04. alcanos

M. En C. Teresa Jaime Ornelas

Conceptos

Importancia

Características

Clasificación

Estructura

Propiedades físicas y químicas

Aplicaciones

Nomenclatura

Análisis conformacional

Cicloalcanos

Estructura

2

OBJETIVO

Entender el comportamiento del esqueleto de los compuestos

orgánicos (conformaciones, formación de radicales).

Aprender a nombrar sistemáticamente los compuestos orgánicos de

acuerdo al sistema admitido por IUPAC y aplicar los en la

identificación de estructuras químicas las cuales, pueden tener una

función biológica, farmacológica, etc.

3

Compuestos formados de C e H (Hidrocarburos)

Son los más simples.

Enlaces sencillos (saturados).

Parafinas

Fórmula : CnH2n+2.

1.- Conceptos

4

Fuente de obtención principal:

El petróleo y el gas natural (destilación fraccionada): metano,

etano; algo de propano y butano.

Carbón mineral

Alimentos: Carbohidratos, grasas y aceites.

1.- Conceptos

5

Importancia

Constituyen una de las fuentes de energía y

materias primas más importantes para la sociedad

actual (petróleo y sus derivados).

1.- Conceptos

6

Aplicaciones

Alimentos (grasas, COH, azúcares, edulcorantes),

combustibles, telas, medicamentos, explosivos, colorantes,

pinturas, plásticos, etc

1.- Conceptos

7

Características

No tienen grupo funcional

Las uniones entre átomos de carbono son enlaces simple

“hidrocarburos saturados”

Enlaces: hibridación sp3

dC-C = 1.54 Å, dC-H = 1.09 Å

1.- Conceptos

8

Clasificación

1.- Conceptos

Hidrocarburos alifáticos

Alcanos

Alquenos

Alquinos

Alicíclicos

Cicloalcanos

Cicloalquenos

Cicloalquinos

Hidrocarburos aromáticos

Hidrocarburos

no hay enlaces multiples

C C

C C

HC CH

CH

HC

HC

Monociclos

Policíclicos Aislados

Condensados

DIFENILO

NAFTALENO

BENCENO

9

1.- Conceptos

10

Estructura

1.- Conceptos

Ejemplo

Tipo de cadena Lineal Ramificada Cíclica

Fórmula general CnH2n+2 CnH2n+2 CnH2n

11

Tabla 1.- Estructura de los alcanos

Estructura: Isómeros (isómeros estructurales)

Compuestos químicos diferentes con la misma fórmula

molecular.

1.- Conceptos

Pentano

(n-pentano)

metilbutano

(iso-pentano)

dimetilbutano

(neo-pentano)

C5H12

12

2,2-dimetilpropano

Estructura

La capacidad de los átomos de C para formar enlaces fuertes y

estables con otros átomos de C da lugar a un numero

abrumador de isómeros estructurales.

El número de alcanos isoméricos aumenta al aumentar

número de átomos de carbono.

1.- Conceptos

13

Serie homóloga

Conjunto de compuestos de una misma familia en los cuales

cada uno difiere del siguiente en un grupo metileno (-CH2-),

excepto en los dos primeros.

Sus miembros son homólogos.

1.- Conceptos

14

1.- Conceptos

Nº de carbonos

Fórmula Nombre Nº total de isómeros

p.eb. C

p.f. C

1 CH4 metano 1 -162 -183

2 C2H6 etano 1 -89 -172

3 C3H8 propano 1 -42 -187

4 C4H10 butano 2 0 -138

5 C5H12 pentano 3 36 -130

6 C6H14 hexano 5 69 -95

7 C7H16 heptano 9 98 -91

8 C8H18 octano 18 126 -57

9 C9H20 nonano 35 151 -54

10 C10H22 decano 75 174 -30

11 C11H24 undecano 196 -26

12 C12H26 dodecano 216 -10

20 C20H42 eicosano 366319 334 36

30 C30H62 tricontano 4.11x109 446 66

Tabla 2.- Hidrocarburos normales (cadena lineal).

15

Propiedades físicas : Punto de ebullición

Está determinado principalmente por el peso.

Se incrementa entre 20 y 30 °C por cada átomo de carbono

agregado a la cadena.

