Alcanos y Cicloalcanos

Química. Isometría estructural. Unión de alcano. Hiperconjugación. Petróleo. Combustión. Alogenación. Barreras rotacionales

  • Enviado por: Leo
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 3 páginas
publicidad
cursos destacados
Ejercicios Resueltos Ecuaciones Diferenciales
Ejercicios Resueltos Ecuaciones Diferenciales
Serie de ejercicios resueltos de Ecuaciones Diferenciales Este curso va ligado al curso actual de Ecuaciones...
Ver más información

PREICFES Saber 11 Matemáticas Versión 2014
PREICFES Saber 11 Matemáticas Versión 2014
NO TE PIERDAS EL MUNDIAL YENDO A UN PREICFES VACACIONAL TRADICIONAL, MEJOR ESTUDIA DESDE TU CELULAR...
Ver más información

publicidad

TEMA 3: alcanos y cicloalcanos.

Concepto general d isomeria. Isomeria estructural.

Isomeros estructurales son moleculas q poseen la misma formula molecular xo distintas conexiones entre los atomos.

Los alcanos con n>=4 tienen varios isomeros estructurales. Xa n=5 hay 3 isomeros, xa n=6 hay 5 y xa n=7 hay 9.

Propiedades fisicas dlos alcanos.

En la serie homologa d los alcanos y a Tª ambiente, los q tienen n entre 1 y 4 son gaseosos, con n entre 5 y 13 son liquidos y a partir d 14 son solidos.

La disposicion es en zigzag y los atomos d C son tetraedricos, con hibridacion sp3 y angulo d 109,5º.

La longitud d enlace C-C es 1,54 A y la dl C-H es 1,10 A.

Fuerzas d union d dos alcanos.

Las moleculas ejercen fuerzas d atraccion sobre otras moleculas, llamadas fuerzas intermoleculares. Estas pueden ser culombicas, las cuales contienen las d tipo ionico y las dipolares, q incluyen los puentes d H. Tbien se dan las fuerzas d Van der Waals, q incluyen las fuerzas d London.

-Fuerzas ionicas: son fuerzas d atraccion entre iones y son las responsables d q las sales se mantengan ordenadas en una red cristalina. muchas moleculas organicas se encuentran solidas como cristales.

-Fuerzas dipolares: se da en moleculas no ionicas, xo si polares.

-Van der Waals: el movimiento d unas moleculas influye en las vecinas, las cuales adaptan sus movimientos xa estar lo + separados posible. Asi la densidad d carga en la molecula pierde homogeneidad y se forman dipolos instantaneos generando unas fuerzas d atraccion llamadas fuerzas d London, + debiles q las ionicas y dipolares.

Si las fuerzas intermoleculares son intensas, aumentan los puntos d fusion y ebullicion. Y cuantos mas e- y mas peso molecular tenga una molecula, + importantes seran las fuerzas d London. Aunq si los alcanos son ramificados esto no sera valido, ya q estos tendran - superficie d contacto x lo q seran - efectivas. D esta forma cnt mas esferica sea una molecula, menores seran sus puntos d fusion y ebullicion.

Fuerza d enlace en los alcanos.

Las fuerzas d enlace en los alcanos varia con la estructura: cnt mas sustituidos esten los C decrece la energia d enlace C-H y aumenta la estabilidad d los radicales formados, basandose en la estructura dlos R alquilo y la hiperconjugacion.

Estructura dlos radicales alquilos.

El C con hibridacion sp3 d un alcano, cnd se convierte en radical pasa a tener hibridacion sp2, con el e- desapareado situado en el orbital p.

Los + estables son los radicales alquilos terciarios y el - es el radical metilo, debido a la disminucion dlas interacciones estericas cnd el sistema se hace plano.

Hiperconjugacion.

Es una deslocalizacion d un e-, x la cual un enlace sigma C-H se solapa con un orbital vecino p, caracteristico d un centro radicalario.

Las posibilidades d hiperconjugacion aumentan a medida q se sustituyen H dl C radicalario: + sustituido + hiperconjugacion.

Fuente d los alcanos: el petroleo.

El petroleo es un producto d la degradacion dla materia organica q vivio hace millones d años. El crudo es un liquido oscuro y visvoso formado x una mezcla d hidrocarburos, principalmente alcanos lineales, algunos ramificados, y cantidades variables d aromaticos.

