Química orgánica

Estructura de Lewis. Alcanos y cicloalcanos. Haluros orgánicos. Alcoholes y fenoles. Éteres. Acidos carboxílicos. Aminas. Isomería

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QUIMICA ORGANICA

Estructuras de Lewis

Dibujarse para todos los elementos y componentes representativos de una molécula unidos mediante enlaces covalentes. Un enlace covalente se produce cuando dos átomos comparten electrones. Si los dos átomos del enlace son iguales o tienen electronegatividadsimilar, los electrones son compartidos por igual entre los dos átomos y el enlace es considerado no polar. Si los dos átomos tienen electronegatividad significativamente diferente, los electrones no son compartidos por igual entre los dos átomos y el enlace es considerado como polar.En un enlace polar,el elemento más electronegativo adquiere una carga parcial negativa, y el elemento menos electronegativo adquiere una carga parcial positiva. Las cargas parciales se denotan comúnmente con la letra griega "".

La electronegatividad es la medida de la capacidad de un átomo para atraer electrones. En la tabla periódica la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en un período. En un grupo aumenta de abajo a arriba. La mayor electronegatividad corresponde al F (3.9) y la menor al Fr (0.7)

Una regla(algo tosca) para determinar si un enlace covalente va a ser polar o no polar es como sigue.Si las casillas de la tabla periódicaen las que se encuentran los elementos que forman el enlace covalente tienen un lado común (C y N por ejemplo),la diferencia de electronegatividades es, en general, lo suficientemente pequeña como para que el enlace entre estos dos elementos sea considerado no polar. Si las casillas de los átomos no tienen ningún lado en común (C y O por ejemplo), entonces cualquier enlace entre estos elementos es considerado como polar. Las cargas parciales en este último enlace pueden representarse por +C–O-.Cuando se aplica esta aproximación, el Hidrógeno (H, electronegatividad = 2.1) debería situarse entre el B (boro) y el C (carbono).

Método para dibujar las estructuras de Lewis

  1. Contar el número de electrones de electrones que tiene cada átomo en su capa exterior y obtener el número total de electrones de electrones que tiene la molécula en su capa exterior.

    El Hidrógeno tiene 1 electrón en su capa exterior, el Carbono 4, el Nitrógeno y el Fósforo 5, el Oxígeno y el Azufre 6, los halógenos 7.

  2. Determinar el número de enlaces que tiende a formar cada átomo considerando la regla del octeto.

    Los átomos se unen adquiriendo la estructura del gas noble más próximo en la tabla periódica, que para la mayoría de los elementos que intervienen en los compuestos orgánicos es el Neón, el cual posee 8 electrones en su capa más exterior.

  3. Colocar el átomo que tiende a formar más enlaces en el centro.

  4. Colocar H, F, Br, Cl en el exterior.

  5. Una vez colocados los átomos conectarlos mediante enlaces simples

  6. Colocar los electrones en los átomos exteriores para satisfacer la regla del octeto para cada uno de estos átomos.

  7. Si hay electrones disponibles, añádanse al átomo central para que se cumpla la regla del octeto.

  8. Crear los enlaces múltiples (dobles y triples) necesarios entre los átomos exteriores y centrales para satisfacer la regla del octeto moviendo los electrones no compartidos para formar pares de enlace.

Ejemplo: HCN

Átomo

Electrones en capa exterior

Enlaces a formar

H

1

1

C

4

4

N

5

3

  • Se dibuja el esqueleto con los átomos conectados por enlaces simples. Puesto que el C es el que más enlaces requiere se coloca en el centro.

  • Se añaden los electrones restantes a los átomos más exteriores hasta llegar a las 10 e- totales. (No quedan electrones para colocar en el Carbono)

  • El Carbono no cumple la regla del octeto (pero el H y el N sí).Se mueven los electrones de valencia desde el N para formar un enlace múltiple entre el C y N (triple).

Carga formal

Los átomos más comunes en los compuestos orgánicos suelen formar un número determinado de enlaces (C 4 enlaces, N 3 enlaces, O 2 enlaces, H y halógenos 1 enlace). Cuando dichos átomos forman un número de enlaces que no es el indicado, para que la contabilidad de electrones sea coherente, es necesario colocar en ellos una carga formal que se indica mediante unsigno + ó un signo -en las cercanías del átomo correspondiente. La fórmula para calcular la carga formal de cada átomo es la siguiente:

CARGA FORMAL = Nº de electrones en capa exterior - 1/2 electrones de enlace - electrones no enlazantes

Por ejemplo:

Nº de electrones en capa exterior para el C = 4
1/2 electrones de enlace = 3
electrones no enlazantes = 2
CARGA FORMAL = 4 - 3 - 2 = -1

Nº de electrones en capa exterior para el C = 4
1/2 electrones de enlace = 4
electrones no enlazantes = 0
CARGA FORMAL = 4 - 4 - 0 = 0

Nº de electrones en capa exterior para el C = 4
1/2 electrones de enlace = 3
electrones no enlazantes = 0
CARGA FORMAL = 4 - 3 - 0 = +1

La carga formal de una moléculaes la suma algebraica de las cargas formales de los átomos que la constituyen, en consecuencia una molécula puede ser neutra aunque los átomos que la componen no lo sean.

Resonancia

Existen diversas moléculas cuyos electrones no parecen estar localizados en posiciones fijas (dadas por las estructuras de Lewis) sino dispuestos en diferentes posiciones.La teoría de la resonancia explica esto suponiendo que dichas moléculas son un compuesto intermedio entre una serie de estructuras moleculares llamadas formas resonantes.Cada una de ellas,por sí misma, no existe, existe el conjunto llamado híbrido de resonancia.

Por ejemplo, los electrones en el ión acetato (CH3CO2-) pueden considerarse como localizados en dos diferentes disposiciones (como se muestra más abajo).Ambas estructuras contienen un enlace C = O, qué se supone más fuerte y más corto que el enlace simple,y un enlace C – O simple.Experimentalmente,ambos enlaces C O parecen tener la misma longitud, y ésta es aproximadamente la media entre la longitud esperada para el enlace simple C – O y la esperada para el doble enlace C = O. La explicación a esto, basándose en la teoría de la resonancia, es que esta molécula tiene dos formas resonantes cada una de las cuales aparece el 50% del tiempo.

El híbrido de resonancia posee una menor energía (y por tanto es más estable) que cada una de las formas resonantes.

Las distintas formas canónicas o resonantes deben tener el mismo número y la misma clase de núcleos de átomos y el mismo número de electrones. La diferencia entre unas formas canónicas y otras se encuentra exclusivamente en la posición de los electrones.

Para que exista resonancia deben existir al menos dos formas resonantes que tengan energía similar, sí no la molécula quedaría perfectamente representada por la de menor energía que sería la predominante.

Cuanto mayor sea el número de formas resonantes la molécula será más estable.

Toda molécula que sólo posea enlaces simples no tiene formas resonantes. Las moléculas con enlaces múltiples pueden tener formas resonantes o no.

La resonancia estabiliza las moléculas e iones, lo cual puede explicar diversas tendencias de las reacciones químicas. De dichas tendencias se induce lo siguiente:

1. Si un reactivo(material de partida) está estabilizado por resonancia, las reacciones químicas de esta molécula estarán menos favorecidasque en ausencia de resonancia.

2. Si un producto(material resultante) está estabilizado por resonancia, las reacciones de las que se obtiene estarán más favorecidas.

Ácidos y bases

Según la teoría de Bronsted-Lowry::

Ácido es todo compuesto capaz de ceder un protón.

Base es todo compuesto capaz de aceptar un protón.

Según la teoría de Lewis:

Ácido es toda sustancia capaz de aceptar un par de electrones.

Base es toda sustancia capaz de ceder un par de electrones.

