QUIMICA ORGANICA - ALCANOS, Diapositivas de Química Orgánica

¡Descarga QUIMICA ORGANICA - ALCANOS y más Diapositivas en PDF de Química Orgánica solo en Docsity! TEMA : Alcanos (Universidad del Perú. DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE DISENO Y TECNOLOGIA INDUSTRIAL PROFESORA: Ing. Ana M. Medina Escudero amedinae@unmsm.edu.pe HIDROCARBUROS • Son compuestos organicos que estan formados por los elementos: carbono e hidrogeno. • Su fuente de obtencion son el petroleo, madera, la hulla, etc. • Los primeros compuestos son gaseosos, luego liquidos y solidos. • Insolubles en agua, solubles en disolventes organicos comoe l alcohol, eter, cloroformo, etc. • Son combustibles, cuando existe gran cantidad de aire (oxigeno) genera una combustion completa liberando siempres CO2 y H2O pero si la combustion es imcompleta (poca cantidad de aire) genera productos de CO, C y H2O C3H8 + 5O2 ------- 3CO2 + 4H2O 2C3H8 + 7 O2 ------- 6CO + 8H2O • Formula General: CnH2n + 2 – 2d – 4t donde: n: # de carbonos d: # de enlaces dobles t: # de enlaces triples 0 ÁCIDOS CH¿-COOH; Ácido etanóico Carboxi- RLoH CARBOXÍILICOS CóHs-C00H: Ácido benzoico Í ESTERES CH¿-COOCHs; Etancato de metilo Tloxicarbonil- RrOoR Ñ HALUROS DE CH¿-COCI; Cloruro de etanoilo Haloformil- ROX peclar) ÁCIDO 0 AMIDAS CH:-CONH;: Etanamida Amido- nn, CH2-CONHCH:; N-Metiletanamida HCON(CH)2: N,N-Dimetilmetanamida 0.0 ANHÍDRIDOS CH»-COOCOCHx: Anhídrido etanóico — - Rota R-C=N NITRILOS CHEN; Etanonitrilo Ciano- o ye NITRO CHs- NO»: Nitrometano Nitro- 0 DERIVADOS GRUPOS O RESTOS ALQUILO • El grupo alquilo (nombre derivado de alcano con la terminación ilo) es un grupo funcional orgánico monovalente, formado por la separación de un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo saturado o alcano, para que así pueda enlazarse a otro átomo o grupo de átomos. • Se puede suponer que un grupo alquilo puede formarse a partir de un alcano pero estos grupos no existen por separado (en ese caso se llaman radicales alquilo), o sea, los grupos alquilo no son compuestos en sí mismos, sino partes de compuestos mayores.2 Los grupos alquilo siempre se encuentran unidos a otro átomo o grupo de átomos, como en el gráfico de la derecha. • A pesar de ello, es interesante considerarlos como partes que se pueden separar pues esto facilita la nomenclatura de los compuestos orgánicos y la comprensión del mecanismo de cietas reacciones como la transmetilación. •Así, si separamos un hidrógeno de un metano, CH4 , nos quedaría el grupo metilo, CH3-, pero este grupo no puede estar aislado pues en ese caso sería el radical metilo, CH3· altamente reactivo. Son muy frecuentes y aparecen como sustituyentes o unidades estructurales en muchos compuestos orgánicos.3 Grupo alquilo Estructura Fórmula Cadena y Tipo de alquilo Ejemplo H OH Ho H Butil o butilo eldodolo CH¿CH2-CH-CH,- e0ena lineal RÓS 1 po] Alquilo primario HO OH Ho oH 1111 Cadena lineal sec-butil HC —C—C—C—H |CH¿-CH-CH¿CH 0 O Alquilo secundario Ho oH H R 2-metilpropil CA Cadena ramificada R ó Isobutil CH3-CH(CH2-CHo- primario CH3 Alquilo CH Cadena ramificada a cha Alquilo Terciario > R ALCANOS • Formula General: CnH2n + 2, solo para alcanos lineale o no ramificados no ciclicos. • Son llamados tambien parafinas debido a que son resistentes a los reactivos. • Hibridizacion sp3 y forman enlaces sigma. 1. Fuente Natural: Petróleo El primer paso para refinar el petróleo consiste en una destilación fraccionada cuidadosa. Los productos e esa destilación no son alcanos puros sino mezclas de alcanos con un intervalo de puntos de ebullición adecuado. Hidrocarburos ligeros Gasolina Naftas Queroseno Gas oll Lubricantes Fuel óll Residuo atmosférlco Residuo de vacio  : Punto de ¿Cantidad ebullición | MOmos de Productos (% Volumen) (oc) carbono Gas natural, metano, propano, 1-2 <30 YA butano, gas licuado o Ñ Eter de petróleo (C, ¿), ligroína 15-30 30-200 +12 (C,), nafta, gasolina cruda 5-20 200-300 12-15 Queroseno Gas-oil, Fuel-oil, aceites 10-40 300-400 15-25 lubricantes, ceras, asaltos 8-69 >400 >25 Aceite residual, parafinas, brea cas Aceite *Paqueo gasolina Tim + . . residual 200 lc ¿amvacertes pe: sados carbón de coke  A. Reducción catalítica de Alquenos CH3CH2CH=CHCH3 + H2 → CH3CH2CH2CH2CH3 Catalizadores mas usados: platino finamente dividido, paladio o niquel. B. Método