La destilacion se usa xa dividir el petroleo en fracciones segun su peso molecular. Solo un 15-30% dl petroleo contiene la fraccion con hidrocarburos d entre 4 y 12 C (con los q se obtienen la gasolina), x lo q hay q modificar la naturaleza d otras fracciones mediante:

-Pirolisis: a altas Tªs los enlaces C-C y C-H se rompen y en ausencia d O2 los radicales resultantes se unen entre si formando nuevos alcanos y abstraer H formando alquenos. Asi se forman mezclas muy complejas d alcanos y alquenos. Xa restringir el tamaño d los hidrocarburos formados se usan catalizadores como las zeolitas.

-Craqueo: es la pirolisis d una mezcla d hidrocarburos pesados procedente dl petroleo xa obtenerlos d menor tamaño xa usarlos como gasolina.

-Reformado: un hidrocarburo se reforma xa conseguir otro.

Reacciones d los alcanos: combustion y halogenacion.

-Combustion: reaccion quimica con el O2, normalmente a alta Tª, en la q un alcano se convierte en CO2 y H2O. Esta muy favorecida. Los calores d combustion aumentan en la serie homologa. 2CnH2n+2 + (3n+1)O2 2nCO2 + (2n+2)H2O + calor.

-Halogenacion: reaccion d sustitucion homolitica y exotermica. Su energia d activacion es muy alta y no es espontanea. Alcano + Halogeno Haloalcano.

El mecanismo es radicalario y se divide en 3 estapas: iniciacion (el Cl2 se descompone homoliticamente en 2 radicales Cl·; propagacion (el radical Cl· reacciona con el metano y forma un radical metilo· y HCl; el rad metilo reacciona con una molecula d Cl2 y produce clorometano y un nuevo radical Cl·) y terminacion (la reaccion termina al combinarse dos radicales Cl·, al unirse el radical Cl· al CH3, o dos radicales metilo produciendo etano. Tbien se puede formar di- tri- y tetraclorometano.

Es dificil controlar el producto q se forma, x lo q hay q poner mucho exceso d CH4, asi la concentracion d radicales era baja y entonces la probabilidad d q se encuentren 2 radicales y x tanto se termine la cadena sera tbien baja.

Concepto d conformacion. Barreras rotacionales.

Las barreras d energia xa la rotacion alrededor d un enlace sencillo son d unas cuantas kcal/mol, d forma q a Tª ambiente las moleculas tienen suficiente energia xa superarla. Las moleculas q solo difieren en la posicion debida ala rotacion alrededor d un enlace sencillo son los isomeros conformacionales o conformeros.

X ej en la molecula d etano se pueden imaginar 2 conformaciones extremas d un metilo respecto d otro, debido ala rotacion alrededor dl simple enlace C-C. Las distintas posiciones dlos H adyacentes tienen distinta energia x las repulsiones entre les nubes electronicas dla molecula. Las d mayor energia son las eclipsadas y las d menor son las alternadas.

Proyeccion d Newman: se mira la molecula dsd sus extremos, en la direccion dl enlace C-C. El angulo diedro () dl enlace C-H anterior y posterior varia d 0 a 360º, a medida q va girando un metilo. Si partimos d 0 en una posicion eclipsada, al girar 60º pasaria a una conformacion alternada, alos 120º eclipsada, alos 180º alternada. La energia varia según el angulo, d manera sinusoidal, con 3 maximos y 3 minimos.

En las conformaciones eclipsadas la repulsion electronica es maxima, x tanto su energia es mayor. La energia necesaria xa pasar d una ala otra es la barrera rotacional. En el etano la barrera rotacional es d 2,8 kcal/mol.

Analisis conformacional dl propano y el butano.

Existe un grupo metilo q supone un impedimento esterico producido x las interacciones H-CH3 (q son mas altas q las interacciones H-H dl etano), x lo q la barrera rotacional es mayor q en el etano (3,4 kcal/mol).

