04. alcanos
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Transcript of 04. alcanos
M. En C. Teresa Jaime Ornelas
Conceptos
Importancia
Características
Clasificación
Estructura
Propiedades físicas y químicas
Aplicaciones
Nomenclatura
Análisis conformacional
Cicloalcanos
Estructura
2
OBJETIVO
Entender el comportamiento del esqueleto de los compuestos
orgánicos (conformaciones, formación de radicales).
Aprender a nombrar sistemáticamente los compuestos orgánicos de
acuerdo al sistema admitido por IUPAC y aplicar los en la
identificación de estructuras químicas las cuales, pueden tener una
función biológica, farmacológica, etc.
3
Compuestos formados de C e H (Hidrocarburos)
Son los más simples.
Enlaces sencillos (saturados).
Parafinas
Fórmula : CnH2n+2.
1.- Conceptos
4
Fuente de obtención principal:
El petróleo y el gas natural (destilación fraccionada): metano,
etano; algo de propano y butano.
Carbón mineral
Alimentos: Carbohidratos, grasas y aceites.
1.- Conceptos
5
Importancia
Constituyen una de las fuentes de energía y
materias primas más importantes para la sociedad
actual (petróleo y sus derivados).
1.- Conceptos
6
Aplicaciones
Alimentos (grasas, COH, azúcares, edulcorantes),
combustibles, telas, medicamentos, explosivos, colorantes,
pinturas, plásticos, etc
1.- Conceptos
7
Características
No tienen grupo funcional
Las uniones entre átomos de carbono son enlaces simple
“hidrocarburos saturados”
Enlaces: hibridación sp3
dC-C = 1.54 Å, dC-H = 1.09 Å
1.- Conceptos
8
Clasificación
1.- Conceptos
Hidrocarburos alifáticos
Alcanos
Alquenos
Alquinos
Alicíclicos
Cicloalcanos
Cicloalquenos
Cicloalquinos
Hidrocarburos aromáticos
Hidrocarburos
no hay enlaces multiples
C C
C C
HC CH
CH
HC
HC
Monociclos
Policíclicos Aislados
Condensados
DIFENILO
NAFTALENO
BENCENO
9
1.- Conceptos
10
Estructura
1.- Conceptos
Ejemplo
Tipo de cadena Lineal Ramificada Cíclica
Fórmula general CnH2n+2 CnH2n+2 CnH2n
11
Tabla 1.- Estructura de los alcanos
Estructura: Isómeros (isómeros estructurales)
Compuestos químicos diferentes con la misma fórmula
molecular.
1.- Conceptos
Pentano
(n-pentano)
metilbutano
(iso-pentano)
dimetilbutano
(neo-pentano)
C5H12
12
2,2-dimetilpropano
Estructura
La capacidad de los átomos de C para formar enlaces fuertes y
estables con otros átomos de C da lugar a un numero
abrumador de isómeros estructurales.
El número de alcanos isoméricos aumenta al aumentar
número de átomos de carbono.
1.- Conceptos
13
Serie homóloga
Conjunto de compuestos de una misma familia en los cuales
cada uno difiere del siguiente en un grupo metileno (-CH2-),
excepto en los dos primeros.
Sus miembros son homólogos.
1.- Conceptos
14
1.- Conceptos
Nº de carbonos
Fórmula Nombre Nº total de isómeros
p.eb. C
p.f. C
1 CH4 metano 1 -162 -183
2 C2H6 etano 1 -89 -172
3 C3H8 propano 1 -42 -187
4 C4H10 butano 2 0 -138
5 C5H12 pentano 3 36 -130
6 C6H14 hexano 5 69 -95
7 C7H16 heptano 9 98 -91
8 C8H18 octano 18 126 -57
9 C9H20 nonano 35 151 -54
10 C10H22 decano 75 174 -30
11 C11H24 undecano 196 -26
12 C12H26 dodecano 216 -10
20 C20H42 eicosano 366319 334 36
30 C30H62 tricontano 4.11x109 446 66
Tabla 2.- Hidrocarburos normales (cadena lineal).
