Química Orgánica, Julio Liñán

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION

Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Ambiental

Cerro de Pasco - 2006

Dedico el presente trabajo a toda la juventud estudiosa de la Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Ambiental, quienes con ahínco y dedicación están comprometidos a no defraudar el esfuerzo y sacrificio

de sus padres.

Ing. Químico

Julio Asto Liñán

(La Química del Carbono)

Por:

Ing. Qco. Julio A. Asto Liñán Profesor Principal de la UNDAC Egresado de la UNT 1978

Perú 2006

Química Orgánica Ing Julio A. Asto Liñán 2

INTRODUCCION La Química Orgánica tiene que ver directamente con la presencia de muchas sustancias y productos en nuestra vida cotidiana: sustancias como el azúcar, el alcohol, la glicerina y productos como telas sintéticas, pinturas, plásticos, etc. La madera, el caucho o jebe, el asfalto, la gasolina, etc. son productos de naturaleza orgánica. El cuerpo humano y animal también se encuentra formado por sustancias orgánicas: piel, cabello, músculos, sangre, sudor, saliva, orina, etc. De igual manera la materia vegetal: pigmentos y fibras de las ramas, raíces y tallos. La industria química y el Medio Ambiente La vida moderna exige cada vez la producción de más productos químicos orgánicos para satisfacer las necesidades personales, comunitarias, industriales y experimentales de la humanidad. La industria química tiene que realizar esfuerzos tecnológicos y científicos a fin de satisfacer todos estos requerimientos. Pero, como toda cosa buena tiene su lado malo, vemos que con la elaboración de productos que conducen a una mejor vida de la humanidad trae como consecuencia una contaminación química constante; por ejemplo, desechos de ácidos y sustancias tóxicas a las aguas, contaminación de humos y polvos a la atmósfera y, degradación y contaminación de los suelos por uso indiscriminado de plaguicidas. En fin, hay una gran responsabilidad de parte de la Ingeniería Ambiental por estudiar y dar solución a estos problemas si queremos seguir viviendo en este hermoso mundo que se llama tierra. Definición de Química Orgánica La Química Orgánica es parte de la ciencia química que estudia el reconocimiento, la formación, las propiedades, usos y reacciones químicas de los compuestos orgánicos. Llámese compuestos orgánicos a muchos de aquellos que en su estructura molecular poseen átomos de Carbono. Sin embargo, hay algunos de éstos que, cumpliendo con este requisito, no son orgánicos. Ejemplo, no son compuestos inorgánicos: CO2, CO, H2CO3, NaSCN, NaCN, etc

PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE COMPUESTOS ORGANICOS E INORGANICOS ORGANICOS INORGANICOS

Son combustibles No son combustibles

Sólidos funden a menos de 400 ºC Sólidos funden a mas de 400 ºC

Pocos se ionizan Muchos se ionizan

Reaccionan lentamente Reaccionan rápidamente

Existen cerca de los 3 millones de compuestos Son cerca de 100 mil compuestos

Pueden existir varios compuestos con una misma fórmula (isómeros).

Sólo existe una fórmula para cada compuesto.

¿Por qué existen más compuestos orgánicos que inorgánicos? La explicación a esta interrogante radica en la gran capacidad que tiene el átomo de carbono para formar enlaces covalentes estables y fuertes no sólo con átomos de otros elementos sino también con otros átomos de carbono. Estos últimos, pueden unirse entre sí formando estructuras moleculares en forma de cadenas abiertas lineales, abiertas ramificadas, cerradas y cerradas ramificadas; de modo que la variedad prácticamente infinita de arreglos entre átomos de carbono explica la existencia de millones de compuestos orgánicos.


C - C - C - ....... - C - C - C C - C - C ....... - C - C - C C - C - C- C | C - C C Cadena abierta lineal Cadena abierta ramificada Cadena cerrada o anillada

C - C - C- C | | C C – C - C Cadena cerrada ramificada

¿Por qué el nombre de orgánica? En sus inicios de la Química, cuando se empezaron a diferenciar entre compuestos inorgánicos y orgánicos surgió una teoría que sustentaba que los compuestos orgánicos sólo eran producidos por organismos vivos; entonces la palabra orgánica proviene precisamente del término organismos. A esta teoría se le denominó Teoría Vitalista. Teoría vitalista de la Química Orgánica Antiguamente se pensaba que los compuestos orgánicos sólo podían ser elaborados por la energía vital de los organismos vivientes como los animales y los vegetales, constituyéndose de esta manera la “Teoría Vitalista de la Química Orgánica”; sin embargo, con el transcurrir del tiempo, esta teoría se vino por los suelos cuando en 1828 el químico alemán Friedrich Wholer sintetizó por primera vez una sustancia orgánica: la UREA (uno de los componentes de la orina) a partir de las sustancias inorgánicas como el Sulfato de Amonio y Cianato de Potasio formando el Cianato de Amonio y que por calentamiento de este último se obtenía el mencionado compuesto orgánico. Aquí se presentan las reacciones químicas: (NH4)2SO4 + 2 KCNO 2 NH4CNO + K2SO4 Sulfato Amonio Cianato de Potasio Cianato de Amonio Sulfato de Potasio

NH4CNO Calor H2N- CO- NH2 Cianato de Amonio Urea

Con estas reacciones Wholer demostró al mundo científico que una sustancia orgánica podía obtenerse en un laboratorio químico (sintetizar) incluso se puede obtener a partir de sustancias inorgánicas (como se ve en el ejemplo). Sin embargo, no todo fue color de rosa para el investigador ya que tuvo que enfrentarse a los científicos conservadores de ese tiempo quienes eran grandes defensores de la teoría vitalista. Ellos afirmaron que Wholer para obtener su Sulfato de Amonio, se valió de Amoniaco obtenido de huesos de animales y se argumentó hasta la saciedad que el elemento vital aún permanecía en el amoniaco. Esta polémica perduró hasta 1884 cuando Kolbe, alumno de Wholer y ayudante de Bunsen, quien sintetizó el Ácido Acético, CH3COOH, con materias primas de origen completamente inorgánico, destruyendo por completo la teoría vitalista. Hoy en día se conocen más de 3 millones de compuestos orgánicos obtenidos la mayoría de ellos en los laboratorios químicos.



EL ATOMO DE CARBONO Y LOS COMPUESTOS ORGANICOS 1.- HIBRIDACIÓN DEL ÁTOMO DE CARBONO El Carbono es el elemento que ocupa el casillero No. 6 en la Tabla Periódica. Por tanto su número atómico es 6. Presenta una configuración electrónica de: 1s2, 2s2, 2p2; que de cuerdo a la Regla de Hunt se tendrá:

1s 2s 2px 2py 2pz Sin embargo, en el momento de formar compuestos existe un reordenamiento en la distribución electrónica (un electrón del subnivel 2s pasa al 2p) formando orbitales híbridos sp de los siguientes tipos: a) Hibridación sp: 1s 2sp 2py 2pz b) Hibridación sp2

1s 2sp2 2pz c) Hibridación sp3 1s 2sp3 En los 3 casos, para aparear los electrones se requieren 4 electrones. Es por eso que se dice que el Carbono es un elemento tetravalente. Entonces, los 4 electrones periféricos de valencia (nivel 2) representados por flechas ( ), serán electrones no apareados y por tanto podrían formar 4 enlaces covalentes. Otra forma de explicar la hibridación del átomo de Carbono es: El carbono para formar compuestos orgánicos deja el estado basal o fundamental, 1s2, 2s2, 2p2, y pasa a un estado excitado, o de hibridación, o sea un estado donde está dispuesto a recibir otros átomos para formar el compuesto (ejemplo el metano como se muestra en la siguiente figura).


Representación de un átomo de carbono La forma más simple de representar un átomo de carbono es la tetraédrica, en su estado excitado sp3. (la más simple de comprender):

Forma espacial simplificada Cada vértice del tetraedro representa 1 electrón de valencia no apareado o enlace. Sin embargo, con objeto de simplificar las cosas, se opta por la siguiente representación Lewis y la plana: Lewis Plana Estas formas de representación indican:

- Lewis.- Que en el nivel de valencia (2) existen 4 electrones no apareados, por lo tanto pueden compartirse estos electrones formando enlaces covalentes con 4 electrones de otros àtomos.

- Plana.- Las rayitas negras indican lo mismo que en la representación Lewis. Se utiliza para enlazar covalentemente con otros àtomos (enlaces)

2.- ELECTRONES COMPARTIDOS POR ÁTOMOS DE CARBONO.

a) Dos átomos de Carbono pueden compartir un par de electrones: Hibridación sp3 – sp3.

Aquí, dos electrones compartidos es equivalente a un enlace sigma (σ) o enlace simple covalente. Este tipo de enlace está formado por la unión de 2 híbridos sp3 (configuración tetraédrica).

Atomo de Carbono

Forma tetraedro


b) Dos átomos de Carbono pueden compartir dos pares de electrones: hibridación sp2 –

sp2. Aquí, 2 pares de electrones compartidos es equivalente a un doble enlace covalente, formado por un enlace sigma (simple) y un enlace pi (π). Este tipo de enlace está formado por la unión de 2 híbridos sp2 (configuración planar).

c) Dos átomos de Carbono pueden compartir 3 pares de electrones: Hibridación sp- sp

Aquí, 3 pares de electrones compartidos es equivalente a un triple enlace covalente formado por un enlace sigma (simple) y dos enlaces pi (π). Este tipo de enlace está formado por la unión de 2 híbridos sp (configuración lineal).

En conclusión, como se habrá podido apreciar, un enlace covalente C-C significa 2 electrones

apareados y se representa por una rayita ( ). Sin embargo, un e- no apareado se representa por

C- llamado “enlace libre”.

4.- TIPOS DE CARBONO DE ACUERDO A SUS ENLACES CON OTROS CARBONOS De acuerdo al número de átomos de carbonos con los cuales está enlazado el Carbono, éste se denominará:


- Carbono Primario, cuando se une con un enlace a otro carbono © - C

- Carbono Secundario, cuando se une con 2 enlaces a 1 o 2 carbonos © = C ó C – © - C

- Carbono Terciario, cuando se une con 3 enlaces a 1 o más carbonos

C - © - C C = © - C © ≡ C │ C

- Carbono Cuaternario, cuando se une con 4 enlaces a varios carbonos

C = © = C C C ≡ © - C │ C - © - C

│

C Ejemplo:

Los hidrógenos toman la clasificación siguiente: Hidrógeno primario................... cuando está unido a un Carbono primario. Hidrógeno secundario............. cuando está unido a un Carbono secundario. Hidrógeno terciario................. cuando está unido a un Carbono terciario. Hidrógeno cuaternario............ no existe (¿porqué?). 5.- ELEMENTOS ORGANÓGENOS Un elemento organògeno es aquel cuyo átomo se encuentra unido a un átomo de carbono formando un compuesto orgánico. Se clasifican en: Elementos organógenos primarios.- Son los más comunes y son 4: C, H, O y N. Elementos organógenos secundarios.- Son: F, Cl, Br, I, S, P, Na, K, etc.

Importante:- En un compuesto orgánico nunca debe faltar el elemento C, pero sí el

elemento H o cualquier otro. Ejemplo: CCl4. Entonces, la molécula de un compuesto orgánico puede estar formado por elementos organógenos primarios y secundarios: Ejemplos: H | H - C = O Br - C - N - H H - C ≡ C - C = S | | | | H H H H Observe los enlaces simples, dobles y triples en las moléculas


Valencia de los principales elementos organógenos El número de electrones no apareados (electrones solos) determinan la valencia del elemento; por ejemplo el Oxígeno tiene 2 electrones no apareados, por tanto será un elemento divalente. Haciendo uso de la estructura de Lewis, se entiende mejor esto en la siguiente tabla:

4.- CLASIFICACION DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS A) Clasificación según los elementos organógenos presentes Los compuestos orgánicos que poseen átomos de elementos organógenos, se clasifican en:

- Halogenados o halogenuros.- Cuando poseen átomos de halógenos: F, Cl, Br y I. - Sulfurados.- Cuando poseen átomos de S. - Oxigenados.- Cuando poseen átomos de O. - Nitrogenados.- Cuando poseen átomos de N. - Etc.

B) Clasificación según el número de elementos diferentes presentes De acuerdo al número de elementos en su molécula, los compuestos orgánicos se dividen en: binarios, ternarios y cuaternarios. Binarios.- Cuando su molécula tiene 2 elementos diferentes. Ejemplo: CCl4. Aquí hay 2 elementos: C y Cl Ternarios.- Cuando su molécula tiene 3 elementos diferentes. Ejemplo: CH3 –CO-CH3.Aquí hay 3 elementos: C; H y O Cuaternarios.- Cuando su molécula tiene 4 elementos diferentes. Ejemplo: NH2 – CO – NH2. Aquí hay 4 elementos: C, H, N, y O


5.- FORMULAS QUÍMICAS DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS En los compuestos orgánicos, se deben diferenciar 3 tipos de fórmulas químicas: Global, Estructural y Condensada a) FORMULA GLOBAL Indica el número total de átomos de cada elemento presentes en una molécula. Ejemplo:

la fórmula global de un compuesto orgánico es C6H12O6. Esta fórmula indica que en una

molécula de este compuesto hay 6 átomos de Carbono, 12 átomos de Hidrógeno y 6 de Oxígeno. b) FORMULA ESTRUCTURAL Puede ser Semidesarrollada y Desarrollada. Semidesarrollada.- Además de los diferentes átomos, indica parte de los enlaces. Ejemplo, el compuesto anterior:

CH2OH- CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO Desarrollada.-Es aquella que no sólo informa de la cantidad total de átomos en una molécula sino que proporciona información sobre cómo están ordenados estos átomos, los enlaces, los grupos funcionales, etc. Ejemplo, la fórmula estructural del compuesto dado anteriormente será: H H H O - H H H | | | | | | H - C - C - C - C - C - C = O | | | | | O- H O - H O - H H O - H Obsérvese que, aparte de informar la cantidad de átomos en la molécula, también informa cómo éstos están distribuidos en la molécula (cadena recta); además informa de la presencia de ciertas formas estructurales, que próximamente estudiaremos, llamadas grupos funcionales como: OH- y CHO-. d) FORMULA CONDENSADA

Se presenta 2 casos: a) Cuando se repiten algunos grupos de átomos.

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH2 – CH3 su forma condensada será CH3 – (CH2)5 – CH3 CH3 | CH3 – CH2 – C – CH3 Su forma condensada será CH3 – CH2 – C (CH3)3 | CH3


b) Cuando se desea prescindir de la representación de los hidrógenos.

Su forma condensada sin los hidrógenos será

Su forma condensada será

Nota: Observe que cada vértice en los dibujos de las formas condensadas representa un átomo de carbono. Es el tipo de fórmula más empleada en hidrocarburos de cadena cerrada.