Aunque la teoría de Lewisparece diferente, es coherente con otras teorías. La teoría de Bronsted-Lowryse refiere al ión H+.La definición de Lewis se refiere a los pares de electrones (que conllevan una carga negativa).En la teoría de Bronsted-Lowry es el protón H (H+) el que se mueve. En la teoría de Lewis, los electrones forman enlaces, que "tiran" de los átomos para llevarlos a sus nuevas posiciones.

--------------

Acido

Base

Bronsted-Lowry

donante de H+

receptor de H+

Lewis

receptor de e-

donante de e-

Alcanos

  1. Alcanos lineales.

    • Se nombran mediante un prefijo que indica el número de átomos de carbono de la cadena y el sufijo -ano.

      Nº de C

      Prefijo

      1

      met

      2

      et

      3

      prop

      4

      but

      5

      pent

      Nº de C

      Prefijo

      6

      hex

      7

      hept

      8

      oct

      9

      non

      10

      dec

      Nº de C

      Prefijo

      11

      undec

      12

      dodec

      13

      tridec

      14

      tetradec

      15

      pentadec

  2. Grupos alquilo.

    • Son el resultado de que un alcano pierda un átomo de Hidrógeno. Se nombran sustituyendo, en el nombre del alcano correspondiente, el sufijo -ano por -ilo.

  1. Alcanos ramificados.

    • Se localiza la cadena continua más larga de átomos de Carbono. Esta cadena determina el nombre base del alcano.

    • Si una molécula tiene dos o más cadenas de igual longitud se selecciona como cadena base o principal aquella que tiene un mayor número de sustituyentes.

    • Se nombran todos los grupos unidos a la cadena más larga como sustituyentes alquilo.

    • Se numera la cadena principal comenzando por el extremo más próximo a uno de los sustituyentes. Sí tenemos dos sustituyentes a igual distancia de los extremos se utiliza el orden alfabético para determinar la numeración. En una cadena lateral el carbono 1 es siempre el que está unido a la cadena principal.

    • Para nombrar el compuesto se colocan los nombres de los sustituyentes por orden alfabético precedidos del nº del C al que están unidos y de un guión, y a continuación se añade el nombre de la cadena principal.

    • En el caso de cicloalcanos se antepone el prefijo ciclo- al nombre del alcano de igual número de átomos de C.

    • En caso de cicloalcanos monosustituidos si el sustituyente tiene más átomos de Carbono, entonces ese sustituyente es la cadena principal.Si el sustituyente tiene igual o menor número de átomos de Carbono entonces la cadena principal es el cicloalcano y no es necesario numerar la posición de aquel.

    • En caso de cicloalcanos multisustituidos se ordenan alfabéticamente los sustituyentes y se indica su posición relativa con un número asignándoles los localizadores más bajos posibles.

Alquenos

  • Se busca la cadena más larga que contenga el doble enlace y tomando como base ese número de carbonos se nombra utilizando el sufijo -eno.

  • Se numera la cadena principal de forma que se asigne el número más bajo posible al doble enlace.

  • La posición del doble enlace se indica mediante el localizador del primero de los átomos que intervienen en el doble enlace.Si hay más de un doble enlace se indica la posición de cada uno de ellos y se emplean los sufijos -dieno, -trieno, -tetraeno, etc.

  • Los cicloalquenos se nombran de manera similar, al no existir ningún extremo en la cadena, el doble enlace se numera de forma que esté situado entre los carbonos 1 y 2.

  • Los bencenos monosustituidos se nombran anteponiendo el nombre del sustituyente a la palabra benceno.

  • Los bencenos disustituidos se nombran anteponiendo el prefijo orto, meta o para y los nombres de los sustituyentes a la palabra benceno.

  • En los bencenos trisustituidos o más se numeran los carbonos de forma que tengan los localizadores más bajos posibles y se nombran teniendo en cuenta el orden alfabético.

Alquinos

  • Se busca la cadena más larga que contenga el triple enlace y tomando como base ese número de carbonos se nombra utilizando el sufijo -ino.

  • Se numera la cadena principal de forma que se asigne el número más bajo posible al triple enlace.

  • La posición del triple enlace se indica mediante el localizador del primero de los átomos que intervienen en el triple enlace.Si hay más de un triple enlace se indica la posición de cada uno de ellos y se emplean los sufijos -dieno, -trieno, -tetraeno, etc.

  • Si en una molécula existen dobles y triples enlaces se les asigna los localizadores más bajos posibles.Al nombrarlos se indican primero los dobles enlaces y después los triples.

  • Si un doble y triple enlace están en posiciones equivalentes se empieza a numerar por el extremo que da el localizador más bajo al doble enlace.

Alcanos y cicloalcanos

Los alcanosson hidrocarburosen los cuales todos los enlaces carbono-carbono son enlaces simples. Su fórmula molecular es CnH2n+2

Los cicloalcanosson alcanos en los cuales los átomos de carbono están unidos formando un anillo.

Propiedades físicas.

Punto de ebullición. Los puntos de ebullición de los alcanos no ramificados aumentan al aumentar el número de átomos de Carbono. Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificada, tendrá un punto de ebullición menor.

Solubilidad. Los alcanos 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.

Síntesis.

El principal método para la obtención de alcanos es la hidrogenación de alquenos.

El catalizador puede serPt, Pd, Ni.

Reacciones.

Las reacciones más importantes de los alcanos son la pirolisis, la combustióny la halogenación.

  • Pirolisis. Se produce cuando se calientan alcanos a altas temperaturas en ausencia de Oxígeno. Se rompen enlaces C-C y C-H, formando radicales, que se combinan entre sí formando otros alcanos de mayor número de C.

  • Combustión.

  • Halogenación.



El Br es muy selectivoy con las condiciones adecuadas, prácticamente, se obtiene un sólo producto, que será aquel que resulte de la adición del Br al C más sustituido.

El flúor es muy poco selectivo y puede reaccionar violentamente, incluso explosionar, por lo que apenas se utiliza para la halogenación de alcanos.

La halogenación de alcanos mediante el Yodo no se lleva a cabo.

Alquenos

Los alquenosson hidrocarburoscuyas moléculas contienen el doble enlace carbono-carbono.

Propiedades físicas.

Punto de ebullición. Los puntos de ebullición de los alquenos no ramificados aumentan al aumentar la longitud de la cadena. Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificadatendrá un punto de ebullición más bajo.

Solubilidad. Los alquenos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno.

Estabilidad. Cuanto mayor es el número de grupos alquilo enlazados a los carbonos del doble enlace (más sustituido esté el doble enlace) mayor será la estabilidad del alqueno.

Síntesis.

Los métodos más utilizados para la síntesis de los alquenos son la deshidrogenación, deshalogenación, dehidratación y deshidrohalogenación, siendo estos dos últimos los más importantes. Todos ellos se basan en reacciones de eliminaciónque siguen el siguiente esquema general:

Y,Z pueden ser iguales,por ejemplo en la deshidrogenación y en la deshalogenación.Y,Z también pueden ser diferentes como en la deshidratación y en la deshidrogenohalogenación.

  • Deshidrogenación.

  • Deshalogenación.

  • Deshidratación.

  • Deshidrohalogenación.

Mediante la deshidratación y la deshidrohalogenaciónse puede obtener más de un producto. Para determinar cual será el mayoritario se utiliza la regla de Saytzeff: "Cuando se produce una deshidratación o una deshidrohalogenación el doble enlace se produce preferentemente hacia el C más sustituido".

No todas las reacciones de deshidrohalogenación siguen la regla de Saytzeff.Cuando se utiliza una base muy voluminosa (tBuONa, LDA) siguen la regla de Hoffman, el doble enlace se produce preferentemente hacia el C menos sustituido.