de Grignard: reaccion de los reactivos Grignard con hidrógenos “ácidos”. Ejemplo: agua sobre un cuerpo organomagnesico. CH3MgI + HOH → CH4 + MgIOH Halogenuro de alquilmagnesio: CH3CH2Br + Mg → CH3CH2MgBr Halogenuro de alquilo MgI2, Mg(OH)2 Eter etilico anhidro 2. Métodos Sintéticos Catalizador Ejemplo: Calentando una sal organo metálica con un hidróxido alcalino. CH3COOK + KOH -------- CO3K2+ CH4 C. Reducción de halogenuros de alquilo: CH3CH2CHCH2CH3 + Zn + HI → CH3CH2CH2CH2CH3 + ZnI2 I 4RX + LiAlH4 4RH + LiX + AlX3 Hidruros de metales alcalinos: LiH, NaBH4 RMgX + HB → RH + MgXB X: halógeno: Cloro, bromo o yodo. Excepto fluor B: unido a un hidrógeno. Puede ser oxígeno, halogeno o nitrógeno (agua, ácidos inorgánicos, alcoholes, ácidos orgánicos, fenoles, aminas primarias y otros compuestos con hidrogenos “ácidos”) 0° Eter etilico anhidro NOMENCL Regla 1.- Determinar el número de carbonos de la cadena más larga, llamada cadena principal del alcano. Obsérvese en las figuras que no siempre es la cadena horizontal. 4-Metiloctano 4-Etiloctano 4-Propiloctano El nombre del alcano se termina en el nombre de la cadena principal (octano) y va precedido por los sustituyentes. Regla 2.- Los sustituyentes se nombran cambiando la terminación -ano del alcano del cual derivan por — ilo (metilo, etilo, propilo, butilo). En el nombre del alcano, los sustituyentes preceden al nombre de la cadena principal y se acompañan de un localizador que indica su posición dentro de la cadena principal. La numeración de la cadena principal se realiza de modo que al sustituyente se le asigne el localizador más bajo posible. hh La + Ln 2-Metilpentano 3-Etilhexano d4-Etiloctano  Regla 7.- Existen algunos sustituyentes con nombres comunes aceptados por la IUPAC, aunque se recomienda el uso de la nomenclatura sistemática. CHz CH CHz CHz | | ¿ Ha Ha H¿C=C— HOC — H¿C—C—CO— HC A | H CHy H H isopropilo tert-butilo isobutilo sec-butilo Los nombres sistemáticos de estos sustituyentes se obtienen numerando la cadena comenzando por el carbono que se une a la principal. El nombre del sustituyente se forma con el nombre de la cadena más larga terminada en -ilo, anteponiendo los nombres de los sustituyentes que tenga dicha cadena secundaria ordenados alfabéticamente. Veamos un ejemplo: 4-Isopropiloctano 4-tert-butiloctano 4-(1-metiletiloctano 4-(1,1-dimetiletilloctano  Los cidloalcanos son alcanos que tienen los extremos de la cadena unidos, formando un ciclo. Tienen dos hidrógenos menos que el alcano del que derivan, por ello su fórmula molecular es C¿H>,. Se nombran utilizando el prefijo ciclo seguido del nombre del alcano. Hz c YN Ho Sem, a” HC po l | CH 2 2 A CH HÚ—CH), HG—CH, 2 Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Ciclohexano Ha  Da los nombres IUPAC de los siguientes compuestos: “LA Lo la : e Nomenclatura de Alcanos - Problema 1.8 Escribe la fórmula estructural de cada uno de los siguientes alcanos a) 6-Isopropil-2,5-dimetilnonano f) 5,5-Dietil-2-metil-4-propildecano b) 4-tert-butil-3-metilheptano 9) 2,3,4-Trimetiloctano. Cc) Pentacosano h) 4-tert-Butiloctano d) 4-Etil-4-metilheptano 1) 3-Etil-6,7-dimetil-4-propildodecano e) 2,3-Dimetilpentano 3) 4,5-Dietil-5-isopropil-3,4-dimetil-6-propilundecano - Bajo condiciones estándar, los alcanos desde el CH4 hasta el C4H10 son gases; desde el C5H12 hasta C17H36 son líquidos; y los posteriores a C18H38 son sólidos. - Como el punto de ebullición de los alcanos está determinado principalmente por el peso, no debería sorprender que los puntos de ebullición tengan una relación casi lineal con la masa molecular de la molécula. Como regla rápida, el punto de ebullición se incrementa entre 20 y 30 °C por cada átomo de carbono agregado a la cadena; esta regla se aplica a otras series homólogas. - Ejemplo: dos moléculas de 2,3-dimetilbutano pueden "encajar" mutuamente mejor que las moléculas de 2,2-dimetilbutano entre sí, con lo que hay mayores fuerzas de van der Waals. - Hay una diferencia significativa entre los puntos de fusión y los puntos de ebullición: los sólidos tienen una estructura más rígida y fija que los líquidos. Esta estructura rígida requiere energía para poder romperse durante la fusión. Entonces, las estructuras sólidas mejor construidas requerirán mayor energía para la fusión. - Longitud impar tienen puntos de fusión ligeramente menores que los esperados, comparados con los alcanos de longitud par. Debido a que los alcanos de longitud par se empacan bien en la fase sólida, formando una estructura bien organizada, que requiere mayor energía para romperse. - Los puntos de fusión de los alcanos de cadena ramificada pueden ser mayores o menores que la de los alcanos de cadena lineal, dependiendo nuevamente de la habilidad del alcano en cuestión para empacarse bien en la fase sólida: esto es particularmente verdadero para los isoalcanos (isómeros 2-metil), que suelen tener mayores puntos de fusión que sus análogos lineales. 