6.- ISOMEROS ESTRUCTURALES O CONSTITUCIONALES Son compuestos químicos que tienen la misma fórmula global pero distinta fórmula estructural. Estos compuestos difieren en propiedades físicas y químicas. Clasificación De acuerdo a su estructura los isómeros se clasifican en:

a) Isómeros de posición.- Los isómeros de posición tienen ramificaciones o grupos funcionales iguales, pero ocupan posiciones distintas en la cadena carbonada:

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2OH C4H10 C3H8O CH3-CH-CH3 CH3-CHOH-CH3 CH3 Otro ejemplo:

b) Isómeros funcionales o de compensación.- Cuando se presentan 2 grupos funcionales distintos. Ejemplo:

Otro ejemplo CH3-CH2OH C2H6O

CH3-O-CH3


Importante.- La isomería estructural permite que existan muchas sustancias orgánicas con la misma fórmula global. Ejemplo, para la fórmula molecular: C4H6.

Química Orgánica Ing. Julio A. Asto Liñán 14

LOS HIDROCARBUROS

Son compuestos orgánicos binarios formados por los elementos Carbono e Hidrógeno. La palabra hidrocarburo proviene de los términos Hidro y Carburo y éstos se refieren a los nombres de los elementos Hidrógeno y Carbono respectivamente: Hidro..........Hidrógeno Hidrocarburos: Carburo.......Carbono 1.- CARACTERISTICAS a) Están constituidos únicamente por átomos de carbono o hidrógeno. b) Sus fuentes naturales principales son: el petróleo, gas natural y carbón mineral (hulla). c) En condiciones normales de ambiente se encuentran en los siguientes estados físicos:

Estado físico Nº de Carbonos

Gaseoso 1 al 4

Líquido 5 al 15

Sólido > 16 d) Por combustión completa forman dióxido de carbono y agua, y; por combustión incompleta, monóxido de carbono y agua

Combustión Completa: Hidrocarburo + O2 CO2 + Agua

Combustión incompleta: Hidrocarburo + O2 CO + Agua

2.- CLASIFICACION

A.- CLASIFICACION IUPAC

UIPAC significa: Union internacional de química pura y aplicada IUPAC, en Inglés: International Union of Pure and Applied Chemistry, es el máximo organismo Internacional de Química, que norma todo lo relacionado con la química a nivel mundial. Ejemplo la nomenclatura de los compuestos químicos.

IUPAC clasifica a los hidrocarburos teniendo en cuenta sus estructuras moleculares

Esferas grandes: átomos de Carbono

Esferas pequeñas: átomos de Hidrógeno


a) Hidrocarburos ACICLICOS o de cadena abierta Entre los saturados están los alcanos y entre los no saturados, los alquenos y los alquinos.

- Los hidrocarburos saturados sólo poseen enlaces simples. Los no saturados poseen dobles o triples enlaces.

CH3 – CH3 CH2 = CH2 CH ≡ CH Saturado (alcano) No saturado (alqueno) No saturado (alquino)

- Los hidrocarburos saturados ya no admiten hidrógenos, los no saturados sí (saturación).

CH3 – CH3 + H2 No reacciona porque ya está saturado

CH2 = CH2 + H2 CH3 – CH3 CH ≡ CH + 2H2 CH3 – CH3

b) Hidrocarburos CICLICOS o de cadena cerrada LOS ALICÍCLICOS - Cicloalcanos.- Presentan estructura cíclica saturada semejante a los alcanos.


- Cicloalquenos.- Presentan estructura cíclica no saturada con algún doble enlace, semejante a los alquenos.

- Cicloalquinos.- Presentan estructura cíclica no saturada con algún triple enlace, semejante a los alquinos.

CH2 – CH2 - CH2 CH = CH C ≡ C – CH2 | | | CH2 – CH2 – CH2 CH2 CH2 Es un ciclo alcano Es un ciclo alqueno Es un ciclo alquino LOS AROMÁTICOS, Presentan estructuras cíclicas especiales que se estudiarán oportunamente. 3.- DIFERENCIA ENTRE CADENA CARBONADA PRINCIPAL Y CADENA LARGA En las cadenas carbonadas de los hidrocarburos, es necesario diferenciar la cadena principal de la más larga:

- En hidrocarburos saturados (alcanos) la cadena principal siempre es la más larga. Ejemplo:

CH3 – CH – CH2 – CH – CH3 | | CH3 - C – CH3 CH2 – CH3

| CH3 La parte sombreada será la cadena carbonada más larga ya que posee 7 carbonos.

- En hidrocarburos no saturados (alquenos y alquinos) algunas veces la principal coincide con la más larga; pero la principal siempre será la que posee la mayor cantidad de dobles, triples enlaces o radicales aunque no sea la más larga. Ejemplo:

CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH2 – CH3

│ CH3 – CH = CH – C – CH3 │ CH3 – CH2 – CH - CH2 - CH - CH - CH = C = CH - CH3 │ C2H5 Se elegirá la cadena principal la que tenga el mayor número de enlaces dobles.

.4.- NUMERACIÓN DE CARBONOS EN LAS CADENAS CARBONADAS A.- Cuando las cadenas son abiertas

a) Si la cadena es normal, o sea no presenta dobles, triples enlaces ni ramificaciones; no será necesaria la numeración.


C – C – C – C b) Si tiene un doble o triple enlace o una ramificación cerca de uno de sus extremos, la

numeración empieza por ese extremo: 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 C = C – C – C - C C – C – C – C ≡ C C - C – C – C - C C c) Si hay 2 ramificaciones equidistantes, la ramificación mayor tendrá la preferencia:

8 7 6 5 4 3 2 1 C - C - C – C - C - C – C - C C C – C d) Cuando hay 2 radicales iguales y equidistantes a los extremos la preferencia lo determinará un tercer radical cercano a uno de ellos.

8 7 6 5 4 3 2 1 C - C - C – C - C - C – C - C C C - C C e) Si equidistan a los extremos un doble y un triple enlace, tiene preferencia el doble

enlace: 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 C = C – C – C ≡ C C ≡ C – C – C = C

f) Si los enlaces son iguales y equidistantes, la numeración empieza por cualquier

extremo; sin embargo la presencia de una ramificación cercana a un extremo, determinará por donde se empezará a numerar:

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 C ≡ C – C – C ≡ C C = C – C – C - C = C

5 4 3 2 1 C

B.- Cuando las cadenas son cerradas

a) Si no hay dobles, triples enlaces ni ramificaciones; no será necesario numerar la cadena.

b) La presencia de un doble, triple enlace o un radical hará que la numeración

empiece por el inicio de éste.

C


c) Si se repite el mismo enlace (doble o triple) o ramificación, la numeración

empezará por uno de ellos y continuará con el otro.

C.- En ramificaciones - Cuando la ramificación no posee ningún doble ni triple enlace, la numeración siempre empieza por el enlace libre, siguiendo el camino más largo:

4 3 2 1 C - C - C – C ― Enlace libre C 8 7 6 5 4 3 2 1

C - C - C – C - C - C – C - C ― Enlace libre C C - C

- Cuando la ramificación posee dobles o triples enlaces, la numeración siempre empezará por el enlace libre siguiendo el doble enlace. El triple enlace tiene importancia secundaria..

2 1 C - C - C – C ― Enlace libre C - C 3 4

3 2 1

C - C - C ≡ C - C - C – C - C ― Enlace libre C C – C 4 5

Nota.- Observe que una ramificación puede tener otras ramificaciones

Preferencias para numerar las cadenas carbonadas En caso de alguna duda, la siguiente secuencia ayudará a numerar las cadenas carbonadas: Doble enlace Triple enlace Ramificación mayor Ramificación menor


En el gráfico, la preferencia lo tiene el doble y luego el triple enlace. La preferencia de las ramificaciones no tiene importancia

5.- NOMENCLATURA IUPAC a) Raíces IUPAC Para nombrar a un compuesto orgánico, IUPAC define un prefijo llamado raíz determinado por el número de átomos de carbono presentes en la molécula del compuesto:

Las cuatro primeras raíces tienen un nombre sistemático que consiste en los prefijos met-, et-,

prop-, y but- Los demás son prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono.

RAICES IUPAC

Nº de C Nombre

Raiz Nº de C

Nombre Raiz

1 Met 19 Nonadec

2 Et 20 Eicos

3 Prop 21 Heneicos

4 But 22 Docos

5 Pent 30 Triacont

6 Hex 31 Hentriacont

7 Hept 32 Dotriacont

8 Oct 40 Tetracont

9 Non 41 Hentetracont

10 Dec 50 Pentacont

11 Undec 60 Hexacont

12 Dodec 70 Heptacont

13 Tridec 80 Octacont

14 Tetradec 90 Nonacont

15 Pentadec 100 Hect

16 Hexadec 200 Dihect

17 Heptadec 300 Trihect

18 Octadec 579 Nonaheptacontpentahect

b) Sufijos IUPAC Son términos que se emplean al final del nombre:

Hidrocarburo Sufijo IUPAC

Alcano ANO


Alqueno ENO

Alquino INO

6.- LOS ALCANOS Las zonas negras de los modelos de bolas corresponden a átomos de carbono y las celestes a átomos de hidrógeno

Son hidrocarburos saturados con enlaces simples unicamente en sus estructuras moleculares.

Su fórmula molecular es CnH2n+2, donde:

n = nº de carbonos 2n + 2 = nº de hidrógenos Ejemplo: Nº de carbonos = n = 7 Nº de hidrógenos = 2n + 2 = 2(7) + 2 = 16 Vemos que el hidrocarburo presentado es un alcano porque cumple con la fórmula dada. El alcano más conocido por nosotros, por ser usado como combustible en la preparación de los alimentos, es el gas propano cuya molécula se representa de la siguiente manera:

Moléculas del gas PROPANO

METANO ETANO Molécula de Metano

C

H

H

H

H


6.1 Clasificación de los alcanos

6.1.1 ALCANOS LINEALES Son hidrocarburos cuya estructura molecular siguen la secuencia lineal o sea no poseen ramificaciones. C – C – C – C - ………………… - C – C – C - C a) Nomenclatura de los Alcanos Lineales

En este caso se nombran según la estructura: Ejemplo: Para el hidrocarburo: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Como tiene 4 carbonos, la raíz IUPAC será But y como el sufijo es ANO por ser alcano; entonces, el nombre correcto será: Butano Otros ejemplos:

Fórmula del ALCANO Nombre

Metano

Etano

Propano

Butano

Pentano

Hexano

Heptano

Octano

b) Radicales de los Alcanos Lineales

Se llaman también Radicales Alquilos Lineales. Estos radicales se forman cuando se quita 1 H a uno de los extremos de una cadena

Prefijo IUPAC + Sufijo ANO

alcanos

LINEALES (No poseen ramificaciones)

RAMIFICADOS


carbonada de un alcano lineal. También se dice, cuando se quita 1 H a un

grupo – CH3 de un alcano lineal.

Ejemplo: Si al propano, CH3 – CH2 – CH3, se le quita 1 H al grupo.-CH3, se

convertirá en un radical alquilo:

CH3 – CH2 – CH3 = CH3 – CH2 – CH2 - + - H Radical alquilo

El hidrógeno al separarse de la molécula del alcano sale con su electrón dejando al Carbono con un electrón no apareado representado por una rayita libre llamada: Enlace libre.

Nomenclatura.- Tienen una nomenclatura parecida a la de los alcanos de los cuales provienen con la única diferencia que los nombres se hacen terminar en il ó ilo..

Ejemplo:

CH3 – CH2 – CH2 - Propil ó Propilo Otros ejemplos:

Radical Alquilo Nombre 1 Nombre 2

Metil Metilo

Etil Etilo

Propil Propilo

Butil Butilo

Pentil Pentilo

Hexil Hexilo

Heptil Heptilo

Octil Octil

Nombres comunes de los alcanos lineales

Son nombres aceptados por IUPAC y utilizan la letra n que significa normal:

Ejemplos:

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 n-pentano CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 n-heptano

Cuyos radicales son:

Raíz IUPAC + Sufijo il (ó ilo)


CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - n-pentil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - n-heptil

6.1.2 ALCANOS RAMIFICADOS Son hidrocarburos cuya estructura molecular posee ramificaciones. C - C │ C – C – C – C - ………………… - C – C – C - C

│ C – C - C

a) Nomenclatura de los Alcanos Ramificados Para nombrar a este tipo de hidrocarburos se deberá tener en cuenta la siguiente estructura::

También se tendrá en cuenta las siguientes indicaciones:

.- Cuando se repite un mismo radical, se hará uso de los prefijos: di, tri, tetra, penta, etc.; según la cantidad de veces que se repite el radical.

- Cuando en la cadena principal existen radicales diferentes, éstos se nombrarán según el siguiente orden por tamaño ascendente: Metil, Etil, Propil, etc, - Cuando exista dos o más cadenas largas con el mismo número de carbonos, se deberá escoger la cadena que posea más radicales.

1 2 3 4 5 6 CH3 – CH2 - CH – CH2 – CH2 – CH3 | CH3

Nombre

Ubicación del radical Nombre del radical Raíz IUPAC Sufijo ANO

3– Metil - Hexano Ejemplos CH3

5 4 3 2| 1 CH3 – CH2 – CH – C – CH3 2, 2, 3 – Trimetil - Pentano | |

Ubicaciones y nombres de cada radical + Raíz IUPAC + Sufijo ANO


CH3 CH3 1 2 3 4 5 6 7 CH3 - CH - CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3 | | CH3 C2H5 2-Metil – 4 - Etil - Heptano : CH3 C2H5

| | 1 CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 | CH3

4,6-diMetil-3-Etil - Octano 1 CH3 - CH - CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3 | | CH3 C2H5 2-Metil - 4-Etil - Heptano

:

CH3 CH3 C2H5

| | | 1 CH3 – CH2 – CH – CH – CH – CH – CH2 – CH3 | CH3

4,5,6-triMetil - 3-Etil - Octano a b 3 4 5 CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH3 2| |6 7 CH3 - C – CH3 CH2 – CH3

| 1CH3 2,2,5-Trimetil - 3-Etil - Heptano Como se puede observar, se prefiere la cadena 1, 2, 3 , 4, 5, 6 y 7 antes que a, b, 3, 4, 5 , 6 y 7 porque la primera posee mas radicales. . 1 CH3 – CH – CH2 - CH - CH – CH3 | | | CH3 CH3 CH3

Radicales cercanos

2,3,5-Trimetil Hexano


: 1 CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | CH3 C2H5 Radical mayor

6-Metil - 3 - Etil - Octano

b) Radicales alquilo ramificados

Estos radicales se forman cuando se quita 1 H de del grupo – CH2 - a

cualquier alcano ya sea lineal o ramificado. Ejemplo: Si al propano, CH3 – CH2 – CH3, se le quita 1 H al grupo. - CH2 -, se convertirá en un radical alquilo ramificado:

CH3 – CH2 – CH3 = CH3 – CH – CH3 + - H

1 2 Radical alquilo ramificado

Observe que, según la numeración de la cadena carbonada (tema ya tratado), este radical tendrá una ramificación o sea un subradical CH3 –.