Haluros orgánicos

Los haluros orgánicospresentan enlaces donde Xes un halógeno ( F,Cl,Br,I ).Como el halógeno es más electronegativo que el carbono, este adquirirá una carga parcial positiva mientras que el halógeno adquirirá un carga parcial negativa .

Nomenclatura

Los haluros orgánicos se nombran considerándolos como sustituyentes anteponiendo al nombre del hidrocarburo correspondiente los siguientes prefijos: fluoro, cloro, bromo, yodo.

Propiedades físicas

Los haluros orgánicos son moléculas polares con fuerzas intermoleculares mayores que los hidrocarburos de los que proceden y por tanto con puntos de ebullición más altosque éstos.Para un mismo sustituyente alquílicoel punto de ebullición aumenta al aumentar el tamaño del halógeno.

Síntesis

  • Halogenación de alcanos

  • Halogenación de alquenos

  • Hidrohalogenación de alquenos

  • Halogenación de alquinos

  • Hidrohalogenación de alquinos

  • Halogenación aromática

  • A partir de alcoholes:




Reacciones

  • Deshalogenación

Alcoholes y fenoles

Los alcoholespresentan el grupo funcional.

Nomenclatura

Para nombrar los alcoholes tenemos dos alternativas:

  1. Añadir el sufijo -ol al nombre del hidrocarburo de referencia (p.e.:propanol)

  2. Citar primero la función (alcohol) y luego el radical (p.e.:alcohol propílico)

En compuestos ramificadosel nombre del alcohol deriva de la cadena más larga que contenga el grupo -OH.

Al numerar la cadena se asigna al C unido al -OH el localizador más bajo posible.

Cuando el grupo -OH interviene como sustituyentese utiliza el prefijo -hidroxi.

En alcoholes cíclicos el carbono unido al -OH ocupa siempre la posición 1.

Propiedades físicas

Los alcoholes pueden formar enlaces mediante puentes de hidrógeno, lo que causa que estos compuestos tengan puntos de ebullición más altos que los correspondientes haloalcanos.

Síntesis

  • Hidratación de alquenos

  • Hidroboración-oxidación de alquenos

  • A partir de compuestos organometálicos

  • A partir de compuestos carbonílicos:




Reacciones

Las reacciones de los alcoholes son esencialmente de tres tipos:

  • Ruptura del enlace C - O

    • Deshidratación de alquenos

    • Síntesis de haluros orgánicos partir de alcoholes

  • Ruptura del enlace O - H

    • Síntesis de éteres

Esta reacción no conduce necesariamente al éter como producto mayoritario, puesto que existe competencia con la eliminación.

  • Tratamiento con metales alcalinos

  • Síntesis de éteres de Williamson

    Siendo L un buen grupo saliente (I,Br,Cl)

Esta reacción da excelentes resultados cuando R' es un metilo o radical primario pues no hay competencia con la eliminación.

  • Síntesis de esteres

  • Oxidación

    • Alcohol primario


Se utiliza la Piridina (Py) para detener la reacción en el aldehído


Cr03/ H+se denomina reactivo de Jones

  • Alcohol secundario

  • Alcohol terciario

No se oxida.

Fenoles

  • Síntesis

  • Reacciones

Las reacciones de los fenoles son de sustitución electrofilia aromáticateniendo en cuenta que ya existe el sustituyente -OH

Éteres

Los éterespresentan el grupo funcional.

Nomenclatura

Para nombrar los éteres tenemos dos alternativas:

  1. Considerar el grupo alcoxi como un sustituyente (siendo R el radical más sencillo).

  2. Citar los dos radicales que están unidos al O por orden alfabético y a continuación la palabra éter.

Un caso particular de éteres son los epóxidos, cuyo esquema es el siguiente:

Para nombrarlos se utiliza el prefijo epoxi-seguido del nombre del hidrocarburo correspondiente, e indicando los carbonos a los que está unido el O, con dos localizadores lo más bajos posibles,en caso de que sea necesario.

Propiedades

Los éteres no pueden formar enlaces mediante puentes de hidrógeno, lo que hace que estos compuestos tengan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de mismo peso molecular.

Los éteres de cadena corta son solubles en agua.A medida que aumenta la longitud de la cadena diminuye la solubilidad.

Los éteres son muy poco reactivos, a excepción de los epóxidos, por lo que se utilizan como disolventes.

Síntesis

  • Epoxidación de alquenos

  • A partir de alcoholes

Reacciones

Los éteres no son reactivos a excepción de los epóxidos.Las reacciones de los epóxidos pasan por la apertura del ciclo.Dicha apertura puede ser catalizada por ácido o apertura mediante nucleófilo.

  • Apertura catalizada por ácido

El nucleófilo ataca al carbono más sustituido.

  • Apertura por nucleófilo

El nucleófilo ataca al carbono menos sustituido.

Éteres

Los éterespresentan el grupo funcional.

Nomenclatura

Para nombrar los éteres tenemos dos alternativas:

  1. Considerar el grupo alcoxi como un sustituyente (siendo R el radical más sencillo).

  2. Citar los dos radicales que están unidos al O por orden alfabético y a continuación la palabra éter.

Un caso particular de éteres son los epóxidos, cuyo esquema es el siguiente:

Para nombrarlos se utiliza el prefijo epoxi-seguido del nombre del hidrocarburo correspondiente, e indicando los carbonos a los que está unido el O, con dos localizadores lo más bajos posibles, en caso de que sea necesario.

Propiedades

Los éteres no pueden formar enlaces mediante puentes de hidrógeno, lo que hace que estos compuestos tengan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de mismo peso molecular.

Los éteres de cadena corta son solubles en agua. A medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Los éteres son muy poco reactivos, a excepción de los epóxidos, por lo que se utilizan como disolventes.

Síntesis

  • Epoxidación de alquenos

  • A partir de alcoholes

Reacciones

Los éteres no son reactivos a excepción de los epóxidos. Las reacciones de los epóxidos pasan por la apertura del ciclo. Dicha apertura puede ser catalizada por ácido o apertura mediante nucleófilo.

  • Apertura catalizada por ácido

El nucleófilo ataca al carbono más sustituido.

  • Apertura por nucleófilo

El nucleófilo ataca al carbono menos sustituido.

Compuestos carbonílicos insaturados conjugados

Se llaman así los compuestos que tienen un grupo carbonilo conjugado con un doble enlace,es decir,un grupo carbonilo y un doble enlace separados por un enlace simple.

Estos compuestos se preparan principalmente mediante condensación aldólicas

Reactividad

  • Adición 1,2

  • Adición 1,4

La principal característica de los compuestos carbonílicos insaturados conjugados es la adición 1,4.

Si el el nucleófilo es un compuesto organometálico se produce la adición 1,2 (ataca a la posición 2).

Si el el nucleófilo es un anión enolato se produce la adición 1,4 (ataca a la posición 4).

Adición de Michael

Es laadición 1,4 de un enolato a un compuesto carbonílico insaturado conjugado.

Se producencompuestos 1,5 dicarbonílicos.

Anhelación de Robinson

Ocurre cuando en unaadición de Michael el compuesto carbonílico insaturado conjugado tiene H ácidos, es decir, H en el C adyacente al carbono carbonílico.

Tiene lugar una anillación intramolecular(anelación tiene la misma raíz etimológica que anilla).

Se producen ciclohexenonas.

Acidos carboxílicos y derivados

Los ácidos carboxílicos presentan el grupo :

Derivados

En este documento se consideran como derivados de ácidos carboxílicos los siguientes compuestos:

  • Ésteres:

  • Anhidridos:

  • Haluros de ácido: X=halógeno

  • Amidas:

  • Nitrilos:

Nomenclatura

  • Ácidos carboxílicos.

Cuando el grupo carboxilo es la función principal se antepone la palabra ácidoal nombre del hidrocarburo correspondiente acabado en -oico.

Cuando en un compuesto hay tres o más grupos COOH y en caso de ácidos cíclicos se utiliza el sufijo -carboxílico.

