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HIDROCARBUROS

ALCANOS Hidrocarburos Los hidrocarburos son compuestos orgánicos binarios que sólo contienen en su estructura, carbono e hidrógeno. De acuerdo con su estructura se clasifican en:

Alcanos Definición: Se trata de hidrocarburos saturados que se caracterizan porque sus moléculas sólo presentan átomos de carbono de hibridación sp3 unidos entre sí por medio de enlaces covalentes simples. Ejemplo:

Fórmula general: Donde: n = número de carbonos del compuesto

Nomenclatura:

Sistema Común: a) Se usa la terminación ANO y además un prefijo, el cual depende del número de carbonos en la molécula.

Ejemplo: Pentano

b) Si todos los carbonos se encuentran en una cadena lineal sin ramificar, se usa la letra “n” delante del nombre, esta “n” significa que es un alcano normal.

c) El prefijo “iso” se usa cuando hay un grupo metilo (–CH3) en el segundo carbono de una cadena continua.

d) El prefijo “neo” se usa cuando hay dos grupos metilo (–CH3) en el segundo carbono de una cadena continua.

H I D R O C A R B U R O

S

Alifáticos o acíclicos (Cadena Abierta)

Cíclicos o alicíclicos (Cadena Abierta)

Saturados Insaturados

Alcanos

Alquenos

Alquinos

Saturados Insaturados Aromáticos

Cicloalcanos

Cicloalquenos

Cicloalquinos

Bencénicos

CnH2n+2

CH3 – CH – CH2 – CH3

CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3

CH3 – C – CH3

CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

n - pentano

CH3 – CH – CH2 – CH3

CH3

iso - pentano

CH3

CH3 – C – CH3

CH3

neo- pentano

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3

CH3

CH4

3

Sistema IUPAC: Para nombrar a los alcanos se sigue las reglas dadas por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) 1. Para alcanos lineales sin ramificar se usa igual nombre que el sistema común sin poner la letra “n”. Es decir se

nombran indicando el número de átomos de carbono de la molécula por medio de prefijos seguido de la terminación ANO.

Ejemplo:

2. Para alcanos ramificados se sigue las siguientes reglas: a) Se escoge como cadena principal aquella cadena carbonada continua y más larga. En presencia de dos o más

cadenas de igual longitud, se escoge la más ramificada, es decir, la de mayor grado de sustitución. b) Se enumera la cadena principal, empezando por el lado más cercano a las ramificaciones y en todo caso

buscando la numeración más baja de los sustituyentes o ramificaciones. c) Los sustituyentes se nombran en orden alfabético, indicando previamente el # del carbono al que está unido. d) En caso que el mismo sustituyente se halle varias veces, se usará delante de éste el prefijo: di, tri, tetra, etc.

según el caso. e) Los números se separan entre sí por comas y los números de las palabras por guiones, al final va el último

sustituyente formando la palabra compuesta con el nombre base del alcano, el cual está determinado por el Nº de carbonos de la cadena principal.

Ejemplo: Nombrar el compuesto representado por la siguiente fórmula estructural:

Rpta: 2, 2, 4 – trimetilhexano Radicales Alquilos o Alquílicos Es un alcano que ha perdido un hidrógeno, obteniéndose un radical llamado alquílico o alquilo, cuya fórmula general es:

Para nombra a los radicales alquilo, se cambia la terminación ano del alcano correspondiente por "ilo" o "il". Ejemplo:

Propiedades Físicas: Estado Físico: (a temperatura ambiente)

Gases : desde C1 (metano) hasta C4 (butano)