1.- Conceptos

Fórmula Estado físico

CH4 a C4H10 gases

C5H12 a C17H36 líquidos

C18H38 y

posteriores

sólidos

16

Tabla 3.- Estado físico de los alcanos a temperatura ambiente

1.- Conceptos

Gráfica 1.- Temperatura de ebullición de alcanos en

función del número de carbonos de la cadena lineal. 17


Los alcanos lineales tienen mayor punto de ebullición que los

alcanos ramificados (esféricos) debido a que hay mayores fuerzas

de van der Waals y de London, entre moléculas adyacentes

(mayor área superficial en contacto).

1.- Conceptos

18


Los cicloalcanos tienden a tener mayores puntos de ebullición

que sus contrapartes lineales, debido a las conformaciones fijas

de las moléculas, que proporcionan planos para el contacto

intermolecular.

1.- Conceptos

19

Propiedades físicas: Punto de fusión

A mayor peso molar, mayor punto de fusión.

Los alcanos de longitud impar tienen puntos de fusión

ligeramente menores, comparados con los alcanos de longitud

par. Esto se debe a que los alcanos de longitud par se ordenan

mejor en la fase sólida, formando una estructura bien

organizada, que requiere mayor energía para romperse.

1.- Conceptos

20

1.- Conceptos

Gráfica 2.- Temperatura de fusión de alcanos en

función del número de carbonos de la cadena lineal. 21

Propiedades físicas: Densidad

Aumenta con el número de átomos de carbono

Siempre es <1 g/ml, menor a la del agua, por lo que flotan en

la superficie de la misma.

1.- Conceptos

22

Propiedades físicas: Densidad

A mayor número de C las fuerzas intermoleculares son

mayores y la cohesión intermolecular aumenta,

resultando en un aumento de la proximidad molecular.

1.- Conceptos

23

1.- Conceptos

Gráfica 3.- Densidad de alcanos en función del número de

carbonos de la cadena lineal. 24

Propiedades físicas: Solubilidad

Son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja

polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el

hidrógeno.

Los alcanos líquidos son miscibles entre sí y generalmente se

disuelven en disolventes de baja polaridad.

Los buenos disolventes para los alcanos son el benceno,

tetracloruro de carbono, cloroformo y otros alcanos.

1.- Conceptos

25

Propiedades químicas: Reactividad

Tendencia de un elemento para combinarse con otros.

Tienen una baja reactividad por la estabilidad de sus enlaces,

no se rompen con facilidad.

Reaccionan con:

Oxígeno, halógenos y algunas otras sustancias bajo condiciones

apropiadas.

1.- Conceptos

26


1.- Conceptos

27


Tabla 4.- Reactividad de los alcanos.

1.- Conceptos

Combustión

Halogenación

Craking

clorometano

diclorometano

triclorometano

tetraclorometano

etano propano octano 28


Combustión

1.- Conceptos

29

Los isómeros varían la cantidad de calor que desprenden. Los alcanos lineales liberan más calor.


Halogenación

Los átomos de H son sustituidos por halógenos

1.- Conceptos

30

X ; Halógenos: F2>Cl2>Br2>, I2

Cl: Cloración; Br:Bromación, F:Fluoración

Haluro de alquilo


Halogenación

1.- Conceptos

31

No ocurre en la oscuridad,

necesitan luz ultravioleta o calor.


Halogenación

Si la reacción es equimolar alcano-X se sustituye un átomo de H

por el X. En exceso del X, pueden sustituirse varios átomos de H:

1.- Conceptos

32


Craking

Proceso químico donde las moléculas de hidrocarburo más grandes y complejas se convierten en otras más pequeñas y simples, para incrementar el rendimiento de obtención de gasolina a partir del petróleo.

Aplica calor, presión y, catalizadores (zeolitas, etc.)

1.- Conceptos

33

1.- Conceptos

34

Alcano Usos

Metano-butano Calefacción y cocina.

Propano y butano

•Líquidos a presiones moderadamente bajas “gases

licuados”

•Propelentes en pulverizadores

Alcanos medios :pentano - octano

líquidos razonablemente volátiles

•Combustibles en motores de combustión

interna.

•Buenos solventes para las sustancias no polares.

De 9 a 16 átomos de carbono Líquidos de alta viscosidad

Forman parte del diesel y combustible de aviones

Hexadecano en adelante Componentes más importantes de los aceites

lubricantes.

Tabla 5.- Aplicaciones de los alcanos.

