Post on 01-Mar-2018
Química Orgánica QQ 214
Ing. Roque Castillo rocas.qq214@gmail.com
Consulta: Lunes - Jueves 1pm – 2:30 pm
Unidad III - Alcanos
División de Compuestos Orgánicos
Compuestos Orgánicos
Alifáticos
Alcanos y Cicloalcanos (saturados)
Alquenos y Dienos (insaturados)
Alquinos (insaturados)
Aromáticos
Benceno y sus derivados
Heterocíclicos (otros átomos diferentes del
carbono: N, P, O, S)
A los alcanos se les conoce como parafinas Del latín Parum affinis que significa “poca afinidad”
Muestran poca afinidad por otras sustancias
Químicamente inertes a la mayoría de los reactivos de
laboratorio
Reaccionan con el oxígeno, halógenos, y algunas pocas sustancias bajo las condiciones apropiadas
Enlaces no polares
Dominan las fuerzas de Van der Waals entre moléculas
Propiedades Físicas de los Alcanos
Los alcanos muestran incrementos regulas en ambos, punto de ebullición y fusión a medidas que el peso molecular aumenta.
Debido a la presencia de fuerzas de dispersión débiles entre
moléculas Las fuerzas de dispersión aumentan a medida que el tamaño
molecular aumenta La fusión y la ebullición ocurre cuando la suficiente energía
térmica es aplicada para vencer las fuerzas de dispersión.
Los cuatro primeros alcanos son gases Los trece siguientes son líquidos a temp. ambiente (C5-C17) A partir del alcanos de 18 carbonos, son sólidos.
Propiedades Físicas de los Alcanos
El punto de ebullición aumenta de 20 a 30 grados centígrados por cada carbono que se agrega a la cadena. Un alcano ramificado de igual número de carbonos tiene un punto de ebullición mas bajo que un alcano de cadena lineal.
Propiedades Físicas de los Alcanos
Punto de fusión
Punto de ebullición
Número de carbonos
Petróleo y hulla son las fuentes naturales principales de alcanos.
Se trata de mezcla de miles de compuestos orgánicos, la mayoría hidrocarburos formados por la decomposición y degradación de plantas y animales marinos.
El metano, el más simple alcano, conocido también como biogas, es producto de la descomposición anaerobica de materia orgánica.
En su mayoría, los hidrocarburos de petróleo se queman como combustible, pero una pequeña porción se convierte en productos petroquímicos como plásticos, fibras, colorantes, detergentes, fármacos, plaguicidas y otros.
Alcanos: Fuentes Naturales
Alcanos son los más simples de la familia de las moleculas de compuestos orgánicos.
Alcano Un compuesto de carbono e hidrógeno que contiene enlaces
simples carbono-carbono. Fórmula General CnH2n+2 donde n es un entero
Alcanos
metano metano etano propano butano
Los alcanos son frecuentemente descritos como hidrocarburos saturados.
Hidrocarburos Contiene solo carbono e hidrógeno
Saturado Contiene un máximo posible de número de hidrógenos por
carbono y tiene solo enlaces sencillos C-C y C-H Los alcanos son ocasionalmente referidos como compuestos
alifáticos, nombre derivado de la palabra griega aleiphas, que significa “grasa”
Alcanos
Típica grasa animal
Estructuras de alcanos representativos
Alcanos y Estructuras de Alcanos
Metano Etano Propano
Butano Isobutano
Pentano 2-metilpropano 2,2-dimetilpropano
Alcanos de cadena lineal o alcanos normales
Alcanos cuyos átomos de carbono estan conectados sin ramificación.
Alcanos de cadena ramificada
Alcannos que contienen ramificaciones de enlaces de carbono, en oposición a los alcanos de cadena lineal.
Alcanos
Metano Etano Propano
2-metilbutano Isobutano
Isómeros Del griego isos + meros que
significa “hecho de las mismas partes”
Compuestos que tienen la misma formula molecular pero diferente estructura.
Alcanos e Isómeros
Pentano, C5H12 2-metilbutano, C5H12 2,2-dimetilpropano, C5H12
Isómeros Constitucionales Isómeros que tiene los mismos tipos y números de átomos
que están conectados en diferentes arreglos. Pueden tener diferentes esqueletos de carbono, diferentes
grupos funcionales, o diferentes posiciones de los grupos funcionales.
Alcanos e Isómeros
2-metilpropano butano
metanol dimetiléter
isopropilamina propilamina
Diferentes esqueletos de carbono C4H10
Diferentes grupos funcionales C2H6O
Diferentes posiciones de grupos funcionales C3H9N
Un alcano puede dibujarse arbitrariamente en muchas maneras. Representationes del butano n-C4H10 donde n denota normal
(cadena lineal)
Estas representaciones indican solo las coneccciones entre átomos. Estas representaciones no implican una particular geometría
tridimensional. Químicos raramente dibujan todas los enlaces en una
molécula y usualmente se refieren a la fórmula condensada.