15
Propiedades físicas : Punto de ebullición
Está determinado principalmente por el peso.
Se incrementa entre 20 y 30 °C por cada átomo de carbono
agregado a la cadena.
1.- Conceptos
Fórmula Estado físico
CH4 a C4H10 gases
C5H12 a C17H36 líquidos
C18H38 y
posteriores
sólidos
16
Tabla 3.- Estado físico de los alcanos a temperatura ambiente
1.- Conceptos
Gráfica 1.- Temperatura de ebullición de alcanos en
función del número de carbonos de la cadena lineal. 17
Propiedades físicas : Punto de ebullición
Los alcanos lineales tienen mayor punto de ebullición que los
alcanos ramificados (esféricos) debido a que hay mayores fuerzas
de van der Waals y de London, entre moléculas adyacentes
(mayor área superficial en contacto).
1.- Conceptos
18
Propiedades físicas : Punto de ebullición
Los cicloalcanos tienden a tener mayores puntos de ebullición
que sus contrapartes lineales, debido a las conformaciones fijas
de las moléculas, que proporcionan planos para el contacto
intermolecular.
1.- Conceptos
19
Propiedades físicas: Punto de fusión
A mayor peso molar, mayor punto de fusión.
Los alcanos de longitud impar tienen puntos de fusión
ligeramente menores, comparados con los alcanos de longitud
par. Esto se debe a que los alcanos de longitud par se ordenan
mejor en la fase sólida, formando una estructura bien
organizada, que requiere mayor energía para romperse.
1.- Conceptos
20
1.- Conceptos
Gráfica 2.- Temperatura de fusión de alcanos en
función del número de carbonos de la cadena lineal. 21
Propiedades físicas: Densidad
Aumenta con el número de átomos de carbono
Siempre es <1 g/ml, menor a la del agua, por lo que flotan en
la superficie de la misma.
1.- Conceptos
22
Propiedades físicas: Densidad
A mayor número de C las fuerzas intermoleculares son
mayores y la cohesión intermolecular aumenta,
resultando en un aumento de la proximidad molecular.
1.- Conceptos
23
1.- Conceptos
Gráfica 3.- Densidad de alcanos en función del número de
carbonos de la cadena lineal. 24
Propiedades físicas: Solubilidad
Son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja
polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el
hidrógeno.
Los alcanos líquidos son miscibles entre sí y generalmente se
disuelven en disolventes de baja polaridad.
Los buenos disolventes para los alcanos son el benceno,
tetracloruro de carbono, cloroformo y otros alcanos.
1.- Conceptos
25
Propiedades químicas: Reactividad
Tendencia de un elemento para combinarse con otros.
Tienen una baja reactividad por la estabilidad de sus enlaces,
no se rompen con facilidad.
Reaccionan con:
Oxígeno, halógenos y algunas otras sustancias bajo condiciones
apropiadas.
1.- Conceptos
26
Propiedades químicas: Reactividad
1.- Conceptos
27
Propiedades químicas: Reactividad
Tabla 4.- Reactividad de los alcanos.
1.- Conceptos
Combustión
Halogenación
Craking
clorometano
diclorometano
triclorometano
tetraclorometano
etano propano octano 28
Propiedades químicas: Reactividad
Combustión
1.- Conceptos
29
Los isómeros varían la cantidad de calor que desprenden. Los alcanos lineales liberan más calor.
Propiedades químicas: Reactividad
Halogenación
Los átomos de H son sustituidos por halógenos
1.- Conceptos
30
X ; Halógenos: F2>Cl2>Br2>, I2
Cl: Cloración; Br:Bromación, F:Fluoración
Haluro de alquilo
Propiedades químicas: Reactividad
Halogenación
1.- Conceptos
31
No ocurre en la oscuridad,
necesitan luz ultravioleta o calor.