35

Grupos funcionales

36

Tipos de carbono

En una cadena podemos identificar cuatro tipos de carbono, de acuerdo al

número de carbonos al cual esté unido el átomo en cuestión.

PRIMARIO.- Unido a un solo átomo de carbono.

CH3-CH2-CH3

SECUNDARIO.- Unido a dos átomos de carbono.

CH3-CH2-CH3

TERCIARIO.- Unidos a tres átomos de carbono.

CUATERNARIO.- Unido a 4 átomos de carbono.

37

Carbono Tipo de

enlace

Tipo de

carbono

Tipo de

hibridación

Geometría

molecular

Ángulo

de enlace

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

Análisis conformacional del etano

2.- Análisis conformacional

38

El enlace C-C simple tiene libertad de

giro a lo largo de su eje. Eso provoca

diferentes conformaciones en la

molécula del alcano.



39

Una conformación específica recibe el

nombre de confórmero (isómero

conformacional).

Los distintos confórmeros no suelen

poder aislarse debido a que se

interconvierten con rapidez.

40

Representación Alternadas Eclipsadas (inestables)

Alternadas

Líneas y cuñas

Caballete

Newman

Tabla 6.- Formulas tridimensionales para representar las

diferentes conformaciones,



41

Conformación Vista lateral Vista frontal

Alternada

Eclipsada

La infinidad de conformaciones intermediarias se llaman sesgadas

H opuestos

H escalonados

Tabla 7.- Modelos para la molécula de etano en las conformaciones

eclipsada y escalonada



Energía torsional: Energía requerida para rotar la molécula de

etano en torno al enlace C-C .

Tensión torsional: Responsable de la inestabilidad relativa de

las conformaciones eclipsada y sesgadas intermediarias.

42



43

Gráfica 4.- Cambios de

energía de el giro en torno al

enlace simple C-C. Se

producen acercamientos entre

otros orbitales. Eso tiene

repercusión en el contenido

energético de la molécula


44


energía potencial durante la

rotación en torno a un

enlace simple C-C del etano



A medida que se reemplazan los H del C2H6 por otros átomos o

grupos de ellos, aparecen otros factores que afectan a la

estabilidad relativa de las conformaciones:

Fuerzas de Van Der Waals,

Interacciones dipolo-dipolo

Puentes de H.

45



No obstante, permanece la tendencia de los orbitales de enlaces

sobre C adyacentes de localizarse escalonadamente, de modo

que toda rotación que se aleje de esa conformación va

acompañada de tensión torsional.

46


47


¿Por qué la conformación eclipsada es menos estable que la alternada?

Dos hidrógenos eclipsados están a 2.3 A mientras que los alternados están a 2.5 A.

Aunque las distancias son muy similares, la interacción es muy sensible y la diferencia de

energía es importante.

Gráfica 6.- Evolución de la

energía a medida que los

hidrógenos no enlazados se

acercan. A distancias cortas

existe una fuerte repulsión

entre las nubes electrónicas,

que disminuye rápidamente a

medida que los hidrógenos se

alejan .

En

erg

ía

to

rsio

na

l

48

El propano tiene un perfil semejante al del etano pero con una barrera de

energía mayor entre la conformaciones eclipsada y alternada .

C C

H

H

H

H3C

H

H

CH3

H H

H

HH

Conformación eclipsada

H

H H

H

H

CH3

C C

H

HH3C

H

H

H

H

H3C H

H H

H

Conformación alternada

H

HH

H

HH3C

Análisis conformacional del propano y butano


49




energía potencial durante la

rotación en torno a un enlace

simple C-C del n-butano.

50



El caso del butano es más complejo porque los grupos metilo

interaccionan entre sí de forma diferente en cada conformación.

51

Estructuras moleculares

Tabla 8.- Estructura molecular de acuerdo al tipo de

hibridación, geometría molecular y ángulo de enlace.


52

Geometría molecular El tipo de hibridación determina la geometría molecular la cual se resume

en el siguiente cuadro.

Geometría molecular tetraédrica.- El carbono se encuentra en el centro de un tetraedro y los enlaces se dirigen hacia los vértices.

Geometría triangular plana.- El carbono se encuentra en el centro de un triángulo. Se forma un doble enlace y dos enlaces sencillos.

Geometría lineal.- Se forman dos enlaces sencillos y uno triple.


53

Tipos de carbono

En una cadena podemos identificar cuatro tipos de carbono, de acuerdo al

número de carbonos al cual esté unido el átomo en cuestión.

