ¿a qué alcanos nosreferimos?

14. Una muestra de 0.149 moles de un alcano desconocido arde completamente. Después de lareacción se aislan 65.54 g de CO 2 y 29.5 g de H 2O. ¿Cuál es la fórmula molecular del alcano?

15. Si se utiliza la electrólisis de Kolbe sobre pentanoato de sodio, ¿qué productos se obtendrán?

Rta 7.

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

12/17


Alcanos5-12

CH3

CH2CH3

+ Cl Clluz

CH3CH

CH3Cl

+ ClH

CH3CH

CH3Cl

Na,CH3

CH CHCH3

CH3

CH3+ 2 NaCl2

a)

5.9 Ciclo alcanos (material opcional)

A modo de introducciónLos cicloalcanos son hidrocarburos que se caracterizan por presentar una cadena carbonadaunida por sus extremos.Responden a la misma fórmula molecular general que los alquenos (C nH2n) a pesar deconsiderarlos saturados ya que los carbonos que integran los ciclos son carbonos conhibridización sp 3.

5.10 Nomenclatura

Para nombrar este tipo de compuestos se utiliza el nombre del alcano que indica el número deátomos de carbono presentes en el ciclo y se le antepone la palabra “ciclo”.

H

H HH H

H H H

HH

H

H

H

H H

HH

H H

H

H

HH

H

H

H

HH

H

H

H

HH

H

H H

ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclohexano

Se puede utilizar una representación mas sencilla de los compuestos obviando los hidrógenos eindicando los ciclos con las figuras geométricas correspondientes:

Si algunos hidrógenos de los carbonos del ciclo se encuentran sustituidos por algun grupo

funcional se nombran los mismos de la forma tradicional:

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

13/17


Alcanos5-13

H

HH

Cl

ClH

Cl

Cl

ClClH

HH

H

H

H

H

H

ClCl

Si un ciclo se encuentra unido a una cadena carbonada abierta se le dará mayor prioridad a lamayor cantidad de átomos de carbono. Si tanto el ciclo como la cadena poseen el mismo númerode átomos de carbono, es indistinto nombrar el compuesto de una forma u otra:

CH3CH 3

CH3

CH 3

2-ciclopropilbutano etilciclohexano 1-ciclopentilpentano o pentilciclopentano

5.11 Teoría de las tensiones de Baeyer:El ciclo propano es un compuesto saturado que presenta, no obstante, una gran reactividad:

Br Br CH3

Br

Br 2 HBr

pero no reacciona con KMnO 4 como se ve en la siguiente reacción:

CH3CH3 CH 3

CH 3

KMnO 4 CH3CH3 CH 3

CH3 OH

OHdiluido/frío

o necesita condiciones más drásticas que un alqueno para hidrogenarse:

CH2 CH 2 CH3 CH3 CH3 CH 3 H 2 / Ni Rane y

25°C

H2 / Ni Raney

120°C

El ciclobutano es menos reactivo que el ciclopropano,

siendo el ciclopentano tan poco reactivo como el pentano.

CH3CH 3

H2 / Ni Raney

200°C

1,2-diclorociclopropano 1,1-diclorociclopentano

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

14/17


Alcanos5-14

En el año 1885, Baeyer intentó dar una explicación teórica a ladiferente reactividad de los hidrocarburos cíclicos con diferentenúmero de átomos de carbono en el ciclo. Si los cuatro enlaces de cadacarbono de un ciclo se encontraban a 109,5° uno del otro, cualquierotro valor distinto generaría tensión en la molécula que se traduciría eninestabilidad o aumento de reactividad.

En el ciclopropano los ángulos de enlace son de 60°(considerándoloplano), lo que implica para cada ángulo de enlace existe unadiferencia con el valor normal de 109,5°- 60° = 49,5°.En el caso del ciclobutano(considerado plano) la diferencia con elvalor normal sería 109,5° - 90°= 19,5° y en el caso delciclopentano(considerado plano) la diferencia sería de 109,5°- 108°

=1,5°, lo que justificaría la diferencia de reactividad.Si continuáramos con el análisis en la serie homóloga encontraríamosque la diferencia de los ángulos de enlace con respecto al valornormal en el ciclohexano(considerado plano) sería de 120° - 109,5° =9,5°, lo que indicaría que la reactividad aumentaría nuevamente ysin embargo el ciclohexano es menos reactivo que el ciclopentano (sicontinuáramos en la serie homóloga hasta por ejemplo elciclodecano considerado plano, la diferencia en los ángulos deenlace sería de 144°-109,5°=34,5° y sin embargo el ciclodecanopresenta la misma reactividad que el ciclohexano.

En 1890, Sachse y Mohr, en trabajos de tipo teórico dudaronde la certeza de la suposición de Baeyer de que todos los carbonosdel ciclohexano estuvieran en un mismo plano y postularonordenamientos espaciales en donde todos los ángulos de enlacetuvieran el valor normal.

En 1926, Ruzicka confirma las suposiciones teóricas de Sachse y Mohr al trabajar sobre losprincipios activos del almizcle y del civeto que son respectivamente la muscona y la civetona.Ambos presentan propiedades normales sin ninguna reactividad especial ni señal de tensión en lamolécula por lo que ambas debían presentar una estructura plegada.

