HIDROCARBUROS

Compuestos por átomos de sólo dos elementos: carbono e hidrógeno

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Hidrocarburos Aromáticos

Alifáticos alcanos

saturados

alquenos insaturados alquinos alifáticos cíclicos (cicloalcanos)

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Hidrocarburos Alcanos

Alquenos

Alquinos

enlace carbono- carbono simple

enlace carbono- carbono doble

enlaces carbono- carbono triple

Formula mínima

Formula mínima

Formula mínima

CnH2n+2

Tema II : Función Hidrocarburo

CnH2n

CnH2n-2

Hidrocarburos no saturados o insaturados Química Orgánica y Biológica

Formula General

CnH2n+2

Alcanos

• Los alcanos de cadenas no ramificadas se denominan alcanos normales • Tienen únicamente enlaces sencillos por lo que se denominan hidrocarburos saturados • Cada uno de los miembros de esta serie difiere del siguiente por un grupo – CH2 – llamado metileno • Una serie de compuestos en los cuales se van construyendo los diferentes miembros en una forma regular y repetitiva se denomina serie homologa.

CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3

metano etano propano butano

CH3CH2CH2CH2CH3 pentano

Unidad II : Función Hidrocarburo

Alcano lineal

Química Orgánica y Biológica

Alcano ramificado

Dra. Evangelina González

FUENTES DE ALCANOS

Alcanos

Las dos fuentes naturales mas importantes son el petróleo y el gas natural • Petróleo: liquido formado por una mezcla compleja de compuestos orgánicos, la mayoría alcanos y cicloalcanos. • Gas natural: se encuentra a menudo en el mismo deposito que el petróleo, esta formado principalmente por metano (80%) y etano (5- 10%) con pequeñas cantidades de algunos alcanos superiores. • El propano es el principal constituyente del gas de petroleo licuado, combustible domestico.

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Propiedades Físicas de los alcanos - Son insolubles en agua - Presentan menor punto de ebullición que la mayoría de los otros compuestos orgánicos de PM similar. (Fuerzas de atracción muy débiles)

Nombre (ºC)

Alcanos

pentano

Formula

P. ebullición

CH3CH2CH2CH2CH3

36

2-metilbutano (isopentano)

28

2,2-dimetilpropano (neopentano)

10

Cuanto mayor es el área de la superficie, mayor es la fuerza de atracción (el pto de eb. aumenta con el aumento de la cadena y disminuye con la ramificación por tender a adquirir forma esférica)

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Estructura y conformaciones de los alcanos Etano

Metano

Alcanos

Tetraédrico Longitud de enlace: 1.09 A

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

ISOMERIA compuestos con igual fórmula molecular pero con propiedades físicas y/o químicas diferentes

Constitucional o estructural difieren en la conectividad

De función grupos funcionales distintos

De posición: igual grupo funcional pero distinta posición

De cadena: igual grupo pero distinta forma de cadena

Estereoisomeria difieren en la orientación espacial

Conformacional pueden interconvertir mediante un giro sobre un enlace sencillo

Configuracional no se pueden interconvertir mediante un giro

Optica

Geométrica isomeros cis y trans o E y Z Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Isomeria: Conformaciones Los enlaces sigma presentan libre rotación

CONFORMACION ESCALONADA

H

Alcanos

H

H

C C H H H H “lineas y cuñas”

H

H

H H H

H “caballete”

H

H

H

H H

60º

Angulo diedro 

Newman

El etano puede tener un numero infinito de formas como consecuencia de la rotación de un átomo de carbono con respecto al otro. Estos ordenamientos reciben el nombre de confórmeros

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Isomeria: Conformaciones

Conformaciones de los alcanos

El etano puede tener un numero infinito de formas como consecuencia de la rotación de un átomo de carbono con respecto al otro. Estos ordenamientos reciben el nombre de confórmeros

CONFORMACION ECLIPSADA

Alcanos

H H

H

H H “lineas y cuñas”

“caballete”

0º

H Newman

Estas conformaciones también se conocen como rotámeros (cada uno se convierte en el otro por rotación)

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Isomeria: Conformaciones Conformaciones de los alcanos Estas conformaciones también se conocen como rotámeros (cada uno se convierte en el otro por rotación) H H

H H

H

Alcanos

H

H H

H

H

H

H

La forma escalonada es la mas estable (a temperatura ambiente el 99 % de las moléculas tienen este ordenamiento)

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Cicloalcanos

Son hidrocarburos saturados con al menos un anillo formado con átomos de carbono

CnH2n Ciclohexano

ciclopropano

Unidad II : Función Hidrocarburo

ciclobutano

ciclopentano

ciclohexano

Química Orgánica y Biológica

cicloheptano

Dra. Evangelina González

Estabilidad de los cicloalcanos: tensión del anillo … los anillos mas comunes y frecuentes tienen 5 ó 6 átomos de C ¿?

