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Hidrocarburos Alifáticos Series Homologas
BIO - QCA II 2015
¿Qué son los Hidrocarburos? •Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados principalmente por átomos de carbono e hidrogeno, aunque estos hidrógenos pueden ser reemplazados por diferentes sustituyentes- •Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas. •Estos pueden diferenciarse en dos tipos:
¿Cómo se nombran los hidrocarburos?
Familias de hidrocarburos:
HIDROCARBUROS
ACÍCLICOS
CÍCLICOS
CARBOCÍCLICOS
ALIFÁTICOS (ALICÍCLICOS)
AROMÁTICOS
HIDROCARBUROS ACÍCLICOS •Alcanos: CnH2n+2 (enlaces σ) •Alquenos: CnH2n (enlaces π) •Alquinos: CnH2n-2 (enlaces π)
HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS •Cicloalcanos •Cicloalqueno
Alcanos:
Análisis conformacional y proyecciones de Newman
Equilibrio conformacional
Se puede transformar un confórmero en otro mediante la rotación en torno a enlaces simples.
Etano
ϕ: es el ángulo diedro del etano
La representación de Newman es útil en este caso.
Los diversos rotámeros del etano no poseen la misma energía potencial.
Eclipsada Alternada Alternada
Análisis conformacional y proyecciones de Newman
El etano
Al girar un grupo metilo alrededor del eje C-C, empezando a partir de la conformación alternada, la distancia entre los hidrógenos disminuye, dando lugar a un aumento en la repulsión entre los pares enlazantes de los enlaces C-H.
En el punto de eclipse, la molécula tiene su contenido máximo de energía.
El cambio de energía asociado a la rotación alrededor del un enlace se llama energía rotacional o torsional.
Diagrama de energía potencial de la rotación libre del etano
El propano Es un sistema parecido al etano solo que se sustituye un hidrógeno por un
metilo.
En este caso también las formas extremas son las alternadas y la eclipsadas.
La barrera en este caso es mayor que en el etano debido al impedimento estérico que en este caso involucra un metilo y un hidrógeno.
La variación es sinusoidal porque tenemos el mismo efecto en cada giro.
Análisis conformacional del propano
n-Butano
Para distinguir una estructura de otras se emplea el prefijo sin y anti, según la disposición de los enlaces de los grupos más voluminosos.
Antiperplanaria Anticlinal Sinclinal gauche Sinperiplanaria Sinclinal gauche
Conformaciones del butano
Diagrama de energía
Ciclo Alcanos:
a) Tensión anular Los cicloalcanos son menos estables que sus homólogos alifáticos debido a las tensiones producidas en el anillo
El ángulo interno del ciclopropano es de 60º, mucho más pequeño que el ángulo natural de los híbridos sp3 (109.5º). Por tanto el solapamiento no puede ser frontal y es más imperfecto. Esto se demuestra experimentalmente porque el enlace C-C es mucho más débil (DHºC-C = 65 kcal/mol) que en un alcano lineal.
Ciclopropano
En un alcano lineal el solapamiento frontal de los orbitales híbridos sp3 es máximo, dando lugar a un enlace C-C de gran fortaleza.
Por otra parte, los hidrógenos pueden adoptar una conformación alternada donde minimicen sus interacciones estéricas y orbitálicas. Además de la distorsión en el solapamiento de los orbitales híbridos debido al pequeño tamaño del anillo, los hidrógenos de carbonos contiguos están inevitablemente eclipsados. Esto confiere una
inestabilidad añadida a la molécula.
b) Tensión torsional
Ciclobutano
Ciclopentano
Ciclohexano
Conformación tipo “bote” simétrico
Ciclohexano
Conformación tipo “bote torcido”
Conformaciones del Ciclohexano
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.
El ciclohexano no es conformacionalemente rígido. Es posible la interconversión de una conformación silla a otra, equilibrando así los hidrógenos axiales con los ecuatoriales.
Esta interconversion permite la estabilidad de los ciclohexanos sustituidos.
En el ciclohexano se distinguen dos tipos de átomos de hidrogeno según su posición relativa dentro de la molécula:
– Ecuatoriales: dispuestos a lo largo del plano ecuatorial de la molécula (6)
– Axiales: dispuesto perpendicularmente al plano de la molécula (3 + 3)
Alquenos:
EJEMPLOS DE ALQUENOS Y CICLO ALQUENOS
Alquinos:
O comúnmente llamado también ACETILENO
Hidrocarburos Aromáticos :
PROPIEDADES CARACTERISTICAS DEL BENCENO DEBIDO A SU ESTRUCTURA.