Propiedades químicas: Reactividad
Halogenación
Si la reacción es equimolar alcano-X se sustituye un átomo de H
por el X. En exceso del X, pueden sustituirse varios átomos de H:
1.- Conceptos
32
Propiedades químicas: Reactividad
Craking
Proceso químico donde las moléculas de hidrocarburo más grandes y complejas se convierten en otras más pequeñas y simples, para incrementar el rendimiento de obtención de gasolina a partir del petróleo.
Aplica calor, presión y, catalizadores (zeolitas, etc.)
1.- Conceptos
33
1.- Conceptos
34
Alcano Usos
Metano-butano Calefacción y cocina.
Propano y butano
•Líquidos a presiones moderadamente bajas “gases
licuados”
•Propelentes en pulverizadores
Alcanos medios :pentano - octano
líquidos razonablemente volátiles
•Combustibles en motores de combustión
interna.
•Buenos solventes para las sustancias no polares.
De 9 a 16 átomos de carbono Líquidos de alta viscosidad
Forman parte del diesel y combustible de aviones
Hexadecano en adelante Componentes más importantes de los aceites
lubricantes.
Tabla 5.- Aplicaciones de los alcanos.
35
Grupos funcionales
36
Tipos de carbono
En una cadena podemos identificar cuatro tipos de carbono, de acuerdo al
número de carbonos al cual esté unido el átomo en cuestión.
PRIMARIO.- Unido a un solo átomo de carbono.
CH3-CH2-CH3
SECUNDARIO.- Unido a dos átomos de carbono.
CH3-CH2-CH3
TERCIARIO.- Unidos a tres átomos de carbono.
CUATERNARIO.- Unido a 4 átomos de carbono.
37
Carbono Tipo de
enlace
Tipo de
carbono
Tipo de
hibridación
Geometría
molecular
Ángulo
de enlace
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Análisis conformacional del etano
2.- Análisis conformacional
38
El enlace C-C simple tiene libertad de
giro a lo largo de su eje. Eso provoca
diferentes conformaciones en la
molécula del alcano.
Análisis conformacional del etano
2.- Análisis conformacional
39
Una conformación específica recibe el
nombre de confórmero (isómero
conformacional).
Los distintos confórmeros no suelen
poder aislarse debido a que se
interconvierten con rapidez.
40
Representación Alternadas Eclipsadas (inestables)
Alternadas
Líneas y cuñas
Caballete
Newman
Tabla 6.- Formulas tridimensionales para representar las
diferentes conformaciones,
2.- Análisis conformacional
Análisis conformacional del etano
41
Conformación Vista lateral Vista frontal
Alternada
Eclipsada
La infinidad de conformaciones intermediarias se llaman sesgadas
H opuestos
H escalonados
Tabla 7.- Modelos para la molécula de etano en las conformaciones
eclipsada y escalonada
2.- Análisis conformacional
Análisis conformacional del etano
Energía torsional: Energía requerida para rotar la molécula de
etano en torno al enlace C-C .
Tensión torsional: Responsable de la inestabilidad relativa de
las conformaciones eclipsada y sesgadas intermediarias.
42
2.- Análisis conformacional
Análisis conformacional del etano
43
Gráfica 4.- Cambios de
energía de el giro en torno al
enlace simple C-C. Se
producen acercamientos entre
otros orbitales. Eso tiene
repercusión en el contenido
energético de la molécula
2.- Análisis conformacional
44
Gráfica 5.- Cambios de
energía potencial durante la
rotación en torno a un
enlace simple C-C del etano
2.- Análisis conformacional
Análisis conformacional del etano
A medida que se reemplazan los H del C2H6 por otros átomos o
grupos de ellos, aparecen otros factores que afectan a la
estabilidad relativa de las conformaciones:
Fuerzas de Van Der Waals,
Interacciones dipolo-dipolo
Puentes de H.
45
2.- Análisis conformacional
Análisis conformacional del etano
No obstante, permanece la tendencia de los orbitales de enlaces
sobre C adyacentes de localizarse escalonadamente, de modo
que toda rotación que se aleje de esa conformación va
acompañada de tensión torsional.