PRIMARIO.- Unido a un solo átomo de carbono.

CH3-CH2-CH3

SECUNDARIO.- Unido a dos átomos de carbono.

CH3-CH2-CH3

TERCIARIO.- Unidos a tres átomos de carbono.

CUATERNARIO.- Unido a 4 átomos de carbono.


3.- Nomenclatura

54

Nomenclatura

• Grupos funcionales

Conjunto de átomos dentro de una molécula con un comportamiento

químico característico.

La química de toda molécula orgánica, sin importar su

tamaño y complejidad está determinada por los grupos

funcionales que contiene

55

Tabla 9.- Estructuras de algunos grupos funcionales comunes.

3.- Nomenclatura

Aldehído

Donde se

ubique el C

56

3.- Nomenclatura

Función Nom.

grupo

Grupo Nom.

(princ.)

Nom.

(secund)

Ácido

carboxílico

carboxilo R–COOH ácido

…oico

carboxi (incluye C)

Éster éster R–COOR’ …ato de

…ilo

…oxicarbonil

Amida amido R–

CONR’R

amida amido

Nitrilo nitrilo R–C N nitrilo ciano (incluye C)

Aldehído carbonilo R–CH=O …al formil (incluye C)

Cetona carbonilo R–CO–R’ …ona oxo

Alcohol hidroxilo R–OH …ol hidroxi

Fenol fenol –C6H5OH …fenol hidroxifenil

Tabla 10 .- Orden de importancia para nombrar grupos funcionales

57

3.- Nomenclatura

Función Nom.

grupo

Grupo Nom.(princ.) Nom

(sec)

Amina (primaria)

(secundaria)

(terciaria)

Amino

“

“

R–NH2

R–NHR’

R–NR’R’’

…ilamina

…il…ilamina

…il…il…ilamina

amino

Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il

Hidr. etilénico alqueno C=C …eno …en

Hidr. acetilénico alquino C C …ino Ino (sufijo)

Nitrocompuesto Nitro R–NO2 nitro… nitro

Haluro halógeno R–X X… X

Radical alquilo R– …il …il

Tabla 10 .- Orden de importancia para nombrar grupos funcionales (continuación)

58

Clasificación de los grupos

funcionales según su polaridad

3.- Nomenclatura

Polaridad de diferentes enlaces

OH> C-O> N-H > C-H > C-C

Amidas

Ácidos

Alcoholes

Cetonas

Aldehídos

Aminas

Ésteres

Éteres

Hidrocarburos* Alifáticos, aromáticos, halogenados, halogenuros de alquilo

59

Tabla 11.- Polaridad de algunos grupos funcionales comunes.

3.- Nomenclatura

Grupos Funcionales

Polares Hidrófilos No polares Hidrófobos

Carboxilo - COOH Radical Alquílico – CH2- R

Hidroxilo o Alcohol - OH Radical etilénico - CH = R

Carbonilo > C = O Radical fenilo - C6 H5

Amino - NH2

Imino > NH

Sulfihidrilo - SH

60

Nomenclatura

• Grupos alquilo

• Agrupación de átomos procedentes de la eliminación de un

átomo de H en un alcano.

•Contiene un electrón de valencia disponible para formar un

enlace covalente.

3.- Nomenclatura

61

3.- Nomenclatura

(Neo-)

62

Nomenclatura

• Grupos alquilo

• Nomenclatura : Cambia la terminación –ano del alcano por -ilo,

o –il cuando forme parte de un hidrocarburo.

•Iso y neo, NO se separan del nombre mediante (-)

3- Nomenclatura

63

Tabla 12.- Radicales alquilo.

3.- Nomenclatura

65

3.- Nomenclatura

CH3 | –C–CH3 terc-butil (dimetil–etil) | CH3

–CH=CH2 vinil (sp2)

–CH2–CH=CH2 alil

(–C6H5) fenil

Nombres de grupos especiales

66

Nomenclatura

• Grupos alquilo

•Sintesis .-Se forman por ruptura homopolar, generalmente

producida por altas temperaturas (termólisis o pirólisis), o

por irradiación con luz ultravioleta (fotólisis).

.

3.- Nomenclatura

67

Nomenclatura

• Grupos alquilo

•Reactividad.- Los radicales alquilo tienen gran reactividad

y su vida media es muy corta.