Cuando el grupo COOH se considera como sustituyente se utiliza el prefijo carboxi- .

  • Sales.

Se sustituye la terminación -ico del ácido por la terminación -ato.En caso de que se haya utilizado el sufijo -carboxílico para nombrar el ácido se sustituye por -carboxilato.A continuación el nombre del metal correspondiente.

  • Ésteres.

Se utiliza el mismo procedimiento que para las sales poniendo el nombre del radical correspondienteen vez del metal.

Cuando el grupo característico, es sustituyente frente a otro grupo principal, o frente a otros grupos carboxilato, se emplean los prefijos alcoxicarbonil-, ariloxicarbonil-, o en su caso se utiliza el prefijo aciloxi-.

  • Anhidridos de ácido.

Se antepone la palabra anhidridoal nombre del ácido del que provienen.

  • Haluros de ácido.

Al grupo ,procedente de ,se le llama genéricamente radical acilo.

Los radicales acilo se nombran sustituyendo la terminación -oico o -ico del ácido por -oiloo -ilo.Para los radicales derivados de los ácidos que se nombran mediante el sufijo -carboxílico, se emplea la terminación -carbonilo.

En los haluros de ácido un halógeno está reemplazando al OH del ácido carboxílico.El nombre genérico de estos compuestos es haluro de acilo.

  • Amidas.

Las amidas con un grupo -NH2no sustituido se denominan eliminando la palabra ácidoy reemplazando la terminación -ico por -amida o la terminación -carboxílico por -carboxamida.

Cuando no es función principal ,el grupo se designa mediante el prefijo carbamoil-.

La posición de los radicales unidos directamente a átomos de Nitrógeno, se indica con la notación N,N'... etc.

  • Nitrilos.

Si el grupo característico forma parte de la cadena principal y es grupo principalse utiliza el sufijo -nitrilo.

Si es grupo principal pero no forma parte de la cadena principalse utiliza el sufijo -carbonitrilo.

Si se considera como sustituyentese utiliza el prefijo ciano-.

En la nomenclatura rádico-funcional se consideran derivados del ácido cianhídrico (HCN) denominándose como cianuros de alquilo .

Propiedades

Los compuestos caboxílicos que tengan enlaces O-Hó N-H(pueden formar enlaces mediante puentes de H) tendrán un punto de ebullicíon más elevadoque aquellos que no posean esos enlaces.

La principal característica de los ácidos carboxílicos,como su propio nombre indica,es la acidez.

Por lo que forman sales con gran facilidad.

Condensación de Claisen

Enolato de éster.

La Condensación de Claisenconsiste en la reacción de un éster consigo mismo o con otro éster en medio básico.Por ejemplo:

Condensación de Dieckmann

La Condensación de Dieckmannes una reacción intramolecular de un diéster en medio básico.Por ejemplo:

Compuestos 1,3-dicarbonílicos

Generalidades

Los compuestos 1,3-dicarbonílicos se caracterizan por poseer el siguiente grupo :

Al tratar este tipo de compuestos con una base se obtiene un obtiene un anión que presenta las siguientes formas resonantes:

Existen dos compuestos 1,3-dicarbonílicos que tienen especial importancia:

Síntesis acetil-acética

Síntesis malónica

Nótese que tanto en la síntesis acetilacética como en la síntesis malónica interviene las siguiente secuencia característica:

Procesos de dialquilación

Consisten en dos reacciones de alquilación sucesivas.

Para la síntesis acetilacética el proceso es análogo.

Obtención de ciclos

Es posible la obtención de ciclos en la síntesis malónica y acetilacética utilizando dihaloalcanos terminales.

Para la síntesis acetilacética el proceso es análogo.

Aminas

Los aminas pueden considerarse como derivados del Amoníaco.

Nomenclatura

El método más extendido para nombrar las aminas es el radicofuncional que consiste que consiste en tomar como base el radical más complejo yañadirle el sufijo -amina.Los otros radicales se nombran como sustituyentes sobre el nitrógeno.

Cuando la función amina no es principal se utiliza el prefijo -amino .

Propiedades

Las aminas primarias y secundarias(pueden formar puentes de Hidrógeno) tienen puntos de ebullición más altos que las terciarias de igual peso molecular.

Las aminas son compuestos eminentemente básicos.

Síntesis

Procesos de reducción.





Reacciones

  • Activante en reacciones de sustitución electrofílica aromática (orientador orto-para)

  • Base

  • Nucleófilo en procesos alquilación

  • Nucleófilo en procesos acilación

  • Oxidación de aminas aromáticas

Eliminación de Hoffman

Reacción de Sandmeyer

Consiste en la sustitución del grupo diazonio , en una sal de arenodiazonio, por Cl,Br o CN.

Aminas

Los aminas pueden considerarse como derivados del Amoníaco.

Nomenclatura

El método más extendido para nombrar las aminas es el radicofuncional que consiste que consiste en tomar como base el radical más complejo yañadirle el sufijo -amina.Los otros radicales se nombran como sustituyentes sobre el nitrógeno.

Cuando la función amina no es principal se utiliza el prefijo -amino .

Propiedades

Las aminas primarias y secundarias(pueden formar puentes de Hidrógeno) tienen puntos de ebullición más altos que las terciarias de igual peso molecular.

Las aminas son compuestos eminentemente básicos.

Síntesis

Procesos de reducción.





Reacciones

  • Activante en reacciones de sustitución electrofílica aromática (orientador orto-para)

  • Base

  • Nucleófilo en procesos alquilación

  • Nucleófilo en procesos acilación

  • Oxidación de aminas aromáticas

Eliminación de Hoffman

Reacción de Sandmeyer

Consiste en la sustitución del grupo diazonio , en una sal de arenodiazonio, por Cl,Br o CN.

Orden de prioridad

Cuando en un compuesto existen varios grupos funcionaleses necesario establecer un un orden de prioridad con el fin de numerar la cadena, de manera que al grupo funcional de mayor prioridad se le asigne el localizador más bajo posible y sirva de base para nombrar el compuesto.

Este orden de prioridad es el siguiente:.

  1. Sales

  2. Acidos carboxílicos

  3. Derivados de ácidos carboxílicos

  4. Nitrilos

  5. Aldehídos

  6. Cetonas

  7. Alcoholes

  8. Aminas

  9. Haloalcanos

  10. Nitroderivados

  11. Eteres

  12. Peróxidos

Los grupos funcionales tienen prioridad respecto a los enlaces múltiples.

Reacciones de compuestos orgánicos

Clasificación.

Las reacciones orgánicas más importantes son:

  • Reacciones de sustitución. Un átomo o grupo de átomos de una molécula son reemplazados por un átomo o grupo de átomos de otra molécula.Ejemplo:

CH3OH + HBr ----> CH3- Br + H2O

  • Reacciones de eliminación. A partir de una molécula grande se obtiene una molécula pequeña.Aumenta el grado de multiplicidad del enlace.Ejemplo:

CH3CH2OH ----> CH2= CH2+ H2O

  • Reacciones de adición. Una molécula grande asimila una molécula pequeña.Disminuye el grado de multiplicidad del enlace.Ejemplos:

CH2= CH2+ H - Br ----> CH3CH2- Br
HC CH + H2----> CH2= CH2

Intermedios de reacción.

Las reacciones químicas transcurren por ruptura de determinados enlaces y formación de otros nuevos.Existe un momento en el proceso de reacción en el que se ha roto el enlace del reactivo y no se ha formado el enlace del producto.La sustancia en este estado se denomina intermedio de reacción.Se corresponden con un mínimo relativo en la curva Energía-Avance de la reacción.Son especies químicas de estructura definida y representables según la teoría de Lewis.Están presentes en la reacción durante un tiempo determinado y en ocasiones se pueden aislar y almacenar.