46
2.- Análisis conformacional
47
2.- Análisis conformacional
¿Por qué la conformación eclipsada es menos estable que la alternada?
Dos hidrógenos eclipsados están a 2.3 A mientras que los alternados están a 2.5 A.
Aunque las distancias son muy similares, la interacción es muy sensible y la diferencia de
energía es importante.
Gráfica 6.- Evolución de la
energía a medida que los
hidrógenos no enlazados se
acercan. A distancias cortas
existe una fuerte repulsión
entre las nubes electrónicas,
que disminuye rápidamente a
medida que los hidrógenos se
alejan .
En
erg
ía
to
rsio
na
l
48
El propano tiene un perfil semejante al del etano pero con una barrera de
energía mayor entre la conformaciones eclipsada y alternada .
C C
H
H
H
H3C
H
H
CH3
H H
H
HH
Conformación eclipsada
H
H H
H
H
CH3
C C
H
HH3C
H
H
H
H
H3C H
H H
H
Conformación alternada
H
HH
H
HH3C
Análisis conformacional del propano y butano
2.- Análisis conformacional
49
Análisis conformacional del propano y butano
2.- Análisis conformacional
Gráfica 7.- Cambios de
energía potencial durante la
rotación en torno a un enlace
simple C-C del n-butano.
50
Análisis conformacional del propano y butano
2.- Análisis conformacional
El caso del butano es más complejo porque los grupos metilo
interaccionan entre sí de forma diferente en cada conformación.
51
Estructuras moleculares
Tabla 8.- Estructura molecular de acuerdo al tipo de
hibridación, geometría molecular y ángulo de enlace.
2.- Análisis conformacional
52
Geometría molecular El tipo de hibridación determina la geometría molecular la cual se resume
en el siguiente cuadro.
Geometría molecular tetraédrica.- El carbono se encuentra en el centro de un tetraedro y los enlaces se dirigen hacia los vértices.
Geometría triangular plana.- El carbono se encuentra en el centro de un triángulo. Se forma un doble enlace y dos enlaces sencillos.
Geometría lineal.- Se forman dos enlaces sencillos y uno triple.
2.- Análisis conformacional
53
Tipos de carbono
En una cadena podemos identificar cuatro tipos de carbono, de acuerdo al
número de carbonos al cual esté unido el átomo en cuestión.
PRIMARIO.- Unido a un solo átomo de carbono.
CH3-CH2-CH3
SECUNDARIO.- Unido a dos átomos de carbono.
CH3-CH2-CH3
TERCIARIO.- Unidos a tres átomos de carbono.
CUATERNARIO.- Unido a 4 átomos de carbono.
2.- Análisis conformacional
3.- Nomenclatura
54
Nomenclatura
• Grupos funcionales
Conjunto de átomos dentro de una molécula con un comportamiento
químico característico.
La química de toda molécula orgánica, sin importar su
tamaño y complejidad está determinada por los grupos
funcionales que contiene
55
Tabla 9.- Estructuras de algunos grupos funcionales comunes.
3.- Nomenclatura
Aldehído
Donde se
ubique el C
56
3.- Nomenclatura
Función Nom.
grupo
Grupo Nom.
(princ.)
Nom.
(secund)
Ácido
carboxílico
carboxilo R–COOH ácido
…oico
carboxi (incluye C)
Éster éster R–COOR’ …ato de
…ilo
…oxicarbonil
Amida amido R–
CONR’R
amida amido
Nitrilo nitrilo R–C N nitrilo ciano (incluye C)
Aldehído carbonilo R–CH=O …al formil (incluye C)
Cetona carbonilo R–CO–R’ …ona oxo
Alcohol hidroxilo R–OH …ol hidroxi
Fenol fenol –C6H5OH …fenol hidroxifenil
Tabla 10 .- Orden de importancia para nombrar grupos funcionales
57
3.- Nomenclatura
Función Nom.