Nomenclatura.- También tienen una nomenclatura parecida a la de los radicales anteriores con la única diferencia que se antepone las ubicaciones y nombres de cada subradical presente en la cadena carbonada.

Ejemplo:

CH3 – CH – CH3 1 2

1 - Metil - Etil ó 1 – Metil – Etilo El radical principal es el Etil (cadena principal) el cual tiene un subradical, el Metil. Otro ejemplo: 4 8

CH2 – (CH2)3 – CH3

3│ 2 1

CH3 – CH2 – CH - CH2 - CH -

│ CH3

Ubicaciones y nombres de cada subradical + Raíz IUPAC + Sufijo il (ó ilo)


La cadena principal tiene 8 carbonos: (Octil.) Y, como tiene 2 subradicales: 1 - metil- 3 - etil. El nombre completo del radical complejo será: 1 - Metil- 3 – Etil - Octil

Otros ejemplos:

CH3 CH3 3 2│ 1 │ 3 2 1 │ CH3 – C – C ― CH3 – CH2 – C – CH3 │ │ │ CH3 CH3 CH3

1 , 1 , 2 , 2 - Tetrametil propil 1 , 1 - Dimetil propil

Observe que cuando se repite el subradical se emplea los términos, di, tri, tetra, etc y la separación de los números, que indican las ubicaciones de éstos en la nomenclatura, es con comas.

Radicales ramificados con nombres comunes IUPAC también acepta nombres comunes a muchos radicales ramificados que tienen grupos de átomos característicos

Ejemplos: - CH2 – CH2 – CH – CH3 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - │ │ CH3 CH3 iso-pentil iso-octil sec-pentil ter-octil CH3 CH3 │ │

- CH2 – CH2 – C – CH3 CH3 – C – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH2 -

│ │

GRUPO: Iso ó sec GRUPO: neo ó ter CH3 - CH – CH3 │ │ - C – CH3 CH3 │ CH3 Iso-propil neo-butil Sec-propil ter-butil (IUPAC: 1-Metil-Etil) (IUPAC: 1,1-diMetil-Etil)

Los prefijos sec ó ter indican el carbono secundario o terciario, respectivamente, en donde se ha quitado 1 H.


CH3 CH3 neo-hexil neo-nonil sec-hexil ter-nonil . Muchos de estos radicales, al devolverse el H que perdieron, generan los alcanos respectivos, de los cuales provienen. Ejemplos: CH3 – CH2 – CH – CH3 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 │ │ CH3 CH3 iso-pentano iso-octano sec-pentano ter-octano

c) Alcanos de estructura compleja Son alcanos cuya estructura molecular está formada por una cadena principal y varios radicales entre ellos radicales ramificados. CH3 Radical alquilo ramificado │ CH3 - C - CH3 │ 1 CH3 - C - CH3 CH3 CH3 CH3 │ │ │ │ CH - CH2 - CH - CH - CH2 │ CH3 - CH │ CH2 - CH - CH2 - CH3 │ CH3

3, 4, 7, 9 – Tetrametil – 6 (1´, 1´, 2´, 2´ - Tetrametil propil) - undecano - La cadena sombreada es la cadena principal. - La numeración de la cadena principal empieza por la derecha - El nombre del radical alquilo ramificado debe ir entre paréntesis y las ubicaciones de los subradicales deberán tener una coma superior por no pertenecer a la numeración de la cadena principal (nombre con rojo en el ejemplo) - Si se repite el radical alquilo ramificado, se empleará el prefijo Bis. CH3 │ CH3 - CH2 - C - CH3

│ 4 3 2 1 CH3 – (CH2)4 - C – CH2 – CH2 - CH - CH3 Cadena principal │ │


CH3 - CH2 - C - CH3 CH3

│ CH3 2 – metil- 5, 5 Bis (1´, 1´- dimetil propil) – decano

6.2 ALCANOS REPRESENTATIVOS

De los centenares de alcanos que existen tomaremos el más popular de ellos: el METANO y algunos de sus derivados: el Cloruro de Metilo y el Cloroformo.

EL METANO (o Gas de los Pantanos)

1).- Es el mas liviano de los gases orgánicos, es incoloro (no tiene color), inodoro (no tiene olor), insípido (no tiene sabor) y menos denso que el agua.

2).- Es el principal constituyente del gas natural (gas combustible que se encuentra en el subsuelo en forma similar al petróleo).

Composición aprox. del gas natural

Metano 80% Etano 13% Propano 3% Butano 1% Nitrógeno 3%

3).- Con el aire forma una mezcla llamada grisú muy peligrosa por ser explosiva. Esta mezcla gaseosa es la causante de muchos incendios y explosiones en las minas de carbón.

Obtención del Metano

Se obtiene por síntesis en el laboratorio a partir de otros compuestos Se obtiene directamente de los posos de gas natural. Y, por último, se puede obtener como derivado del petróleo, del carbón y de la madera.

CLOROFORMO O TRICLORURO DE METILO (ó tricloro metano) Cl │ Cl – C – H │ Cl Es un líquido de olor similar al éter y de sabor dulce. Es un buen disolvente de grasas y aceites y como anestésico externo en medicina.

6.3.- REACCIONES QUIMICAS DE LOS ALCANOS Estos hidrocarburos son los mas reacios a reaccionar porque cada carbón posee una gran estabilidad al encontrarse completo su enlaces compartiendo electrones no apareados con átomos de hidrógeno (están saturados). Sin embargo, bajo ciertas condiciones, estos hidrocarburos se ven obligados a reaccionar.

1).- Reacciones de Halogenación por Sustitución.


Los halógenos (Cl, Br y I) sustituyen a los hidrógenos del alcano formando unos compuestos llamados halogenuros, bajo la acción de un catalizador ó de la luz. Se debe tener en cuenta el orden de reactividad:

Del hidrógeno: Terciario > Secundario > Primario De los halógenos: F > Cl > Br > I Ejemplo: CH3

| Cataliz. CH3 - CH2 - C - CH - CH3 + Cl2 Se formarán los siguientes compuestos | | CH3 CH3 CH3

| CH3 - CH2 - C - CCl - CH3 Se formará en mayor cantidad | | CH3 CH3 CH3

| CH3 - CHCl- C - CCl - CH3 Le seguirá en cantidad | | CH3 CH3 CH3

| CH3 - CH2 - C - CH - CH2Cl Le seguirá en última cantidad | | CH3 CH3 Este orden se debe a la reactividad del hidrógeno.

Importante.- Como acaba de verse, un halogenuro es una sustancia en cuya molécula uno o más átomos de hidrógeno han sido sustuídos por átomos de halógeno.

2).- Reacciones de Combustión. Ya se trató este punto, sin embargo las reacciones de combustión pueden ser completas e incompletas según haya exceso o deficiencia de aire. En combustiones completas se forman CO2 y H2O, mientras que en las incompletas se forman CO y H2O. La reacción de combustión completa será:


Ejercicio: formular la reacción de combustión incompleta.

Los alcanos son una de las fuentes de energía más importantes de la sociedad actual.

Compuesto Nombre ΔH0comb(kcal/mol)

CH4(g) metano -212.8

C2H6(g) etano -372.8

CH3CH2CH3(g) propano -530.6

CH3CH2CH2CH3(g) butano -687.4

(CH3)3CH(g) 2-metilpropano -685.4

CH3(CH2)4CH3(l) hexano -995.0

3) Reacciones de Cracking o Pirólisis. Estas son reacciones que se realizan a altas presiones y altas temperaturas. Consisten en romper grandes moléculas para convertirlas en moléculas pequeñas. Los hidrocarburos pesados son convertidos a livianos. Ejemplo:

2C13H28 CH4 + C4H8 + C7H16 + C12H26 + H2 + 2C Ejercicio: Colocar los nombres de los compuestos de la reacción de cracking dada.

6.4- OBTENCION DE ALCANOS

Obtención de fuentes naturales La principal fuente para obtener alcanos es el Petróleo. El Petróleo es una mezcla de hidrocarburos principalmente saturados (alcanos), es un líquido negro viscoso menos denso que el agua y se encuentra en grandes depósitos en el sub suelo. Se dice que el petróleo se originó a partir de la descomposición de la materia orgánica animal en las capas profundas de la tierra como consecuencia de las presiones, temperatura, humedad, y microorganismos a través de millones de años.

Pozo Petrolero


El petróleo crudo es sometido industrialmente a un proceso de destilación fraccionada o refinado del petróleo, proceso indispensable para la obtención de productos útiles.

El proceso de refinación consiste esencialmente en dividirlo en fracciones de distinto punto de ebullición mediante destilación fraccionada y aplicar después diferentes tratamientos a las fracciones obtenidas para que conduzcan a los productos deseados.

La división en fracciones de distinto punto de ebullición se produce fácilmente teniendo en cuenta que el punto de ebullición de los hidrocarburos aumenta al aumentar el número de átomos de carbono de la cadena.

De una forma aproximada se pueden considerar las siguientes fracciones fundamentales:

% Salida Rango de ebullición (ºC) Átomos de C Productos

2 <30 1 a 5 Hidrocarburos ligeros, Metano, etc

15 a 20 30 - 200 5 a 12 Gasolinas

5 a 20 200 - 300 12 a 15 Kerosene

10 a 40 300 - 400 15 a 25 Gas-oil

residuo 400+ 25+ Asfalto, Lubricantes, alquitrán

En la figura se muestra el esquema y la fotografía de una torre de destilación fraccionada del petróleo crudo.


7.- LOS ALQUENOS

Son hidrocarburos no saturados con enlaces dobles en sus estructuras moleculares.

Obedecen a la fórmula o relación: Cn H2n + 2 – 2d; en donde:

n = número de carbonos 2n + 2 - 2d = número de hidrógenos y, d = número de dobles enlaces. Ejemplo: CH3 - CH2 - CH = CH – CH2 – CH = CH2

Aquí el número de carbonos = n = 7 No de dobles enlaces = d = 2 No de hidrógenos será = 2(7) + 2 - 2(2) = 12. Comprobar. Se puede determinar la fórmula molecular de un alqueno conociendo el número de carbonos y el número de dobles enlaces. Ejemplo: Cuál será la fórmula de un alqueno cuya molécula posee 14 carbonos y 3 dobles enlaces?

Solución No de carbonos = n = 14 No de dobles enlaces = d = 3 No de hidrógenos = 2(14) + 2 - 2(3) = 24 Su fórmula será: C14H24 Ejercicio.- Cuál será la fórmula del alqueno cuya molécula presenta 4 dobles enlaces y posee 30 átomos de hidrógeno.


7.1 Clasificación de los alquenos

7.1.1 ALQUENOS LINEALES Son hidrocarburos cuya estructura molecular siguen la secuencia lineal o sea no poseen ramificaciones. A los alquenos también se les conoce como compuestos etilénicos porque el primero de ellos es el etileno o eteno

C – C = C – C - ………………… - C = C – C - C

a) Nomenclatura de los Alquenos Lineales con un doble enlace - Sólo para los 2 primeros alquenos con un solo doble enlace, se nombran según la estructura:

Fórmula Global Fórmula Estructural Nombre

C2H4 C3H6

CH2 = CH2 CH3 – CH = CH2

Eteno Propeno

- Para los demás alquenos con un solo doble enlace, se emplea la siguiente estructura:

Para ubicar el doble enlace, recuerde la numeración de la cadena carbonada.


C4H8 C4H8 C5H10 C5H10 C9H18

CH3 – CH2 – CH = CH2 CH3 – CH = CH – CH3 CH3 – CH2 - CH2 – CH = CH2 CH3 – CH2 - CH = CH – CH3 CH3 – CH2 - CH = CH – (CH2 )4 – CH3

1-Buteno 2-Buteno 1-Penteno 2-Penteno 3-Noneno

b) Nomenclatura de los Alquenos Lineales poli doble enlace Cuando en una cadena existe mas de un doble enlace, se emplearán los siguientes sufijos:

Raíz IUPAC + Sufijo ENO

ALQUENOS LINEALES

(No poseen ramificaciones)

RAMIFICADOS

Ubicación del Doble Enlace + Raíz IUPAC + Sufijo ENO


dieno ............ cuando hay 2 dobles enlaces

trieno ............ cuando hay 3 dobles enlaces

tetraeno ........ cuando hay 4 dobles enlaces

pentaeno ....... cuando hay 5 dobles enlaces

Ejemplos: 5 4 3 2 1 CH3 – CH2 – CH = CH – CH = CH2 1,3 - hexadieno

1 2 3 4 5 6 7 8 9 CH2 = CH – CH = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH = CH2 1,3,8 - Nonatrieno Recuerde nuevamente la numeración de la cadena carbonada

c) Radicales de los Alquenos Lineales

Se llaman también Radicales Alquenilos Lineales Estos radicales se forman cuando se quita 1 H a uno de los carbonos extremos de un alqueno.

CH3 – CH = CH2 → CH3 – CH = CH - + - H Radical alquenilo

Nomenclatura.- Tienen una nomenclatura parecida a la de los alquenos de los cuales provienen con la única diferencia que los nombres se hacen terminar en enil ó enilo..

Recuerde que la numeración de la cadena carbonada siempre empieza por el radical libre.

Ejemplo:

1

CH3 – CH = CH - Propenil ó Propenilo Otros ejemplos:

CH3 – CH2 – CH = CH – 1 - Butenil

CH3 – CH = CH – CH2 – 2 - Butenil

CH2 = CH - CH2 – CH2 – CH2 - 4 - Pentenil

CH3 – CH = C = CH – CH2 - 2-3-Pentadienil

CH2 = CH - CH = CH – (CH2 )3 – CH = CH - 1-6-8-Nonatrienil


7.1.2 ALQUENOS RAMIFICADOS Son hidrocarburos no saturados cuya estructura molecular poseen al menos una ramificación. C - C │ C – C = C – C - ………………… - C – C = C - C

│ C – C - C

a) Nomenclatura de los Alquenos Ramificados

Para nombrar a este tipo de hidrocarburos se deberá tener en cuenta las normas ya conocidas. Con los siguientes ejemplos se aclaran estas cosas.

