UNIDAD III

 Los Alcanos

Los alcanos son hidrocarburos, es decir, que tienen solo átomos de carbono e hidrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es C_nH_2n+2,  y para cicloalcanos es C_nH_2n. También reciben el nombre de hidrocarburos saturados.

Los alcanos son compuestos formados solo por átomos de carbono e hidrógeno no presentan funcionalización alguna, es decir, sin la presencia de grupos funcionales como el carbonilo (-CO), carboxilo (-COOH), amida (-CON=), etc. La relación C/H es de C_nH_2n+2 siendo n el número de átomos de carbono de la molécula, (como se verá después esto es válido para alcanos de cadena lineal y cadena ramificada pero no para alcanos cíclicos). Esto hace que su reactividad sea muy reducida en comparación con otros compuestos orgánicos, y es la causa de su nombre no sistemático: parafinas (del latín, poca afinidad).

El alcano más sencillo es el metano con un solo átomo de carbono. Otros alcanos conocidos son el etano, propano y el butano con dos, tres y cuatro átomos de carbono respectivamente. A partir de cinco carbonos, los nombres se derivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano, etc

CICLOALCANOS

 

Propiedades de los Alcanos

• El estado físico de los 4 primeros alcanos: metano, etano, propano y butano es gaseoso.

• Del pentano al hexadecano (16 átomos de carbono) son líquidos y a partir de heptadecano (17 átomos de carbono) son sólidos.

• El punto de fusión, de ebullición y la densidad aumentan conforme aumenta el número de átomos de carbono.

  • Son insolubles en agua

 

  Propiedades de los Alcanos

• Pueden emplearse como disolventes para sustancias poco polares como grasas, aceites y ceras.

• El gas de uso doméstico es una mezcla de alcanos, principalmente propano.

• El gas de los encendedores es butano.

• El principal uso de los alcanos es como combustibles debido a la gran cantidad de calor que se libera en esta reacción.

 

ISOMERÍA (compuesto distintos con la misma 13 fórmula molecular)

Isomería Estructural

Isomería de función: cuando las dos moléculas presentan diferentes grupos funcionales.

Isomería de Cadena: si varias sustancias isómeras tienen la misma función pero diferente cadena o esqueleto carbonado.

 

Isomería de Posición

Cuando tienen la misma función e idéntica cadena carbonada, se van a diferenciar en la

posición del grupo funcional.

 

Metámeros. Tienen el mismo grupo funcional sustituido de formas distintas.

 

ISOMERÍA CIS-TRANS (distinta fórmula desarrollada).

 

ISOMERÍA ÓPTICA

Sólo se observa distinta distribución espacial (en tres dimensiones) de los grupos unidos a un átomo de carbono.

Para que haya isómeros ópticos es necesario que los cuatro sustituyentes unidos a un átomo de carbono sean “distintos” (carbono asimétrico).

NOMEMCLATURA DE ALCANOS

 

La ciencia química fue avanzando y el gran número de compuestos orgánicos descubiertos hicieron imprescindible el uso de una nomenclatura sistemática.

En el sistema IUPAC de nomenclatura un nombre está formado por tres partes: prefijos, principal y sufijos; Los prefijos indican los sustituyentes de la molécula; el sufijo indica el grupo funcional de la molécula; y la parte principal el número de carbonos que posee. Los alcanos se pueden nombrar siguiendo siete etapas: 

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. 

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. 

Regla 3.- Si tenemos varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente precedidos por lo localizadores. La numeración de la cadena principal se realiza para que los sustituyentes en conjunto tomen los menores localizadores. 

Si varios sustituyentes son iguales, se emplean los prefijos di, tri, tetra, penta, hexa, para indicar el número de veces que aparece cada sustituyente en la molécula. Los localizadores se separan por comas y debe haber tantos como sustituyentes. 

Los prefijos de cantidad no se tienen en cuenta al ordenar alfabéticamente. 

Regla 4.- Si al numerar la cadena principal por ambos extremos, nos encontramos a la misma distancia con los primeros sustituyentes, nos fijamos en los demás sustituyentes y numeramos para que tomen los menores localizadores. 

Regla 5.- Si al numerar en ambas direcciones se obtienen los mismos localizadores, se asigna el localizador más bajo al sustituyente que va primero en el orden alfabético. 

Regla 6.- Si dos a más cadenas tienen igual longitud, se toma como principal la que tiene mayor número de sustituyentes. 

Regla 7.- Existen algunos sustituyentes con nombres comunes aceptados por la IUPAC, aunque se recomienda el uso de la nomenclatura sistemática. 

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: 

 

 

Análisis conformacional y proyecciones de Newman

 

Equilibrio Conformacional

Se puede transformar un confórmero en otro mediante la rotación en torno a enlaces simples, lo que no es posible en los esteroisómeros donde es necesario romper enlaces para transformar uno en otro.

 

 

 

 

Tensión de anillo de un ciclobutano.

La tensión de anillo de un ciclobutano plano se debe a dos factores: la tensión angular debida a la compresión de los ángulos de enlace desde el ángulo tetraédrico de 109,5o hasta 90o, y la tensión torsional debida al eclipsamiento de los enlaces C-H.

La compresión para el butano es 19,5o. La tensión angular y la tensión torsional explican la alta reactividad de los anillos de cuatro átomos de carbono

 

 

Conformaciones del ciclopropano.

Todos los enlaces carbono-carbono están eclipsados, generando una tensión torsional que contribuye a la tensión total del anillo.

 La tensión angular y la tensión torsional en el ciclopropano hacen que el tamaño de este anillo sea extremadamente reactivo.

Conformaciones

del ciclopentano

• La conformación del ciclopentano está ligeramente doblada, como la forma de un sobre. Esta conformación plegada reduce el eclipsamiento de los grupos CH2 adyacentes

 

Conformaciones del ciclohexano.

Conformación

de bote del ciclohexano

• La conformación de barca simétrica del ciclohexano, el eclipsamiento de los enlaces da lugar a tensión torsional. En la molécula representada, la barca se retuerce y se forma la barca torcida, una conformación con los enlaces menos eclipsados y con menor interacción entre los dos hidrógenos mástil.

 

 

Ciclohexano

Conformación tipo “bote torcido”

➔El análisis conformacional del ciclohexano indica que las barreras del potencial son mayores y por lo tanto les podemos medir fácilmente en comparación con las otras familias

➔El confórmero silla es el más estable.

➔Las otras conformaciones bote y twist (bote retorcido) son menos estables.