grupo
Grupo Nom.(princ.) Nom
(sec)
Amina (primaria)
(secundaria)
(terciaria)
Amino
“
“
R–NH2
R–NHR’
R–NR’R’’
…ilamina
…il…ilamina
…il…il…ilamina
amino
Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il
Hidr. etilénico alqueno C=C …eno …en
Hidr. acetilénico alquino C C …ino Ino (sufijo)
Nitrocompuesto Nitro R–NO2 nitro… nitro
Haluro halógeno R–X X… X
Radical alquilo R– …il …il
Tabla 10 .- Orden de importancia para nombrar grupos funcionales (continuación)
58
Clasificación de los grupos
funcionales según su polaridad
3.- Nomenclatura
Polaridad de diferentes enlaces
OH> C-O> N-H > C-H > C-C
Amidas
Ácidos
Alcoholes
Cetonas
Aldehídos
Aminas
Ésteres
Éteres
Hidrocarburos* Alifáticos, aromáticos, halogenados, halogenuros de alquilo
59
Tabla 11.- Polaridad de algunos grupos funcionales comunes.
3.- Nomenclatura
Grupos Funcionales
Polares Hidrófilos No polares Hidrófobos
Carboxilo - COOH Radical Alquílico – CH2- R
Hidroxilo o Alcohol - OH Radical etilénico - CH = R
Carbonilo > C = O Radical fenilo - C6 H5
Amino - NH2
Imino > NH
Sulfihidrilo - SH
60
Nomenclatura
• Grupos alquilo
• Agrupación de átomos procedentes de la eliminación de un
átomo de H en un alcano.
•Contiene un electrón de valencia disponible para formar un
enlace covalente.
3.- Nomenclatura
61
3.- Nomenclatura
(Neo-)
62
Nomenclatura
• Grupos alquilo
• Nomenclatura : Cambia la terminación –ano del alcano por -ilo,
o –il cuando forme parte de un hidrocarburo.
•Iso y neo, NO se separan del nombre mediante (-)
3- Nomenclatura
63
Tabla 12.- Radicales alquilo.
3.- Nomenclatura
65
3.- Nomenclatura
CH3 | –C–CH3 terc-butil (dimetil–etil) | CH3
–CH=CH2 vinil (sp2)
–CH2–CH=CH2 alil
(–C6H5) fenil
Nombres de grupos especiales
66
Nomenclatura
• Grupos alquilo
•Sintesis .-Se forman por ruptura homopolar, generalmente
producida por altas temperaturas (termólisis o pirólisis), o
por irradiación con luz ultravioleta (fotólisis).
.
3.- Nomenclatura
67
Nomenclatura
• Grupos alquilo
•Reactividad.- Los radicales alquilo tienen gran reactividad
y su vida media es muy corta.
• Ejemplo es el radical metilo, CH3·, procedente del
metano,CH4, cuando pierde un átomo de hidrógeno, o dela
ruptura homopolar de otros compuestos orgánicos
.
3- Nomenclatura
68
Tipos de carbono con halógenos
En una cadena podemos identificar tres tipos de carbono, de acuerdo al número
de carbonos al cual esté unido el halógeno.
PRIMARIO.- Halógeno enlazado a Carbono primario.
R-CH2-X
SECUNDARIO.- Dos átomos de carbono unidos a un halógeno . R
R-CH-X
TERCIARIO.- Tres átomos de carbono unidos al halógeno.
R
R-C-X
R
3- Nomenclatura
4.- Cicloalcanos
69
Compuestos formados de C e H unidos en forma de anillo
(Hidrocarburos cíclicos) .
Los anillos se representan mediante polígonos regulares.