Alcanos e Isómeros
Nombres de alcanos de cadena lineal Nombrados de acuerdo con el número de carbonos en la
molécula, con la excepción de los primeros cuatro alcanos. Nombres basados en números griegos
Sufijo –ano adicionado para identificar la molécula del alcano
Nomenclatura de Alcanos
Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano
Octano Nonano Decano Undecano Dodecano Eicosano Triacontano
No. de carbonos (n)
No. de carbonos (n)
Nombre
Nombre
Nombre de alcanos de cadena lineal
Proponga estructuras para dos isómeros con la fórmula C2H7N.
Ejemplo Dibuje las estructuras de los isómeros
Estrategia Sabemos que el carbono tiene 4 enlaces, el
nitrógeno forma 3 y el hidrógeno forma uno. Escriba primero los átomos del carbono Entonces use una combinación de prueba y error
para colocar las piezas juntas
Ejemplo Dibuje las estructuras de los isómeros
Solución Hay dos estructuras isoméricas Una con la conección C-C-N Una con la conección C-N-C
Ejemplo Dibuje las estructuras de los isómeros
Estas piezas … dan … estas estructuras.
Grupo alquil La estructura parcial que permanece cuando un átomo de
hidrógeno es removido de un alcano. Compuestos no estables Para nombrar un grupo alquilo reemplace -ano por -ilo Methane CH4 methyl –CH3
Ethane CH3CH3 ethyl –CH2CH3
Grupos Alquilo
Metano
Etano
Metil
Etil
Metano Etano Propano Butano Pentano
Metil (Me) Etil (Et) Propil (Pr) Butil (Bu) Pentil o amil
Combinando grupos alquilo con varios grupos funcionales se generan cientos de compuestos.
Cadenas lineales son generados por la remoción de un hidrógeno en el carbono final.
Grupos alquilo
metano un grupo metil alcohol metílico metilamina
Grupos alquilo ramificados son generaldos por la remoción de un hidrógeno de un átomo de carbono interno.
Grupos Alquilo
propano propil isopropil
butano butil sec-butil
isobutano isobutil tert-butil
Reacciones son como recetas de cocina
• Debes saber los ingredientes que lleva la receta (reactantes)
• Debes saber el procedimiento de realizar la receta, e.g. la temperatura del horno (condiciones de reacción)
• Debes saber que obtendrás de la receta, una vez mezclados los ingredientes en la cantidad adecuada y en las condiciones específicas (producto)
Ingredientes Platillo Condiciones específicas
Reactantes Producto Condiciones específicas
Síntesis de Alcanos
1. Hidrogenación de alquenos
Datos • Con que se cuenta?
– Alqueno
• Que se desea obtener?
– Alcano
1. Hidrogenación de alquenos
CnH2n CnH2n+2 H2
Pt/C, Pd/C o Ni
Catalizadores: Pt - Platino, Pd – Paladio, Ni – Níquel El Platino y Paladio se colocan sobre carbón fino El Platino usualmente se usa en forma de PtO2
Reacción Genérica
alcano alqueno
1. Hidrogenación de alquenos
Ejemplos
2-metil-2-buteno
2-metil-1-buteno
3-metil-1-buteno
2-metilbutano
2-metilbutano
2-metilbutano
2. Reducción de Halogenuros de alquilo
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard (b) Reducción con metal y ácido
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard
Datos • Con que se cuenta?
– Halogenuro de alquilo, RX • Que se desea obtener?
– Alcano, R-H Reacción de sustitución, primeramente del halógeno por el magnesio y seguidamente del magnesio y halógeno por el hidrógeno.
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard
Halogenuro de alquilo
magnesio Reactivo de Grignard
éter
alcano
(1) Se hace reaccionar el halogenuro de alquilo con magnesio en éter para formar el reactivo de Grignard.
(2) El reactivo de Grignard resultante se hace reaccionar con agua para formar el alcano.
La función del éter en la reacción es de solvente.
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard
El reactivo de Grignard es un compuesto organometálico. Organometálico significa que contiene un carbono unido a un metal.
Enlace polar
Metales más comunes: Li, Mg, Cu
El compuesto de Grignard es muy reactivo: se combina con numerosas sustancias inorgánicas que incluyen agua, dióxido de carbono y oxigeno, y con la mayoría de los compuestos orgánicos; en muchos de estos casos, la reacción proporciona la mejor ruta para obtener un tipo particular de sustancia orgánica.