Prefijo Nº C Prefijo Nº C Prefijo Nº C Prefijo Nº C Prefijo Nº C

Met Et Prop But Pent Hex Hept Oct Non Dec

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Dec Undec Dodec

Tridec Tetradec Pentadec Hexadec Heptadec Octadec Nonadec

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Eicos Heneicos Docos Tricos

20 21 22 23

Pentacont Henpentacont Dopentacont Tripentacont

50 51 52 53

Octacont Henoctacont Dooctacont Trioctacont

80 81 82 83

Triacont Hentriacont Dotriacont Tritriacont

30 31 32 33

Hexacont Henhexacont Dohexacont Trihexacont

60 61 62 63

Noctacont Hennonacont Dononacont Trinonacont

90 91 92 93

Tetracont Hentetracont Dotetracont Tritetracont

40 41 42 43

Heptacont Henheptacont Doheptacont Triheptacont

70 71 72 73

Hectano Dihect Trihect Tetra

100 200 300 400

Alcano Fórmula Radical Alquilo Nombre

Metano Etano

Propano

CH4 CH3-CH3 CH3-CH2-CH3

- CH3 - CH2-CH3 - CH2-CH2-CH3

Metil o metilo Etil o etilo Propil o propilo

CH3 – C – CH2 – CH – CH3

CH3

CH3 CH2

CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

pentano

CnH2n+1

4

Líquidos : desde C5 (pentano) hasta C17 (heptadecano) Sólidos : desde C18 (octadecano) hacia adelante.

Punto de ebullición. Se incrementa gradualmente conforme aumenta el número de carbonos, pero en alcanos isómeros disminuye con las ramificaciones.

Punto de fusión. Aumenta con el crecimiento de la ramificación de la cadena carbonada. La densidad de los alcanos es menor que la del agua

Propiedades Químicas (Reacciones Químicas): Si bien es cierto los alcanos, a condiciones ambientales, son inertes; bajo condiciones especiales presentan las siguientes reacciones:

a. Combustión Los alcanos son buenos combustibles. Al contacto con la llama y el oxígeno del aire se incendian desprendiendo CO2 y H2O, además de abundante calor.

Ejemplo: C3H8 + 5 O2 3CO2 + 4 H2O C4H10 + 13/2 O2 4CO2 + 5 H2O o 2 C4H10 + 13 O2 8CO2 + 10 H2O

b. Halogenación Los alcanos reaccionan con los halógenos, principalmente cloro y bromo, convirtiéndose en cloruros y bromuros de alquilo, respectivamente. La reacción es fotoquímica, es decir necesita presencia de luz (U.V), pudiendo realizarse también en la oscuridad a altas temperaturas (250ºC a 400ºC)

Reactividad de los halógenos: F2 > Cl2 > Br2 > I2

La halogenación es una reacción de sustitución logrando sustituirse en la molécula del alcano átomos de hidrógeno por átomos de halógeno. Ejemplo:

CH3 – CH2 – CH3 + Br2 hv

CH3 – CH2 – CH2 – Br + CH3 – CHBr – CH3

CH3 – CH – CH3 + Br2 CH3 – CH – CH2 – Br + CH3 – CBr – CH3

c. Nitración

Los alcanos logran nitrarse al reaccionar con ácido nítrico concentrado, sustituyendo un hidrógeno por un grupo nitro (NO2). Esta reacción se produce entre 450 a 470 º C y en presencia de ácido sulfúrico.

Ejemplo:

CH3 – CH3 + HNO3 42SOH,Cº450 CH3 – CH2 – NO2

CH3 – CH2 – CH3 + Br2 42SOH,Cº450 CH3 – CH2 – CH2 – NO2

Preparación de Alcanos: Laboratorio

a. Por Hidrogenación Catalítica de un Hidrocarburo No Saturado. Los alquenos y alquinos se pueden hidrogenar para convertirse en alcanos, en presencia de un catalizador metálico que puede ser Ni, Pt o Pd. Es una reacción exotérmica. Ejemplo:

CnH2n + 2 +

2

1n3 O2 n CO2 + (n + 1) H2O + Energía

R – H + X2 óhv R – X + HX

CH3

hv

CH3 CH3

Sobre 99%

97% 3%

trazas

Nota: Si hay dos o más productos halogenados el producto principal es

aquel donde el halógeno va unido a un carbono terciario o secundario. Esta selectividad sólo lo presenta el Br. Reactividad del hidrógeno: 3º > 2º > 1º

R – H + HNO3 42SOH,Cº450 R – NO2 + HX

5

CH2 = CH2 + H2 ,Ni

CH3 – CH3 Etano

CH3 – C C – CH3 + H2 Pd

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Butano

b. Por Reducción de Haluros alquílicos

Ejemplo: CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – Cl + LiAlH4 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CHBr – CH3 + Zn/HCl CH3 – CH2 – CH3

c. Mediante el uso del REACTIVO GRIGNARD de Víctor Grignard, por el descubrimiento de éste reactivo recibió el premio Nobel en el año 1912, RMgX (X= halógeno)