Cicloalcanos

Adolf von Baeyer (1905) intento explicarlo: “los átomos de carbono en los alcanos acíclicos tenían ángulos de enlace de 109.5 °” 109.5 ° Si un cicloalcano requiere por su geometría ángulos diferentes al 90° tetraédrico, el solapamiento de los orbitales atómicos no es optimo y entonces existe tensión angular La configuración totalmente eclipsada origina “tensión torsional” Ambas originan la tensión del anillo

Unidad II : Función Hidrocarburo

HH

H H

H H

H H

Química Orgánica y Biológica

eclipsados

Dra. Evangelina González

Conformaciones de los Cicloalcanos

Cicloalcanos

Cuanto mayor sea la desviación con respecto al ángulo tetraédrico mas inestable y mas propenso será el anillo a abrirse (MAYOR TENSION)

ciclopropano: 109.5º – 60º = 49.5º ciclobutano: 109.5º – 90º = 19.5º Los anillos mas pequeños o mas grandes que el ciclopentano o el ciclohexano son inestables (los anillos de 3 y 4 miembros tenderían a abrirse y también seria la causa de las dificultades para sintetizar los anillos mas grandes

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Conformaciones del ciclohexano

Cicloalcanos

Los anillos de seis miembros son muy ESTABLES y son los mas comunes en la naturaleza!!

Si el ciclohexano fuera plano los ángulos C-C-C serian de 120º (mucho mayores que los ángulos tetraédricos normales, la tensión de tales ángulos evita que el ciclohexano sea plano. LA CONFORMACION MAS FAVORECIDA ES LA CONFORMACION DE SILLA, un ordenamiento en el que los ángulos C-C-C miden 109.5º y todos los hidrógenos unidos sobre los carbonos adyacentes están alternados. 6 hidrógenos axiales (3 por encima y axiales 3 por debajo del plano) 6 hidrógenos ecuatoriales (aproximadamente en el mismo plano)

Unidad II : Función Hidrocarburo

ecuatoriales

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Conformaciones del ciclohexano Los anillos de seis miembros son muy comunes en la naturaleza!!

Cicloalcanos

CONFORMACION DE SILLA, un ordenamiento en el que los ángulos C-C-C miden 109.5º y todos los hidrógenos unidos sobre los carbonos adyacentes están escalonados.

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Conformaciones del ciclohexano REPRESENTACION DE LA CONFORMACION DE SILLA

paralela a c

a

Cicloalcanos

b

c paralela a b paralela a a

Unidad II : Función Hidrocarburo

paralela a:

paralela a: paralela a:

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Conformaciones del ciclohexano

Cicloalcanos

cconformación: “bote”

1

6

2

4

5

3

Esta conformación sirve como intermediario entre la ínterconversión silla-silla (es menos estable que las ”sillas”)

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

Conformaciones del ciclohexano

Cicloalcanos

Otra conformación: “bote”

Unidad II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Dra. Evangelina González

CnH2n

Formula General

Alquenos

Existen compuestos con • Un enlace doble: alquenos • Dos dobles enlaces: alcadienos • Mas de dos dobles enlaces (polienos) : dienos, trienos, tetraenos

Cuando en una misma molécula están presentes dos o mas enlaces múltiples, es de utilidad hacer otra clasificación: • acumulados: enlaces múltiples en carbonos adyacentes •conjugados: enlaces múltiples alternados •aislados: mas de un enlace sencillo entre los enlaces múltiples

acumulados

Tema II : Función Hidrocarburo

conjugados

aislados Química Orgánica y Biológica

CARACTERISTICAS DE LOS DOBLES ENLACES

Alquenos

Cada carbono de un doble enlace esta unido a solo tres átomos (en lugar de cuatro como en el caso de los alcanos). Se los denomina TRIGONALES.  Los dos átomos del doble enlace y los cuatro átomos de hidrogeno forman un plano

vista lateral

 Los enlaces H-C-H y H-C=C en el etileno son de aproximadamente 120º.  No existe rotación en torno a los dobles enlaces  Los enlaces dobles son mas cortos que los enlaces simples

Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

ISOMERIA compuestos con igual fórmula molecular pero con propiedades físicas y/o químicas diferentes

Constitucional o estructural difieren en la conectividad

De función grupos funcionales distintos

De posición: igual grupo funcional pero distinta posición

De cadena: igual grupo pero distinta forma de cadena

Estereoisomeria difieren en la orientación espacial

Conformacional pueden interconvertir mediante un giro sobre un enlace sencillo

Configuracional no se pueden interconvertir mediante un giro

Optica

Geométrica isomeros cis y trans o E y Z Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Isomería cis y trans

Alquenos

Debido a que la rotación en torno a los dobles enlaces esta impedida, en algunos alquenos sustituidos es posible la isomería cistrans

cis-1,2-dicloroetano p. eb: 60ºC, p. f. -80ºC

trans-1,2-dicloroetano p. eb: 47ºC, p. f. -50ºC

Estos isómeros no pueden convertirse por rotación (esta impedida) son estereoisómeros configuracionales (geometricos) y pueden separarse uno del otro por destilación

Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Pero...

¿Es cis? ¿Es trans? Si uno de los dos carbonos del doble enlace va unido a dos grupos idénticos no existe Isomería geométrica!! Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Isómeros E, Z

Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Isómeros E, Z ¿Cómo se asignan las prioridades?

Orden de prioridades Regla 1. Un sustituyente con mayor número atómico tiene preferencia sobre los de número atómico inferior. Por lo tanto, el sustituyente con menor prioridad es el hidrógeno. I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H

Regla 2. Si la regla 1 no puede decidir la prioridad de los grupos, ésta se determina por una comparación similar de los átomos siguientes en cada grupo. La decisión sobre la prioridad se toma en el primer punto de diferencia a lo largo de la cadena de dos sustituyentes. Una vez alcanzado este punto, la constitución del resto de la cadena no se tiene en cuenta. -CH(CH3)3> - CH2CH3>>>CH2 Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Modelo de orbital para un enlace triple Formación de un enlace triple

Alquinos

enlace sigma

enlaces pi

La superposición de los orbitales sp forman un enlace sigma entre los dos carbonos, mientras que la superposición (lateral) de los dos orbitales p forman dos enlaces pi

Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Alquinos

Propiedades físicas de los alquenos y alquinos

La mayoría de las propiedades físicas son similares a la de los alcanos * El Peb aumenta con el aumento de la masa molecular y disminuye con la ramificación * Al igual que los alcanos son moléculas relativamente apolares, insolubles en agua y soluble en solventes apolares (hexano, gasolina, etc)

Tema II : Función Hidrocarburo

Química Orgánica y Biológica

Hidroc. Aromáticos

El benceno es el compuesto de referencia de una clase de sustancias que llamamos compuestos aromáticos, no debido a su aroma sino por sus propiedades químicas especiales, por sobre todo su estabilidad Presenta una relación Hidrogeno-carbono 1:1 lo que indica una alta insaturacion

Tema II : Función Hidrocarburo

Estructura de Kekulé (1866)

Química Orgánica y Biológica

Hidroc. Aromáticos

La estructura de Kekulé para el benceno La estructura de Kekulé no es correcta, el benceno es UN HIBRIDO DE RESONANCIA No hay enlaces simples ni dobles, es un tipo de enlace CC intermedio (por eso no reacciona como los alquenos)

H

H

H

H

H

H

H

H

H

El circulo destaca el hecho de que los electrones están distribuidos de igual manera alrededor del anillo y es la mas exacta de las representaciones, sin embargo el símbolo de Kekulé permite “seguir” la posición de los electrones de valencia durante las reacciones químicas del benceno

Tema II : Función Hidrocarburo

H

H

H

Nube pi deslocalizada

Química Orgánica y Biológica

Hidroc. Aromáticos

La estructura de Kekulé para el benceno Experimentos físicos modernos apoyan esta estructura para el benceno El benceno es plano, cada átomo de carbono se dirige hacia los vértices de un hexágono regular. La longitud de todos los enlaces es idéntica