• Ejemplo es el radical metilo, CH3·, procedente del

metano,CH4, cuando pierde un átomo de hidrógeno, o dela

ruptura homopolar de otros compuestos orgánicos

.

3- Nomenclatura

68

Tipos de carbono con halógenos

En una cadena podemos identificar tres tipos de carbono, de acuerdo al número

de carbonos al cual esté unido el halógeno.

PRIMARIO.- Halógeno enlazado a Carbono primario.

R-CH2-X

SECUNDARIO.- Dos átomos de carbono unidos a un halógeno . R

R-CH-X

TERCIARIO.- Tres átomos de carbono unidos al halógeno.

R

R-C-X

R

3- Nomenclatura

4.- Cicloalcanos

69

Compuestos formados de C e H unidos en forma de anillo

(Hidrocarburos cíclicos) .

Los anillos se representan mediante polígonos regulares.

Fórmula : CnH2n

1.- Conceptos

70

Estructura

1.- Conceptos

71

Tabla 13.- Estructura de los alcanos cíclicos

Ejemplo

Tipo de cadena Lineal Ramificada Cíclica

Fórmula general CnH2n+2 CnH2n+2 CnH2n

72

Tabla 14.- Formas para representar la estructura de

los alcanos cíclicos

1.- Conceptos

Estructura

73

1.- Conceptos

Origen y aplicaciones

Aparecen de forma natural en diversos petróleos.

•Los terpenos, a que pertenecen una gran cantidad de

hormonas: estrógeno, la progesterona o la testosterona y

otras como el colesterol y alcanfor, suelen presentar un

esqueleto policíclico.

• Los monociclos con anillos mayores (14 - 18 átomos de

carbono) están presentes en las segregaciones de las

glándulas del almizcle, utilizado en perfumería.

Se nombran utilizando el prefijo ciclo seguido del nombre

del alcano.

Es frecuente representar las moléculas indicando sólo su

esqueleto. Cada vértice representa un carbono unido a dos

hidrógenos.

2.- Nomenclatura

74

Regla 1.- En cicloalcanos con un solo sustituyente, se toma el

ciclo como cadena principal de la molécula. Es innecesaria la

numeración del ciclo.

75

2.- Nomenclatura

Si la cadena lateral es compleja, puede tomarse como cadena

principal de la molécula y el ciclo como un sustituyente. Los

cicloalcanos como sustituyentes se nombran cambiando la

terminación –ano por –ilo.

76

2.- Nomenclatura

Regla 2.- Si el cicloalcano tiene dos sustituyentes, se nombran

por orden alfabético. Se numera el ciclo comenzando por el

sustituyente que va antes en el nombre.

77

2.- Nomenclatura

Regla 3.- Si el anillo tiene tres o más sustituyentes, se

nombran por orden alfabético. La numeración del ciclo se

hace de forma que se otorguen los localizadores más bajos a

los sustituyentes.

78

2.- Nomenclatura

Estabilidad

En la naturaleza son muy abundantes los compuestos con

ciclos de cinco y seis carbonos.

3.- Estabilidad

79

Estabilidad

En 1885, propuso que la inestabilidad

de los ciclos pequeños era debida a la

tensión de los ángulos de enlace.

Los carbonos sp3 tienen ángulos de

enlace naturales de 109,5º, en el

ciclopropano estos ángulos son de

60º, una desviación de 49,5º. Esta

desviación se traduce en tensión, que

provoca inestabilidad en la molécula.

80

3.- Estabilidad

Adolf von Baeyer (1835-1917)

Químico alemán

Estabilidad

Si los alcanos fueran planos, sus ángulos serían de:

81

3.- Estabilidad

Tipos de tensión

Existen tres tipos de tensión que desestabilizan los compuestos

cíclicos:

• Tensión angular: del ángulo de enlace, debida a ángulos que difieren de los

109,5º.

• Tensión de eclipsamiento: debido al eclipsamiento de los enlaces en los

átomos vecinos.

• Tensión estérica: ocasionada por las interacciones de repulsión cuando los

átomos se acercan demasiado, más de lo que su radio atómico permite.

82

3.- Estabilidad

83

3.- Estabilidad

Los cicloalcanos grandes tienen cada vez más libertad de

giro. Los comunes (C3-C7), están restringidos.

Tienen 2 caras: superior e inferior lo que origina isomería

en los cicloalcanos sustituidos.

