Problemas-Alcanos

Problemas-Alcanos. Escribe la fórmula condensada de un alcano lineal, cuya fórmula molecular es C₂₀H₄₂.

Solución: Los alcanos lineales se pueden escribir en forma condensada utilizando la siguiente fórmula: CH₃(CH₂)_nCH₃, donde n es el número de CH₂que tiene la molécula. La fórmula molecular del problema tiene 20 carbonos, dos de ellos son para los metilos, por tanto, la fórmula condensada tendrá 18 CH₂. 

Fórmula condensada: CH₃(CH₂)₁₈CH₃

1. Da la fórmula molecular, la fórmula condensada e indica el número de hidrógenos que tiene cada carbono en la molécula de octano.
   

   
   Solución:

   Un alcano de 8 carbonos tiene 18 hidrógenos y su fórmula molecular es: C₈H₁₈. La fórmula condensada viene dada por: CH₂(CH₂)_nCH₃. La fórmula desarrollada en la que se indican los carbonos e hidrógenos que tiene la molécula es:

   

2. Escribe la fórmula estructural del 2,4,6-trimetiloctadecano.
   

   Solución:

   El octadecano es un alcano con 18 carbonos.

   

3. Da el nombre IUPAC de los siguientes compuestos.
   

   3- Solución:

   Cadena principal: se elige la de mayor longitud, 8 carbonos (octano)
   Numeración: comienza por el extremo más próximo a un sustituyente
   Sustituyentes: metilos en 3,4,6 y etilo en 5.
   Nombre: 5-Etil-2,4,6-trimetiloctano

   

   4-
   Cadena principal: 6 carbonos (hexano)
   Numeración: comienza por la izquierda (metilo en 2). Por la derecha el etilo está en 3.
   Sustituyentes: etilo en 4 y metilo en 2.
   Nombre: 4-Etil-2-metilhexano

   

   Cadena principal: la cadena más larga es de 10 carbonos (decano)
   Numeración: empieza por la izquierda ya que se encuentra antes el primer sustituyente.
   Sustituyentes: metilos en 2,6; etilo en 8; isopropilo en 4.
   Nombre:  8-Etil-4-isopropil-2,6-dimetildecano

4. Dibujar las conformaciones más estable y menos estable del 2,3-dimetilpentano entre los carbonos C3-C4.

   5- Solución

   La conformación más estable de la molécula es una alternada. Dibujamos las tres conformaciones alternadas y buscamos la que tiene menos interacciones gauche.

   

   La conformación más inestable de la molécula es una eclipsada. Dibujamos las tres conformaciones eclipsadas y buscamos la que tiene más eclipsamientos.

   

   ¿Cuáles de los siguientes compuestos pueden existir en diferentes conformaciones?
   a) Peróxido de hidrógeno.
   b) Amoniaco.
   c) Metanol.

   6- Solución
   
   Para que un compuesto pueda existir en diferentes conformaciones son necesarios al menos tres enlaces simples consecutivos.

   a) El peróxido de hidrógeno tiene infinitas conformaciones que se obtienen por rotación alrededor del enlace oxígeno-oxígeno. La conformación que tiene los dos hidrógenos enfrentados se llama SIN, la que tiene los hidrógenos a lados opuestos ANTI.

   (b) El amoniaco no puede existir más que en una conformación ya que no posee enlaces consecutivos. Los únicos enlaces que pueden rotar son los nitrógeno-hidrógeno y no producen ningún cambio conformacional en la molécula.

   

    

   7- Nombra los siguientes alcanos ramificados:

   

   Solución

   1. Cadena principal: se elige como cadena principal la de mayor longitud.  Dará nombre al alcano (butano).
   2. Numeración: se numera para que los sustituyentes (metilos) tomen los menores localizadores.
   3. Sustituyentes: dos metilos en posición 2. Cuando hay dos sustituyentes iguales se emplea el prefijo di-, precedido de los localizadores, separados por comas.

   1. Cadena principal: la cadena más larga es de cinco carbonos (pentano).
   2. Numeración: Lla numeración comienza por la izquierda para asignar localizador 2 a los metilos.
   3. Sustituyentes: dos metilos en posición 2.
   4. Nombre: sustituyentes precedidos por sus localizadores, terminando con el nombre de la cadena principal. 2,2-Dimetilpentano.