• Todos los enlaces del benceno son iguales y una longitud 1.39 A intermedia entre enlaces simples y dobles. •Se encuentra estabilizado por resonancia (diferentes estructuras) • El benceno resiste a las reacciones de adición, ya que esto destruiría su sistema anular. • Aunque si sufre reacciones de sustitución. • Para que una sustancia sea aromática: 1. La molécula debe tener nubes cíclicas de electrones p
deslocalizados por encima y por debajo del plano de la molécula, esta nube p debe tener un total 4n+2 electrones de p (Regla de Hückel)
2. Debe ser ciclica (un anillo) 3. Debe ser plana 4. Sus carbonos tener hibridizacion sp2
Catión cicloheptatrienilo o ion tropilio
Anión ciclopentadienilo
Algunos nombres comunes del benceno monosustituido
Grupos funcionales de los hidrocarburos:
Pueden contener átomos distintos al C y al H, los más importantes contienen O, N ó ambos
Alcoholes • El grupo funcional es –OH cuyo nombre es HIDROXILO • para nombrarlos se reemplaza la –o final del hidrocarburo por –ol • Debido a la diferencia de electronegatividades entre el O y el H el grupo hidroxilo es polar. • el más simple es el metanol CH3OH (alcohol de madera) , le sigue el etanol CH3CH2-OH
presente en las bebidas alcohólicas.
PRIMARIOS.-Son aquellos alcoholes en los que el grupo –OH (hidroxi) está unido a un C primario, o sea un Cunido a un solo C.
SECUNDARIOS.- Son aquellos en los cuales el grupo –OH (hidroxi) está unido a 1 C secundario, o sea un C unido a 2átomos de C.
TERCIARIOS.- Son aquellos en los cuales el grupo –OH (hidroxi) está unido a 1 terciario, o sea 1 C unido a 3 átomos de C.
Aldehídos y Cetonas
• Contienen el grupo funcional carbonilo • En los aldehídos el grupo carbonilo se une a 1 C que tiene al menos 1 H, RCOH y
para nombrarlos se sustituye la terminación –o por -al • En las cetonas el grupo carbonilo se une a 2 C, RCOR´ donde R y R´no son H´s y
para nombrarlos se sustituye la terminación –o por -ona
Ácidos Carboxílicos
• Contienen el grupo funcional carboxilo –COOH y son moléculas polares
• Para nombrarlos se sustituye la terminación-o del hidrocarburo por -oico.
AC. Acético
Ácidos carboxílicos ciclicos
Compuestos orgánicos en los que aparece la combinación:
R-O-R’, donde R y R’ representan grupos alquilo, no
necesariamente iguales.
Los éteres pueden considerarse como derivados de los
alcoholes, en los que el H del grupo -OH ha sido
reemplazado por un grupo alquilo.
Nomenclatura:
o Clásica: Se nombran las dos cadenas (como sustituyentes)
seguidas de eter (Ril-R’il-eter)
o Actual (IUPAC): Se nombra la raiz de la primera cadena
seguida de oxi y de la segunda cadena (R-oxi-R’)
Éteres
Éteres: Nomenclatura Se nombran las dos cadenas de hidrocarburos (como radicales) seguidas de la
palabra éter
R1-O-R2 “R1il”-” R2il”-eter
Las actuales normas IUPA recomiendan usar el prefijo oxi entre los nombres de las dos cadenas de hidrocarb:
R1-O-R2 “R2oxiR1”
El grupo O-R2 (R2 es la cadena más corta) se considera un sustituyente y se denomina grupo “alcóxido”.
Hay que indicar la posición de este sustituyente
CH3CH3 CH2 O etil metil éter
CH2CH3 CH2 O CH2 CH3
etoxipropano CH3
O
CH3 CH CH3 2-metoxipropano
Éteres: Nomenclatura
ÉTERES (R-O-R’):
Método sistematico: R ’ -oxi-R (R es el más complejo).
Se toma como cadena principal la de mayor longitud y se nombra el alcóxido (O-R’) como un sustituyente, (hay que indicar su posición).
Ejemplos:
ÉTERES (R-O-R’):
Los éteres sencillos se pueden nombrar citando los nombres de los radicales R y R’ en orden alfabético, seguidos de la palabra éter.
