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1. HIDROCARBUROS SATURADOS ACÍCLICOS
NOMENCLATURA DE ALCANOS
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) son las siguientes:
1. Para nombrar un alcano se elige como base la cadena contínua más larga, que recibe el nombre de cadena principal. El compuesto se considera derivado del alcano que tiene el mismo número de átomos de carbono que la cadena principal. Por ejemplo, en el hidrocarburo siguiente
CH 3 CH
CH 3
2 CH^2 CH^2 CH^3
la cadena más larga tiene cinco carbonos; así pues, se nombra como un metil- pentano.
2. La cadena principal se numera de un extremo al otro, de acuerdo con la regla 3 , y la posición de los sustitu- yentes se indica con números. Así, el hidrocarburo anterior se llama 2-Metilpentano y el otro isómero del hexa- no, derivado del pentano, se conoce por 3-Metilpentano :
CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 CH 3
CH 3
3. La cadena principal se numera desde un extremo, de manera que el sustituyente adquiera el menor numeral posible. Por ejemplo, el hidrocarburo (1) se llama 2-Metilpentano y no 4-Metilpentano. Si hubiera dos o más sus- tituyentes, la numeración de la cadena principal se inicia por el extremo que asigne el numeral más bajo posible al primer sustituyente que se encuentre. Por ejemplo:
CH 3 CH 2 CH
CH 3
CH
CH 3
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH
CH 3
872 CH 3
es el 2,7,8-Trimetildecano y no el 3,4,9-Trimetildecano. Si hay grupos idénticos a distancias idénticas de los extremos, la numeración la determinan los grupos que les sigan en la cadena. Por ejemplo:
CH 3 CH 742
CH 3
CH 2 CH 2 CH
CH 3
CH 2 CH
CH 3
CH 3
es el 2,4,7-Trimetiloctano y no el 2,5,7-Trimetiloctano.
4. Entre cadenas de igual longitud, se elige como cadena principal la que está más sustituida. Es decir:
CH 3 CH 2 CH CH CH CH CH 3
CH 3 CH 3
CH 2 CH 2 CH 3
CH 3
3 2
4 5
se nombra 2,3,5-Trimetil-4-propilheptano (*) y no 4- sec- Butil-2,3-dimetilheptano o 4-(1,2-Dimetilpropil)-3- metilheptano.
5. Si un grupo alquilo se repite varias veces como sustituyente, se indica la repetición con los prefijos di , tri , tetra , etc. Por ejemplo, el Neohexano ,
CH 3 C CH 2 CH 3
CH 3
CH 3
2
se nombra 2,2-dimetilbutano.
6. Los sustituyentes se pueden expresar por los nombres comunes de los grupos alquilo cuando sea posible. Sin embargo, estos sustituyentes se pueden nombrar de modo alternativo de acuerdo con las reglas anteriores. Por ejemplo,
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 CH 2 CH 3
CH 3 CH CH 3
4
se puede llamar 4-Isopropiloctano o 4-(1-Metiletil)-octano. En el segundo de estos nombres, el grupo isopropilo se ha nombrado de acuerdo con las reglas de la IUPAC, considerando como cadena principal del sustituyente una cadena de dos átomos de carbono ( etilo ) y nombrándola de manera que al carbono unido directamente a la cadena principal le corresponda el primer numeral ( 1 )
