Capítulo 3
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Chapter 3 1 Capítulo 3 Organic Chemistry, 7 th Edition L. G. Wade, Jr. 2010, Prentice Hall Estructura y Estereoquímica de Alcanos
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Organic Chemistry , 7 th Edition L. G. Wade, Jr. Capítulo 3. Estructura y Estereoquímica de Alcanos. ã 2010, Prentice Hall. Hidrocarbonos. Hidrocarbonos son moléculas que contienen carbono e hidrógeno a. Alcanos. Fórmula General: C n H 2n+2 Existen en la naturaleza - PowerPoint PPT Presentation
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Chapter 3 1
Capítulo 3
Organic Chemistry, 7th EditionL. G. Wade, Jr.
2010,Prentice Hall
Estructura y Estereoquímica de Alcanos
Chapter 3 2
Hidrocarbonos son moléculas que contienen carbono e hidrógeno
a
Hidrocarbonos
Chapter 3 3
Alcanos
• Fórmula General: CnH2n+2
• Existen en la naturaleza• Alcanos pequeños son gases.
CH4 C2H6 C3H8
b.p. -160oC -89oC -42oC
Chapter 3 4
Ejemplo de Alcanos
Chapter 3 5
Alcanos Pequeños (CnH2n+2)
• Methane
• Ethane
• Propane
CH3 CH3
CH3 CH2 CH3
CH4
Chapter 3 6
Butano: C4H10
Isómeros Constitucionales son compuestos con la mismaFórmula Molecular pero diferente secuencia de enlaces.
CH3CH
2CH
2CH
3 n-butano
CH3CHCH3 iso-butano
CH3
Chapter 3 7
Pentanos: C5H12
n-pentano
iso-pentano
neo-pentano
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3CHCH2CH3
CH3CCH3
CH3
CH3
CH3
Chapter 3 8
Nomenclatura IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)
• Nombres comunes para los primeros: methano, etano, propano, butano.
• Alcanos: sufijo “-ano” después del prefijo relacionado al número de C.
Chapter 3 9
Reglas IUPAC• Regla 1: Encuentre la cadena más larga y
ésta le dará el nombre base del compuesto.
• Regla 2: Numere la cadena comenzando por el extremo donde más cerca esté el substituyente.
• Rule 3: Nombre los substituyentes como grupos alquílicos, indicando la posición del substituyente con el número que corresponda. Escriba los substituyentes en orden alfabético.
Chapter 3 10
Regla 1: Encuentre la Cadema más Larga
La cadena más larga tiene 6 carbonos:
hexano
3-metilhexano
Chapter 3 11
Cadena Más Larga
Cuando las dos cadenas más largas tengan igual longitud, use la cadena con el mayor número de substituyentes.
Chapter 3 12
Nombre de Grupos Alquílicos (substituyentes)
Chapter 3 13
Regla 2: Numere la Cadena más Larga
Numere la cadena comenzando con el extremo más cerca a un substituyente.
3-metilhexano
Chapter 3 14
Regla 3: Substituyentes Alquílicos
CH3CHCH2CHCH2CH3
CH3 CH2CH3
• Nombre los substituyentes como grupos alquílicos.• Indique la posición donde está el substituyente indicando el # del C al cual está enlazado. • Escriba los substituyentes alfabéticamente.
1 2 3 4 5 6
2-methyl 4-ethyl
4-etil-2-metilhexano
Chapter 3 15
Dos o Más Substituyentes Iguales
• Se usan los prefijos di-, tri-, tetra-, etc.
CH3CH2CH2CHCH2CHCH2CH2CHCH3
CH3
CH3
CH3
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
2,5,7-trimetildecane
Chapter 3 16
Solution: 4-Isopropyloctane has a chain of eight carbons, with an isopropyl group on the fourth carbon. 5-t-Butyldecane has a chain of ten carbons, with a t-butyl group on the fifth.
Solved Problem 3-1 Give the structures of 4-isopropyloctane and
5-t-butyldecane.
Chapter 3 17
Problema
De el nombre IUPAC al siguiente compuesto.
Chapter 3 18
The longest carbon chain contains eight carbon atoms, so this compound is named as an octane. Numbering from left to right gives the first branch on C2; numbering from right to left gives the first branch on C3, so we number from left to right.
Solved Problem 3-2: Solution
4-isopropyl-2,2,3,6-tetramethyloctane
Chapter 3 19
Puntos de Ebullición de AlcanosEl p. eb. aumenta a medida que aumenta el # de C, debido al aumento en la superficie de contacto.
Chapter 3 20
Puntos de Fusión de Alcanos• Los p.f. aumentan con el #C
de la cadena.
• Alcanos con # par de C tienen p.f. mayor que aquellos con #C impar.
• Alcanos ramificados tienen p.f. mayor que los no ramificados.
Chapter 3 21
Cracking e Hidrocracking
Chapter 3 22
Metano
• Tetraédrico• C sp3 con ángulos de 109.5º.
Chapter 3 23
Etano
• Dos C sp3 .• Rotación libre alrededor del enlace σ C—C.• Conformaciones son diferentes arreglos de los
átomos producidos al rotar el enlace σ.