Ejemplos:
ÉTERES CÍCLICOS (R-O-R’):
Los éteres cíclicos se forman sustituyendo un -CH2- por -O- en un ciclo (son heterocíclos).
La numeración comienza en el oxígeno y se nombran con el prefijo oxa- seguido del nombre del ciclo.
Ejemplos:
Éteres: Nomenclatura
Éjemplos:
ETOXIETANO (Dietiléter ó éter etílico)
METOXIETANO
(Etilmetileter) METOXICICLOPENTANO
1-isopropoxi-2-metilpropano
1-isopropoxi-1-ciclopenteno
1-metoxi-1,4-ciclohexadieno
Éteres: Nomenclatura
Ésteres
• El grupo R puede ser un H, o un grupo alifático o aromático
• El grupo R´ puede ser un grupo alifático o aromático y NO puede ser 1 H.
• Los aromas de las frutas se deben a los esteres.
Derivados de los ácidos carboxílicos
en los que el H del grupo carboxilo
es reemplazado por un grupo alquilo
(-R)
Ésteres (R-COOR’):
Se consideran derivados de los ácidos carboxílicos, en los que el H del grupo hidroxilo ha sido sustituido por una cadena hidrocarbonada (R’)
Los ésteres reciben nombres como si fueran sales inorgánicas.
Se nombran como el ácido carboxílico del que derivan, sustituyendo el sufijo “-oico” por “-ato” seguido de la preposición “de” +nombre del grupo R’ (tomado como sustituyente).
Ej.:
Ésteres
Ejemplos:
propanoato de metilo
metanoato de metilo (formiato de metilo)
metanoato de butilo. formiato de butilo
butanoato de metilo (butirato de metilo)
etanoato de fenilo
(acetato de fenilo)
metanoato de benzilo
(formiato de benzilo)
Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos, nitrilos, amidas
Ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres, que pasan a nombrarse como sustituyentes (alcoxicarbonil......
Aminas AMINAS PRIMARIAS (R-NH2):
Aminas primarias simples se nombran agregando el sufijo amina al nombre del sustituyente alquílico (metil, etil, etc.).
Se indica si es necesario a que carbono está unido el grupo amino
Ej:
Si hay ramas se elige la cadena más larga unida al nitrógeno como base para nombrar. Los sustituyentes se nombran y posicionan en la forma habitual
2-Pentilamina
Las aminas pueden ser vistas como derivados del amoniaco
(NH3), en el que los átomos de H son reemplazados por
cadenas de carbono
Metilamina
NR
H
H
Amina (RNH2)
Amina primaria: RNH2;
Amina secundaria: R2NH
Amina terciaria: R3N
Amina primaria Metilamina
Amina secundaria Dimetilamina
Amina terciaria
Nicotina
NH2CH3
NHCH3
CH3
AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS SÍMÉTRICAS (R-NH-R)
Si los sustituyentes son iguales (Aminas secundarias y terciarias simétricas), se admite el nombrarlas citando el nombre de R como radical precedido del prefijo di- o tri- y seguido del sufijo –amina.
Ej:
Diisopropilamina Trietilamina
Aminas
AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (Asimétricas, R-NH-R’)
Aminas asimétricas se nombran como aminas primarias N-sustituidas.
Se escoge el grupo alquilo más largo como padre y los otros grupos alquilo se consideran sustituciones en el átomo de nitrógeno.
Los sustituyentes unidos directamente al átomo de nitrógeno se indican con el localizador -N-.
Aminas
AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (Asimétricas, R-NH-R’)
Los sustituyentes unidos directamente al nitrógeno llevan el localizador N.
Si en la molécula hay dos grupos amino sustituidos se emplea N,N'.
Si los sustituyentes son simples también se permite nombrarlos como radicales en orden alfabético seguido de Amina (desaconsejado).
N,N-dimetilpentanamina
(N,N-dimetilpentilamina) N,N’-dimetilpentan-1,5-diamina
(N,N’-dimetilpentil-1,5-diamina)
AMINAS, otras opciones y particularidades de la nomenclatura:
Cuando el grupo amino no es el principal (tiene menor prioridad que los ácidos y derivados, carbonilos y alcoholes) y actúa como sustituyente se nombra con el prefijo “amino” y el marcador de posición.