1 CH3 – CH2 - CH – CH = CH – CH3 | CH3 4 – Metil – 2 - Hexeno Otros ejemplos CH3

1 | CH2 = CH – CH – C – CH3 | | CH3 CH3 3, 4, 4 – Trimetil – 1 - Penteno 1 CH3 - C = CH – CH – CH = CH – CH3 | | CH3 C2H5 2-Metil, 4-Etil – 2 - 5-Heptadieno : CH3 C2H5

1 | | CH2 = CH – C = CH – CH – C = CH – CH3 | CH3

3,5-diMetil-6-Etil – 1-3-6-Octatrieno


CH3 C2H5

| | 1 CH2 = CH – CH – CH – CH – CH – CH = CH2 | | CH3 CH3 4,5,6-triMetil - 3-Etil – 1-7-Octadieno

b) Radicales Alquenilos ramificados

Estos radicales son un poco más complejos pero su nomenclatura es fácil si se tiene presente que tienen los nombres del alqueno ramificado del cual proviene haciéndolo terminar en il ò ilo.

Recordemos: La numeración de la cadena de un radical siempre empieza por el enlace libre y seguirá por el o los dobles enlaces. Ejemplos:

4 CH = CH2 │ │ CH3 – C – CH ― CH3 – CH – C = CH2 │ │ │ CH3 CH3 CH3

1 , 2 , 3 - Triimetil – 3- Butenil 1 , 2 – Dimetil- 2- propenil

c) Alquenos de estructura compleja De acuerdo a las normas dadas ya estamos en condiciones de

nombrar correctamente este tipo de hidrocarburos. Ejemplo:

CH3 1 │ CH2 = CH - C - CH3

│ 7 8 CH3 – (CH2)4 - C – CH2 – CH = C - CH3 Cadena principal │ │ CH3 - CH2 - C - CH3 CH3

│ CH3 3,3,7 – Trimetil - 4 – pentil – 4 (1´ , 1´ - diMetil – Propil) – 1-6-Octadieno


7.2 ALQUENOS REPRESENTATIVOS

El mas conocido de todos los alquenos es el eteno o etileno

EL ETILENO O ETENO

Tiene fórmula global C2H4 y de fórmula estructural

CH2 = CH2

Es un gas incoloro, insípido. Se emplea como acelerador en la maduración de frutas y en la elaboración de un polímero que es materia prima para la fabricación de los plásticos. El Etileno tiene 2 derivados importantes en la industria química: el Cloruro de Etilo (C2H3-Cl) y el Tetrafluor Eteno (C2F4). El Cloruro de Etilo es un líquido muy usado en la medicina como anestésico externo y en la fabricación del antidetonante Plomo Tetraetílico. El Tetrafluoreteno es materia prima para producir el teflón, material industrial que resiste altas temperaturas y agentes corrosivos.

OBTENCIÓN DEL ETILENO

Se le obtiene por deshidratación del alcohol etílico

CH3 – CH2OH H2SO4 CH2 = CH2 + H2O Nota.- La función alcohol se estudiará oportunamente

7.3 REACCIONES QUIMICAS DE LOS ALQUENOS

Los hidrocarburos no saturados, como los Alquenos, son más reactivos que los saturados ya que sus doble enlaces son fáciles de romper para poder saturarse:

1).- Reacciones de Hidrogenación

En presencia de algún catalizador y bajo algunas condiciones de temperatura y presión, un hidrocarburo no saturado es facil de saturarse. Ejemplo:

CH2 = CH2 + H2 Cat. Ni-Pt CH3 - CH3

C C

HH

HH

Molécula de Eteno


2).- Reacciones de Halogenación. Los halógenos reaccionan mas facilmente que el hidrógeno, incluso en muchos casos sin catalizador. Ejemplo:

CH2 = CH2 + Cl2 Cat. Ni-Pt CH2Cl - CH2Cl 3).- Reacciones de Hidrohalogenación. Es la reacción entre un Acido Hidrácido (HCl, HBr, etc) con un alqueno. Se deberá tener en cuenta que cuando el protón del ácido (ion H+) al dirigrse al carbono del doble enlace con mayor número de hidrógenos formará el compuesto halogenuro de mayor cantidad. CH3 - CH = CH2 + HBr CH3 - CHBr - CH3 Más | CH3 - CH2 - CH2Br Menos 4.- Reacciones de deshalogenación CH3 – CHBr – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 + Br2 4) Reacciones de Sulfonación. Con el Acido sulfúrico, los alquenos producen Sultato Acido de Alquilo: CH3 - CH = CH2 + H + HSO4 CH3 - CH - CH3 | HSO4

5) Reacciones de Hidratación. El aníon y el catión del agua se adiciona a los alquenos y alquinos en presencia del catalizador H2SO4. CH3 - CH = CH2 + H+ OH- H2SO4 CH3 - CHOH - CH3

6) Reacciones de combustión Combustión completa. Ejemplo: CH2 = CH2 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O

Combustión incompleta: Ejemplo: CH2 = CH2 + 2 O2 2 CO + 2 H2O

HBr

Zn


8.- LOS ALQUINOS

Son hidrocarburos no saturados con triples enlaces en sus estructuras moleculares.

Obedecen a la fórmula o relación: Cn H2n + 2 – 4t;

en donde: n = número de carbonos 2n + 2 – 4t = número de hidrógenos y, t = número de triple enlaces. Ejemplo:

CH3 – C ≡ C - CH2 – C ≡ C – CH2 – CH3 Aquí el número de carbonos = n = 8 No de triple enlaces = t = 2 No de hidrógenos será = 2(8) + 2 - 4(2) = 10. Comprobar. Se puede determinar la fórmula molecular de un alquino conociendo el número de carbonos y el número de triple enlaces. Ejemplo: ¿Cuál será la fórmula de un alquino cuya molécula posee 20 carbonos y 5 triple enlaces?

Solución No de carbonos = n = 20 No de triple enlaces = d = 5 No de hidrógenos = 2(20) + 2 - 2(5) = 32 Su fórmula será: C20H32

8.2 Clasificación de los alquinos

ALQUiNOS LINEALES

(No poseen ramificaciones)

RAMIFICADOS


8.2.1 ALQUINOS LINEALES

Son hidrocarburos cuya estructura molecular siguen la secuencia lineal o sea no poseen ramificaciones. A los alquinos también se les conoce como compuestos acetilénicos porque el primero de ellos es el acetileno o etino. Un alquino al menos debe poseer 1 triple enlace.

C – C ≡ C – C - ………………… - C ≡ C – C - C

a) Nomenclatura de los Alquinos Lineales con un doble enlace - Sólo para los 2 primeros alquinos con un solo triple enlace, se nombran según la estructura:


C2H2 C3H4

CH ≡ CH CH3 – C ≡ CH

Etino Propino

- Para los demás alquinos con un solo triple enlace, se emplea la siguiente estructura:

Para ubicar el triple enlace, recuerde la numeración de la cadena carbonada.


C4H6 C4H6 C5H8 C5H8 C9H16

CH3 – CH2 – C ≡ CH CH3 – C ≡ C – CH3 CH3 – CH2 - CH2 – C ≡ CH CH3 – CH2 - C ≡ C – CH3 CH3 – CH2 - C ≡ C – (CH2 )4 – CH3

1-Butino 2-Butino 1-Pentino 2-Pentino 3-Nonino

b) Nomenclatura de los Alquinos Lineales poli triple enlace Cuando en una cadena hay mas de un triple enlace, se emplearán los siguientes sufijos:

diino ............ cuando hay 2 triple enlaces

triino ............ cuando hay 3 triple enlaces

tetraino ........ cuando hay 4 triple enlaces

pentaino ....... cuando hay 5 triple enlaces

Raíz IUPAC + Sufijo iNO

Ubicación del Triple Enlace + Raíz IUPAC + Sufijo INO


Ejemplos: 5 4 3 2 1 CH3 – CH2 – C ≡ C – CH ≡ CH2 1,3 hexadiino

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CH ≡ C - C ≡ C – C ≡ C – CH2 – C ≡ C - CH3

1,3,5,8 - Decatetraino Recuerde nuevamente la numeración de la cadena carbonada

c) Radicales de los Alquinos Lineales

Se llaman también Radicales Alquinilos Lineales Estos radicales se forman cuando se quita 1 H a uno de los carbonos extremos de un alquino.

CH3 – C ≡ CH → CH3 – C ≡ C - + - H Radical alquinilo

Nomenclatura.- Tienen una nomenclatura parecida a la de los alquinos de los cuales provienen con la única diferencia que los nombres se hacen terminar en inil ó inilo..

Ejemplo: 1

CH3 – C ≡ C - Propinil ó Propinilo Otros ejemplos:

CH3 – CH2 – C ≡ C – 1 - Butinil

CH3 – C ≡ C – CH2 – 2 - Butinil

CH ≡ C - CH2 – CH2 – CH2 - 4 - Pentinil

CH3 – C ≡ C - C ≡ C - 2-3-Pentadiinil

CH ≡ C - C ≡ C – C ≡ C – CH2 – CH2 - 3-5-7-Octatriinil

8.2.2 ALQUINOS RAMIFICADOS Son hidrocarburos no saturados cuya estructura molecular poseen al menos una ramificación. C - C │ C – C ≡ C – C - ………………… - C – C ≡ C - C

│ C – C - C


a) Nomenclatura de los Alquinos Ramificados

Para nombrar a este tipo de hidrocarburos se deberá tener en cuenta las normas ya conocidas. Con los siguientes ejemplos se aclaran estas cosas.

1 CH3 – CH2 - CH – C ≡ C – CH3 | CH3 4 – Metil – 2 - Hexino Otros ejemplos CH3

1 | CH ≡ C – CH – C – CH3 | | CH3 CH3 3, 4, 4 – Trimetil – 1 - Pentino 1 CH3 – CH - C ≡ C – CH – C ≡ C – CH3 | | CH3 C2H5 7-Metil, 4-Etil – 2 - 5-Octadiino

: b) Radicales Alquinilos ramificados

Estos radicales son un poco más complejos pero su nomenclatura es fácil si se tiene presente que tienen los nombres del alquino ramificado del cual proviene haciéndolo terminar en il ò ilo. Recordemos: La numeración de la cadena de un radical siempre empieza por el enlace libre y seguirá por el o los triple enlaces. Ejemplos:

4 C ≡ CH │ │ CH3 – C – CH ― CH3 – CH – C ≡ C- CH – CH3 │ │ │ CH3 CH3 CH3

1 , 2 ,2- Triimetil – 3- Butinil 1 , 4 – Dimetil- 2- Pentinil


c) ALQUENOS – ALQUINOS

Existen muchos hidrocarburos alicíclicos no saturados llamados ALQUENOS-ALQUINOS porque en sus estructuras moleculares poseen dobles y triples enlaces.

Obedecen a la siguiente fórmula:

Cn H2n + 2 – 2d – 4t

Nomenclatura de los alquenos-alquinos 1.- Si las posiciones del doble y triple enlace son equidistantes, para enumerar la cadena más larga, tendrá preferencia el doble enlace: 1 CH2 = CH – C ≡ CH 1-Buten-3-ino

2.- Cuando las posiciones del doble y triple enlace no son equidistantes, la numeración se empezará por el extremo más cercano al doble o triple enlace. Ejemplo:

1 CH2 = CH – CH2 – C ≡ C – CH3 1-Hexen – 4-ino 1 CH3 – CH = CH – C ≡ CH 3- Penten – 1 ino

3.- Cuando las ubicaciones del doble y triple enlace son equidistantes y existe un radical cerca al triple enlace, entonces la numeración empezará por el extremo cerca al triple enlace.

1 CH2 = CH – CH2 – CH – C ≡ CH | CH3 3-Metil- 5 Hexen- 1-ino


Radicales alquenos-alquinos

1 CH2 = CH – C ≡ C - 3-Buten-1-inoil

1 - CH = CH – CH2 – C ≡ C – CH3 1-Hexen – 4-inoil 1 - CH = C = CH – C ≡ C – CH3 1,2-Hexadien – 4-inoil 1 - CH = C = CH - C ≡ C - C ≡ C – CH3 1,2-Octadien – 4,6-diinoil

1 CH2 = CH – CH2 – CH – C ≡ C - | CH3 3-Metil- 5 - Hexen- 1-inoil

Ejemplo: Al siguiente compuesto:

a) Dar nombre.

b) Será un alqueno-alquino?

c) Posee radicales alqueno-alquino?

CH2 = C = C = C – C ≡ C – C ≡ CH | CH2 CH3

| |

CH - (CH2)4 – C = CH – CH3

|

CH2 = C = C = C – C ≡ C – C ≡ CH

Solución

a) Dando el nombre:

1.- Buscando la cadena principal, Será la que tiene mayor número de doble enlaces:


CH2 = C = C = C – C ≡ C – C ≡ CH | CH2 CH3

| |

CH - (CH2)4 – C = CH – CH3

1 |

CH2 = C = C = C – C ≡ C – C ≡ CH

Elegida la cadena principal, la numeración empieza por la parte inferior ya que hay 2 radicales simétricos a los extremos; pero hay uno que determina el extremo por donde debe empezar la numeración.

2.- Nombres de los radicales: 1´

Hay 2 radicales iguales: – C ≡ C – C ≡ CH 1´,3´- Butadiinil

Hay 1 radical ramificado: CH3

1´´ | 6´´ 7´´

- (CH2)4 – C = CH – CH3 5´´-metil – 5´´ - Heptenil

El nombre será:

4, 7- Bis(1´,3´- Butadiinil) – 5 (5´´-metil – 5´´ - Heptenil) – 1,2,3,7,8,9 – Decahexaeno

Nota.- Sólo los carbonos de la cadena principal no llevan comillas. Los carbonos de los radicales alquilos ramificados y radicales de alquenos y alquinos, sean ramificados o no deben llevar comillas.

b) No es un alqueno-alquino porque su cadena principal no posee doble y triple enlaces

c) No posee ningún radical alqueno-alquino.

Otro ejemplo:

Conteste las mismas preguntas del caso anterior para el siguiente compuesto: C5H11 C12H25 │ │ CH3 – CH2 – CH - CH2 - CH - CH - CH = C = CH - CH3 │ CH3


Solución: Aquí vemos que 2 radicales son de cadenas largas, por tanto para nombrar al compuesto, primero deberá desdoblarse a estos radicales: CH2 – (CH2)3 – CH3 CH2 – (CH)10 – CH3 │ │ 1 CH3 – CH2 – CH - CH2 - CH - CH - CH = C = CH - CH3 │ CH3 Vemos que la cadena mas larga no es la que parecía sino la que está sombreada, con 17 carbonos y 2 dobles enlaces, empezando la numeración por el extremo inferior derecho. Nombre de la cadena larga: 2, 3 . heptadecadieno Ahora, lo que no está sombreado será un radical complejo en la posición 5 de la cadena larga: CH2 – (CH2)3 – CH3 │ 1 CH3 – CH2 – CH - CH2 - CH - │ CH3 La cadena más larga del radical complejo tiene 8 carbonos: Octil. Y, como tiene 2 subradicales: 1´-metil- 3´-etil. El nombre completo del radical complejo será:

5 - (1´-metil- 3´-etil – Octil)

El número 5 indica la posición del radical complejo en la cadena más larga del compuesto y el nombre completo de este radical va entre paréntesis y las posiciones de los subradicales con una comilla para diferenciarlo de otros radicales que no son complejos y que pertenecen a la cadena larga del compuesto. Nombre completo del compuesto:

5 (1´-metil- 3´-etil – Octil) - 2, 3 . heptadecadieno Nota: Si hubieran 2 radicales complejos, se emplearán una comilla (´) para un radical y doble comilla (´´) para el segundo radical. Si hubiera un tercero se empleará triple comilla (´´´), etc.


