Unidad 3 Hidrocarburos Saturados

UNIDAD 3 HIDROCARBURO SATURADO

2.1 Nomenclatura

2.2 Estereoquímica de alcanos y ciclo alcanos

2.3 Propiedades físicas de hidrocarburos saturados

2.4 Síntesis de alcanos y ciclo alcanos

2.5 Cicloalcanos y su análisis conformaciones

2.6 Fuentes naturales de alcanos: el petróleo, la

petroquímica y su impacto ambienta

2.7 Propiedades químicas, Reacciones de

sustitución por radicales libres.

HIDROCARBURO INSATURADO

Un hidrocarburo insaturado es un hidrocarburo en que algún átomo de carbono no está saturado (es decir, unido a otros cuatro átomos exclusivamente por enlaces simples) sino que tiene algún enlace doble o triple.

Los hidrocarburos insaturados pueden ser de dos tipos: alquenos (con dobles enlaces) y alquinos (con triples enlaces). Todos ellos hidrocarburos lineales no cíclicos.

Los hidrocarburos no saturados son los compuestos químicos que poseen enlaces de tipo doble o triple en la composición de su molécula. En el caso de encontrarse presente en la molécula un doble enlace, ésta recibirá el nombre de alqueno, también conocida como olefina o hidrocarburo etilénico, debido a que el etileno el compuesto más conocido o importante con doble enlace.

Alquinos:

Los alquinos o hidrocarburos acetilénicos, siguen la formula generalizada CnH2n-2, y se nombran siguiendo las mismas reglas que en el caso de los alquenos, pero cambiando la terminación –eno, por –ino.

Ejemplos:

Etino → CH ≡ CH

Propino → CH ≡ C-CH3

Los alquinos poseen unas propiedades físicas similares a las de los alcanos y alquenos que tengan la misma cantidad de átomos de carbono.

Estos hidrocarburos realizan reacciones de adición, al igual que los alquenos, pero en este caso la adición es al triple enlace, dando como productos compuestos con dobles y simples enlaces entre los carbonos.

El primer hidrocarburo de la serie de los alquinos, o el más importante, es el acetileno, que se obtiene a través de hidrólisis del carburo cálcico siguiendo la siguiente reacción:

CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca (OH)2

Dentro del grupo de los hidrocarburos no saturados, también se encuentran los hidrocarburos aromáticos, que son aquellos derivados del benceno (C6H6). Dicho tipo de hidrocarburos se obtienen a partir del refinado y tratamientos del petróleo.

3.1 ALQUENOS

REACCIONES DE ALQUENOS

Los alquenos adicionan gran variedad de reactivos al doble enlace. Así, reaccionan con los ácidos de los halógenos, agua en medio ácido, MCPBA....

Los alquenos son hidrocarburos que tienen un doble enlace carbono-carbono. La palabra olefina se usa con frecuencia como sinónimo, pero el término preferido es alqueno. Los alquenos abundan en la naturaleza.

Por ejemplo, el etileno es una hormona vegetal que induce la maduración de las frutas. Sería imposible la vida sin alquenos como el -caroteno, compuesto que contiene once dobles enlaces. Es un pigmento anaranjado que produce el color de las zanahorias y una valiosa fuente dietética de vitamina A; también se cree que proporciona cierta protección contra algunos tipos de cáncer.

Debido a su doble enlace un alqueno tiene menos hidrógenos que un alcano con la misma cantidad de carbonos, CnH2n para el alqueno versus, CnH2n+2 para el alcano, el alqueno se llama no saturado. Por ejemplo, el etileno tiene la fórmula C2H4, mientras que la fórmula del etano es C2H6.

En general, cada anillo o doble enlace en una molécula corresponde a una pérdida de dos hidrógenos respecto a la fórmula de su alcano, CnH2n+2. Si se conoce esta relación, es posible avanzar hacia atrás, desde una fórmula molecular, para calcular el grado de insaturación de ella, que es la cantidad de anillos, enlaces múltiples o ambos que contiene.

Los átomos de carbono de un doble enlace tienen hibridación sp2 y poseen tres orbitales equivalentes que están en un plano, formando ángulos de 120º. El cuarto orbital del carbono es un p no híbrido, perpendicular al plano sp2. Cuando dos de esos átomos de carbono se acercan, forman un enlace s por traslape de frente de orbitales sp2 y un enlace p por traslape lateral de orbitales p.

En el lenguaje de orbitales moleculares, la interacción de los orbitales p produce un orbital molecular de enlace y uno de antienlace. El orbital molecular de enlace no tiene nodos entre los núcleos y es el resultado de una combinación aditiva de los lóbulos de orbital p con el mismo signo algebraico. El orbital molecular de antienlace posee un nodo entre los núcleos y se produce por la combinación sustractiva de lóbulos con distintos signos algebraicos.