Longitud de enlace

simple 1.54 Å

Modelo espacial del benceno

ENLACE C-C doble benceno 1.34 Å 1.39 Å

Hidroc. Aromáticos

Modelo orbital para el benceno

Los enlaces sigma se forman por el traslape de los extremos de los orbitales sp2 además cada carbono contribuye con un electrón al sistema pi, por la superoposición latera de su orbital p con los orbitales p de sus dos vecinos

Hidroc. Aromáticos

Propiedades Físicas - Puntos de fusión mayores que los compuestos alifáticos - Los puntos de ebullición están relacionados con momentos dipolares

o-diclorobenceno Peb: 181 0C

m-diclorobenceno Peb: 173 0C

p-diclorobenceno Peb: 170 0C

A mayor momento dipolar, mayor punto de ebullición Los compuestos aromáticos y los derivados halogenados son insolubles en agua

Halogenuros Alquilo

Formula general:

Siendo R un grupo alquilo y X un átomo de halógeno (F, Cl, Br o I)

CHCl3

CF2Cl2

CCl3

cloroformo

freón 1,2

1,1,1-tricloroetano

(solvente)

Unidad II : Halogenuros de alquilo

refrigerante

CH3

fluido limpiador

Química Orgánica y Biológica

Halogenuros Alquilo

Nomenclatura de los halogenuros de alquilo IUPAC: se nombran como alcanos con un sustituyente halogeno -Ejemplos: el fluor es fluoro, el cloro es cloro, etc. Los nombres comunes o “triviales” se construyen nombrando al halogenuro y a continuacion el grupo alquilo

Fluoroetano (IUPAC) Fluoruro de etilo

Unidad II : Halogenuros de alquilo

2-bromopropano bromuro de isopropilo

1-clorobutano cloruro de n-butilo Química Orgánica y Biológica

Halogenuros Alquilo

Clasificación Los halogenuros se clasifican de acuerdo a la naturaleza del átomo de carbono enlazado al halógeno.

CH3 X

R CH2 X

HALOGENURO DE METILO

HALOGENURO PRIMARIO

R

R

R CH X

R C X

HALOGENURO SECUNDARIO

R

Unidad II : Halogenuros de alquilo

HALOGENURO TERCIARIO

Química Orgánica y Biológica

Halogenuros Alquilo

Clasificación de los halogenuros de alquilo

DIHALOGENURO GEMINAL

Unidad II : Halogenuros de alquilo

DIHALOGENURO VECINAL

Química Orgánica y Biológica

Halogenuros Alquilo

Usos comunes de los halogenuros de alquilo Solventes - CCl4 (tetracloruro de carbono) se utilizaba como quitamanchas y otras aplicaciones domesticas - CH2Cl2 y CHCl3 (cloruro de metileno y cloroformo) son solventes para limpieza y desengrasado ¡¡ Hay que utilizarlos con cuidado porque son potencialmente tóxicos, cancerigenos!!

Reactivos - Sirven como reactivos en las síntesis de otros compuestos. ¡Son muy versátiles!

Anestésicos - CHCl3 (cloroformo) fue la primera sustancia conocida que produce anestesia general, sin embargo fue reemplazado por CF3CHClBr cuyo nombre comercial es halotano. Otro anestésico utilizado en cirugías menores es el cloruro de etilo

Refrigerantes y Pesticidas - Los freones son haloalcanos desarrollados para reemplazar al amoniaco como gas refrigerante. El mas usado es el freon - El DDT (1,1,1-tricloro-2,2-bis-(p-clorofenil)etano) era muy utilizado en 1939 pero presento efectos colaterales serios.

Unidad II : Halogenuros de alquilo

Química Orgánica y Biológica

Halogenuros Alquilo

Estructura de los halogenuros de alquilo



El halógeno esta unido a un átomo de carbono hibridado sp3 y como el halógeno es mas electronegativo el I enlaceBr C-X esta polarizado con una carga parcial positiva sobre el átomo de C y negativa sobre el halógeno.

Cl   

F

Electronegatividades de los halógenos

C

C

C

C

F > Cl > Br > I La longitud de enlace C-X aumenta con el aumento del volumen de los átomos de halógeno (radio atómico) Radio Atomico

1.35

C-F < 1.38 Å

Unidad II : Halogenuros de alquilo

1.8

C-Cl < 1.78 Å

1.95

C-Br 1.94 Å

2.15