8.3 ALQUINOS REPRESENTATIVOS

El más conocido es el Etino o Acetileno

EL ETINO O ACETILENO

Posee fórmula global C2H2 y estructural CH≡CH, es un gas incoloro, olor etéreo cuando es puro, el gas industrial tiene olor a ajos. Se utiliza mucho en la soldadura autógena por la gran cantidad de energía calórica que libera la reacción con el oxígeno:

2 C2H2 + 5 O2 4CO2 + 2H2O + 312 Kcal/mol de calor El acetileno se produce de la reacción del Carburo de Calcio, CaC2, con agua: C ≡ C

+ 2H2O = HC ≡ CH + Ca(OH)2 Ca OBTENCIÓN DEL ACETILENO El acetileno se obtiene haciendo reaccionar Carburo de Calcio, CaC2 con agua: CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

8.4 REACCIONES QUIMICAS DE LOS ALQUINOS Son similares a las reacciones de los alquenos por ser hidrocarburos no saturados (Ver el Item 7.3)

9. HALOGENUROS DE ALQUILOS

Son hidrocarburos que contienen átomos de halógeno en su molécula: R-X

Donde: X es el halógeno (F, Cl, Br, I)

Ejemplo: En la figura, la esfera verde representa al. halógeno Cloro y su fórmula será: ClCH2 – CH3

C CHH

Molécula de Etino


¿Cómo se nombran?

Aunque no son hidrocarburos propiamente dichos, al no estar formados únicamente por hidrógeno y carbono, se consideran derivados de estos en lo referente a su nomenclatura y formulación.

Se nombran citando en primer lugar el halógeno seguido del nombre del hidrocarburo, indicando, si es necesario, la posición que ocupa el halógeno en la cadena, a sabiendas de que los dobles y triples enlaces tienen prioridad sobre el halógeno en la asignación de los números.

1-clorobutano

Si aparece el mismo halógeno repetido, se utilizan los prefijos di, tri, tetra, etc.

3,3,4-tricloro-1-buteno Cuando todos los hidrógenos de un hidrocarburo están substituidos por un halógeno

se antepone el prefijo per- al nombre del halógeno.

Percloropentano

Ejemplos

1-cloro-propano

2,3-dibromo-butano

1-bromo-2-buteno

Ejercicios

1) Desarrollar las fórmulas de los siguientes compuestos: a) 2, 4 – dimetil – 2, 6 – octadieno. b) 3 – isopropil - 5 – etil – 1 - 5 - heptadieno c) 7 – (1´, 2´- dimetil – propil) - dodecil d) 3 – metil – 4(1´- propenil) – 1,5 – octadieno e) 3 – metil – 4 – pentenil f) 2, 3, 6, 8 – tetrametil – 5 (1´, 2´, 2´- trimetil - propil) – nonano g) 4 – cloro – 2, 2, 4 – trimetil – hexano

http://usuarios.lycos.es/alonsoquevedo/formulaorganica/compostos.htm#Orde de preferencia.


h) 5 – metil – 1- 3 – hexadieno i) 6 – etenil – 4 – etil – 3 – 8 – dimetil – 7 nonen – 1 ino j) 2, 3, 12 – trimetil – 6 – (1´- metil – propil) – 9 – (1´´, 1´´- dimetil – etil) - tetradecano

2) Dar nombre a los siguientes compuestos H │ CH3 – C – CH3 │ CH2 │ CH3 – CH – CH – CH2 – CH2 – CH(CH3)2 Nombre: ……………………………………. │ CH – CH3 │ CH3 – C – CH3 │ CH3 CH2 = CH – CH – CH = CH2 │ Nombre:………………………………………. CH2 – CH2 – CH3 CH = CH – CH2 – CH3 │ CH3 – CH2 – C – CH = CH – CH3 Nombre: …………………………………………. │ CH = CH2 CH2 = CH │ CH3 – CH = CH – CH2 – CH – CH Nombre: ………………………………………… │ │ CH2 = CH CH3 CH3 - CH – CH2 – CH2 – │ Nombre: ……………………….………………….. CH2 = CH2 CH3 CH3 │ │ CH3 – C – CH – CH2 – C ≡ C – CH – C ≡ C Nombre: ………………………………… │ │ │


CH2 = CH CH2 – CH = CH2 - CH2 - CH │ CH3

CH3 │ CH3 – CH2 – C – CH3

│ CH3 – (CH2 )4 – C – (CH2)2 – CH(CH3)2 Nombre: …………………………………… │ CH2 - CH2 – C – CH3 │ CH3

10.- HIDROCARBUROS ALICICLICOS (CADENA CERRADA) Estos hidrocarburos se asemejan a los de cadena abierta con la salvedad que son cerrados. Se clasifican en Saturados y No saturados

10.1.- NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS ALICICLICOS 10.1.1 PARA LOS CICLOALCANOS (saturados)

Como prefijo se antepone la palabra ciclo seguido del nombre del alcano con igual número de carbonos. Ejemplos: Ciclo propano Ciclo Butano Ciclo pentano Ciclo Hexano


Dar nombre al compuesto: Nota: - Se conocen cicloalcanos de un número de carbonos que van desde 3 hasta 30. - Recordando lo dicho anteriormente, las figuras geométricas presentadas representan a las siguientes fórmulas estructurales: Radicales de los Cicloalcanos.- Un cicloalcano que ha perdido un hidrógeno se convierte en un radical ciclo alquilo. Ejemplos: Ciclo alcano Radical Nombre Ciclo propil Ciclo butil Ciclo pentil La rayita a la derecha de cada radical indica el enlace libre, o sea el lugar donde ha sido extraído un hidrógeno. Ejemplo: CH2 - CH Es igual a: │ │ Ciclo butil CH2 - CH2 Ejercicio: Representar las demás estructuras moleculares simplificadas en forma de radicales y dar nombres.


Importante.- Pueden presentarse radicales ramificados de cicloalcanos como el siguiente:

En este caso la numeración deberá empezar por el vértice en donde falta el hidrógeno dirigiéndose en sentido a la ramificación.

*Para nombrar un cicloalcano ramificado, primero se hará mención a la ramificación luego el nombre del cicloalcano. Ejemplos: CH3 CH3 CH3 Metil ciclo hexano 1,2-Dimetil ciclo octano En el siguiente ejemplo vemos que para un grupo de radicales alquilos tiene preferencia en la numeración de la cadena cerrada el de mayor número de carbonos:

3-metil -5-etil-1-propil-ciclohexano

Cuando se presenta una cadena alifática larga de más de 4 carbonos, la estructura cíclica actuará como un radical cíclico. Ejemplo:

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH2

1-Ciclo Butil-Hexano Ejercicio: Nombrar el siguiente compuesto:


CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH – CH2 – CH3 También éste: CH3 – CH – CH2 – CH2 - CH2 – CH – CH3 10.1.2 PARA LOS CICLOALQUENOS (no saturados)

Para nombrar a los cicloalquenos se sigue las mismas reglas que en los cicloalcanos, con la única excepción de cambiar el término ano por eno. Ejemplos:

a) Simples Ciclo propeno Ciclo buteno Ciclo penteno Ciclo Hexeno b) Ramificados 5-Metil, Ciclo -1,3-hexadieno (Observe que para numerar la cadena se tiene preferencia los doble enlaces mas cercanos, por lo que

el radical metil quedará en la posición 5, o sea en posición menor)

3,4,5-trimetil-ciclohexeno Ejercicios: dar nombre a los siguientes compuestos:


CH3 CH3 CH3

c) Radicales cicloalquenos.- Para numerar la cadena cíclica se empezará por el enlace libre. Ejemplos:

(Observe que la numeración empieza por el enlace libre y continúa por el doble enlace) Ejercicios: Dar nombre a cada compuesto: CH3 CH3 (¿hexedienil?) Nota.- Los cicloalquinos son poco conocidos, sin embargo su nomenclatura será similar a la de los cicloalquenos con la diferencia de que en lugar usar el sufijo eno se usará ino. Ejemplo: Ciclo propino

Importante.- Existen los llamados compuestos policíclicos formados por 2 ó más anillos, los que comparten 2 ó más átomos de carbono; adquiriendo formas extrañas y muchas de ellas hermosas. Ejmplos:


Cubano Canastano

11.- HIDROCARBUROS AROMATICOS Reciben este nombre muchos hidrocarburos cíclicos, debido a los olores intensos, normalmente agradables, que presentan en su mayoría..

Este tipo de compuestos bien podrían confundirse con los alicíclicos, sin embargo, se diferencian porque cumplen los siguientes requisitos: - Poseen un mínimo de 6 carbones en su fórmula. - Sus cadenas cíclicas poseen sólo dobles enlaces en forma alternada. - Que cumpla con la Regla de Huckel, o sea:

Número impar de doble enlaces: Si cumple

Número par de doble enlaces: No cumple

Ejemplos: a) b) c)

d = 3 si cumple (impar) d = 5 si cumple (impar) d = 4 no cumple (par)

Pregunta: ¿Será un compuesto aromático el siguiente?: De acuerdo a la Regla de Huckel debería ser un aromático, pero no lo es porque los enlaces dobles no están alternados Como ejercicio, determinar si es aromático o no el siguiente compuesto:


11.1.- NOMENCLATURA IUPAC DE HIDROCARBUROS AROMATICOS Recordando lo dicho anteriormente, un compuesto aromático debe poseer un mínimo de 6 carbonos en su estructura molecular cíclica, además de poseer doble enlaces alternados y cumplir con la regla de Huckel. Entonces, el compuesto mas sencillo que cumple con estas exigencias será:

Cualquiera de estas formas representan al compuesto aromático llamado según UIPAC 1, 3,

5 – Ciclo hexatrieno pero mas conocido como BENCENO de fórmula global C6H6.

EL BENCENO

Es un líquido incoloro, de olor penetrante, menos denso que el agua. Es un poderoso disolvente de grasas y aceites, caucho, azufre, etc. Se emplea como materia prima para producir derivados del benceno.

11.2 RADICALES DEL BENCENO


Fenil Bencil p-metil fenil m-metil bencil También se pueden formular otros radicales para el benceno con los conocimientos sobre radicales adquiridos. Ejemplo, el p-fenil fenil.

11.3.- DERIVADOS DEL BENCENO Son compuestos que se obtienen a partir del Benceno. La gran mayoría de ellos no son considerados hidrocarburos porque poseen en sus estructuras moleculares otros elementos diferentes al C e H.

a) Derivados bencénicos monosustituídos. Estos compuestos se forman sustituyendo un hidrogeno del anillo bencénico con un radical, algún elemento halogéno ó un grupo funcional (se estudiará más adelante).

Nomenclatura.- Para nombrar a estos compuestos, se prefiere el nombre químico común ó el nombre comercial.

FORMULA QUÍMICA NOMBRE

GLOBAL ESTRUCTURAL COMUN COMERCIAL Grupo

C6H5 – CH3

Metil Benceno Tolueno Radical

C6H5 – OH

Hidroxi Benceno Fenol Función

C6 H5 – NH2

Amino Benceno Anilina Función

C6H5 – COOH

Carboxi Benceno

Acido Benzioco Función

C6H5 – CH=CH2

Vinil Benceno Estireno Radical


C6H5 – NO2

Nitro Benceno No hay Función

C6H5 – Cl

Cloro Benceno No hay Halógeno

b) Derivados bencénicos bisustituidos

Se forman cuando se sustituyen 2 hidrógenos del anillo bencénico con otro radical, grupo funcional o elemento halogénico, ubicándose según los vértices del hexágono, en las siguientes posiciones:

El esquema significa que si tomamos como referencia el vertice 1, vemos que los vértices mas cercanos son los que tienen las letras “O” estas serán las posiciones denominadas ORTO, las posiciones “M” se denominan META y la “P” PARA. Ejemplos: Nomenclatura.- En este caso, debe tener preferencia el nombre comercial del monosustiuído representativo. Ejemplos:

O-clorofenol M-clorofenol

En el caso del o-diclorobenceno, el monosustuído es el clorobenceno y éste no tiene nombre comercial. Igual sucede con el m-clorobenceno. En el caso del o-nitroanilina tendrá mucha más importancia el nombre comercial; pero también será correcto el nombre o-nitro amino benceno, siempre dando preferencia al nombre del monosustuído representativo.

Importante.- Monosustuído representativo es el que aparece en el Compuesto Bi, Tri, …

sustituído. Ejemplo:

En el gráfico el monosustituído es el vinil benceno (o estireno) porque el radical vinil

tiene doble enlace y mayor número de carbonos.


Hay un grupo de compuestos bencénicos bisustituídos llamados XILENOS los cuales poseen doble radical Metil :

O-Xileno M-Xileno P-Xileno Hay otro grupo que poseen que poseen el radical CH3 – y el grupo funcional –OH llamados CRESOLES:

O-Cresol M-Cresol P-Cresol Y así, puede haber mas grupos de compuestos bencénicos bisustuídos incluso algunos poseen nombres característicos comerciales como los siguientes: Acido Ftálico Acido Tereftálico c) Defrivados bencénicos tri y tetrasustituidos Se debe numerar la cadena cíclica como en los ejemplos dados a continuación y cuyo estudio dejamos al estudiante dado a los conocimientos impartidos. Ejemplos:


1,2,3-Trinitro Benceno 1,2,4-Trinitro Benceno 2,4,6-Trinitro Fenol 2,4,6 –Trinitro tolueno (TNT) 3- Metil – 5 - cloro - Estireno ó 3- Metil – 5- Cloro- Vinil benceno 11.4.- DERIVADOS REPRESENTATIVOS DEL BENCENO LA ANILINA Tiene fórmula global C6H5-NH2 y de fórmula estructural simplificada:

NH2 Es un líquido aromático y aceitoso, incoloro, se utiliza en la fabricación de pinturas y explosivos. EL FENOL Tiene fórmula global C6H5 - OH, y de fórmula estructural simplificada:


OH Es un sólido cristalino incoloro, muy soluble en agua y en alcohol, es un poco ácido por eso se le conoce también como Ácido Fénico. Se utiliza como materia prima en la fabricación de la Bakelita y, por ser un tipo de plástico, se usa como tal. Esta es un derivado bencénico de fórmula: CH2OH OH Bakelita EL NAFTALENO Tiene fórmula global C10H8 y de fórmula estructural simplificada: Llamado comercialmente como Naftalina, es un sólido blanco que se sublimiza al medio ambiente desprendiendo un olor agradable y característico. Se vende en el comercio en forma de bolitas para combatir la polilla de la ropa. EL ANTRACENO Tiene fórmula global C14H10 y de fórmula estructural simplificada:

Es un sólido incoloro, insoluble en agua. Es materia prima para la producción de Antroquinona la que se usa en la fabricación de pinturas.