   1. Cadena principal: en este caso la cadena principal no es la horizontal, que sólo tiene cinco carbonos.
   2. Numeración: comienza por el extremo que tiene más cerca algún susti-tuyente (izquierda).
   3. Sustituyentes: la cadena principal contiene tres sustituyentes iguales (metilos), que se nombran utilizando el prefijo tri-, precedido de los localizadores que indican la posición en la cadena principal (2,2,4).
   4. Nombre: 2,2,4-Trimetilhexano

   8- Los alcanos son compuestos formados por carbono e hidrógeno que sólo contienen enlaces simples carbono – carbono. Cumplen la fórmula general C_nH_2n+2, donde n es el número de carbonos de la molécula.

   Alcanos, en los cuales, los carbonos se enlazan de manera continua ( sin ramificaciones) se denominan alcanos de cadena lineal.

   
   La familia de alcanos lineales es un ejemplo de serie homóloga. Serie homóloga de compuestos es una en la cual sucesivos miembros difieren en un grupo metileno (CH₂) . La fórmula general para alcanos homólogos es CH₃(CH₂)_nCH₃. Propano (CH₃CH₂CH₃, con n=1) y butano (CH₃CH₂CH₂CH₃, con n=2) son homólogos.

   En una serie homóloga las propiedades físicas varían de forma continua , tanto los puntos de fusión como los de ebullición van aumentando a medida que aumenta el número de carbonos de la molécula.

   Alcanos con ramificaciones se denominan alcanos de cadena ramificada.

   

    9- En los orígenes de la química, los compuestos orgánicos eran nombrados por sus descubridores.  La urea recibe este nombre por haber sido aislada de la orina.
   El ácido barbitúrico fue descubierto por el químico alemán Adolf von Baeyer, en 1864.  Se especula que le dio este nombre en honor de una amiga llamada bárbara.

   La ciencia química fue avanzando y el gran número de compuestos orgánicos descubiertos hicieron imprescindible el uso de una nomenclatura sistemática.

   En el sistema IUPAC de nomenclatura un nombre está formado por tres partes: prefijos, principal y sufijos; Los prefijos indican los sustituyentes de la molécula; el sufijo indica el grupo funcional de la molécula; y la parte principal el número de carbonos que posee. Los alcanos se pueden nombrar siguiendo siete etapas:

   Regla 1.- Determinar el número de carbonos de la cadena más larga, llamada cadena principal del alcano. Obsérvese en las figuras que no siempre es la cadena horizontal.

   

   El nombre del alcano se termina en el nombre de la cadena principal (octano) y va precedido por los sustituyentes.

   Regla 2.- Los sustituyentes se nombran cambiando la terminación –ano del alcano del cual derivan por –ilo (metilo, etilo, propilo, butilo). En el nombre del alcano, los sustituyentes preceden al nombre de la cadena principal y se acompañan de un localizador que indica su posición dentro de la cadena principal. La numeración de la cadena principal se realiza de modo que al sustituyente se le asigne el localizador más bajo posible.

   

   Regla 3.- Si tenemos varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente precedidos por lo localizadores. La numeración de la cadena principal se realiza para que los sustituyentes en conjunto tomen los menores localizadores.

   

   Si varios sustituyentes son iguales, se emplean los prefijos di, tri, tetra, penta, hexa, para indicar el número de veces que aparece cada sustituyente en la molécula. Los localizadores se separan por comas y debe haber tantos como sustituyentes.

   

   Los prefijos de cantidad no se tienen en cuenta al ordenar alfabéticamente.

   Regla 4.- Si al numerar la cadena principal por ambos extremos, nos encontramos a la misma distancia con los primeros sustituyentes, nos fijamos en los demás sustituyentes y numeramos para que tomen los menores localizadores.

   

   Regla 5.- Si al numerar en ambas direcciones se obtienen los mismos localizadores, se asigna el localizador más bajo al sustituyente que va primero en el orden alfabético.

   Regla 6.- Si dos a más cadenas tienen igual longitud, se toma como principal la que tiene mayor número de sustituyentes.

