Hidrocarburos Alifáticos Series Homologas - dea.unsj.edu.ardea.unsj.edu.ar/quimica2/3- HIBROCARBUROS ALIFATICOS (1) buena.pdf · Hidrocarburos Aromáticos : PROPIEDADES CARACTERISTICAS

Hidrocarburos Alifáticos Series Homologas

BIO - QCA II 2015

¿Qué son los Hidrocarburos? •Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados principalmente por átomos de carbono e hidrogeno, aunque estos hidrógenos pueden ser reemplazados por diferentes sustituyentes- •Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas. •Estos pueden diferenciarse en dos tipos:

¿Cómo se nombran los hidrocarburos?

Familias de hidrocarburos:

HIDROCARBUROS

ACÍCLICOS

CÍCLICOS

CARBOCÍCLICOS

ALIFÁTICOS (ALICÍCLICOS)

AROMÁTICOS

HIDROCARBUROS ACÍCLICOS •Alcanos: CnH2n+2 (enlaces σ) •Alquenos: CnH2n (enlaces π) •Alquinos: CnH2n-2 (enlaces π)

HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS •Cicloalcanos •Cicloalqueno

Alcanos:

Análisis conformacional y proyecciones de Newman

Equilibrio conformacional

Se puede transformar un confórmero en otro mediante la rotación en torno a enlaces simples.

Etano

ϕ: es el ángulo diedro del etano

La representación de Newman es útil en este caso.

Los diversos rotámeros del etano no poseen la misma energía potencial.

Eclipsada Alternada Alternada

Análisis conformacional y proyecciones de Newman

El etano

Al girar un grupo metilo alrededor del eje C-C, empezando a partir de la conformación alternada, la distancia entre los hidrógenos disminuye, dando lugar a un aumento en la repulsión entre los pares enlazantes de los enlaces C-H.

En el punto de eclipse, la molécula tiene su contenido máximo de energía.

El cambio de energía asociado a la rotación alrededor del un enlace se llama energía rotacional o torsional.

Diagrama de energía potencial de la rotación libre del etano

El propano Es un sistema parecido al etano solo que se sustituye un hidrógeno por un

metilo.

En este caso también las formas extremas son las alternadas y la eclipsadas.

La barrera en este caso es mayor que en el etano debido al impedimento estérico que en este caso involucra un metilo y un hidrógeno.

La variación es sinusoidal porque tenemos el mismo efecto en cada giro.

Análisis conformacional del propano

n-Butano

Para distinguir una estructura de otras se emplea el prefijo sin y anti, según la disposición de los enlaces de los grupos más voluminosos.

Antiperplanaria Anticlinal Sinclinal gauche Sinperiplanaria Sinclinal gauche

Conformaciones del butano

Diagrama de energía

Ciclo Alcanos:

a) Tensión anular Los cicloalcanos son menos estables que sus homólogos alifáticos debido a las tensiones producidas en el anillo

El ángulo interno del ciclopropano es de 60º, mucho más pequeño que el ángulo natural de los híbridos sp3 (109.5º). Por tanto el solapamiento no puede ser frontal y es más imperfecto. Esto se demuestra experimentalmente porque el enlace C-C es mucho más débil (DHºC-C = 65 kcal/mol) que en un alcano lineal.

Ciclopropano

En un alcano lineal el solapamiento frontal de los orbitales híbridos sp3 es máximo, dando lugar a un enlace C-C de gran fortaleza.

Por otra parte, los hidrógenos pueden adoptar una conformación alternada donde minimicen sus interacciones estéricas y orbitálicas. Además de la distorsión en el solapamiento de los orbitales híbridos debido al pequeño tamaño del anillo, los hidrógenos de carbonos contiguos están inevitablemente eclipsados. Esto confiere una

inestabilidad añadida a la molécula.

b) Tensión torsional

Ciclobutano

Ciclopentano

Ciclohexano

Conformación tipo “bote” simétrico

Ciclohexano

Conformación tipo “bote torcido”

Conformaciones del Ciclohexano

El análisis conformacional del ciclohexano indica que las barreras del potencial son

mayores y por lo tanto les podemos medir fácilmente en comparación con las otras familias

El confórmero silla es el más estable.

Las otras conformaciones bote y twist (bote retorcido) son menos estables.

El ciclohexano no es conformacionalemente rígido. Es posible la interconversión de una conformación silla a otra, equilibrando así los hidrógenos axiales con los ecuatoriales.

Esta interconversion permite la estabilidad de los ciclohexanos sustituidos.