3. CONDUCTIVIDAD: Los alcanos son malos conductores de la electricidad y no se polarizan sustancialmente por un campo eléctrico. 4. SOLUBILIDAD EN AGUA - No forman enlaces de hidrógeno y son insolubles en solventes polares como el agua. Puesto que los enlaces de hidrógeno entre las moléculas individuales de agua están apartados de una molécula de alcano, la coexistencia de un alcano y agua conduce a un incremento en el orden molecular - Se dice que los alcanos son hidrofóbicos (repelen el agua). 5. SOLUBILIDAD EN OTROS SOLVENTES Su solubilidad en solventes no polares es relativamente buena, una propiedad que se denomina lipofilicidad. Por ejemplo, los diferentes alcanos son miscibles entre sí en todas las proporciones. 6. DENSIDAD La densidad de los alcanos suele aumentar conforme aumenta el número de átomos de carbono, pero permanece inferior a la del agua. En consecuencia, los alcanos forman la capa superior en una mezcla de alcano-agua. 9.CONFORMACIONES -La fórmula estructural y los ángulos de enlace no suelen ser suficientes para describir la geometría de una molécula. -Hay un grado de libertad para cada enlace carbono – carbono: el ángulo de torsión entre los átomos o grupos unidos a los átomos a cada extremo de un enlace. El arreglo espacial descrito por los ángulos de torsión de la molécula se conoce como su conformación. -Hay dos conformaciones limitantes importantes: conformación  eclipsada y conformación alternada. H + + HE Xx Y H H lt C—— Coen H JONA H H yA HSH representación A representación B representación € Conformación eclipsada FIGURA 2 -Las dos conformaciones, también conocidas como rotámeros, difieren en energía: la conformación alternada es 12,6 kJ/mol menor en energía (por tanto, más estable) que la conformación eclipsada (menos estable). -Los radicales libres, moléculas con un número impar de electrones y son importantes en la mayoría de reacciones de los alcanos, tales como el cracking y el reformado, donde los alcanos de cadena larga se convierten en alcanos de cadena corta, y los alcanos de cadena lineal en los isómeros ramificados, respectivamente. - En los alcanos altamente ramificados, el ángulo de enlace puede diferir significativamente del valor óptimo (109,47°) para permitir a los diferentes grupos suficiente espacio. Esto origina una tensión en la molécula conocida como impedimento estérico, y puede aumentar sustancialmente la reactividad. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl El yodo no reacciona con los alcanos y el fluor reacciona con violencia. Ademas del derivado monohalogenado, se obtienen derivados di, tri y poli- halogenados. CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl La halogenacion de los alcanos con 3 o mas atomos de carbono da una mezcla de alcanos monohalogenados isomeros junto con un pequenho porcentaje de derivados polihalogenados. CH3 CH3 CH3 CH3CHCH3 + Cl2 → CH3CHCH2CL + CH3CCH3 + PRODUCTOS POLIGALOGENADOS Cl Luz, calor o peroxidos calor 4. Halogenacion: en presencia de luz, de peróxidos orgánicos o calentados a temperatura de 300 0 mas. - Denominada reacción de halogenación radicalaria. - La reacción es altamente exotérmica, y puede resultar en una explosión. Estas reacciones son una importante ruta industrial para los hidrocarburos halogenados. - Los experimentos han mostrado que toda halogenación produce una mezcla de todos los isómeros posibles, indicando que todos los átomos de hidrógeno son susceptibles de reaccionar. Sin embargo, la mezcla producida no es una mezcla estadística: los átomos de hidrógeno secundarios y terciarios son reemplazados preferentemente debido a la mayor estabilidad de los radicales secundarios y terciarios. EJEMPLO: monobromación del propano