Chapter 3 24
Conformaciones de Etano
Los confórmeros puros no pueden ser aislados porque la rotación es constante y rápida.
Chapter 3 25
Proyecciones Newman
Chapter 3 26
La Energía de Torsión de etano es más baja en su conformación alternada. La eclipsada es 3.0 kcal/mol (12.6 kJ/mol) más alta.
Conformaciones de Etano
Chapter 3 27
Conformaciones de Propano
Chapter 3 28
La conformación alternada tiene menos energía (más estable) que la eclipsada. La Energía Torsional es 3.3kcal/mol (0.3 kcal/mol más que en etano).
Conformaciones de Propano
Chapter 3 29
Conformaciones de Butano
• Butano tiene 2 conformaciones alternadas diferentes: gauche (60° entre los grupos metilos) y anti (180° entre los grupos metilos).
Chapter 3 30
Chapter 3 31
Tensión Estérica
• La conformación totalmente eclipsada es mayor en energía porque los dos grupos metilos están tan cerca que la repulsión de sus nubes electrónicas es grande.
• Esta interferencia entre dos grupo voluminosos se llama tensión estérica o impedimento estérico.
Chapter 3 32
Cicloalcanos CnH2n
Chapter 3 33
Propiedades Físicas
• No polares• Relativamente inertes• p.eb. y p.f. dependen de su peso
molecular.
Chapter 3 34
Nomenclatura
• El anillo es la cadena principal: los grupos enlazados al anillo se nombrarán como susbstituyentes.
• Si hay un sólo grupo no es necesaria la numeración.
CH2CH3
etilciclopentano
Chapter 3 35
Nomenclatura• Si hay dos o más substituyentes se enumerará la
cadena de manera tal que se asigne a los substituyentes los números más bajos.
CH3
CH3
H3C CH3
CH2CH3
1,3-dimetilciclohexano 3-etil-1,1-dimetilciclohexano
1
31
3
Chapter 3 36
Geometric Isomers
CH3
CH3
CH3
CH2CH3
Same side: Same side: cis-cis-
Opposite side: Opposite side: trans-trans-
1
2 cis-1,2-dimethylcyclohexane
1
2
trans-1-ethyl-2-methylcyclohexane
Chapter 3 37
Estabilidad de Cicloalcanos
• Los anillos más comunes en la naturaleza son de 5 y 6 miembros.
• Los C de los cicloalcanos son sp3 y, por lo tanto,
requieren ángulos de 109.5º.
• Si esto no fuese el caso aparecería la Tensión angular.
Chapter 3 38
Cyclopropano: C3H6
• Los ángulos están comprimidos a 60°.
• Existe tensión angular. No hay interacción lineal entre los orbitales sp3 (“banana bonds”).
Chapter 3 39
Tensión Estérica
Tensión angular y Tensión estérica
Chapter 3 40
Cyclobutano: C4H8
La Tensión Anular proviene de dos factores: Tensión Angular (109.5o vs 90o) y Tensión Estérica (hidrógenos eclipsados).
Chapter 3 41
Ciclobutano no Planar
• Adopta una conformación no planar para liberar Tensión Anular.
• Ciclobutano adopta la conformación “envelope”.
Chapter 3 42
Ciclopentano: C5H10
Nuevamente, la conformación adoptada es como un sobre.
Chapter 3 43
Conformación Silla de Ciclohexano
Chapter 3 44
Conformación Bote de Ciclohexano
Chapter 3 45
Diagrama de Energía Conformacional de Ciclohexano
Chapter 3 46
Posiciones Axiales y Ecuatoriales
Chapter 3 47
Interconversión Silla-Silla
La interconversión de una silla en otra produce que los substituyentes Axiales pasen a ser ecuatoriales en la otra silla.
Chapter 3 48
Metil Axial en Metilciclohexano
Chapter 3 49
Metilo Ecuatorial
Chapter 3 50
Interacciones 1,3-Diaxial
Los substituyentes axiales interfieren con los H axiales del C(3) y C(5). Esta interferencia es llamada interacciones 1,3-diaxial.
Chapter 3 51
Cis-1,3-dimetilciclohexano
• El Cis-1,3-dimetilciclohexano puede tener ambos grupos axiales o ecuatoriales.
• La conformación en que ambos están ecuatoriales es la más estable.
Chapter 3 52
Trans-1,3-dimetilciclohexano
Ambas conformaciones tienen un metil axial y otro ecuatorial. Ambas tienen la misma energía.
Chapter 3 53
Decalín
Cis-decalín tiene dos anillos fundidos donde el segundo anillo está enlazado al primero por dos enlaces cis. EnTrans-decalín el segundo anillo está unido por dos enlaces trans. ElTrans-decalin es más estable porque los grupos alquílicos están ecuatoriales.
Chapter 3 54
Tert-butilciclohexano
Chapter 3 55
Solved Problem 3-3
(a) Draw both chair conformations of cis-1,2- dimethylcyclohexane, and determine which conformer is more stable.
(b) Repeat for the trans isomer.(c) Predict which isomer (cis or trans) is more stable.
Chapter 3 56
Solution:
Solved Problem 3-1 Draw the most stable conformation of
trans-1-ethyl-3-methylcyclohexane.