84

3.- Estabilidad

Estereoisómeros:

Compuestos cuyos átomos están conectados en el mismo

orden, pero difieren en su orientación tridimensional.

85

3.- Estabilidad

86

Los cicloalcanos con dos o más sustituyentes pueden poseer isomería

geométrica:

cis-1,2-dimetilciclopropano trans-1,2-dimetilciclopropano

Cis-1,2-dibromociclopentano

Trans-1,2-dibromociclopentano

3.- Estabilidad

87

Cicloalcanots tienen p.eb. y

p.f. más altos y densidades

mayores que los

correspondientes alcanos

lineales, debido

probablemente a su mayor

rigidez y simetría que

permiten unas fuerzas

intermoleculares de

atracción (London) más

efectivas

P.Ebullición

P.Fusión

Densidad

3.- Estabilidad

Estructura: Teoría de las tensiones

88

Las moléculas de los cicloalcanos son más inestables que

las de los alcanos líneales de igual número de átomos de

carbono. Esa inestabilidad puede ser cuantificada con

ayuda de los calores de combustión y formación.

3.- Estabilidad

89

Cada vez que añadimos un grupo CH2 a un alcano, su calor de combustión aumenta

aproximadamente 157,4 Kcal/mol. Esta regla sólo la cumple con exactitud el

ciclohexano.

(CH2)n

n Calculado Experimental

Diferencia

(Tensión total) Tensión por CH2

3 -472.2 -499.8 27.6 9.2

4 -629.6 -655.9 26.3 6.6

5 -787.0 -793.5 6.5 1.3

6 -944.4 -944.5 0.1 0.0

7 -1101.8 -1108.2 6.4 0.9

8 -1259.2 -1269.2 10.0 1.3

9 -1416.6 -1429.5 12.9 1.4

10 -1574.0 -1586.0 14.0 1.4

11 -1731.4 -1742.4 11.0 1.1

12 -1888.8 -1891.2 2.4 0.2

14 -2203.6 -2203.6 0.0 0.0

3.- Estabilidad

Tabla 15.- Tensión por CH2 en cicloalcanos

Para medir la tensión de un compuesto, se mide la

energía total del mismo y se resta la cantidad de energía

de un compuesto de referencia que esté libre de tensión.

Para cicloalcanos, se mide su calor de combustión:

90

3.- Estabilidad

91

Átomos de C en los alcanos acíclicos: ángulos de enlace de 109.5º. Un

cicloalcano requiere por su geometría ángulos de enlace diferentes de

109.5º, los orbitales de sus enlaces C-C no pueden conseguir un

solapamiento óptimo y el cicloalcano estará afectado de una tensión

angular.

El ángulo interno del ciclopropano es de 60º,. El enlace C-C es mucho

más débil HºC-C = 65 kcal/mol) que en un alcano lineal

3.- Estabilidad

92

Los H de carbonos contiguos están eclipsados. Esto confiere

tensión torsional. En los acíclicos los hidrógenos pueden adoptar

una conformación alternada donde se minimicen sus interacciones

estéricas y orbitálicas

3.- Estabilidad

93

Ciclopropano

La molécula es parcialmente alabeada. Se observa rápida

interconversión de una forma plegada a otra. Con esta distorsión se

alivia parcialmente la tensión producida por los ocho hidrógenos

eclipsados. A costa de aumentar algo la tensión angular se disminuye

la tensión torsional.

C

C

H H

HH

H

H

H

H

C

C

C

HH

H H

H

H

HC

C

C

H

rápido107º

1.551A

1.109A

3.- Estabilidad

94

Ciclopentano

Si fuera plano los ángulos serían de 108º, cercanos a

los del tetraedro. Sin embargo, tal disposición plana

poseería diez interacciones H-H eclipsadas.

H

H

H

H

H H

H

H H

H

El plegamiento del anillo

libera tensión torsional,

también aumenta la

tensión angular

HH

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

conformación de sobre

conformación de media silla

3.- Estabilidad

Ciclohexano

Los ciclos de seis son los más abundantes en la naturaleza

debido a su estabilidad. Existen multitud de compuestos

con actividad biológica cuya base son ciclos de seis

átomos condensados (colesterol).

95

3.- Estabilidad

96

Ciclohexano

Adoptan una disposición espacial en forma de silla,

minimizando la tensión angular y los eclipsamientos. Es la más

estable.