Fórmula : CnH2n
1.- Conceptos
70
Estructura
1.- Conceptos
71
Tabla 13.- Estructura de los alcanos cíclicos
Ejemplo
Tipo de cadena Lineal Ramificada Cíclica
Fórmula general CnH2n+2 CnH2n+2 CnH2n
72
Tabla 14.- Formas para representar la estructura de
los alcanos cíclicos
1.- Conceptos
Estructura
73
1.- Conceptos
Origen y aplicaciones
Aparecen de forma natural en diversos petróleos.
•Los terpenos, a que pertenecen una gran cantidad de
hormonas: estrógeno, la progesterona o la testosterona y
otras como el colesterol y alcanfor, suelen presentar un
esqueleto policíclico.
• Los monociclos con anillos mayores (14 - 18 átomos de
carbono) están presentes en las segregaciones de las
glándulas del almizcle, utilizado en perfumería.
Se nombran utilizando el prefijo ciclo seguido del nombre
del alcano.
Es frecuente representar las moléculas indicando sólo su
esqueleto. Cada vértice representa un carbono unido a dos
hidrógenos.
2.- Nomenclatura
74
Regla 1.- En cicloalcanos con un solo sustituyente, se toma el
ciclo como cadena principal de la molécula. Es innecesaria la
numeración del ciclo.
75
2.- Nomenclatura
Si la cadena lateral es compleja, puede tomarse como cadena
principal de la molécula y el ciclo como un sustituyente. Los
cicloalcanos como sustituyentes se nombran cambiando la
terminación –ano por –ilo.
76
2.- Nomenclatura
Regla 2.- Si el cicloalcano tiene dos sustituyentes, se nombran
por orden alfabético. Se numera el ciclo comenzando por el
sustituyente que va antes en el nombre.
77
2.- Nomenclatura
Regla 3.- Si el anillo tiene tres o más sustituyentes, se
nombran por orden alfabético. La numeración del ciclo se
hace de forma que se otorguen los localizadores más bajos a
los sustituyentes.
78
2.- Nomenclatura
Estabilidad
En la naturaleza son muy abundantes los compuestos con
ciclos de cinco y seis carbonos.
3.- Estabilidad
79
Estabilidad
En 1885, propuso que la inestabilidad
de los ciclos pequeños era debida a la
tensión de los ángulos de enlace.
Los carbonos sp3 tienen ángulos de
enlace naturales de 109,5º, en el
ciclopropano estos ángulos son de
60º, una desviación de 49,5º. Esta
desviación se traduce en tensión, que
provoca inestabilidad en la molécula.
80
3.- Estabilidad
Adolf von Baeyer (1835-1917)
Químico alemán
Estabilidad
Si los alcanos fueran planos, sus ángulos serían de:
81
3.- Estabilidad
Tipos de tensión
Existen tres tipos de tensión que desestabilizan los compuestos
cíclicos:
• Tensión angular: del ángulo de enlace, debida a ángulos que difieren de los
109,5º.
• Tensión de eclipsamiento: debido al eclipsamiento de los enlaces en los
átomos vecinos.
• Tensión estérica: ocasionada por las interacciones de repulsión cuando los
átomos se acercan demasiado, más de lo que su radio atómico permite.
82
3.- Estabilidad
83
3.- Estabilidad
Los cicloalcanos grandes tienen cada vez más libertad de
giro. Los comunes (C3-C7), están restringidos.
Tienen 2 caras: superior e inferior lo que origina isomería
en los cicloalcanos sustituidos.
84
3.- Estabilidad
Estereoisómeros:
Compuestos cuyos átomos están conectados en el mismo
orden, pero difieren en su orientación tridimensional.
85
3.- Estabilidad
86
Los cicloalcanos con dos o más sustituyentes pueden poseer isomería
geométrica:
cis-1,2-dimetilciclopropano trans-1,2-dimetilciclopropano
Cis-1,2-dibromociclopentano
Trans-1,2-dibromociclopentano
3.- Estabilidad
87
Cicloalcanots tienen p.eb. y
p.f. más altos y densidades
mayores que los
correspondientes alcanos
lineales, debido
probablemente a su mayor
rigidez y simetría que
permiten unas fuerzas
intermoleculares de
atracción (London) más
efectivas
P.Ebullición
P.Fusión
Densidad
3.- Estabilidad
Estructura: Teoría de las tensiones
88
Las moléculas de los cicloalcanos son más inestables que
las de los alcanos líneales de igual número de átomos de
carbono. Esa inestabilidad puede ser cuantificada con
ayuda de los calores de combustión y formación.