La teoría de las tensiones de Baeyer sirve entonces para justificar el comportamiento delos compuestos cíclicos planos hasta C5. Si bien los ciclos de 4 y 5 carbonos podrían no serplanos, cualquier otra disposición aumentaría la tensión angular en la molécula. Todos loscompuestos cíclicos mayores de C5 se encuentran plegados.

5.12 Preparación de compuestos cíclicos5.12.1 Conversión de compuestos de cadena abierta en ciclos

muscona C 16 H30 O

Civetona C 17H30O

ciclohexano ciclooctano

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

15/17


Alcanos5-15

Cl

Cl Zn Cl

Cl Zn

NaI+ ZnCl 2

Esta reacción sólo sirve para preparar ciclopropano siendo un ejemplo de cómo una

reacción intermolecular se puede transformar en una reacción intramolecular.

5.12.2 Conversión de compuestos cíclicos con otros grupos func compuestos alicíclicos

OH

Br

H2 SO 4 H 2

calor Pd

1) KOH/alcohol 2) H 2 / Pd

5.12.3 Hidrogenación de benceno

CH 3 CH 3

OH OH

H2 / Ni

200°C/250atm

H2 / Ni

200°C/250atm calor

H2 SO 4 H2 / Ni

Reacción de Diles Alder

CH2

CH2

CH2

CH2

dieno dienófilo ciclohexeno ciclohexano

+ 100°C H2 / Pt

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

16/17


Alcanos5-16

5.13 Isomería conformacional:Se denominan conformaciones a las diferentes disposiciones espaciales de los átomos de unamolécula cuando la estructura realiza un giro cuyo eje es un enlace simple C-C.Las conformaciones más importantes que puede adoptar el ciclohexano son la silla y la bote

silla bote

Estas conformaciones experimentan una interconversión continua. La forma silla es más estableque la bote(se estima que en un instante dado, más del 99% de la molécula se encuentra en laforma silla). Esto es debido a que en la conformación bote, los hidrógenos que se encuentran en“asta” solo se encuentran separados por 1,83 cuando la suma de los radios es de 2,5 , lo quegenera una gran interacción estérica o de Van Der Waals (debida a la aproximación de losátomos a una distancia menor que la permitida por sus radios atómicos y por lo tanto larepulsión de sus nubes electrónicas).

H H

hidrógenos en asta

En la conformación silla del ciclohexano podemos identificar dos tipos de hidrógenos: axiales yecuatoriales.

H

H

H

H

H

HH

H

HH

H

H

hidrógenos axiales hidrógenos ecuatoriales

Existen dos formas silla interconvertibles que no pueden distinguirse si no poseen algúnsustituyente que las diferencie. Los sustituyentes de los carbonos del ciclo que se encuentren enposición axial en una silla, se encontraran en posición ecuatorial en la otra.

De las dos estructuras, la más estable será la que presenta el metilo en posición ecuatorial yaque el mismo se encuentra muy alejado de los otros hidrógenos ecuatoriales como para que segenere una interacción significativa. Si el metilo se encuentra en posición axial se generaninteracciones denominadas 1,3 diaxiales con los otros sustituyentes ubicados en posición axial lo

8/19/2019 05 Alcanos2014 v2

17/17


Alcanos5-17

que disminuye la estabilidad de la estructura. Cuanto más voluminosos sean los sustituyentesaxiales, más inestable será la estructura.

5.14 Ejercitación1) Escriban las formas estructurales de los siguientes compuestos:

a. metilciclopentano

b. (Z) 2-bromo-1-metilciclopentano

c. ácido 1,3-ciclobutanodicarboxílico

d. trans 1,3-diclorociclobutano

e. cis 1,2-dimetilciclopropano

f. 1-metilciclopenteno

2)

Dibujen las posibles conformaciones silla para el cis 1,3-dimetilciclohexano y para el trans1,3-dimetilciclohexano.¿Cuál es el isómero más estable?. Justifiquen.

3) Escribir las fórmulas y nombres de los hidrocarburos cíclicos que se obtienen porcalentamiento con sodio a partir de

a. 2,4-dibromo-2-metilpentano

b. 2,5-dicloro-2,5-dimetilhexano

4) Completen las siguientes reacciones:

a. ciclopentano + cloro/300 C

b.

ciclopropano + cloro/300 C 5) Dibujen las conformaciones silla del isómero dibromado del ciclohexano y justificar cuálo

cuáles serán más estables sabiendo que las interacciones 1,3-diaxiales Br-H son de 0,9 Kcal yque las interacciones 1,3-diaxiales Br-Br son de 1,8 Kcal.

6) Calculen cuántos litros de aire se necesitan para quemar en C.N.P.T 42g de ciclohexano.(elaire contiene un 21% de oxígeno en volumen).

7) A partir de 2,1g de un cicloalcano, se obtienen por hidrogenación 2,2g de un alcano. ¿Cuáles la fórmula del cicloalcano?

10) Citen algunas pruebas experimentales que permitan distinguir los siguientes compuestos: 2-penteno, 1,2-dimetilpropano y ciclopentano.

11) Dibujen los isómeros geométricos del 2-isopropil-5-metilciclohexanol (mentol).

05 Alcanos2014 v2

Documents

Transcript of 05 Alcanos2014 v2