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 CH 2 CH 3
CH 3 CH CH 3
4
1
[1-Metiletilo]
7. Si se unen a la cadena principal dos o más grupos alquilo diferentes, se nombran en orden alfebético. Por ejemplo:
(*) Si no se indica lo contrario, los grupos alquilo de tres o más carbonos, se consideran en el sistema IUPAC como no
ramificados (es decir, n-) Así pues, es suficiente con llamar al sustituyente en la posición 4 de este compuesto,
mejor que <n-propilo>
CH 4
CC 2 H 6
C^3 H^8
C^4 H^10
C^56 HH^1214
C 7 H 16
CC 8 H 18
C^15 H^32
20 H 42
CONSTITUCIONALES^ ISÓMEROS
366.319^4347
FÓRMULA
Metano CH 4 Metilo^ CH^3 Etano (^) CH 3 CH 3 Etilo^ CH 3 CH (^2)
Propano CH 3 CH 2 CH 3 n-Propilo (Propilo)^ CH 3 CH 2 CH (^2)
Isopropilo CH 3 CH CH (^3) Butano CH^3 CH^2 CH^2 CH^3 n-Butilo (Butilo) CH^3 CH^2 CH^2 CH^2
Isobutilo CH 3 CH
CH 3
CH 2 (2-Metilpropilo)
sec -Butilo (^) CH 3 CH 2 CH
CH 3
(1-Metilpropilo)
terc -Butilo (^) CH 3 C
CH 3
CH 3
(1,1-Dimetiletilo)
Pentano CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 n-Pentilo (Pentilo) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH (^2)
Isopentilo CH 3 CH CH 2 CH (^2)
CH 3
(3-Metilbutilo)
Neopentilo CH 3 C CH (^2)
CH 3
CH 3
(2,2-Dimetilpropilo)
terc -Pentilo (^) CH 3 CH 2 C
CH 3
CH 3
(1,1-Dimetilpropilo)
RADICALES DE HIDROCARBUROS SATURADOS
CRUDO DE PETRÓLEO
gas de refineria gasolina ligera nafta^ queroseno gasóleo
destilación
(C 1 _C 4 ) (C 5 _^ C 12 ) (C 12 _^ C 15 ) (C 15 _^ C 25 )
p.e. < 25 0 C (25^ _^95 0 C)^ (95^ _^150 0 C)^ (150^ _^2300 C)^ (230^ _^340 0 C)
EJERCICIO RESUELTO Escribe las estructuras y el nombre de los nueve hidrocarburos saturados que tienen la fórmula molecular
C 7 H 16.
RESPUESTA:
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CHCH 2 CH 2 CH 2 CH 3
CH 3
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
CH 3
3-Metilhexano
CH 3 CH CHCH 2 CH 3
CH 3 CH 3
Heptano 2-Metilhexano^ 2,3-Dimetilpentano
CH 3 CHCH 2 CHCH 3
CH 3 CH 3
2,4-Dimetilpentano
CH 3 C
CH 3
CH 2 CH 2 CH 3
CH 3
2,2-Dimetilpentano
CH 3 CH 2 CHCH 2 CH 3
CH 3
CH 3
3,3-Dimetilpentano
CH 3 C
CH 3
CHCH 3
CH 3
CH 3
2,2,3-Trimetilbutano
CH 3 CH 2 CHCH 2 CH 3
CH 2 CH 3
3-Etilpentano
GEOMETRÍA DE LOS ALCANOS ACÍCLICOS
H
H
H H H
H
H H^ H
H
H
H
H
H
H
Metano:^ H
H
H^ H H
H H H
H^ H H
H H
1.536 1
. 091
H
H H H H
H
1.096 H^ H
H
H H H H
H
H H
H
H^ H H
H H H
H^ H H
H H
H
H H H H
H
H H
H
H H H H
H
H H
111.8 109. Etano : (^) Propano :
ENERGÍA DE ENLACE
Es la energía necesaria para disociar un enlace homolíticamente :
D 0 (H 2 ) =
D 0 (H− CH 3 ) =
D 0 (H− CH 2 CH 3 ) =
H H^2 H^ (g)^ 104.204 kcal/mol
H CH 3 H (g) + CH 3 (g) 104.8 kcal/mol
H CH 2 CH 3 H^ (g) +^ CH 2 CH 3 (g)^ 100.3 kcal/mol
Las energías de enlace se determinan utilizando las entalpías de formación de los radicales que surgen en la ruptura.