3.- Estabilidad
89
Cada vez que añadimos un grupo CH2 a un alcano, su calor de combustión aumenta
aproximadamente 157,4 Kcal/mol. Esta regla sólo la cumple con exactitud el
ciclohexano.
(CH2)n
n Calculado Experimental
Diferencia
(Tensión total) Tensión por CH2
3 -472.2 -499.8 27.6 9.2
4 -629.6 -655.9 26.3 6.6
5 -787.0 -793.5 6.5 1.3
6 -944.4 -944.5 0.1 0.0
7 -1101.8 -1108.2 6.4 0.9
8 -1259.2 -1269.2 10.0 1.3
9 -1416.6 -1429.5 12.9 1.4
10 -1574.0 -1586.0 14.0 1.4
11 -1731.4 -1742.4 11.0 1.1
12 -1888.8 -1891.2 2.4 0.2
14 -2203.6 -2203.6 0.0 0.0
3.- Estabilidad
Tabla 15.- Tensión por CH2 en cicloalcanos
Para medir la tensión de un compuesto, se mide la
energía total del mismo y se resta la cantidad de energía
de un compuesto de referencia que esté libre de tensión.
Para cicloalcanos, se mide su calor de combustión:
90
3.- Estabilidad
91
Átomos de C en los alcanos acíclicos: ángulos de enlace de 109.5º. Un
cicloalcano requiere por su geometría ángulos de enlace diferentes de
109.5º, los orbitales de sus enlaces C-C no pueden conseguir un
solapamiento óptimo y el cicloalcano estará afectado de una tensión
angular.
El ángulo interno del ciclopropano es de 60º,. El enlace C-C es mucho
más débil HºC-C = 65 kcal/mol) que en un alcano lineal
3.- Estabilidad
92
Los H de carbonos contiguos están eclipsados. Esto confiere
tensión torsional. En los acíclicos los hidrógenos pueden adoptar
una conformación alternada donde se minimicen sus interacciones
estéricas y orbitálicas
3.- Estabilidad
93
Ciclopropano
La molécula es parcialmente alabeada. Se observa rápida
interconversión de una forma plegada a otra. Con esta distorsión se
alivia parcialmente la tensión producida por los ocho hidrógenos
eclipsados. A costa de aumentar algo la tensión angular se disminuye
la tensión torsional.
C
C
H H
HH
H
H
H
H
C
C
C
HH
H H
H
H
HC
C
C
H
rápido107º
1.551A
1.109A
3.- Estabilidad
94
Ciclopentano
Si fuera plano los ángulos serían de 108º, cercanos a
los del tetraedro. Sin embargo, tal disposición plana
poseería diez interacciones H-H eclipsadas.
H
H
H
H
H H
H
H H
H
El plegamiento del anillo
libera tensión torsional,
también aumenta la
tensión angular
HH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
conformación de sobre
conformación de media silla
3.- Estabilidad
Ciclohexano
Los ciclos de seis son los más abundantes en la naturaleza
debido a su estabilidad. Existen multitud de compuestos
con actividad biológica cuya base son ciclos de seis
átomos condensados (colesterol).
95
3.- Estabilidad
96
Ciclohexano
Adoptan una disposición espacial en forma de silla,
minimizando la tensión angular y los eclipsamientos. Es la más
estable.
Los ángulos de enlace son de 111º, muy próximos a los 109.5°,
propios de la hibridación sp3.
Todos los H quedan alternados minimizando las repulsiones entre
ellos.