Radicales más complejos se nombran cambiando la terminación “–ina” de la amina por “-ino” (amino)
NH2
CH3 CH C
O
OH
CH3 NH CH2 CH2 C
O
OH
Aminas
Acido-2- aminopropanoico Acido N-metil, 3-aminopropanoico
En las moléculas más complejas el grupo amino se considera un sustituyente más. Se nombra con el localizador y los prefijos correspondientes, añadidos como sufijo al nombre “normal” de la cadena principal
Si hay más de un grupo amino se añade el sufijo di, tri y se indican con localizadores las posiciones de los grupos amino.
Aminas
AMINAS OTRAS OPCIONES DE NOMENCLAURA:
El Chemical Abstracts ha adoptado un sistema de nomenclatura para aminas que es más racional que el de la IUPAC. En este sistema, las aminas se nombran cambiando la terminación o de la cadena principal del compuesto por el sufijo amina.
En este caso, se selecciona la cadena más larga (completa) y con un marcador de posición hay que indicar la posición del carbono al que se une el nitrógeno
Son moléculas orgánicas en las que un grupo amino (-NH2) está unido al carbono
de un grupo carbonilo (C=O).
Pueden considerarse derivadas de un ácido que ha perdido su grupo hidróxilo (-
OH) que ha sido sustituido por un grupo amino (-NH2).
La combinación de estos grupos se denomina grupo amida
Este es el común enlace peptídico
N
H
C
O
R R'
Metil propanamida Amida (RNHCOR’)
Amidas
AMIDAS Se forman al sustituir algún H del amoniaco (NH3) por radicales procedentes de
ácidos que han perdido el grupo OH (radicales acilo)
Las amidas se nombran a partir del ácido que les da origen, eliminando la palabra ácido y cambiando la terminación oico o ico por “-amida” o la terminación carboxílico por “-carboxamida”.
Si la amida tiene sustituyentes alquílicos en el átomo de nitrógeno, se indica su posición con el prefijo N-.
R-CO + NH2 → OH H NH2
C
O
R + H2O
AMIDAS, particularidades de la nomenclatura:
En las misma situaciones en que los ácidos carboxílico ciclicos se nombran con el súfijo carboxílico las amidas se nombran mediante el sufijo “carboxamida-” seguido del nombre del ciclo.
o Cuando el grupo amida esta unido a un ciclo:
o Cuando hay mas de 3 grupos amida:
Cuando el grupo amido no es el principal, se nombra con el sufijo “carbamoil-”:
C
O
NH2
ciclopentanocarboxamida
1,2,4-butanotricarboxamida
C
O
OH
C
O
NH2 Ácido 2-carbamoilbenzoico
NITRILOS: Derivados del cianuro de hidrogeno “H-C≡N” (ión cianuro CN-).
añadiendo el sufijo “-nitrilo”
También se admite Se nombran la denominación: “cianuros de alquilo”, esto es, “cianuro de R-ilo”.
Cuando en la molécula existe otro grupo principal se nombran como radical con el prefijo “ciano-”.
Ej:
BENZONITRILO (cianuro de fenilo)
PROPENONITRILO (cianuro de vinilo) PROPANONITRILO
(cianuro de etilo)
ACIDO 3-CIANOPROPANOICO
Función Nom.
grupo
Grupo Nom.
(princ.)
Nom.
(secund)
Ácido carboxílico carboxilo R–COOH ácido
…oico
carboxi (incluye C)
Éster éster R–COOR’ …ato de
…ilo
…oxicarbonil
Amida amido R–CONR’R amida carbamoil
Nitrilo nitrilo R–CN nitrilo ciano (incluye C)
Aldehído carbonilo R–CH=O …al Oxo/formil (incluye C)
Cetona carbonilo R–CO–R’ …ona oxo
Alcohol hidroxilo R–OH …ol hidroxi
Fenol fenol –C6H5OH …fenol hidroxifenil
Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (1/2): Grupos funcionales
Función Nom.
grupo
Grupo Nom.(princ.) Nom
(sec)
Amina (primaria)
(secundaria)
(terciaria)
Amino
“
“
R–NH2
R–NHR’
R–NR’R’’
…ilamina
…il…ilamina
…il…il…ilamina
amino
Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il
Alquenos alqueno C=C …eno …en
Aquinos alquino C C …ino Ino (sufijo)
Nitrocompuestro Nitro R–NO2 nitro… nitro
Haluro halógeno R–X X… X
Radical alquilo R– …il …il
Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (2/2): Grupos funcionales