EL FENANTRENO


11.5.- OBTENCION DE ALGUNOS AROMATICOS

Muchos aromáticos se obtienen por reacciones de Síntesis, como los que se muestran en los siguientes ejemplos:

A) Síntesis del Benceno.- El Benceno se puede obtener por deshidrogenación del Ciclohexano a 350º C utilizando como catalizador el Platino.

B) Síntesis del O-dimetilbenceno (2da ecuación química dada) C) Síntesis del Naftaleno.- (3ra ecuación química dada)

CAPITULO III

Química Orgánica Ing. Julio Asto Liñán 64

COMPUESTOS ORGANICOS CON GRUPOS FUNCIONALES OXIGENADOS Y NITROGENADOS

Son compuestos orgánicos que, en su estructura molecular, poseen grupos de átomos característicos llamados “grupos funcionales”, formando familias de compuestos con propiedades semejantes llamadas “funciones”. 1.- CLASIFICACION

Los funciones oxigenadas poseen en sus grupos funcionales el elemento oxígeno y las nitrogenadas, nitrógeno.

2.- LOS ALCOHOLES Su estructura es similar a la de los hidrocarburos, en los que se substituye uno o más átomos de hidrógeno por grupos "hidroxilo", -OH.

1.- Clasificación de los alcoholes a). - Según sea el número de - OH presentes en la

molécula, unido cada uno a distintos átomos de carbono, los alcoholes se clasifican en: monoles, dioles, trioles, etc. Ejemplos:

CH3 – CH2 OH CH2OH – CH2OH CH2OH – CHOH – CH2OH Será un monol Será un diol Será un triol

COMPUESTOS OXIGENADOS

FUNCIONES O FAMILIAS

GRUPO FUNCIONAL

Alcoholes Aldehídos Cetonas Ácidos Éteres Esteres

- OH - CHO - CO -

- COOH - O -

- COO-

COMPUESTOS NITROGENADOS

FUNCIONES O FAMILIAS

GRUPO FUNCIONAL

Aminas Amidas

Primarias: -NH2

Secundarias: -NH-

Terciarias: - N –

│

COMPUESTOS ORGANICOS

CON GRUPOS FUNCIONALES

OXIGENADOS Y

NITROGENADOS


b).- Según que el grupo funcional OH- esté unido a un carbón primario, secundario o terciario, los alcoholes serán, primarios, secundarios y, terciarios. Ejemplos: CH3 - CH2OH CH3 – CHOH – CH3 CH3 – COH – CH3 | A. primario A. Secundario CH3

A. Terciario c).- De acuerdo al tipo de cadena, los alcoholes se clasifican en.

De cadena abierta - Saturados.- Sólo poseen enlaces simples. Ej. CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2OH

- No saturados.- Poseen dobles y/o triple enlaces: Ej.

CH2OH – C C – CH3 De cadena cerrada - Alicíclicos OH

OH OH OH - Aromáticos CH2OH OH Alcohol Bencílico Fenol

2.- Nomenclatura IUPAC de los alcoholes

1).- Cuando la cadena es lineal, no ramificada y tiene un solo -OH, el nombre del alcohol hace uso de la raíz que indicará el número de carbonos seguido del sufijo ol.

FORMULA NOMBRE

CH3 OH CH3 – CH2 OH CH3 – CH2 – CH2OH CH3 –CHOH – CH3 CH3 – CH2 – CH2 –CH2OH CH3 – CHOH – CH2 –CH3

Metanol Etanol 1-Propanol 2-Propanol 1-Butanol 2 – Butanol

2.- Se enumera la cadena más larga empezando por el extremo más cercano al –OH y la cadena principal debe contener la máxima cantidad de grupos –OH.


Ejemplos: CH3 –CHOH – CH3 CH3 – CHOH – CH2 –CH3 2-Propanol 2 – Butanol (Pregunta: ¿Existirá el 3-Butanol?) 1 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH – CH3 5 – Metil – 2 - Hexanol

CH3 OH 3.-. Si la cadena principal contiene 2 ó más grupos –OH, la terminación ol se cambia por diol, triol, tetraol, pentaol, etc. Según sean 2, 3, 4, 5, etc los OH presentes: Ejemplos. OH

CH3 – CH – CH2 – CH2

OH 1,3-Butanodiol

- Siempre se elige la cadena con más OH

OH OH

CH3 – C - CH2 – CH2 - CH – CH2 2 – Etil – 5 Metil – 1,5 - Hexanodiol

CH3 CH2 – CH3

En este ejemplo la cadena principal tiene 6 carbonos y la más larga 7. 4.- Si existen dobles y triples enlaces, entonces para la numeración de la cadena deberá preferirse el grupo –OH siguiendo el sentido de los enlaces mencionados. Ejemplos CH3 – CH - CH – CH – CH2 - CH = CH2 4-Metil-6-Hepten-2-3-Diol

OH OH CH3

C H CH - CH – CH2 OH 2- Propil-3 butin- 1 ol

CH2 - CH2 – CH3


5.- En los alcoholes cíclicos la posición del OH corresponde al No. 1 de los carbonos: OH OH 3 - Ciclo Hexenol 2 – Ciclo Butenol

3.- PRINCIPALES ALCOHOLES A.- El metanol. Llamado también alcohol metílico, espíritu de madera o carbinol. Es un líquido incoloro y aromático, menos denso que el agua (d = 0,8) y hierve a 66 ºC a 1 atm. Es muy soluble en agua. Es venenoso atacando al nervio óptico de quien lo consume produciendo ceguera. Es disolvente de grasas y resinas. Obtención En el laboratorio se sintetiza con las reacciones 1) CH3Cl + KOH = CH3OH + KCl (A elevadas temperaturas) 2) CO + 2H2 = CH3OH y CO2 + 3H2 = CH3OH + H2 En la industria se obtiene por destilación seca de la Madera Gases: Gas de madera, H2, CH4, CO y, CO2 Productos de la destilación seca de Líquidos: Xilol, Tolueno, Ac. Acético, Acetona, METANOL la madera

Sólidos: Carbón de madera

B.- El Etanol Llamado también alcohol etílico, espíritu de vino, alcohol de vino, o simplemente alcohol ordinario. Es de olor agradable, muy volátil, de sabor ardiente, muy soluble en agua y disolvente de muchas sustancias orgánicas. Es muy usado para fabricar licores, como desinfectante en la medicina, en perfumería, etc. Obtención Se obtiene por fermentación de líquidos azucarados: C6H12O6 + Fermento = 2 CH3-CH2OH + 2CO2 Tipos de Alcohol - Alcohol Absoluto.- Es 100% puro, muy higroscópico y se obtiene por sucesivas deshidrataciones. - Alcohol de 40 grados.- Corresponde a

Alcohol etílico en las bebidas, % Agua gaseosa Cerveza Cachina Vino

0,5 4-5 7 15

Vermouth Ron Pisco Aguardiente

18 54 46 48


la graduación francesa Cartier (la que da como lectura: 40 º) equivale 95 % en peso de alcohol etílico y 5 % de agua. - Alcohol desnaturalizado.- Es el famoso ron de quemar. Contiene sustancias tóxicas como: metanol, acetona, colorantes, etc. - Alcohol de motor.- Es una mezcla de alcohol con gasolina. Es un sustituto de la gasolina.

3.- LOS ALDEHIDOS Un aldehído se representa en forma general como: O ║ R – C - H Caracterizado por el grupo funcional formilo o comunmente llamado grupo cho: O ║ – C - H Los aldehidos se nombran en forma similar a los alcoholes, con la única diferencia de cambiar el sufijo ol por al, tal y como se pueden ver en los siguientes ejemplos: H – CHO CH3 – CHO CH3 – CH2 – CHO Metanal Etanal Propanal Nota: Observe que para que exista el grupo cho, es necesario que el carbono tenga disponible 3 enlaces para compartirlo con 1 hidrógeno y con un oxígeno. Esto quiere decir que sólo los carbonos primarios (aquellos que están unidos a otro carbono) con 3 hidrógenos pueden formar el grupo cho. O sea: - CH3 se puede convertir en - CHO - CH2 – no se convertirá en - CHO Otros ejemplos: (recuerde la nomenclatura de los alcoholes) CH3

CH3 – CH – CH2 – CHO CH2 = CH - CHO 3 - Metil Butanal Propenal


CH3 - C = CH – (CH2) 2 - C = CH – CHO 3,7-Dimetil-2,6-Octadienal

CH3 CH3 Cl

Cl – C - CHO Tricloro Etanal CH = CH - CHO

Cl 3-Fenil- 2-Propenal

CHO Cl CHO Benzaldehído p-Cloro Benzaldehído Ejercicio: Dar nombre al siguiente compuesto: CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH – CH - CH3

CHO CH3 CH3

PRINCIPAL ALDEHIDO EL METANAL Llamado también forma-aldehida o aldehida metálica. Es un gas incoloro, inflamable, de olor muy fuerte e irritante a las mucosas. Es muy soluble en agua y una solución al 40 % se vende con el nombre de formol y tiene la propiedad de coagular las albúminas evitando su descomposición. Se usa como desinfectante, antiséptico y para la conservación de piezas anatómicas. En medicina se usa para combatir las infecciones urinarias. Se obtiene por medio de la oxidación del metanol empleando como catalizador: Cu, Pt o coque.

CH3OH + O Cu HCHO + H2O

OBTENCION DE ALDEHIDOS 1.- Por oxidación de alcoholes primarios con oxidantes fuertes en medio ácido:

CH3 – CH2OH K

2Cr

2O

7 CH3 – CHO

2.- Por oxidación de algunos aromáticos:


Cl CH3 Cl2, Luz, CaCO3, H2O Cl CHO p-cloro benzaldehído NO2 CH3 CrO2, H2SO4, H2O NO2 CHO

4- LAS CETONAS

Las cetonas se caracterizan por poseer el grupo funcional carbonilo : O ║ - C - y de forma general: O ║ R - C - R´ En donde R y R` representan a radicales iguales o diferentes

Nota: Sólo un carbón secundario con 2 hidrógenos podrá formar el grupo funcional carbonilo. Dicho de otra manera: - CH3 se puede convertir en - CHO (aldehido) - CH2 – se convertirá en - CO - (cetona) Las cetonas se nombran en forma similar a los alcoholes, con la única diferencia de cambiar el sufijo ol por ona, tal y como se pueden ver en los siguientes ejemplos: O ║ CH3 – C – CH3 Propanona (Observe que no podrían existir la etanona ni la metanona ¿porqué?) CH3 – CO – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CO – CH – CH2 – CH3

Butanona CH3

4 – Metil –3 –Hexanona

Nota: El Grupo funcional Carbonilo también se suele

representar como – CO- y algunas veces como = CO


Importante: Cuando se tiene dificultad en la nomenclatura de las cetonas, hay una forma simple de nombrarlas o NOMENCLATURA COMUN, nombrando primero el radical mayor y luego el menor. Ejemplos: CH3 – CO – CH3 CH3 – CO – CH2 – CH3 - CO – CH3 Dimetil cetona Etil Metil Cetona (Propanona) ( 2 Butanona) Fenil Metil Cetona

Otro ejemplo: CH3

= O CH3 2,5-Dimetil Ciclo hexanona (El vértice donde se encuentra el oxígeno del grupo carbonilo tendrá el No. 1 de los carbonos cíclicos). Cuando existen 2 ó más grupos =CO, se emplearán los sufijos diona, triona, tetraona, etc. Ejemplos: CH3 – CO – CO – CH3 Butadiona CH3 – CO – CO – CO - CH3 Pentatriona Ciclopropadiona O = = O O = = O Ciclo 1,2, 4- Pentatriona O =

OBTENCION DE CETONAS La oxidación controlada de un alcohol secundario da como resultado una Cetona. CH3 - CHOH - CH3 + [O] CH3 - CO - CH3 + H2O


4.- LOS ACIDOS Los ácidos orgánicos son compuestos que presentan el grupo funcional carboxilo de allí que también se les conoce con el nombre de Ácidos Carboxílicos: O ║ - C – OH Grupo carboxilo Y tienen la forma general: O ║ R - C – OH ó también R – COOH Sólo se podrá convertir un – CH3 en el grupo carboxilo - COOH. Para nombrar a los ácidos, se debe tener en cuenta que se usan las mismas raíces de los hidrocarburos terminado en el sufijo oico atendiendo a la siguiente clasificación: Saturados Monocarboxílicos No saturados Acidos Saturados Dicarboxílicos No saturados 1.- Acidos Monocarboxílicos, son los que poseen un grupo –COOH en su estructura molecular. Serán saturados cuando solo presentan enlaces simples. Serán no saturados cuando presentan dobles y hasta triple enlaces. ACIDO MONOCARBOXILICO SATURADO NOMBRE IUPAC NOMBRE COMUN H – COOH Metanoico Fórmico CH3 – COOH Etanoico Acético CH3 – CH2 – COOH Propanoico Propiónico CH3 – CH2 –CH2 – COOH Butanoico Butírico Etc.


ACIDO MONOCARBOXILICO NO SATURADO NOMBRE IUPAC NOMBRE COMUN CH3 – CH = CH – (CH)4 – COOH 6- Octenoico ---- CH3 - CH = CH – CH2 – CH = CH – COOH 2,5- Heptadienoico ----

2.- Acidos Dicarboxílicos, son los que poseen dos grupos –COOH en su estructura molecular. Se usará el sufijo dioico. Serán saturados cuando solo presentan enlaces simples. Serán no saturados cuando presentan dobles y hasta triple enlaces. ACIDO DICARBOXILICO SATURADO NOMBRE IUPAC HOOC – COOH Etandioico HOOC - CH2 – COOH Propanioico Etc.