Los ángulos de enlace son de 111º, muy próximos a los 109.5°,

propios de la hibridación sp3.

Todos los H quedan alternados minimizando las repulsiones entre

ellos.

3.- Estabilidad

97

Conformación de bote

Tensión en enlaces

Dos enlaces eclipsados

Dos hidrógenos con

problemas estéricos

Conformación de bote

torcido

Pequeña tensión en enlaces

Dos enlaces parcialmente

eclipsados

Dos hidrógenos con pequeños

problemas estéricos

Conformación de silla

Sin tensión en enlaces

Sin enlaces eclipsados

Hidrógenos sin problemas

estéricos

Ciclohexano

Debido a la libertad de giro de los enlaces simples C-C el

ciclohexano tiene otras conformaciones además de la de silla

3.- Estabilidad

98

Ciclohexano

La disposición espacial de menor estabilidad es la forma de bote).

Los ángulos son próximos a la disposición tetraédrica y la tensión

angular es mínima.

El bote es desestabilizado por la repulsión entre los H que se sitúan

hacia el interior del bote tensión transanular (estérica).

3.- Estabilidad

99

3.- Estabilidad

100

Ciclohexano

La interconversión entre los dos confórmeros silla, provoca que

los H sean al 50 % axiales y ecuatoriales.

3.- Estabilidad

101

Interconversión del anillo

Interconversión de las conformaciones de silla (axial- ecuatorial

y viceversa).

Ambos confórmeros del ciclohexano monosustituido no tienen la misma energía.

3.- Estabilidad

102

La diferencia de energía entre confórmeros axial y ecuatorial

se debe al esfuerzo estérico causado por las interacciones

diaxiales.

3.- Estabilidad

103

La consecuencia de este movimiento de inversión de la conformación silla

es que las posiciones axiales pasan a ser ecuatoriales y viceversa. Esto es

especialmente relevante cuando el anillo de ciclohexano posee

sustituyentes.

3.- Estabilidad

104

Conformaciones de ciclohexano sustituido

Cuando el ciclohexano tiene un sustituyente, las dos sillas en equilibrio

dejan de estar degeneradas en energía. En general, la conformación con el

sustituyente en ecuatorial es más estable, como lo demuestran los

siguientes datos experimentales.

3.- Estabilidad

105

3- Nomenclatura

Tabla 16.- Cambio de energía libre del equilibrio axial-ecuatorial para

varios sustituyentes R (Energías conformacionales)

R DGº(kcal/mol) R DGº(kcal/mol)

H 0 F 0.25

CH3 1.75 Cl 0.52

CH3CH2 1.75 Br 0.55

(CH3)2CH 2.20 I 0.46

(CH3)3C >5 OH 0.94

CO2H 1.41 CH3O 0.75

CO2CH3 1.29 NH2 1.40

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l3/axec.html

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l3/axec.html

106

Haluro de arilo

3- Nomenclatura

107

Haluro de arilo: Polaridad y reactividad

• Halógenos son más electronegativos que C.

• El enlace C-X es polar,

• C tiene carga parcial positiva.

• C puede ser atacado por un nucleófilo.

• Halógeno puede salir con el par de e-.

3- Nomenclatura

108

Haluro de arilo : Estructura

• Las electronegatividades de los halógenos:

• I < Br < Cl < F

• Las longitudes de los enlaces C-X:

• C-F < C-Cl < C-Br < C-I

• Los momentos dipolares de los enlaces:

• C-I < C-Br < C-Cl < C-F

• Densidad: con dos o más átomos de halógeno son más densos

que el agua

3- Nomenclatura

109

Haluro de arilo : Estructura

3- Nomenclatura

110

Haluro de alquilo: Nomenclatura

IUPAC – Escoja la cadena de carbono más larga, aun si el

halógeno no esta atado a ningunos de estos carbonos.

• Use números lo mas bajos posible para la posición .

• Común – la palabra haluro seguida del grupo

alquilo.

3- Nomenclatura

111

Haluro de alquilo: Nomenclatura

CH2X2: Haluro de metileno

• CHX3: Haloformo

• CX4: Tetrahaluro de carbono

Ejemplos:

–CH2Cl2: cloruro de metileno

–CHCl3: cloroformo

– CCl4 : tetracloruro de carbono.

3- Nomenclatura

04. alcanos

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