3.- Estabilidad
97
Conformación de bote
Tensión en enlaces
Dos enlaces eclipsados
Dos hidrógenos con
problemas estéricos
Conformación de bote
torcido
Pequeña tensión en enlaces
Dos enlaces parcialmente
eclipsados
Dos hidrógenos con pequeños
problemas estéricos
Conformación de silla
Sin tensión en enlaces
Sin enlaces eclipsados
Hidrógenos sin problemas
estéricos
Ciclohexano
Debido a la libertad de giro de los enlaces simples C-C el
ciclohexano tiene otras conformaciones además de la de silla
3.- Estabilidad
98
Ciclohexano
La disposición espacial de menor estabilidad es la forma de bote).
Los ángulos son próximos a la disposición tetraédrica y la tensión
angular es mínima.
El bote es desestabilizado por la repulsión entre los H que se sitúan
hacia el interior del bote tensión transanular (estérica).
3.- Estabilidad
99
3.- Estabilidad
100
Ciclohexano
La interconversión entre los dos confórmeros silla, provoca que
los H sean al 50 % axiales y ecuatoriales.
3.- Estabilidad
101
Interconversión del anillo
Interconversión de las conformaciones de silla (axial- ecuatorial
y viceversa).
Ambos confórmeros del ciclohexano monosustituido no tienen la misma energía.
3.- Estabilidad
102
La diferencia de energía entre confórmeros axial y ecuatorial
se debe al esfuerzo estérico causado por las interacciones
diaxiales.
3.- Estabilidad
103
La consecuencia de este movimiento de inversión de la conformación silla
es que las posiciones axiales pasan a ser ecuatoriales y viceversa. Esto es
especialmente relevante cuando el anillo de ciclohexano posee
sustituyentes.
3.- Estabilidad
104
Conformaciones de ciclohexano sustituido
Cuando el ciclohexano tiene un sustituyente, las dos sillas en equilibrio
dejan de estar degeneradas en energía. En general, la conformación con el
sustituyente en ecuatorial es más estable, como lo demuestran los
siguientes datos experimentales.
3.- Estabilidad
105
3- Nomenclatura
Tabla 16.- Cambio de energía libre del equilibrio axial-ecuatorial para
varios sustituyentes R (Energías conformacionales)
R DGº(kcal/mol) R DGº(kcal/mol)
H 0 F 0.25
CH3 1.75 Cl 0.52
CH3CH2 1.75 Br 0.55
(CH3)2CH 2.20 I 0.46
(CH3)3C >5 OH 0.94
CO2H 1.41 CH3O 0.75
CO2CH3 1.29 NH2 1.40
106
Haluro de arilo
3- Nomenclatura
107
Haluro de arilo: Polaridad y reactividad
• Halógenos son más electronegativos que C.
• El enlace C-X es polar,
• C tiene carga parcial positiva.
• C puede ser atacado por un nucleófilo.
• Halógeno puede salir con el par de e-.
3- Nomenclatura
108
Haluro de arilo : Estructura
• Las electronegatividades de los halógenos:
• I < Br < Cl < F
• Las longitudes de los enlaces C-X:
• C-F < C-Cl < C-Br < C-I
• Los momentos dipolares de los enlaces:
• C-I < C-Br < C-Cl < C-F
• Densidad: con dos o más átomos de halógeno son más densos
que el agua
3- Nomenclatura
109
Haluro de arilo : Estructura
3- Nomenclatura
110
Haluro de alquilo: Nomenclatura
IUPAC – Escoja la cadena de carbono más larga, aun si el
halógeno no esta atado a ningunos de estos carbonos.
• Use números lo mas bajos posible para la posición .
• Común – la palabra haluro seguida del grupo
alquilo.
3- Nomenclatura
111
Haluro de alquilo: Nomenclatura
CH2X2: Haluro de metileno
• CHX3: Haloformo
• CX4: Tetrahaluro de carbono
Ejemplos:
–CH2Cl2: cloruro de metileno
–CHCl3: cloroformo
– CCl4 : tetracloruro de carbono.
3- Nomenclatura