En el ciclohexano se distinguen dos tipos de átomos de hidrogeno según su posición relativa dentro de la molécula:

– Ecuatoriales: dispuestos a lo largo del plano ecuatorial de la molécula (6)

– Axiales: dispuesto perpendicularmente al plano de la molécula (3 + 3)

Alquenos:

EJEMPLOS DE ALQUENOS Y CICLO ALQUENOS

Alquinos:

O comúnmente llamado también ACETILENO

Hidrocarburos Aromáticos :

PROPIEDADES CARACTERISTICAS DEL BENCENO DEBIDO A SU ESTRUCTURA.

• Todos los enlaces del benceno son iguales y una longitud 1.39 A intermedia entre enlaces simples y dobles. •Se encuentra estabilizado por resonancia (diferentes estructuras) • El benceno resiste a las reacciones de adición, ya que esto destruiría su sistema anular. • Aunque si sufre reacciones de sustitución. • Para que una sustancia sea aromática: 1. La molécula debe tener nubes cíclicas de electrones p

deslocalizados por encima y por debajo del plano de la molécula, esta nube p debe tener un total 4n+2 electrones de p (Regla de Hückel)

2. Debe ser ciclica (un anillo) 3. Debe ser plana 4. Sus carbonos tener hibridizacion sp2

Catión cicloheptatrienilo o ion tropilio

Anión ciclopentadienilo

Algunos nombres comunes del benceno monosustituido

Grupos funcionales de los hidrocarburos:

Pueden contener átomos distintos al C y al H, los más importantes contienen O, N ó ambos

Alcoholes • El grupo funcional es –OH cuyo nombre es HIDROXILO • para nombrarlos se reemplaza la –o final del hidrocarburo por –ol • Debido a la diferencia de electronegatividades entre el O y el H el grupo hidroxilo es polar. • el más simple es el metanol CH3OH (alcohol de madera) , le sigue el etanol CH3CH2-OH

presente en las bebidas alcohólicas.

PRIMARIOS.-Son aquellos alcoholes en los que el grupo –OH (hidroxi) está unido a un C primario, o sea un Cunido a un solo C.

SECUNDARIOS.- Son aquellos en los cuales el grupo –OH (hidroxi) está unido a 1 C secundario, o sea un C unido a 2átomos de C.

TERCIARIOS.- Son aquellos en los cuales el grupo –OH (hidroxi) está unido a 1 terciario, o sea 1 C unido a 3 átomos de C.

Aldehídos y Cetonas

• Contienen el grupo funcional carbonilo • En los aldehídos el grupo carbonilo se une a 1 C que tiene al menos 1 H, RCOH y

para nombrarlos se sustituye la terminación –o por -al • En las cetonas el grupo carbonilo se une a 2 C, RCOR´ donde R y R´no son H´s y

para nombrarlos se sustituye la terminación –o por -ona

Ácidos Carboxílicos

• Contienen el grupo funcional carboxilo –COOH y son moléculas polares

• Para nombrarlos se sustituye la terminación-o del hidrocarburo por -oico.

AC. Acético

Ácidos carboxílicos ciclicos

Compuestos orgánicos en los que aparece la combinación:

R-O-R’, donde R y R’ representan grupos alquilo, no

necesariamente iguales.

Los éteres pueden considerarse como derivados de los

alcoholes, en los que el H del grupo -OH ha sido

reemplazado por un grupo alquilo.

Nomenclatura:

o Clásica: Se nombran las dos cadenas (como sustituyentes)

seguidas de eter (Ril-R’il-eter)

o Actual (IUPAC): Se nombra la raiz de la primera cadena

seguida de oxi y de la segunda cadena (R-oxi-R’)

Éteres

Éteres: Nomenclatura Se nombran las dos cadenas de hidrocarburos (como radicales) seguidas de la

palabra éter

R1-O-R2 “R1il”-” R2il”-eter

Las actuales normas IUPA recomiendan usar el prefijo oxi entre los nombres de las dos cadenas de hidrocarb:

R1-O-R2 “R2oxiR1”

El grupo O-R2 (R2 es la cadena más corta) se considera un sustituyente y se denomina grupo “alcóxido”.

Hay que indicar la posición de este sustituyente

CH3CH3 CH2 O etil metil éter

CH2CH3 CH2 O CH2 CH3

etoxipropano CH3

O

CH3 CH CH3 2-metoxipropano

Éteres: Nomenclatura

ÉTERES (R-O-R’):

Método sistematico: R ’ -oxi-R (R es el más complejo).

Se toma como cadena principal la de mayor longitud y se nombra el alcóxido (O-R’) como un sustituyente, (hay que indicar su posición).