La ruptura de los enlaces puede ser de dos tipos:

  • Homolítica:cada uno de los grupos en que se divide la molécula se lleva un electrón del enlace.Este tipo de ruptura da lugar a los radicales libres.

  • Heterolítica:uno de los grupos en que se divide la molécula se lleva los dos electrones.Este tipo de ruptura da lugar a los carbocationes y carbaniones.


  • Los carbocationes se comportan como nucleófilos (bases de Lewis).

  • Los carbaniones se comportan como electrófilos (ácidos de Lewis).

Estabilidad de radicales libres,carbocationes y carbaniones.

  • Radical libre. Será tanto más estable cuantos más grupos alquilo rodeen al átomo de carbono.Además su estabilidad aumentará si presenta formas resonantes.

  • Carbocatión. Será tanto más estable cuantos más grupos alquilo rodeen al átomo de carbono.Además su estabilidad aumentará si presenta formas resonantes.Es decir,lo mismo que para los radicales libres.

  • Carbanión. Será tanto más estable cuantos menos grupos alquilo rodeen al átomo de carbono (lo contrario a radicales libres y carbocationes).Su estabilidad aumentará si presenta formas resonantes.

Isomería

La existencia de moléculas que poseen la misma fórmula moleculary propiedades distintas se conoce como isomería.Los compuestos que presentan esta carácterística reciben el nombre de isómeros.

La isomería puede ser de dos tipos:

  • Isomería constitucional

  • Isomería en el espacio o estereoisomería

Isomería constitucional.

Las moléculas que presentan este tipo de isomería se diferencian en la conectividad, es decir,tienen los mismos átomos conectados de forma diferente(distinta fórmula estructural).

La isomería constitucional se clasifica en:

  • Isomería de cadena u ordenación.Presentan isomería de cadena u ordenación aquellos compuestos que tienen distribuidos los átomos de C de la molécula de forma diferente.

  • Isomería de posición.La presentan aquellos compuestos que teniendo las mismas funciones químicas están enlazadas a átomos de carbono que tienen localizadores diferentes.

  • Isomería de función.La presentan aquellos compuestos que tienen distinta función química.

  • Metámeros.Tienen el mismo grupo funcional sustituido de formas distintas.

Isomería en el espacio o estereoisomería.

La isomería en el espacio se clasifica en:

  • Isomería conformacional

  • Isomería configuracional

La isomería configuracionalse clasifica a su vez en:

  • Estereoisomería geométrica.La presentan los compuestos que se diferencian únicamente en la disposición de sus átomos en el espacio.Moléculas con fórmulas moleculares idénticas pueden presentar estructuras espaciales diferentes.Estas moléculas pueden ser:

    • aquellas cuyas cadenas tienen dobles enlaces.Una característica del doble enlace es su rigidez,que impide la libre rotación y reduce los posibles intercambios de posición que pueden experimentar los átomos de una molécula.

    • Sistemas cíclicos planos

    • Sistemas cíclicos plegados

  • Estereoisomería óptica.Las moléculas que presentan este tipo de isomería de diferencian únicamente en el efecto que tienen sobre la luz.Recibe el nombre de molécula quiral aquella que no se puede superponer con su imagen especular.Toda molécula no quiral recibe el nombre de aquiral.Si una molécula posee un plano de simetría es aquiral.Una molécula quiral puede presentar, al menos, dos configuraciones diferentes ,una imagen especular de la otra,que constituyen una pareja de enantiómeros.Uno de ellos gira el plano de polarización de la luz hacia la derecha (dextrógiro) y se identifica con la letra R;el otro gira el plano de polarización de la luz hacia la izquierda (levógiro) y se identifica con la letra S.Este tipo de nomenclatura recibe el nombre de Nomenclatura R,S.

Se denomina carbono asimétrico o estéreocentroaquel carbono que tiene los 4 sustituyentes distintos.Si una molécula tiene un único carbono asimétrico, sólo puede existir una par de enantiómeros.Si tiene dos carbonos asimétricosda por resultado un máximo de cuatro estereoisómeros(dos pares de enantiómeros).En general,una molécula con n carbonos asimétricos hace posibles 2nestereoisómeros ( 2n-1pares de enantiómeros ).Los estereoisómeros que no son imagenes especularesse denominan diastereisómeros .Esta generalización implica que los estereoisómeros cis - trans son un tipo de diastereisómeros.

Se denominan compuestos meso a aquellos que, conteniendo carbonos asimétricos, son aquirales (existe un plano de simetría).

Se denomina mezcla racémica a aquella que contiene un par de enantiómeros en una proporción del 50% de cada uno.La desviación de la luz polarizada producida por dicha mezcla es nula.

Sinopsis Isomería

Isomería
Misma fórmula molecular y
distintas propiedades

Isómeros constitucionales
Mismos átomos con distinta conectividad.
(Diferente fórmula estructural)

Estereoisómeros
Mismos átomos con
diferente disposición espacial

Isomería conformacional
Diferentes conformaciones

Isomería configuracional
Diferentes configuraciones

Enantiómeros
Estereoisómeros que
son imágenes especulares

Diastereoisómeros
Estereoisómeros que no
son imágenes especulares

La Química Orgánica en la industria (1/2)            2

1. Materias Primas

1.1 Materias primas fósiles

Petróleo

   El petróleo es una mezcla líquida de compuestos orgánicos.Su composición varía mucho según el yacimiento, aunque se trata siempre de una mezcla muy compleja en la que los principales constituyentes son hidrocarburos.

   El refinado del petróleo - proceso indispensable para la obtención de productos útiles - consiste esencialmente en dividirlo en fracciones de distinto punto de ebullición mediante destilación fraccionada y aplicar después diferentes tratamientos a las fracciones obtenidas para que conduzcan a los productos deseados.La división en fracciones de distinto punto de ebullición se produce fácilmente teniendo en cuenta que el punto de ebullición de los hidrocarburos aumenta al aumentar el número de átomos de carbono de la cadena.En la figura 1 se muestra el esquema y la fotografía de una torre de destilación fraccionada del petróleo crudo.

   De una forma aproximada se pueden considerar las siguientes fracciones fundamentales:

% Salida

Rango de ebullición (ºC)

Átomos de C

Productos

2

<30

1 a 5

Hidrocarburos ligeros

15 a 20

30 - 200

5 a 12

Gasolinas, naftas

5 a 20

200 - 300

12 a 15

Queroseno

10 a 40

300 - 400

15 a 25

Gas-oil

residuo

400+

25+

Lubricantes, alquitrán

Figura 1. Torre de destilación fraccionada del petróleo crudo

Gas natural

El gas natural está constituido por hidrocarburos de bajo punto de ebullición; el componente principal, aproximadamente el 85%, es metano. En menores proporciones está presente el etano, aproximadamente un 10% y el propano que puede llegar a porcentajes de hasta un 3%. En cantidades aún menores aparecen el butano, pentano, hexano, heptano y octano. Como impurezas son frecuentes el anhidrido carbónico, nitrógeno, helio y ácido sulfhídrico.

El principal uso del gas natural es como combustible pero se emplea también para fabricar numerosos productos químicos.

Antes de emplear el gas natural como combustible se extraen los hidrocarburos más pesados, como el butano y el propano. El gas constituido por los hidrocarburos menos pesados (metano en su mayor parte) es el llamado gas seco y se distribuye a usuarios domésticos e industriales para su uso como combustible. La fracción de gas restante, compuesto por hidrocarburos de peso molecular más alto, es el llamado gas húmedo.

El gas natural está asociado casi siempre a los yacimientos de petróleo, sin embargo, hay pozos que proporcionan solamente gas natural.

Carbón

Actualmente el uso principal del carbón es como combustible. En menor proporción se utiliza como materia prima para la obtención de productos químicos (ver figura).