En el analisis conformacional dl butano hay + d 1 conformacion alternada y eclipsada, ya q la posicion relativa entre los dos metilos sustituyentes dan lugar a conformaciones con distinta energia. En las eclipsadas la + energetica es la q enfrenta alos 2 grupos metilo. En las alternadas se distinguen la posicion ANTI (con los metilos + alejados) y la posicion GAUCHE (con los dos metilos mas cercanos); esta ultima es la mas energetica dlas alternadas.

Cicloalcanos.

Poseen isomeria CIS-TRANS cnd llevan sustituyentes en 2 C distintos, como en el cis o trans 1,2-dimetilciclopropano.

Tension d anillo.

La geometria tetraedrica dl C en sp3, con un angulo d enlace d 109,5º hace muy dificil obtener un anillo d 3 o 4 C, q son los + inestables debido ala tension. Los d 5 y 6 tienen pocas tensiones y son los + comunes. Los d 7 a 12 C tienen cierta tension, y los d 13 o + estan libre d tensiones.

Los factores implicados en la estabilidad son la tension dl angulo d enlace, la tension d eclipsamiento, la interaccion gauche y la tension transanular (causada x el impedimento esterico entre los H dl anillo).

Estructura dl ciclopropano.

Es triangular, plano y con angulos d enlace C-C d 60º, muy distintos alos 109,5 dl angulo tetraedrico y los enlaces se curvan xa cerrar el ciclo. Los H estan en posiciones eclipsadas. Es - estable q 3 grupos metilenos ya q el enlace C-C debe curvarse lo suficiente xa permitir el solapamiento. X todo esto los enlaces C-C son debiles y se producen reacciones d apertura dl anillo.

Conformaciones dl ciclobutano ydl ciclopentano.

El ciclobutano muestra estructura plegada, y tiene un angulo d tension d 26º. Al no ser plano puede pasar d una posicion plegada a otra mediante inversion, liberando parte dla tension producida x el eclipsamiento dlos 8 H. Hay - tension q en el ciclopropano, xo el solapamiento solo es posible mediante enlaces curvados y lleva a cabo procesos d apertura. La energia d enlace C-C es d 63 kcal/mol. reactivo q el ciclopropano.

En el ciclopentano el anillo se pliega xa reducir las interacciones H-H eclipsadas, aunq esto aumente la tension angular. Ambos factores intervienen en la conformacion d menor energia. Hay 2 conformaciones plegadas dl ciclopentano: sobre y media silla, con poca diferencia d energia entre ellas y con baja energia d activacion. La tension d anillo es baja x lo q no se descompone al calentar, ni se hidrogena a propano.

Conformaciones dl ciclohexano.

Su conformacion no es plana, sino en forma d silla xa evitar los eclipsamientos. Los angulos d enlace estan proximos al tetraedrico. Y en proyeccion d Newman (alo largo d un enlace C-C) se tienen disposiciones alternadas. Todos los metilenos estan en posicion gauche, lo q genera una pequeña tension; no es posible el conformero anti.

La conformacion en bote es menos estable debido al eclipsamiento en los H dla base, y x la tension transanular entre los 2 H dl interior.

La conformacion d bote torcido estabiliza la molecula respecto ala d bote, al eliminar parte dlas tensiones transanulares.

Se distinguen las posiciones axiales (lineas verticales, hacia abajo en el C1), paralelas al eje dla molecula, y las posiciones ecuatoriales, ligeramente en angulo con la horizontal, y mirando al lado contrario dla axial, paralelas al enlace C-C siguiente al adyacente. En la interconversion silla-silla los H en ax pasan a ec, con una EA d 10,8 Kcal/mol (muy rapida a Tª ambiente).

Ciclohexanos sustituidos.

Si estan sustituidos en axial se producen repulsiones estericas debidas a interacciones transanulares (1,3-diaxiales) y estara en posicion Gauche respecto a un CH2 dl anillo.

Los sustituyentes en ecuatorial estan hacia fuera dla molecula y no tienen interacciones 1,3-diaxiales. Se encuantran en Anti respecto alos CH2.

Entre las 2 formas d silla hay una diferencia d energia q se va haciendo mayor a medida q aumenta la talla dl sustituyente.

Xa ciclohexanos disustituidos los efectos dlos sustituyentes pueden ser acumulativos, sindo la conformacion + estable la q tenga mayor nº d sustituyentes en posicion ecuatorial.