Ejemplo:

CH3 – Cl + Mg CH3MgCl (Reactivo grignard)

CH3MgCl + H2O CH4 + MgCl(OH)

CH3 – CH2 – CH2 – I + Mg CH3 – CH2 – CH2 – MgI (Reactivo grignard)

CH3 – CH2 – CH2 – MgI + H2O CH3 – CH2 – CH3 + MgI(OH)

d. Acoplamiento de Haluros alquílicos con Reactivos de Grignard

Ejemplo:

CH3 – CH2 – CH2 – MgCl + CH3 – CH – Cl CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH3

CH3 – CH – CH2 – CH2 – MgBr + CH3–CH2 – Br CH3–CH–CH2–CH2–CH2–CH3

e. Acoplamiento de Haluros alquílicos con Reactivos Cuprodialquillitio

Ejemplo:

CH3 – CH2 – CH2 – X + Li CH3 – CH2 – CH2 – Li + CuBr (CH3 – CH2 – CH2 )2CuLi

(CH3 – CH2 – CH2 )2CuLi + CH3 – CH – CH2 – Br CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH3

f. Mediante la SÍNTESIS DE WURTZ, consiste en tratar dos derivados halogenados (igual o diferentes) con sodio.

2R – X + 2 Na R – R + 2 NaX

R – X + LiAlH4 o Zn/HCl R – H

R – X + Mg osecÉter R – MgX (Reactivo Grignard)

R – MgX + H2O R – H + MgX(OH)

R – MgX + R’ – X R – R’ + MgX2

CH3 CH3

CH3 CH3

R – X + Li R – Li (Cuprodialquilitio) (puede ser 1º, 2º o 3º)

R – Li + CuX R2CuLi

R2CuLi + R’ – X R – R’ (debe ser 1º)

CH3 CH3

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Ejemplo:

2CH3 – I + 2Na CH3 – CH3 + 2NaI

2CH3CH2 – Cl + 2Na CH3 – CH2 – CH2 – CH3 + 2NaCl

A Nivel Industrial Muchos de los alcanos se pueden obtener a escala industrial en el proceso de destilación fraccionada del petróleo y del gas natural. El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos líquidos y sólidos; el gas natural es principalmente una mezcla de metano (70% - 90%) y etano (13% - 5%)

Producto Composición Pto de ebullición

Gases Éter de petróleo Gasolina Kerosene

CH4 a C4H10

C4H10 a C6H14 C8H14 a C10H22 C11H24 a C15H32

----------- 40 a 70 ºC 70 a 200 ºC 200 ºC a 375 ºC

Ejercicios Propuestos

1. Dar Nombre IUPAC a los siguientes compuestos: a.

CH3 – CH2 – C – C – CH2 – CH – CH –CH3 ...................................................................

b.

CH3 – C – CH2 – C – CH2 – CH2 – CH – CH3

...................................................................

.

c.

CH3 – C – CH2 – CH – CH3

....................................................................

d.

CH3 – CH2 – C – C – CH2 – CH – CH – Br

...................................................................

e. CH3 – (CH2)7 – CH – CH – CH3

...................................................................

f.

CH2 – CH – CH – CH3

....................................................................

2. Dibuja las estructuras moleculares correspondientes a los compuestos orgánicos que te presentamos

a. 4,6-dietil-3,3,4,7-tetrametilnonano b. octadecano

c. 3-metilpentano

d. 2,3-dimetilhexano

e. 5-propildecano

f. 5-sec-butil nonato

g. 3-isopropil-3-metilundecano

h. 2-yodoeicosano

i. 1-bromo-3,3-dietil-4-isobutilnonano

j. 3-etil-3-metilheptano

CH3 CH3

CH3

CH3 CH – CH3

CH2 – CH2 – CH3

CH3

CH2 – CH3

CH3

CH3 CH2 – CH3 CH3

CH3 CH2

CH3

CH2

CH3

CH – CH3

CH3

CH3

Br

Br CH3 CH3

CH3 CH2

CH3

CH2 – CH3

CH2

CH2 – CH3

CH2 – CH2

CH2 – CH3