Del carbón se pueden obtener productos químicos de cuatro formas:

1. A partir del destilado de alquitrán de hulla que se obtiene al convertir el carbón a coque.

2. Convirtiendo coque a gas de agua (síntesis), del cual pueden obtenerse hidrocarburos de Fischer y Tropsch y metano.

3. Por hidrogenación del carbón para obtener metano o sustancias similares al petróleo.

4. Por conversión del carbón a acetileno vía carburo de calcio.





Usos del carbón

1.2 Materias primas no fósiles

Madera

El principal uso de la madera, como materia prima en la industria química es la obtención de celulosa.

La celulosa es un polisacárido que forma y determina la estructura de las membranas celulares de las especies vegetales, a excepción de las bacterias y hongos.En la madera se encuentra junto con otros materiales incrustantes, como la lignina.

Su fórmula empírica es (C6H10O5)n , con el valor mínimo de n = 200.

Su fórmula estructural es la que se muestra a continuación:

Para la obtención de celulosa a partir de la madera se trocea ésta hasta transformarla en una pasta o pulpa de madera. Dicha pulpa puede someterse a tres procesos químicos diferentes:

1. Proceso de Kraft. Se trata con solución de sulfuro sódico e hidróxido sódico en relación 1:3 durante 2-6 horas a temperaturas de 160 -170º C. Después, en ebullición, se añade sulfato sódico que posteriormente pasa a sulfuro sódico y se elimina.

2. Método de la sosa. Se usa hidróxido sódico para digerir el material.

3. Método del sulfito. Se digiere con solución de bisulfito cálcico con dióxido de azufre libre, y las ligninas se transforman en lignosulfonatos solubles (figura 2).

En los tres casos la pulpa oscura se somete a una purificación posterior con cloro y álcalis (blanqueo).

Figura 2. Proceso de obtención de celulosa por el método del sulfito

Caña de azúcar y remolacha azucarera

La caña de azúcar y la remolacha azucarera son las principales materias primas para la obtención de azúcar. El azúcar es el nombre que se da comúnmente a la sacarosa utilizada en la alimentación. La sacarosa es un disacárido de fórmula molecular C12H22O11 y de fórmula estructural:

De toda la producción mundial de azúcar, unos 120 millones de toneladas al año, el 70% procede de la caña de azúcar y el 30% restante de la remolacha azucarera.

Caucho

En estado natural, el caucho aparece en forma de suspensión coloidal en el látex de las plantas productoras de caucho. Estas plantas son la euforbiácea Hevea brasiliensis y la morácea Ficus elastica en los países tropicales, y la compuesta Parthenium argentatum en los países templados.

El látex se haya contenido dentro de unas células tubulosas especiales que constituyen los llamados tubos laticíferos. Es un líquido lechoso, constituido por diversas sustancias que pueden estar disueltas (azúcares, gomas, alcaloides) o en emulsión (caucho, resinas). Se obtiene practicando incisiones en la corteza del árbol. El látex fluye por estar contenido a presión en los vasos laticíferos.

El látex extraído se tamiza, se diluye en agua y se trata con ácido para que las partículas de caucho que se encuentran en emulsión se aglutinen. Posteriormente se prensa con unos rodillos para darle forma de láminas de unos 0,6 cm de espesor y se seca al aire o con humo para su distribución.

Se suelen obtener unos 450 Kg de caucho bruto al año por hectárea cultivada, aunque con árboles de alto rendimiento, la producción anual puede llegar a los 2200 Kg por hectárea, y se ha conseguido desarrollar ejemplares experimentales que alcanzan los 3300 Kg por hectárea y año.

El caucho bruto en estado natural es un polímero de del isopreno (2-metilbutadieno) en forma cis, en contraposición a sus isómeros gutapercha y balata que provienen de la forma trans (ver figuras adjuntas).

El caucho puro es blanco e incoloro. Insoluble en agua, álcalis o ácidos débiles y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono.

De toda la producción mundial de caucho un 36% se obtiene del caucho natural, el resto es caucho sintético.

Patatas y cereales

La patata, el arroz, el maíz y el trigo son las principales materias primas para la obtención de almidón. Químicamente está formado por dos polímeros distintos.

El polímero lineal, la amilosa (ver figura 1), está constituido por varios cientos de unidades de glucosa unidas entre sí por enlaces 1-4.

Figura 1. Amilosa

El polímero de cadena ramificada, la amilopectina (ver figura 2), es de peso molecular mucho más elevado y tiene de 10.000 a 100.000 unidades de glucosa. Los segmentos que se encuentran entre los puntos de ramificación tienen aproximadamente 25 unidades de glucosa con enlaces semejantes a los de la amilosa, mientras que las ramificaciones están unidas por enlaces 1-6.

Figura 2. Amilopectina

La mayoría de los almidones de los cereales contienen aproximadamente el 75% de amilopectina y el 25% de amilosa

Plantas oleaginosas

Las principales semillas oleaginosas son: soja, semillas de algodón, cacahuetes, semillas de girasol, colza, coco, granos de palma, linaza ,maíz y olivas.

La mayor parte de los aceites vegetales son ricos en ácidos grasos mono o poliinsaturados (ver tabla) y por ello son considerados ingredientes deseables en la dieta, en sustitución de las grasas animales, más saturadas.

Gramos de ácidos grasos cada 100g

 

Saturados

Monoinsutarados

Poliinsaturados

Aceite de soja

15

23

57

Aceite de semillas
de algodón

26

21

48

Aceite de cacahuete

19

48

29

Aceite de semillas
de girasol

12

20

63

Aceite de colza

7

57

32

Aceite de coco

85

6.6

1.7

Aceite de granos
de palma

45

42

8

Aceite de maíz

13

25

58

Aceite de oliva

14

70

11

Algas

Las algas se utilizan actualmente para la obtención de comida para humanos y animales, fertilizantes para el campo, gomas industriales y fármacos. El término "gomas industriales" es un nombre genérico que se asigna a diversos productos, ya sean manufacturados o extraídos de animales o plantas, tratados hasta conseguir distintos niveles de viscosidad. Están constituidos por productos como el polietilenglicol, carboximetilcelulosa y gelatina. Las gomas industriales procedentes de las algas se clasifican en tres tipos: carragenos, alginatos y agars.

Los procesos de fermentación (para la obtención de metano, alcoholes, ésteres y ácidos) y de pirólisis se encuentran en fase de experimentación.

Grasas animales

Las grasas animales se obtienen, por lo general, hirviendo el tejido graso animal en agua y dejándolo enfriar. El calor disuelve la grasa del tejido y ésta, debido a su menor densidad relativa, sube a la superficie del agua. Se llama sebo al producto formado por las grasas de las ovejas y el ganado vacuno.

Los ácidos grasos que se encuentran con mayor frecuencia en las grasas animales son el ácido palmítico ( n - C15H31COOH ), el ácido oleico ( n - C17H33COOH ) y el ácido esteárico ( n - C17H35COOH ).

Las grasas animales se utilizan principalmente para la elaboración de productos alimenticios (mantecas, emulsionantes, etc.). Dentro de los usos no comestibles se encuentran la fabricación de jabón, velas para iluminación, tratamiento del cuero y otros materiales textiles, fármacos y cosméticos.

2.Productos químicos que se obtienen a partir de petróleo y gas natural

2.1 Generalidades

El petróleo y el gas natural son las principales fuentes de obtención de productos orgánicos a partir de materias primas. De ellos se obtienen siete productos que constituyen el fundamento de la química orgánica industrial. Estos son: etileno, propileno, los butilenos, benceno, tolueno, los xilenos y el metano. Las olefinas: etileno, propileno y los butilenos, se obtienen tanto del petróleo como del gas natural. Los aromáticos: benceno, tolueno y xileno, se obtienen a partir del petróleo y en cantidades mucho menores del carbón. El metano proviene mayoritariamente del gas natural.