ACIDO DICARBOXILICO NO SATURADO NOMBRE IUPAC

HOOC – CH = CH – COOH Butendioico HOOC – CH = CH – CH2 - COOH 2- Pentendioico HOOC – CH = CH – CH - COOH 4-Etil-2-Pentendioico

C2H5 Importante.- - Existen 2 tipos de ácidos que también se debe tener en cuenta, sin embargo son poco usuales: Acidos Mixtos y Acidos Aromáticos. * Acidos Mixtos.- o sea los que contienen en su estructura diferentes grupos funcionales, incluyendo el carboxilo: CH3 – CHOH – COOH será un ácido- alcohol llamado 2- Hidroxipropanoico. CH3 – CO – COOH será un ácido-cetona llamado Oxopropanoico. CH3 – CO – CO – COOH será un ácido doble cetona llamado Dioxo Butanoico Cómo se llama? : CH3 – CO – CH = CH – COOH

* Acidos Aromáticos.- Son los que contienen anillos bencénicos en su estructura molecular: - CH = CH – COOH

3- Fenil- 2- Propenoico ( Acido Cinámico) - COOH Acido Benzoico COOH - - COOH Acido p-benzodioico


Propiedades de los ácidos carboxílicos - Los que poseen pocos carbonos en sus estructuras moleculares tienden a solubilizarse en el agua, mientras que los ácidos superiores son insolubles. - Los ácidos con número impar de carbonos tienden a ser más solubles en agua que los con número par. - Comparados con los ácidos grasos, los carboxílicos se comportan como

electrolitos mas fuertes por presentar mayor disociación. - Todos los ácidos carboxílicos son sólidos.

OBTENCION DE ACIDOS ORGANICOS. La forma más práctica para obtener ácidos orgánicos es empleando un oxidante poderoso como el Dicromato de Potasio, K2Cr2O7 , en medio ácido (H2SO4). CH3 - CH2OH + K2Cr2O7 + H2SO4 CH3 - COOH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Alcohol Etílico Acido Acético

SALES Las sales orgánicas son sustancias químicas que resultan de la combinación entre un ácido orgánico y una base inorgánica.

ACIDO ORGANICO + BASE INORGANICA = SAL ORGANICA + AGUA Ejemplo: CH3 - COOH + NaOH = CH3 COO Na + H2 O Agua Nota.- Las bases que reaccionan con los ácidos orgánicos son aquellas que poseen elementos alcalinos y alcalino-térreos: NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, etc.

Importante.- Las sales orgánicas se diferencian de los ésteres porque son sustancias que en solución acuosa se comportan como conductoras de la corriente eléctrica (electrolitos fuertes), mientras que los esteres no conducen la corriente (no electrolitos).

Nomenclatura La sales orgánicas se nombran en forma similar a los ésteres, sólo que en lugar de nombrar al radical, que no lo tiene, se nombrará al elemento metálico. Ejemplo: CH3 COO Na Etanoato de Sodio o Acetato de Sodio


CH3 -CH2 -COO K Propanoato de Potasio o Propionato de Potasio COO Ca Etanodioato de Calcio u Oxalato de Calcio COO COO Ba Fenil Metanoato de Bario ó Benzoato de Bario

2 CH3 - CH2 - CH - CH - COO K 2-Metil-3-Cloro-Pentanoato de Potasio

Cl CH3 COO Na O-Cloro Benzoato de Sodio Cl COO K Ciclo butil Metanoato de Potasio Ciclo butil Formiato de Potasio LOS JABONES Cuando hablamos de sales orgánicas, tienen gran importancia una serie de productos industriales como los jabones. Estos productos hacen uso de ácidos orgánicos de cadenas largas como los que mencionamos: ACIDO ORGANICO ANION __ NOMBRE CH3. CHOH - COOH Láctico CH3 . CHOH - COO- Lactato C15H31COOH Palmítico C15H31COO- Palmitato C17H35COOH Esteárico C17H35COO- Estearato C17H33COOH Oleico C17H33COO- Oleato C16H33COOH Margárico C16H33COO- Margarato Principales jabones (Sales orgánicas): Formular como ejercicio de casa: Estearato de Sodio, Oleato de Sodio, Oleato de Potasio, Palmitato de Potasio. Ejemplo:

C16H33COOH + NaOH = C16H33COONa + H2O Jabón Margarato de Sodio


5.- LOS ESTERES Un ester resulta de la combinación entre un ácido y un alcohol. A esta reacción se le conoce como Reacción de Esterificación:

ACIDO + ALCOHOL = ESTER + AGUA Ejemplo: CH3 - COO H + CH3OH = CH3 - COO-CH3 + H2O Agua

Importante.- Teóricamente un ester está formado por el anión de un acido orgánico y un radical cualquiera:

ESTER = ANION DE ACIDO ORGANICO-RADICAL

Se sabe que todo ácido esta formado por aniones y cationes. Siempre los cationes deben ser protones (o iones H+), de lo contrario no serían ácidos. Ejemplos: ACIDO ANION No. CATIONES HCOOH (Metanoico) HCOO- 1 H+ CH3-COOH (Etanoico) CH3-COO- 1 H+ HOOC - COOH (Etanodioico) -OOC-COO- 2 H+

COOH COO- (Benzoico) 1 H+ Ahora, el radical puede ser cualquiera de los ya conocidos: Metil, Etil, Propil, ciclo propil, fenil, etc. Ejemplo: Formulamos el siguiente ester: Radical COO Anión de ácido

Nomenclatura Se nombra primero al anión del ácido haciendo terminar en ato, seguido del nombre del radical terminado en ilo. Ejemplos: CH3 - COO-CH3 Etanoato de Metilo CH3 - CH2 - COO - C2H5 Propanoato de Etilo


COO Benzoato de Ciclobutilo COO Benzoato de fenilo COO CH3 M-Cloro Benzoato de Metilo Cl CH3 - CH2 - CH - CH - COO 2-Metil-3-Bromo-Pentanoato de Ciclopropilo

Br CH3 Nota: Como se dará cuenta el lector, el ácido Fenil Metanoico (nombre IUPAC) más conocido como Acido Benzoico (nombre comercial o común) hace uso de este último nombre para nombrar a sus ésteres. De igual manera los demás ácidos también usarán sus nombres comerciales para nombrar sus respectivos ésteres: Nombre IUPAC Nombre Comercial Nombre de ester Metanoico Fórmico Formiato Etanoico Acético Acetato Propanoico Propiónico Propionato Butanoico Butírico Butirato Etanodioico Oxálico Oxalato Etc. Ejemplo: CH3 - COO C2H5 Acetato de Etilo

ACIDOS GRASOS Son ácidos carboxílicos de cadena carbonada abierta lineal formadores de grasas. Grasa.- Es el producto de la reacción entre un ácido graso y la Glicerina, glicerol ó propanotriol. O lo que es lo mismo, una GRASA es el producto de una esterificación; por lo tanto es un ESTER.


Acido graso + Glicerol = Grasa R – COO-CH2 │ R – COOH + CH2OH – CHOH- CH2OH = R – COO-CH │ Acido graso Glicerol R – COO-CH2 Grasa Los ácidos grasos pueden ser saturados y no saturados. Desde el punto de vista químico, la estructura de un ácido graso, es el de una cadena dispuesta en zig-zag con un enlace carbono-carbono de 109º.

C CC CC CC C

CC CC CC CC C

COOHH2 H2H2 H2H2 H2H2 H2

H2H3 H2H2 H2H2 H2H2 H2 Los ácidos grasos saturados más importantes son el palmítico y el esteárico. El no saturado más importante es el oleico.

Nombre Fórmula Carbonos Existencia

SATURADOS Butírico Caproico Caprílico Caprico Láurico Mirístico Araquídico NO SATURADOS Palmitoleico Oleico Linoleico Araquidónico

C3H7COOH C5H11COOH C7H15COOH C9H19COOH C11H23COOH C13H27COOH C19H39COOH C15H29COOH C17H33COOH C17H39COOH C19H31COOH

4 6 8 10 12 14 20

16 18 18 20

Mantequilla Mantequilla Aceite de coco Aceite de oliva Aceite de coco Aceite de mirística ----- Mantequilla Aceite de oliva Aceite de linaza Lecitina

La Margarina es un ester (grasa), llamado Margarato de Glicerina y cuya fórmula es: [C16H33COO]3C3H5 C16H33 COO-CH2 │ 3 C16H33 COOH + CH2OH – CHOH- CH2OH = C16H33 COO-CH │ C16H33 COO-CH2 Margarina


6.- LOS ETERES La estructura de un eter nos hace recordar la del agua:

H - O - H R - O - R` Agua Eter Entonces la molécula de un eter está formada por un átomo de Oxígeno y 2 Radicales cualquiera. Ejemplo:

CH3 - O - C2H5 La molécula de este eter está formada por un átomo de oxígeno y los radicales metil y etil. NOMENCLATURA Se nombra primero al radical de mayor número de carbonos luego al menor haciendo terminar en eter. Ejemplos: CH3 - O - C2H5 Etil-Metil Eter C2H5 - O - C2H5 Dietil Eter C2H5 - O - Ciclo butil-Etil Eter O Difenil Eter Cl M-Cloro Fenil- Ciclohexil Eter O El eter mas conocido es el Dietil Eter, usado como anestésico externo en medicina y como disolvente de grasas, aceites, resinas y alcaloides. Es un líquido incoloro, muy volatil e inflamable, hierve a 34 oC, no se disuelve en agua..


OBTENCION DE ETERES En el laboratorio un eter se obtiene por deshidratación de los alcoholes. El agente deshidratante recomendado es el H2SO4 a 140 oC. CH3 - CH2 CH3 - CH2 H2SO4 O + H2O CH3 - CH2 O 140 oC CH3 - CH2 Etanol Dietil Eter

7- LAS AMINAS

La estructura de una amina, nos hace recordar la del Amoniaco: H - N - H R - N - R`

H R`` Amoniaco Amina Es importante acotar que en una amina no necesariamente debe poseer los 3 radicales, puede también tener uno sólo ó dos; en tales casos completará sus enlaces con hidrógenos. De acuerdo a esto, se tendrá: - Amina primaria, cuando posee 1 radical. - Amina secundaria, cuando posee 2 radicales. - Amina terciaria, cuando posee 3 radicales. Ejemplos: CH3 - NH2 CH3 - CH2 - NH - CH3 CH3 - N - CH3

Amina Primaria Amina Secundaria C2H5 Amina Terciaria NOMENCLATURA 1.- Las aminas primarias se nombran haciendo mención primero el radical y luego el término amina. Ejemplos: CH3 - NH2 Metil Amina CH3 - CH2 - NH2 Etil Amina NH2 Ciclo butil Amina NH2 Fenil Amina

OH

H


Cl NH2 P-Cloro Fenil Amina CH3 - CH - CH2 - NH2

Cl 2-Cloro Propil Amina 2.- Las aminas secundarias presentan 2 casos:

a) Cuando los 2 radicales son iguales, se antepone el prefijo di. Ejemplos: (CH3)2 NH Dimetil Amina NH Difenil Amina NH Diciclobutil amina b) Cuando los radicales son diferentes, al radical con menor número de carbonos se le antepone la letra N, luego se nombra el radical de mayor número de carbonos, terminando en la palabra Amina. Ejemplos: CH3 - CH2 - NH - CH3 N-Metil - Etil amina NH N-Ciclopentil -Fenil amina 3.- Las aminas terciarias se nombran de igual forma que las secundarias. Ejemplos: Triciclo butil amina N

(CH3)3N Trimetil Amina CH3 - CH2 - N - CH2 - CH2 - CH3 (Caso b de Aminas Secundarias)

N-Etil- N-Metil Propil amina CH3


Importante.- Existen sutancias poliaminas con moléculas que poseen 2 ó más grupos aminas. En tal caso, deberá numerarse la cadena carbonada. Ejemplos. CH3 - CH - CH2

1,2- Propano diamina NH2 NH2 CH3 - CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH - CH3 2,4,6-Octano triamina

NH2 NH2 NH2

Las aminas mas conocidas son: la Metil amina y la Trimetil amina ambos son gases y se producen como consecuencia de la putrefacción de las proteínas (carnes). La Metil amina se usa en la preparación de explosivos plàsticos, reveladores fotográficos, colorantes, etc. La Trimetil amina se produce especialmente de la descomposición de la carne de pescado lo que le dá el olor característico a pescado podrido, produciendo intoxicaciones a la persona que lo consume alterando el funcionamiento del hígado. OBTENCION DE AMINAS

Para obtener aminas se recomienda hacer reaccionar un halogenuro con Amoniaco. CH3 - Cl + H NH2 CH3 - NH2 + HCl Clorometano Amoniaco Metil Amina

8.- LAS AMIDAS Las amidas en general son sustancias sólidas de olor parecido a la orina del ratón. Son solubles en agua pero esta propiedad decrece al aumentar la cadena carbonada

Al igual que en la aminas, las amidas tienen una estructura semejante al Amoniaco en la que parte o todos los hidrógenos son sustituídos por un grupo llamado "acilo" el que se deriva de un ácido. Ejemplo: CH3 - COOH Se le extrae el OH y quedará el grupo acilo: CH3 - CO - En forma general, para cualquier ácido el grupo acilo será:


R - CO - En donde R será cualquier radical.

También habrán amidas primarias, secundarias y terciarias según el número de hidrógenos sustituídos del Amoniaco, tal y como se vió en las Aminas. La nomenclatura es idéntica a la de las aminas, sólo que en lugar de terminar en amina se hará terminar en amida. Algunos ejemplos. H-CO-NH2 Metanamida ó Formiamida CH3 - CO-NH2 Etanamida ó Acetamida CH3 - CO-NH Diacetamida CH3 - CO 4 3 2 1 CH3 - CH - CH2 - CO - NH- CH3

Br N-Metil - 3-Bromo Butanoamida CH3

CH3 - C - CH2 - CO - N - C2H5

CH3 CH3 N-Etil-N-Metil-3,3-Dimetil Butano amida OBTENCION DE AMIDAS

Una Amida se obtiene haciendo reaccionar un Cloruro de Acilo con Amoniaco: CH3 - COCl + 2NH3 2CH3 - CO-NH2 + NH4Cl

Cloruro de Acetilo Acetamida Ejercicios: Formular : a) N-Metil-2-Ciclobutil Pentanoamida b) 1,5- Pentanoamida c) O-Cloro Benzoamida d) N-Cloro Benzoamida

CAPITULO IV


PRINCIPALES PRODUCTOS ORGANICOS 1.- EL PETROLEO Y SUS DERIVADOS El petróleo crudo es un producto natural que se encuentra en el subsuelo en donde se supone ha permanecido por millones de años producto de la descomposición de materia orgánica vegetal y animal, la que quedó enterrada como consecuencia de los cataclismos que sufrió la corteza terrestre. Las altas temperaturas, presiones, humedad y microorganismos son los responsables de la descomposición de la materia orgánica que dio origen al petróleo. El petróleo es una mezcla de hidrocarburos líquidos disueltos como alcanos, lineales y ramificados, de hasta C40, acompañados de cierta cantidad de cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos.