H CH 2 CH 3 (g) CH 2 CH 3 (g) + H (g)
2 C (grafito) + 3 H 2 (g)
ΔH^0 f(CH 3 CH 3 )
D^0 (^ H−C )
21 D^0 (H^2 )+ΔH^0 f(•CH^2 CH^3 )
ENERGÍA DE ENLACE H − C EN EL ETANO (ENERGÍA H − CH 2 CH 3 )
ΔH 0 f (CH 3 CH 3 )+D^0 (H−C)= 21 D^0 (H 2 )+ΔH^0 f(•CH 2 CH 3 )
( 20. 2 ) 104. 2 / 2 28. 0 kcal/ mol
D 0 (H CH 2 CH 3 ) H^0 f(CH 3 CH 3 ) 21 D^0 (H 2 ) H^0 f(CH 2 CH 3 )
H C (^) n H (^) 2n+1 (g,l,s) H^ (g)
n C (grafito) + (n+1) H 2 (g)
D^0 (^ H− C ) + C (^) n H (^) 2n+1 (g)
ΔH (^0) f (CnH 2 n+ 2 ) 21 D^0 (H 2 )+ΔH^0 f(•CnH 2 n+ 1 )
EN GENERAL:
D (H - R) = -^0 { ΔH (H - R) +^0 f ΔH (•R) +^0 f 52.1 kcal/mol}
ENERGÍA DE ENLACE C − C EN EL ETANO (ENERGÍA CH 3 − CH 3 )
CH 3 (g)
2 C (grafito) + 3 H 2 (g)
CH 3 CH 3 D(C C^ ) + CH 3 (g)
ΔH (^0) f(CH 3 CH 3 ) 2 Δ H^0 f (•CH 3 )
( 20. 24 ) 2 34. 8 kcal/ mol
D 0 (C C) H^0 f(CH 3 CH 3 ) 2 H^0 f(CH 3 )
=−− + × = 89.
EN GENERAL:
R (g)
nC (grafito) + (n + 1)H 2 (g)
D(C C) + R' (g)
ΔH 0 f (CnH 2 n+ 2 ) ΔH 0 f (•R)+ΔH^0 f(•R')
C (^) nH (^) 2n+2 (g,l,s)
D^0 (R−R)= [− ΔH^0 f(R−R')+ΔH^0 f(•R)+ΔH^0 f(•R')kcal/mol]
Si la parafina se disocia, dando lugar a dos radicales iguales:
D 0 (^ R−R)= { −ΔH^0 f(R−R)+ 2 ΔH^0 f(•R)} kcal/mol
En las tablas siguientes aparecen valores típicos de las energías de enlace C-H y C-C:
ENERGÍAS DE ENLACE C − H
Hidrocarburo ΔH 0 f (R•)∗ ΔH 0 f (H−R)∗ D 0 (H− R)∗
H−CH 3 34.8 -17.89 104.
H−CH 2 CH 3 28.0 -20.24 100.
H−CH 2 CH 2 CH 3 22.8 -24.82 99.
H−CH 2 CH(CH 3 ) 2 13.9 -31.45 97.
H−CH(CH 3 ) 2 19.0 -24.82 95.
H−C(CH 3 ) 3 9.0 -31.45 92.
(*) (kcal/mol)
CONCEPTO DE CONFORMACIÓN. PROYECCIONES DE NEWMAN
CONFORMACIÓN : Es el término utilizado para describir la disposición relativa de los átomos en una molécula.
Las conformaciones de una molécula son las distintas disposiciones que pueden adoptar
sus átomos en el espacio, como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencillos
carbono-carbono.
H H
H
H H
H
H 60 0 (ángulo diedro) 2
H^1^ H H
H H
H^2
H H
H^1
H H
H H
H^2
H^1 H
H
( H ) H H ( H )
H^1 ( H^2 )
(conformación alternada )
(conformación eclipsada )
Existen interacciones electrostáticas de repulsión (van der Waals) entre los H unidos a átomos de carbono con- tiguos. El giro en torno del enlace C-C ocasiona variaciones en el contenido energético de una conformación dada:
H
H H H H^ H
Δ G (kcal/mol)
0 _ 60^ _ 120 _ 180 _ 240 _ 300 _ 360 _
H(H) (H)H H( H )
H(H) ( H )H H(H)
H( H ) (H)H H(H)
H( H ) (H)H H(H)
H
H H H H H H
H^ H H H^ H
2.8^ _
Temperatura ambiente : Giro rápido; las conformaciones son indistinguibles (no se pueden aislar ni identificar confórmeros de la misma molécula. Vida media: 10-6^ segundos)
Temperaturas bajas (≈ -100^0 C):Giro perezoso. Posibilidad de identificar confórmeros y estudiarlos, bien juntos (equilibrio) o por separado.