2.2 Reacciones de refinación del petróleo

Desintegración (cracking)

La desintegración o "cracking" del petróleo consiste en la ruptura o descomposición de hidrocarburos de elevado peso molecular, como los contenidos en las fracciones de alto punto de ebullición del petróleo crudo, en compuestos de menor peso molecular, de punto de ebullición más bajo

Se pueden distinguir, básicamente, dos tipos de "cracking", el térmico y el catalítico.

En el proceso antiguo del "cracking" térmico se empleaba una carga pesada (compuestos de alto peso molecular), temperaturas relativamente bajas y presiones altas. En el proceso moderno se usan cargas ligeras líquidas o gaseosas, temperaturas elevadas (800-900 ºC) y presiones bajas. Se utiliza principalmente para la obtención de olefinas a partir de naftas.

El "cracking" catalítico tiene lugar a temperaturas entre 450 y 550 ºC en presencia de catalizadores, los cuales realizan una acción selectiva que orienta la reacción de ruptura en un sentido perfectamente determinado, con lo que se evitan muchas reacciones secundarias indeseadas. Se utiliza principalmente para la obtención de hidrocarburos saturados de cadena corta a partir de otros de cadena más larga.

Reformación catalítica

Se deshidrogenan alifáticos (alcanos) tanto de cadena abierta como cíclicos para obtener aromáticos, principalmente benceno, tolueno y xilenos (BTX), empleando catalizadores de platino -renio -alúmina. Es de gran importancia para elevar el octanaje en las gasolinas sin aditivos antidetonantes.

En la reformación catalítica el número de átomos de carbono de los constituyentes de la carga no varía. Por ejemplo, el ciclohexano se transforma en benceno. No obstante, el proceso es algo más complicado. Es posible convertir ciclohexanos sustituidos en bencenos sustituidos; parafinas lineales como el n-heptano se convierten en tolueno y también los ciclopentanos sustituidos pueden experimentar una expansión en el anillo y convertirse en aromáticos. Cuando se emplean naftas pesadas como carga, se forman metilnaftalenos. Al igual que la desintegración catalítica, la reformación catalítica es una reacción a través de iones carbonio, sin embargo, se ven favorecidas las reacciones de producción de aromáticos.

Alquilación

La alquilación es un proceso de síntesis química que consiste en la reacción de olefinas ligeras con hidrocarburos saturados dando lugar a hidrocarburos saturados de cadena ramificada con alto índice de octano.

La alquilación es un proceso catalítico que requiere un catalizador de naturaleza ácida fuerte, como el ácido fluorhídrico (HF) o el ácido sulfúrico (H2SO4).

Así, por ejemplo, se forma 2,2,4 - trimetilpentano ("isooctano") a partir de isobuteno e isobutano.

Isomerización

La isomerización se emplea para convertir compuestos lineales en ramificados.

Entre las alternativas para mejorar la calidad de las gasolinas se encuentra el proceso de isomerización de parafinas lineales de bajo peso molecular, como pentanos y hexanos. Por ejemplo, la isomerización de hexano (Research Octane Number RON=24.8) hacia 2,2-dimetilbutano (RON=94) incrementa el índice de octano en +69.2 unidades; la isomerización del n-pentano (RON=61.7) hacia isopentano (RON=93.5) incrementa el índice de octano en 31.8 unidades.

La isomerización de parafinas de bajo peso molecular se puede llevar a efecto con catalizadores de Friedel-Crafts a temperaturas relativamente bajas, del orden de 50-100º C.

Deshidrogenación, coquización e hidrotratamiento

El término deshidrogenación se puede usar para describir todas las formas de "cracking" y reformación. No obstante, en las refinerías se emplea exclusivamente para deshidrogenaciones especializadas, como conversión de etilbenceno en estireno o buteno a butadieno.

La coquización e hidrotratamiento son métodos para eliminar contaminantes (metales, azufre, nitrógeno y oxígeno) de las cargas. Dichas sustancias pueden interferir con las reacciones de refinación, envenenar los catalizadores y producir contaminación.

2.3 Polímeros

Polimerización

Se denomina polimerización al proceso mediante el cual se forman polímeros a partir de monómeros.

Se pueden clasificar las reacciones de polimerización atendiendo a dos criterios:

1. ADICIÓN - CONDENSACIÓN

Una polimerización es por adición si la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos.

La polimerización es por condensación si la molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua o HCL gaseoso.

La polimerización por condensanción genera subproductos. La polimerización por adición no.

2. CRECIMIENTO DE CADENA - CRECIMIENTOS POR ETAPAS (o pasos)

En la polimerización por crecimiento de cadena los monómeros pasan a formar parte de la cadena de uno en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, monómero a monómero.

En la polimerización por crecimiento en etapas es posible que un oligómero reaccione con otros, por ejemplo un dímero con un trímero, un tetrámero con un dímero, etc., de forma que la cadena se incrementa en más de un monómero.

En la polimerización por crecimiento en etapas, las cadenas en crecimiento pueden reaccionar entre sí para formar cadenas aún más largas. Esto es aplicable a cadenas de todos los tamaños. En una polimerización por crecimiento de cadena sólo los monómeros pueden reaccionar con cadenas en crecimiento.

2.4 Etileno

Etileno o eteno

El eteno o etileno es el miembro más simple de los alquenos. Es un gas incoloro, con un olor agradable y su fórmula es:

Es ligeramente soluble en agua. Arde con una llama brillante. Tiene un punto de fusión de -169,4 ºC y punto de ebullición de -103,8 ºC. Se produce comercialmente mediante "cracking" de petróleo y a partir del gas natural. En agricultura se utiliza como colorante y agente madurador de muchos frutos.

Productos químicos derivados del etileno

Polietileno

Se denomina polietileno a cada uno de los polímeros del etileno. La fabricación de polímeros consume el 60% del etileno que se produce. El polietileno es probablemente el polímero que más se ve en la vida diaria. Es el plástico más popular del mundo. Existen, básicamente, dos tipos de polietileno, el polietileno de baja densidad (Low Density PolyEthylene LDPE) y el polietileno de alta densidad (High Density PolyEthylene HDPE). También se pueden distinguir el polietileno lineal de baja densidad y el polietileno de peso molecular ultra-alto (Ultra High Molecular Weight PolyEthylene UHMWPE).

- El polietileno de alta densidad es un polímero de cadena lineal no ramificada.

Se obtiene por polimerización del etileno a presiones relativamente bajas (1-200 atm), con catalizador alquilmetálico (catálisis de Ziegler) o un óxido metálico sobre sílice o alúmina (procesos Phillips y Stardard Oil). Su resistencia química y térmica, así como su opacidad, impermeabilidad y dureza son superiores a las del polietileno de baja densidad. Se emplea en la construcción y también para fabricar prótesis, envases, bombonas para gases y contenedores de agua y combustible. Los objetos fabricados con HDPE se identifican, en el sistema de identificación americano SPI (Society of the Plastics Industry), con el siguiente símbolo en la parte inferior o posterior:

- El polietileno de baja densidad es un polímero de cadena ramificada.

Se obtiene por polimerización del etileno a altas presiones (aproximadamente 1200 atm y 200º C) con oxígeno o catalizador de peróxido y por mecanismo de radicales libres. Es un sólido más o menos flexible, según el grosor, ligero y buen aislante eléctrico. Se trata de un material plástico que por sus características y bajo coste se utiliza mucho en envasado, revestimiento de cables y en la fabricación de tuberías. Los objetos fabricados con LDPE se identifican, en el sistema de identificación americano SPI (Society of the Plastics Industry), con el siguiente símbolo en la parte inferior o posterior:

- El polietileno lineal de baja densidad se obtiene polimerizando el etileno con un alqueno (especialmente 1-buteno) a baja presión, en disolución, suspensión o fase gaseosa y en presencia de catalizadores. Se trata de un polímero con ramificaciones muy cortas y uniformes que hacen que su temperatura de fusión y su resistencia a la tracción y al agrietamiento sean superiores a las del polietileno de baja densidad. Se utiliza en el recubrimiento de cables y en la fabricación de objetos moldeados por extrusión o soplado.