   

   Regla 7.- Existen algunos sustituyentes con nombres comunes aceptados por la IUPAC, aunque se recomienda el uso de la nomenclatura sistemática.

   

   Los nombres sistemáticos de estos sustituyentes se obtienen numerando la cadena comenzando por el carbono que se une a la principal. El nombre del sustituyente se forma con el nombre de la cadena más larga terminada en –ilo, anteponiendo los nombres de los sustituyentes que tenga dicha cadena secundaria ordenados alfabéticamente. Veamos un ejemplo:

   

Nomenclatura de Alquinos

Regla 1. Los alquinos responden a la fórmula CnH2n-2 y se nombran sustituyendo el sufijo -ano del alca-no con igual número de carbonos por –ino.

1. Se toma como cadena principal la que contiene al mayor número posible de enlaces múltiples, prescindiendo de si son dobles o triples.

2. Se numera para que los enlaces en conjunto tomen los localizadores más bajos.  Si hay un doble enlace y un triple a la misma distancia de los extremos tiene preferencia el doble.

3. Si el compuesto tiene un doble enlace y un triple se termina el nombre en -eno-ino; si tiene dos dobles y un triple, -dieno-ino;  con dos triples y un doble la terminación es, -eno-diino

Propiedades físicas de Alquinos

Los alquinos tienen unas propiedades físicas similares a los alcanos y alquenos.  Son poco solubles en agua, tienen una baja densidad y presentan bajos puntos de ebullición.  Sin embargo, los alquinos son más polares debido a la mayor atracción que ejerce un carbono sp sobre los electrones, comparado con un carbono sp3 o sp2.

Los alquenos presentan puntos de fusión y ebullición próximos a los alcanos correspondientes.

Momento dipolar en alquenos.

El carbono sp2 tiene más carácter s que el carbono sp3, los electrones en el orbital s están más próximos al núcleo y son atraídos fuertemente por éste, de modo que un carbono sp2 tiene tendencia a atraer hacia si electrones, lo que genera momentos dipolares.

En alquenos trans los momentos dipolares se restan, llegando a anularse en el caso de que ambos carbonos tengan cadenas iguales.  En los alquenos cis los momentos dipolares se suman dando lugar a un momento dipolar total distinto de cero (molécula polar)

Estabilidad de los Alquenos

Los calores desprendidos en las siguientes reacciones de hidrogenación, nos dan una idea sobre la diferente estabilidad de los alquenos.

Los tres alquenos hidrogenan para dar el mismo alcano (butano).  El 1-buteno es el alqueno que más energía desprende en la hidrogenación, por ello, es el más inestable (tiene más energía).  Los cis y trans-1-buteno tienen una mayor estabilidad por ser alquenos más sustituidos.  La interacción entre las cadenas que rodean el alqueno y el doble enlace (hiperconjugación) lo estabiliza, disminuyendo su energía.

Como puede observarse el cis-2-buteno es mas inestable que el trans, debido a las repulsiones estéricas entre metilos.

El orden de estabilidad de los alquenos es el siguiente:

Síntesis de Alquenos mediante E2

Los alquenos pueden prepararse a partir de haloalcanos y sulfonatos de alquilo mediante eliminación bimolecular (E2).  En el siguiente ejemplo el 2-bromo-2-metilbutano reacciona con metóxido de sodio para formar una mezcla de 2-metil-2-buteno y 2-metil-1-buteno.

En esta eliminación se obtiene mayoritariamente el producto de mayor estabilidad (alqueno más sustituido), y se dice que sigue la regla de Saytzev.

El metóxido, base pequeña, sustrae el hidrógeno más interno del haloalcano para generar el producto más estable (alqueno termodinámico)

Si empleamos como base tert-butóxido o LDA el alqueno formado mayoritariamente es el  2-metil-1-buteno.  Las bases impedidas tienen dificultades para acceder al hidrógeno más interno, sustrayendo más rápido el hidrógeno más accesible, por lo que generan el producto menos estable mayoritariamete.  En este caso la reacción se controla cinéticamente y se de que sigue la regla de Hofmann.

Los hidrógenos situados sobre metilos son más accesibles para el tert-butóxido que los internos.  El alqueno formado mayoritariamente es el menos sustituido.