Aunque es posible la rotación libre en torno a los enlaces , esto no es válido para los dobles enlaces. Para que haya rotación alrededor de un doble enlace, se debe romper temporalmente el enlace . Por consiguiente, la barrera a la rotación del doble enlace debe ser cuando menos tan grande como la fuerza del mismo enlace .

3.1.1 ESTRUCTURA

Fórmula molecular de los alcanos. Los alcanos tienen la fórmula molecular general C n H 2n+2 . El término saturado se utiliza para describir los alcanos, ya que tienen el número máximo de hidrógenos que es posible enlazar a los carbonos, de ahí el término hidrocarburos saturados.

Estudiar en el caso más sencillo que es el metano, CH4, primer miembro de la serie. El carbono forma 4 orbitales híbridos sp3, cada uno con 1 electrón y con dos lóbulos de distinto tamaño, que hace que la densidad electrónica a un lado del nucleo sea mayor que en el otro.

El lóbulo más grande de los orbitales sp3 solapa con el orbital 1s del hidrógeno, formando 4 enlaces sigma; C-H idénticos, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular, siendo la longitud del enlace C-H de 109pm y el ángulo de enlace de 109,5ª.

El siguiente miembro de la familia de los alcanos es el etano, C2H5. El enlace C-C se forma por solapamiento de dos orbitales híbridos sp3 uno de cada carbono, para formar un enlace sigma;C-C.

En la figura se muestran los ángulos y longitudes de los enlaces.

A continuación, veremos los siguientes alcanos en la serie:

Cuando n=6, la molécula es el hexano y su fórmula empírica es C6H14.

Cuando n=7, la molécula se llama heptano y su fórmula empírica es C7H16.

Cuando n=8, la molécula se llama octano y su fórmula empírica es C8H18.

Cuando n=9, la molécula se llama nonano y su fórmula empírica es C9H20.

Cuando n=10, la molécula se llama decano y su fórmula empírica es C10H22.

En el video podemos ver la estructura simple de estas moléculas, o estructura de bandoneón.

El nombre de los alcanos está compuesto por un prefijo y la terminación –ano.

3.1.2 MÉTODOS DE SÍNTESIS.

Es el proceso por el cual se producen compuestos químicos a partir de simples o precursores químicos.1 Su rama más amplia es la síntesis orgánica. También es realizada por los organismos vivientes en su metabolismo.

El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas, como por ejemplo el ácido acetilsalicílico (presente en las hojas del sauce) o el ácido ascórbico o vitamina C, que se encuentra de forma natural en muchos vegetales.

La respiración celular, proceso utilizado por la mayoría de las células animales y vegetales, es la degradación de biomoléculas (glucosa, lípidos, proteínas) para que se produzca la liberación de energía necesaria, y así el organismo pueda cumplir con sus funciones vitales. Mediante la degradación de la glucosa (glucólisis) se forma ácido pirúvico. Este ácido se desdobla a dióxido de carbono y agua, generándose 36 moléculas de ATP.

También la síntesis química permite obtener productos que no existen de forma natural, como el acero, los plásticos o los adhesivos.

Actualmente hay catalogados unos once millones de productos químicos de síntesis y se calcula que cada día se obtienen unos 2000 más.

El progreso científico ha permitido un gran desarrollo de las técnicas de síntesis química, como la síntesis en fase sólida o la química combinatoria.

Inicialmente estos productos se obtenían de manera casual mientras que, en la actualidad, es posible realizar simulaciones por ordenador antes de experimentar en el laboratorio.

3.1.3 REACCIONES DE ELIMINACIÓN.

Una reacción de eliminación es el proceso inverso a una reacción de adición. Es una reacción orgánica en la que dos sustituyentes son eliminados de una molécula, creándose también una insaturación, ya sea un doble o triple enlace, o un anillo. En el caso particular de que los dos grupos sean eliminados de un mismo centro el resultado sería un carbeno :CR2.1

Las reacciones de eliminación más importantes son aquellas en las que los dos grupos que se eliminan están situados en átomos adyacentes, dando lugar a una nueva insaturación en la forma de un alqueno, un alquino o un carbonilo.

E1

Las eliminaciones unimoleculares (E1) compiten con la sustitución nucleófila unimolecular (SN1), formando alquenos.

El comportamiento nucleófilo del agua genera el producto de sustitución (SN1) mientras que el carácter básico da lugar al producto de eliminación (E1).

El mecanismo de la reacción E1 transcurre con los siguientes pasos:

3.1.4 REACCIONES DE ADICIÓN

Una

...