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard
La reacción con agua para formar un alcana es típica del comportamiento del reactivo de Grignard con los ácidos, y de muchas de las sustancias organometalicas mas reactivas. En vista del marcado carácter carbanionico del grupo alquilo, podemos considerar que el reactivo de Grignard es la sal magnésica, RMgX del muy débil ácido R—H.
La reacción es tan solo el desplazamiento del acido mas débil. R—H. de su sal por el acido mas fuerte, HOH.
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard
Un compuesto con hidrogeno unido a oxígeno o nitrógeno es mucho mas acido que un alcano. por lo que puede descomponer un reactivo de Grignard: por ejemplo, amoníaco (NH3) o un alcohol.
(a) Hidrólisis de reactivos de Grignard
Br
MgMgBr
H2O
2-bromobutano butano
3-bromopentano
pentano
(a) Reducción con ácido y un metal
Datos • Con que se cuenta?
–Halogenuro de alquilo, RX • Que se desea obtener?
–Alcano, R-H Reacción de sustitución, el halógeno es sustituído por un hidrógeno.
(a) Reducción con ácido y un metal
Halogenuro de alquilo
alcano
(1) El halogenuro de alquilo reacciona con Zinc metálico en medio ácido.
(2) Se realiza la sustitución del halógeno por un hidrógeno, para formar el alcano.
(3) El zinc se oxida (pierde electrones), dado que comienza como átomo neutro y en los productos se muestra como catión +2.
(a) Reducción con ácido y un metal
BrZn , H+
Bromuro de sec-butilo n- butano
3. Acoplamiento de halogenuros de alquilo con compuestos organometalicos
Datos • Con que se cuenta?
– Halogenuro de alquilo, RX [1°, 2° ó 3°] – Halogenuro de alquilo R’X [debe ser 1°]
• Que se desea obtener? – Alcano, R-H
Reacción de sustitución, que produce un alcano con una cadena de carbonos mas extensa que la cadena de reactivo inicial.
3. Acoplamiento de halogenuros de alquilo con compuestos organometalicos
Halogenuro de alquilo 1°, 2°o 3°
Halogenuro de cobre
Halogenuro de alquilo Debe ser 1°
(1) Se hace reaccionar el halogenuro de alquilo con litio (Li). (2) Luego el alquil-litio reacciona con un halogenuro de cobre. (3) El dicuproalquil-litio puede acoplarse con una cadena de carbonos de un
halogenuro de alquilo primario. (4) El acoplamiento se realiza en los carbonos que tenían los enlaces con los
halógenos.
3. Acoplamiento de halogenuros de alquilo con compuestos órgano-metálicos
Cloruro de etilo Etil-litio Cuprodietil-litio Bromuro de n-heptano
n-nonano
Reacciones de Alcanos
1. Halogenación
Datos • Con que se cuenta?
– Alcano
• Que se desea obtener?
– Halogenuro de alquilo
1. Halogenación
calor o luz
Reactividad X2 : Cl2 > Br2 H : 3°> 2°> 1°> CH3-H
alcano Halogenuro de alquilo
Usualmente una mezcla de compuestos
Los halogenuros de alquilo que se forman primeros son por la sustitución de un hidrógeno terciario (hidrógeno unido a un carbono terciario) por el halógeno, luego se forman los halogenuros por la sustitución de un hidrógeno secundario, y por ultimo se forman los halogenuros por la sustitución de un hidrógeno primario.
1. Halogenación
La halogenación se lleva a cabo por un mecanismo de radicales libres. Mecanismo de la monobromación del etano:
Paso de iniciación
Paso de propagación
Paso de terminación
1. Halogenación
butano
2,2,5 - trimetilhexano
2. Combustión
Datos • Con que se cuenta?
– Alcano
• Que se desea obtener?
– Dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O)
2. Combustión
𝐶𝐶𝑛𝑛𝐻𝐻2𝑛𝑛+2 + 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑂𝑂2 −→ 𝑛𝑛𝐶𝐶𝑂𝑂2 + 𝑛𝑛 + 1 𝐻𝐻2𝑂𝑂
𝐶𝐶5𝐻𝐻12 + 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑂𝑂2 → 5𝐶𝐶𝑂𝑂2 + 6𝐻𝐻2𝑂𝑂 n-pentano
Combustión del pentano
Los alcanos, en un exceso de oxígeno y en presencia de una llama se queman formando dióxido de carbono y agua.
Bibliografía
Bruice, P. Y. (2010). Química Orgánica (Sexta ed.). EEUU: Prentice Hall.
McMurry, J. (2008). Química Orgánica (Séptima ed.). EEUU: Thomson.Brooks/Cole.
Solomons, G., Fryhle, C., & Snyder, S. (2014). Química Orgánica (Undécima ed.). EEUU: John Wiley & Sons, Inc.