- El polietileno de alta densidad se produce normalmente con un peso molecular que se encuentra en el rango entre 200.000 y 500.000, pero puede ser mayor. El polietileno con peso molecular entre 3.000.000 y 6.000.000 se denomina UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene). Con este material se producen fibras, tan fuertes, que pueden utilizarse para fabricar chalecos a prueba de balas.

Cloruro de vinilo

El cloruro de vinilo se obtiene a partir del etileno mediante el siguiente proceso:

Es un líquido incoloro o gas en ausencia de inhibidores, de olor agradable. Es tóxico por inhalación e ingestión. Es muy inflamable y sus vapores son muy explosivos. Debido a la acción del oxígeno y la luz se polimeriza y constituye el cloruro de polivinilo (PVC) cuya fórmula es la siguiente:

El PVC es un material termoplástico, es decir, se reblandece al calentarlo (140 a 250º C), pudiendo moldearlo fácilmente. Cuando se enfría recupera la consistencia inicial adoptando la nueva forma. En su estado original es un polvo de color blanco. Es ligero, inerte e inocuo. Resiste al fuego (no propaga la llama), aislante (térmico, eléctrico y acústico), impermeable y reciclable. Es el plástico que menos depende del petróleo puesto que en su composición interviene el Cl en gran parte.

El PVC se identifica según el sistema SPI mediante los siguientes símbolos:

Estireno

El estireno se obtiene a partir de etileno y benceno mediante el siguiente proceso:

El estireno se polimeriza lentamente a temperatura ambiente. Su velocidad de polimerización aumenta al aumentar la temperatura. El poliestireno es el producto resultante de la polimerización del estireno. Tiene la siguiente fórmula:

El poliestireno es un plástico económico y resistente. Exisen diferentes tipos dependiendo de la disposición espacial de los grupos fenilo (poliestireno atáctico y sindiotáctico). Asimismo existen otros tipos de poliestireno dependiendo de los aditivos utilizados en el proceso de fabricación y del proceso de fabricación en sí(poliestireno de impacto, poliestireno expandido). Además el poliestireno es la base de diversos copolímeros (estireno-acrilonitrilo). Probablemente sea el plástico más popular después del polietileno. Con el se fabrican cajas para computadoras, maquetas, juguetes, recipientes de uso industrial y doméstico, recubrimientos de paredes, revestimientos internos de refrigeradores y otros muchos objetos y componentes.

El poliestireno se identifica según el sistema SPI mediante los siguientes símbolos:

Óxido de etileno

El óxido de etileno se obtiene a partir del etileno mediante una reacción que se lleva a cabo en fase gaseosa, haciendo pasar el etileno y el oxígeno por una columna con un catalizador a base de sales de plata dispersas en un soporte sólido.

Es incoloro y de olor muy agradable, miscible en agua y en muchos disolventes orgánicos. Su punto de fusión es de -113,3ºC, su punto de ebullición de 10,7ºC y su densidad en estado líquido es 0,882.

El óxido de etileno, como tal, se usa para madurar fruta, como agente esterilizante, desinfectante, herbicida y fumigante. Sus aplicaciones como materia prima son innumerables, siendo su derivado más importante el etilenglicol.

El etilenglicol se obtiene por adición de agua al óxido de etileno:

El etilenglicol es un líquido incoloro, poco volátil, viscoso y soluble en agua y en muchos componentes orgánicos. Su punto de fusión es de -13º C, su punto de ebullición de 195º C y su densidad es 1.1155. Tiene dos aplicaciones principales. Una es como anticongelante en el circuito de refrigeración de los motores y otra como diol para la obtención de poliésteres, entre éstos el más importante es el tereftalato de polietileno (PET).

El tereftalato de polietileno o polietilén tereftalato (PET) se obtiene a partir de etilenglicol y ácido tereftálico mediante policondensación:

Se pueden distinguir dos tipos fundamentales de PET, el grado textil y el grado botella. Sus usos y aplicaciones más frecuentes son los siguientes: envases para bebidas gaseosas, aceites y agua mineral. Frascos varios. Películas transparentes. Fibras textiles. Envases al vacío. Bolsas para horno. Bandejas para microondas. Cintas de video y audio. Películas radiográficas.

El PET se identifica según el sistema SPI mediante los siguientes símbolos:

El PET tiene una temperatura de transición vítrea baja (temperatura a la cual un polímero amorfo se ablanda). Esto supone que los productos fabricados con dicho material no puedan calentarse por encima de dicha temperatura (por ejemplo, las botellas fabricadas con PET no pueden calentarse para su esterilización y posterior reutilización). El naftalato de polietileno o polietilén naftalato (PEN) posee una temperatura de transición vítrea más alta que el PET. Dicha temperatura es lo suficientemente alta como para soportar el lavado esterilizante de las botellas. No es necesario que los productos estén fabricados exclusivamente con PEN. Al mezclar una pequeña cantidad de PEN con PET se consigue un material mucho más resistente al calor que si estuviera fabricado sólo con PET.

Acetato de vinilo

La mayor parte de la producción de acetato de vinilo se obtiene mediante el llamado proceso Wacker, haciendo reaccionar etileno, oxígeno y ácido acético en presencia de un catalizador de paladio:

Es un líquido incoloro, muy inflamable, soluble en la mayoría de los disolventes orgánicos e insoluble en agua. Se polimeriza espontáneamente dando lugar al poliacetato de vinilo o acetato de polivinilo (PVA) cuya fórmula es la siguiente:

De este polímero se derivan otros como el alcohol polivinílico y el copolímero poli(acetato de vinilo-co-alcohol vinílico). Estos productos constituyen la base de muchos adhesivos y pinturas de emulsión de agua.

Acetaldehído

La forma más habitual de obtener acetaldehído es el proceso Wacker, en el cual se hace burbujear etileno y oxígeno en una solución acidificada de PdCl2-CuCl2 :

El acetaldehído es un líquido incoloro y volátil, con un penetrante olor a frutas. Es importante como intermedio en la fabricación de numerosos productos químicos, medicamentos y plásticos, incluidos el ácido etanoico (ácido acético), el butanol (alcohol butílico), el tricloroetanal (cloral) y la piridina. Es miscible con agua y con la mayoría de los disolventes orgánicos comunes.

Etanol

El etanol industrial se obtiene en la actualidad por hidratación de etileno en presencia de catalizador de ácido fosfórico en celita.

Tiene modestas aplicaciones como materia prima para ésteres etílicos, disolventes, productos de baño y tocador y diversas aplicaciones de menor importancia.

Aldehído propiónico (propanal)

La reacción oxo con etileno produce aldehído propiónico (propanal). El aldehído propiónico puede reducirse al alcohol n-propílico (1-propanol) que se utiliza como disolvente u oxidarse a ácido propiónico (ácido propanoico) cuyas sales de sodio o calcio son inhibidores de la descomposición del pan y se emplean, en general, como inhibidores de moho y fungicidas de alimentos.

Cloruro de etilo (cloroetano)

La mayor parte de la producción de cloruro de etilo (cloroetano) se obtiene mediante la adición en fase líquida de HCl a etileno con catalizador de AlCl3.

El cloruro de etilo tiene aplicaciones como refrigerante, anestésico y en la producción de etilcelulosa. También se empleaba para la producción de tetraetilo de plomo, un aditivo de la gasolina. Sin embargo esta aplicación está teniendo cada vez menor importacia al desaparecer del mercado las gasolinas con plomo