Ejemplos:

ÉTERES (R-O-R’):

Los éteres sencillos se pueden nombrar citando los nombres de los radicales R y R’ en orden alfabético, seguidos de la palabra éter.

Ejemplos:

ÉTERES CÍCLICOS (R-O-R’):

Los éteres cíclicos se forman sustituyendo un -CH2- por -O- en un ciclo (son heterocíclos).

La numeración comienza en el oxígeno y se nombran con el prefijo oxa- seguido del nombre del ciclo.

Ejemplos:

Éteres: Nomenclatura

Éjemplos:

ETOXIETANO (Dietiléter ó éter etílico)

METOXIETANO

(Etilmetileter) METOXICICLOPENTANO

1-isopropoxi-2-metilpropano

1-isopropoxi-1-ciclopenteno

1-metoxi-1,4-ciclohexadieno

Éteres: Nomenclatura

Ésteres

• El grupo R puede ser un H, o un grupo alifático o aromático

• El grupo R´ puede ser un grupo alifático o aromático y NO puede ser 1 H.

• Los aromas de las frutas se deben a los esteres.

Derivados de los ácidos carboxílicos

en los que el H del grupo carboxilo

es reemplazado por un grupo alquilo

(-R)

Ésteres (R-COOR’):

Se consideran derivados de los ácidos carboxílicos, en los que el H del grupo hidroxilo ha sido sustituido por una cadena hidrocarbonada (R’)

Los ésteres reciben nombres como si fueran sales inorgánicas.

Se nombran como el ácido carboxílico del que derivan, sustituyendo el sufijo “-oico” por “-ato” seguido de la preposición “de” +nombre del grupo R’ (tomado como sustituyente).

Ej.:

Ésteres

Ejemplos:

propanoato de metilo

metanoato de metilo (formiato de metilo)

metanoato de butilo. formiato de butilo

butanoato de metilo (butirato de metilo)

etanoato de fenilo

(acetato de fenilo)

metanoato de benzilo

(formiato de benzilo)

Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos, nitrilos, amidas

Ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres, que pasan a nombrarse como sustituyentes (alcoxicarbonil......

Aminas AMINAS PRIMARIAS (R-NH2):

Aminas primarias simples se nombran agregando el sufijo amina al nombre del sustituyente alquílico (metil, etil, etc.).

Se indica si es necesario a que carbono está unido el grupo amino

Ej:

Si hay ramas se elige la cadena más larga unida al nitrógeno como base para nombrar. Los sustituyentes se nombran y posicionan en la forma habitual

2-Pentilamina

Las aminas pueden ser vistas como derivados del amoniaco

(NH3), en el que los átomos de H son reemplazados por

cadenas de carbono

Metilamina

NR

H

H

Amina (RNH2)

Amina primaria: RNH2;

Amina secundaria: R2NH

Amina terciaria: R3N

Amina primaria Metilamina

Amina secundaria Dimetilamina

Amina terciaria

Nicotina

NH2CH3

NHCH3

CH3

AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS SÍMÉTRICAS (R-NH-R)

Si los sustituyentes son iguales (Aminas secundarias y terciarias simétricas), se admite el nombrarlas citando el nombre de R como radical precedido del prefijo di- o tri- y seguido del sufijo –amina.

Ej:

Diisopropilamina Trietilamina

Aminas

AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (Asimétricas, R-NH-R’)

Aminas asimétricas se nombran como aminas primarias N-sustituidas.

Se escoge el grupo alquilo más largo como padre y los otros grupos alquilo se consideran sustituciones en el átomo de nitrógeno.

Los sustituyentes unidos directamente al átomo de nitrógeno se indican con el localizador -N-.

Aminas

AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS (Asimétricas, R-NH-R’)

Los sustituyentes unidos directamente al nitrógeno llevan el localizador N.

Si en la molécula hay dos grupos amino sustituidos se emplea N,N'.

Si los sustituyentes son simples también se permite nombrarlos como radicales en orden alfabético seguido de Amina (desaconsejado).

N,N-dimetilpentanamina

(N,N-dimetilpentilamina) N,N’-dimetilpentan-1,5-diamina

(N,N’-dimetilpentil-1,5-diamina)

AMINAS, otras opciones y particularidades de la nomenclatura:

Cuando el grupo amino no es el principal (tiene menor prioridad que los ácidos y derivados, carbonilos y alcoholes) y actúa como sustituyente se nombra con el prefijo “amino” y el marcador de posición.

