CICLOALCANOS

Magnolia Zúñiga OlaguibelQuímica Orgánica

Introducción

Los cicloalcanos, llamados también alcanos cíclicos o carbociclos, son compuestos que presentan átomos de carbono sp3 que forman anillos.

Tienen fórmula general CnH2n.

ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclohexano

Cis-1-cloro-3-yodociclobutano Trans-1-cloro-3-yodociclobutano

Isomería cis-trans en ciclos

trans-1,2-dimetilciclopropano

H

H

CH3

H

H

CH3

cis-1,2-dimetilciclopropano

H

H

CH3

H

CH3

H

Cis-1,2-dimetilciclopropano Trans-1,2-dimetilciclopropano

Cicloalcanos: tensión de Baeyer1874 - Le Bel y van’t Hoff: geometría tetraédrica del carbono1884 - Baeyer: Los cicloalcanos debe sufrir tensión angular cuando los ángulos de enlace son diferentes a 109°.

60° 90° 108° 120°> > <

Tensión angular

La tensión angular es la tensión debida a la desviación del ángulo de enlace (109,5º para la hibridación sp3), ya sea por compresión o expansión.

Calores de combustión

El contenido energético de los alcanos puede evaluarse midiendo su calor de combustión (Hºcomb). Los valores negativos de Hºcomb de los alcanos lineales aumentan en una cantidad prácticamente constante al aumentar en uno los átomos de carbono. La estabilidad de un cicloalcano cualquiera se puede calcular comparando su calor de combustión con el del alcano lineal de igual número de átomos de carbono.

Calores de combustiónCalores de combustión (kcal mol-1, normalizados a 25ºC de alcanos. Compuesto Nombre Hºcomb CH4 (gas) Metano -212,8 CH3CH3 (gas) Etano -372,8 CH3CH2CH3 (gas) Propano -530,6 CH3(CH2)2CH3 (gas) Butano -687,4 (CH3)2CHCH3 (gas) Isobutano -685,4 CH3(CH2)3CH3 (gas) Pentano -845,2 CH3(CH2)3CH3 (líquido) Pentano -838,8 CH3(CH2)4CH3 (líquido) Hexano -995,0 Los productos de combustión son CO2 (gas) y H2O (líquido).

Tensión anular en los cicloalcanosCalores de combustión (kcal mol-1) calculados y experi-

mentales de algunos ciclolcanos.Tamañodel anillo

H°comb(calculado)

H°comb(experimental)

Tensióntotal

Tensión porgrupo CH2

3 -472,2 -499,8 27,6 9,24 -629,6 -655,9 26,3 6,65 -787,0 -793,5 6,5 1,36 -944,4 -944,5 0,1 0,07 -1101,8 -1108,2 6,4 0,98 -1259,2 -1269,2 10,0 1,39 -1416,6 -1429,5 12,9 1,4

10 -1574,0 -1586,0 14,0 1,411 -1731,4 -1742,4 11,0 1,112 -1888,8 -1891,2 2,4 0,214 -2203,6 -2203,6 0,0 0,0

Nota: Los valores calculados se basan en el valor -157,4 kcal mol-1

por grupo -CH2-.

1. Anillos pequeños (ciclopropano, ciclobutano).

2. Anillos corrientes (ciclopentano, ciclohexano, cicloheptano).

3. Anillos medianos (de ocho a doce miembros).

4. Anillos grandes (de trece miembros en adelante).

Tensión anular en los cicloalcanos

1. Anillos pequeños

Tensión torsional elevada porque todos los enlace C-C están eclipsados

Ciclopropano

H

H

C

H

H

H

HProyección de Newman

1,508 Å1,089 Å

115°60°

Parámetros geométricos: comparación con el propano

Ciclopropano

112°1,11Å

1,53Å

Ciclopropano

Enlaces combados: superposición deficiente.H

H

HH

H

H

109,5º

60º

49,5º Tensión angular elevada porque hay gran desviación del ángulo de enlace.

Reactividad diferente a los alcanos: adición además de sustitución con apertura de anillo