A.- PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETROLEO Como ya se dijo anteriormente, el petróleo crudo no debe ser empleado como combustible porque deterioraría todo tipo de quemadores, más aún si se trata de motores de combustión interna. Es por ello que el crudo es sometido a un proceso de separación llamado DESTILACION FRACCIONADA en una torre o columna de destilación como la que se muestra en la figura.

Destilación del petróleo crudo

Cantidad (%Volumen)

Punto de ebullición (0C)

Atomos de

carbono Productos

1-2 <30 1-4 Gas natural, metano, propano, butano,

gas licuado

15-30 30-200 4-12 Eter de petróleo (C5,6), ligroína (C7),

nafta, gasolina cruda

5-20 200-300 12-15 Queroseno

10-40 300-400 15-25 Gas-oil, Fuel-oil, aceites lubricantes,

ceras, asfaltos

8-69 >400 >25 Aceite residual, parafinas, brea

HORNO

GAS NATURAL

GASOLINAKEROSENE

TURBO

PETROLEO

DESTILACION DEL PETROLEO


B.- DERIVADOS DE PETROLEO EN EL PERU Si bien es cierto que se pueden obtener hasta 8 productos diferentes de derivados de petróleo, en el Perú sólo se producen 5 de ellos:

a) Gas Licuado.- Se usa como gas doméstico y debido a su escasez y alto costo de producción, no es conveniente promover su uso en vehículos.

c) Gasolinas.- Son empleadas únicamente para motores de combustión interna. Se produce gasolina de 84 y 95 octanos, para la costa y sierra. Anteriormente se fabricaba de 82 octanos para la selva, aunque en la actualidad también se produce gasolinas de 97 octanos. Toda la producción de gasolinas se destina al parque automotor nacional, siendo éste el principal consumidor de esta fuente de energía. La gasolina es una mezcla de hidrocarburos donde el número de átomos de carbono de la cadena se encuentra entre 5 y 10, por tal motivo su punto de ebullición oscila entre 40 y 180 ºC. La gasolina se utiliza para poner en funcionamiento los motores de combustión interna produciendo CO2 y H2O. En los cilindros del motor se tiene una mezcla de la gasolina (vapor) y aire, de tal manera que dicha mezcla arde violentamente (casi explosiva). La expansión de los productos gaseosos, debido a la elevada temperatura, mueve el pistón y por consiguiente se realiza el trabajo de tracción. Tener en cuenta que cuanto más comprimida se encuentre la mezcla (en el momento de la ignición), mayor será el rendimiento del motor. Pero sucede que si la compresión es muy elevada, entonces la mezcla quema con mayor rapidez y eso origina una violenta sacudida contra el émbolo, entonces decimos que el motor “detona” o “martillea” debido a que produce un chasquido metálico.

Calidad de una gasolina Técnicamente hablando se dice que mientras la gasolina sea de mayor

calidad ese chasquido disminuye. La calidad de una gasolina se valora en términos de octanaje o índice de octanaje.

- Si una gasolina está formada por 100 % de n-heptano poseerá un octanaje de 0.

- Si una gasolina está formada por 100 % de iso-octano poseerá un octanaje de 100.

- Si una gasolina está formada por 20 % de n-heptano y 80 % de iso-octano, poseerá un octanaje de 80.

Lo que quiere decir que el índice de octanaje lo da el % de iso-octano. Nota.- Es necesario hacer presente que al referirnos al iso-octano nos estamos refiriendo al compuesto 2, 2, 4 – trimetil pentano (o neo – iso – octano). El verdadero iso-octano no existe en la gasolina. Este error de nombre viene de hace muchísimos años.


La gasolina que se obtiene en forma directa del petróleo se llama “gasolina natural” y tiene un octanaje entre 20 y 70, este octanaje no sirve para ser empleado en los motores de combustión interna por lo que debe ser aumentado de diversas maneras como: Empleo de antidetonantes El carácter detonante de una gasolina es eliminado completamente con el agregado de compuestos antidetonantes como el Plomo Tetraetílico (C2H5)4Pb o el Plomo Tetrametílico, (CH3)4Pb en una cantidad aproximada de 0,7 mL/L de gasolina. En la actualidad existen en el mercado compuestos sintéticos antidetonantes que no contaminan el ambiente (antidetonantes ecológicos) como el Di-t-butil eter (DTBE) o el Metil-t.butil eter (MTBE)

d) Kerosenes.- Se emplean mayormente en quemadores de cocinas domésticas e industriales. Anteriormente existían 2 tipos de kerosenes diferenciándose sólo por la presencia de colorante en el Kerosene doméstico. A partir de 1 990 el gobierno peruano, al eliminar los subsidios, sólo existe un solo tipo de kerosene. Es de color amarillento y es catalogado como un aceite ligero. Este derivado del petróleo es recuperado del petróleo crudo por destilación. Su porcentaje de pureza varía de crudo en crudo.

Propiedades de los kerosenes:


Sus propiedades difieren según la zona substancialmente en composición, sulfuro, cicloparafinas, y contenido aromático.

- Es un hidrocarburo líquido oleaginoso inflamable. - Su color varía de incoloro a negro. - Es una mezcla compleja de cientos de compuestos diferentes, la mayoría

de estos son los hidrocarburos compuestos que contienen átomos de carbono e hidrógeno, formando moléculas de hasta 50 átomos de carbono las cuales presentan pequeñas cantidades de azufre, nitrógeno, oxígeno y metales pesados, los cuales no se encuentran en estado libre sino formando parte de las moléculas de los hidrocarburos.

- La masa molecular del kerosene es de aproximadamente 170 g/mol. - La composición aproximada se mueve en el rango de C12-C16, hirviendo

normalmente entre los 150°C y los 235-315°C. - La composición media del kerosene que haya de utilizarse como aceite

combustible es la siguiente: Carbono: 84% Hidrógeno: 16% Azufre no debe exceder de 0,125% Su potencia calorífica varía de 11 000 a 11 700 Kcal/Kg. - Algunas características más generales físicas y químicas del kerosene son las siguientes: a.- Presenta un olor característico, b.- Insoluble en agua, c.- Densidad: 0,80 g/cm3, d.- Ph: no existe información, e.- Densidad de vapor: 4,5 g/cm3, f.- Presión de vapor: 0,5mm de Hg a 20°C,y g.- Punto de Congelación: -18°C

e) Combustible Turbo.- Se destina principalmente a motores de aviación.

Son de 80, 91-93 y 100-130 octanos.

f) Petróleos Residuales.- Se trata de hidrocarburos que tienen un total de 13 a 25 átomos de carbono, por consiguiente su temperatura de ebulliciones encuentra entre 250 y 400 ºC. Son derivados del petróleo empleados como combustibles en forma muy variada. Se clasifican de acuerdo a su uso: - Residual No. 1.- Ideal para quemadores del tipo vaporizadores (calderas) y motores Diesel. - Residual No. 2.- Se usan exclusivamente en motores Diesel modernos y como combustible en comedores del Ejercito. - Residual No. 4.- Se emplea cuando los quemadores no poseen medios de precalentamiento. Este residual fue usado en los motores Diesel del Ejército norteamericano en la 1ra. y 2da. Guerra Mundial. En la actualidad prácticamente no hay producción de este residual.

- Residual No. 5.- Cuando los quemadores no tienen medio de precalentamiento. No es apto para motores de combustión interna.


- Residual No. 6.- Cuando los quemadores tienen medios de precalentamiento y toberas grandes para utilizar este combustible de alta viscosidad. No es apto para motores de combustión interna. A los residuales Nos. 1, 2 y 4 también se les llama "Petrodiesel No. 1, 2 ó 4"; y a los residuales 5 y 6 como "Petróleo Industrial No. 5 ó 6". Estos últimos residuales todavía conservan en algunos lugares su antigua denominación dada por la Marina de Guerra de los Estados Unidos "Petróleos Bunker 5 ó Bunker 6".

C.- OTRAS FORMAS DE OBTENCION DE LOS DERIVADOS DE PETROLEO

La creciente demanda de gasolina hace insuficiente la obtenida por destilación fraccionada del petróleo. Ha sido necesario idear otros procedimientos para convertir los hidrocarburos de cadena larga, con pocas aplicaciones, en otros de cadena más corta, correspondiente a la gasolina.

Ya se dijo que existen 3 formas industriales para obtener los diferentes derivados de petróleo: - Por Craqueo Térmico - Por Cracking Catalítico. - Craqueo Térmico.- Consiste en someter al petróleo a fuertes presiones y temperaturas y con catalizadores adecuados (Al2O3 , SiO2)., a fin de romper las grandes moléculas de los hidrocarburos pesados en moléculas mas livianas. Ejemplo:

2C13H28 CH4 + C4H8+ C7H16 + C12H26 + H2 + 2C En la reacción se puede observar que el tridecano se rompe en metano, buteno, heptano, dodecano, hidrógeno y carbono. Como se puede ver, el craqueo térmico, también permite obtener mas derivados livianos que en la destilación fraccionada. - Se realiza a una presión aproximada de 60 atm. - Se realiza a una temperatura de 500 ºC.

.Otro ejemplo:

C15H32 -> C8H18 + C3H6 + 2 C2H4 - Cracking Catalítico.


Es algo parecido al anterior - Se realiza aprox. a 1,5 atm. - El octanaje que se obtiene es superior. JABONES Y DETERGENTES Los detergentes son semejantes a los jabones porque tienen en su molécula un extremo iónico soluble en agua y otro extremo no polar que desplaza a los aceites. Los detergentes tienen la ventaja, sobre los jabones, de formar sulfatos de calcio y de magnesio solubles en agua, por lo que no forman coágulos al usarlos con aguas duras. Además como el ácido correspondiente de los sulfatos ácidos de alquilo es fuerte, sus sales (detergentes) son neutras en agua. Los detergentes son productos que se usan para la limpieza y están formados básicamente por un agente tensoactivo que actúa modificando la tensión superficial disminuyendo la fuerza de adhesión de las partículas (mugre) a una superficie; por fosfatos que tienen un efecto ablandador del agua y floculan y emulsionan a las partículas de mugre, y algún otro componente que actúe como solubilizante, blanqueador, bactericida, perfumes, abrillantadores ópticos (tinturas que dan a la ropa el aspecto de limpieza), etc.

Los detergentes sintéticos contienen sustancias surfactantes que ayudan en la penetración, remojo, emulsificación, dispersión, solubilización y formación de espuma. Todo esto ocurre en las interfases sólido-líquido y líquido-líquido.

La mayoría de los detergentes sintéticos son contaminantes persistentes debido a que no son descompuestos fácilmente por la acción bacteriana. A los detergentes que no son biodegradables se les llama detergentes duros y a los degradables, detergentes blandos.

El principal agente tensoactivo que se usa en los detergentes es un derivado del alquilbencensulfonato como, por ejemplo, el dodecilbencensulfonato de sodio (C12H25-C6H4-SO3Na) el cual puede hacer al detergente duro (no biodegradable, contaminante persistente) o blando (biodegradable, contaminante biodegradable), dependiendo del tipo de ramificaciones que tenga.

Una gran cantidad de detergentes son arilalquilsulfonatos de sodio que tienen como fórmula general, R-C6H4-SO3Na, es decir, son sales de ácidos sulfónicos aromáticos con una cadena alquílica larga. Si la cadena es ramificada no pueden ser degradados por los microorganismos, por lo que se dice que son persistentes, y causan grandes problemas de contaminación del agua de lagos, ríos y depósitos subterráneos. Los arilalquilsulfonatos que tienen cadenas lineales son biodegradables.


El uso de los compuestos tensoactivos en el agua, al ser arrojados a los lagos y ríos provocan la disminución de la solubilidad del oxígeno disuelto en el agua con lo cual se dificulta la vida acuática y además, como les quitan la grasa de las plumas a las aves acuáticas les provoca que se escape el aire aislante de entre las plumas y que se mojen, lo cual puede ocasionarles la muerte por frío o porque se ahogan, de manera semejante como les ocurre con los derrames de petróleo en el mar.

Los detergentes son productos químicos sintéticos que se utilizan en grandes cantidades para la limpieza doméstica e industrial y que actúan como contaminantes del agua al ser arrojados en las aguas residuales.

El poder contaminante de los detergentes se manifiesta en los vegetales acuáticos inhibiendo el proceso de la fotosíntesis originando la muerte de la flora y la fauna acuáticas. A los peces les produce lesiones en las branquias, dificultándoles la respiración y provocándoles la muerte.

DETERGENTES DE POLIFOSFATOS

Un componente de los detergentes sólidos es el metafosfato llamado tripolifosfato

de sodio, Na5P3O10, que contiene al ion (O3 P-O-PO2-O-PO3)-5

. El ion trifosfato es

de gran utilidad porque forma complejos solubles con los iones calcio, hierro, magnesio y manganeso, quitando las manchas que estos ocasionan en la ropa y ayudan a mantener en suspensión a las partículas de mugre de manera que pueden ser eliminadas fácilmente por el lavado.

A los aditivos de fosfato en los detergentes como el tripolifosfato de sodio se les llama formadores de fosfato y tienen tres funciones, primero actúan como bases haciendo que el agua del lavado sea alcalina (pH alto), lo cual es necesario para la acción detergente; segundo los fosfatos reaccionan con los iones calcio y magnesio del agua dura de manera que no actúan con el detergente y tercero ayudan a mantener las grasas y el polvo en suspensión, lo que facilita que sean eliminados.

En los detergentes líquidos se utiliza el pirofosfato de sodio (Na4P2O7) o de potasio porque se hidroliza en el ion fosfato (PO4

3-) a menor rapidez que el tripolifosfato de sodio.

Los detergentes hechos a base de fosfatos provocan un efecto destructor en el medio ambiente porque aceleran el proceso de eutroficación o eutrofización de las aguas de lagos y ríos. Como el uso de detergentes fosfatados ha generado problemas muy graves en el agua, algunos países han prohibido el uso de detergentes de este tipo.


2.- LOS PLASTICOS Los plásticos son materiales orgánicos, compuestos fundamentalmente de carbono y otros elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. En la actualidad, la mayoría de los plásticos que se comercializan provienen de la destilación del petróleo. La industria de plásticos utiliza el 6% del petróleo que pasa por las refinerías. Los plásticos se obtienen mediante polimerización de compuestos derivados del petróleo y del gas natural. La mayoría de los materiales plásticos son transparentes, incoloros y frágiles. Pero si se les añade determinadas sustancias, sus propiedades cambian, y se les puede hacer ligeros, flexibles, coloreados, aislantes, etc. CLASIFICACION DE LOS PLATICOS Los plásticos se clasifican en tres grupos, según la disposición de las macromoléculas que los constituyen. Son los termoplásticos, termoestables y elastómeros.

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Química Orgánica, Julio Liñán