Radicales más complejos se nombran cambiando la terminación “–ina” de la amina por “-ino” (amino)

NH2

CH3 CH C

O

OH

CH3 NH CH2 CH2 C

O

OH

Aminas

Acido-2- aminopropanoico Acido N-metil, 3-aminopropanoico

En las moléculas más complejas el grupo amino se considera un sustituyente más. Se nombra con el localizador y los prefijos correspondientes, añadidos como sufijo al nombre “normal” de la cadena principal

Si hay más de un grupo amino se añade el sufijo di, tri y se indican con localizadores las posiciones de los grupos amino.

Aminas

AMINAS OTRAS OPCIONES DE NOMENCLAURA:

El Chemical Abstracts ha adoptado un sistema de nomenclatura para aminas que es más racional que el de la IUPAC. En este sistema, las aminas se nombran cambiando la terminación o de la cadena principal del compuesto por el sufijo amina.

En este caso, se selecciona la cadena más larga (completa) y con un marcador de posición hay que indicar la posición del carbono al que se une el nitrógeno

Son moléculas orgánicas en las que un grupo amino (-NH2) está unido al carbono

de un grupo carbonilo (C=O).

Pueden considerarse derivadas de un ácido que ha perdido su grupo hidróxilo (-

OH) que ha sido sustituido por un grupo amino (-NH2).

La combinación de estos grupos se denomina grupo amida

Este es el común enlace peptídico

N

H

C

O

R R'

Metil propanamida Amida (RNHCOR’)

Amidas

AMIDAS Se forman al sustituir algún H del amoniaco (NH3) por radicales procedentes de

ácidos que han perdido el grupo OH (radicales acilo)

Las amidas se nombran a partir del ácido que les da origen, eliminando la palabra ácido y cambiando la terminación oico o ico por “-amida” o la terminación carboxílico por “-carboxamida”.

Si la amida tiene sustituyentes alquílicos en el átomo de nitrógeno, se indica su posición con el prefijo N-.

R-CO + NH2 → OH H NH2

C

O

R + H2O

AMIDAS, particularidades de la nomenclatura:

En las misma situaciones en que los ácidos carboxílico ciclicos se nombran con el súfijo carboxílico las amidas se nombran mediante el sufijo “carboxamida-” seguido del nombre del ciclo.

o Cuando el grupo amida esta unido a un ciclo:

o Cuando hay mas de 3 grupos amida:

Cuando el grupo amido no es el principal, se nombra con el sufijo “carbamoil-”:

C

O

NH2

ciclopentanocarboxamida

1,2,4-butanotricarboxamida

C

O

OH

C

O

NH2 Ácido 2-carbamoilbenzoico

NITRILOS: Derivados del cianuro de hidrogeno “H-C≡N” (ión cianuro CN-).

añadiendo el sufijo “-nitrilo”

También se admite Se nombran la denominación: “cianuros de alquilo”, esto es, “cianuro de R-ilo”.

Cuando en la molécula existe otro grupo principal se nombran como radical con el prefijo “ciano-”.

Ej:

BENZONITRILO (cianuro de fenilo)

PROPENONITRILO (cianuro de vinilo) PROPANONITRILO

(cianuro de etilo)

ACIDO 3-CIANOPROPANOICO

Función Nom.

grupo

Grupo Nom.

(princ.)

Nom.

(secund)

Ácido carboxílico carboxilo R–COOH ácido

…oico

carboxi (incluye C)

Éster éster R–COOR’ …ato de

…ilo

…oxicarbonil

Amida amido R–CONR’R amida carbamoil

Nitrilo nitrilo R–CN nitrilo ciano (incluye C)

Aldehído carbonilo R–CH=O …al Oxo/formil (incluye C)

Cetona carbonilo R–CO–R’ …ona oxo

Alcohol hidroxilo R–OH …ol hidroxi

Fenol fenol –C6H5OH …fenol hidroxifenil

Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (1/2): Grupos funcionales

Función Nom.

grupo

Grupo Nom.(princ.) Nom

(sec)

Amina (primaria)

(secundaria)

(terciaria)

Amino

“

“

R–NH2

R–NHR’

R–NR’R’’

…ilamina

…il…ilamina

…il…il…ilamina

amino

Éter Oxi R–O–R’ …il…iléter oxi…il

Alquenos alqueno C=C …eno …en

Aquinos alquino C C …ino Ino (sufijo)

Nitrocompuestro Nitro R–NO2 nitro… nitro

Haluro halógeno R–X X… X

Radical alquilo R– …il …il

Principales grupos funcionales (por orden de prioridad) (2/2): Grupos funcionales