CONFORMACIONES DEL PROPANO Y DEL BUTANO
H H
H
H H
H
H H
H H H
H H H
H H
( H ) H H ( H )
H( Me ) H^ Me H
H^ H
H
H
H H Me H H
Δ G (kcal/mol)
0 _ 60^ _ 120 _ 180 _ 240 _ 300 _ 360 _
H(H) (H)H H( Me )
H(H) ( Me )H H(H)
H( Me ) (H)H H(H)
H( Me ) (H)H H(H)
Me
H H H H H H
Me^ H H H H
H
H Me Me H H
Me( Me ) (H)H H(H) Me(H) (H)H H( Me )
Me
H MeH H H
Me(H) ( Me )H H(H)
H
Me^ Me H H H
Me( Me ) _ (H)H^ H(H)
_
_
(kcal/mol)^ Δ G
0 _ 60^ _ 120 _^180 _^240 _^300 _^360 _
Giros de 60^0 en la representación tridimensional:
Me EtPr H
Me Pr (^) HEt
Me PrH Et
Me H (^) EtPr
Me HEt Pr
Me Et (^) PrH
Me EtPr H
Si en la representación tridimensional de un enantiómero se intercambian dos sustituyentes cualquiera, se ob- tiene la representación tridimensional del otro enantiómero:
Me EtPr H
Me
H (^) PrEt
pareja de enantiómeros
Me
H (^) PrEt
H
Me (^) PrEt
vuelco
Me EtPr H ( 2 ) (^) ( 1 ) ( 1 )
Cuando se hace lo mismo con la proyección de Fischer se obtiene un resultado idéntico:
Me H P Et ( 2 )
Me Pr H Et ( 1 ) pareja de enantiómeros
r
Me H Pr Et ( 2 )
H
Me Pr Et ( 1 )
H
Me (^) PrEt
( 1 )
Dos intercambios en la representación tridimensional o en la proyección de Fischer conducen al mismo este- reoisómero:
Me H Pr Et ( 2 )
H
Me Pr Et ( 1 )
H
Pr Me Et ( 2 )
Me
H (^) PrEt
( 2 )
H
Pr (^) MeEt
( 2 )
EJERCICIO RESUELTO
¿Son iguales (1) y (2)? Pr
EtH Me ( 1 )
Me PrH Et ( 2 )
RESPUESTA:
Pr EtH Me
( 1 )
Me PrH Et
( 2 )
Pr H Me Et ( 1 )
Me H Pr Et
Me H Et Pr
Me H Et Pr ( 2 ) ( 2 )
Las moléculas (1) y (2) son iguales.
MOLÉCULA QUIRAL : Molécula ópticamente activa que no es idéntica a su imagen especular.
MOLÉCULA AQUIRAL : Molécula ópticamente inactiva que es idéntica a su imagen especular.
CONFORMACIÓN : Es el término utilizado para describir la disposición relativa de los átomos en una molécula. Las conformaciones de una molécula son las distintas disposiciones que pueden adoptar sus átomos en el espacio, como consecuencia de la rotación alrededor de enlaces sencilloscarbono-carbono. CONFIGURACIÓN : Es el término utilizado para describir la disposición absoluta de los átomos de una molécula, con independencia de las disposiciones relativas que puedan adoptar como consecuencia dela rotación alrededor de enlaces sencillos.
PRIORIDADES DE LOS GRUPOS UNIDOS A UN ÁTOMO DE CARBONO ASIMÉTRICO
La prioridad de los átomos aumenta con su masa atómica:
Prioridades de los átomos:^127 I >^80 Br >^35 Cl >^32 S >^31 P >^28 Si >^19 F >^16 O >^14 N >^12 C >^1 H
I [1]
[3] Cl Br [2] H[4] ( R )
I [1]
[2] Br Cl [3] H[4] ( S ) Prioridades de los grupos: I > Br > Cl > H
PRIORIDADES RELATIVAS DE RADICALES ALQUILO
Elegimos como ejemplo la molécula de 2,3-dimetilhexano. En esta molécula el átomo de carbono 3 es estereo- génico (está unido a cuatro radicales distintos: isopropilo, propilo, metilo e hidrógeno)
Todos los radicales están unidos al átomo estereogénico a través de átomos de carbono. Por consiguiente, no puede utilizarse el criterio de la masa atómica para decidir la prioridad de cada grupo.
CH 3 CH 2 CH 2 C
CH 3
H
C
CH 3
CH 3
H
2,3-Dimetilhexano
Para establecer las prioridades relativas de los radicales isopropilo, propilo y metilo se procede del modo si- guiente:
1. Primero se dibuja cualquier representación tridimensional de uno de los enantiómeros y a continuación su proyección de Fischer:
CH CH 3 CH 2 CH 2 CH (^3) H
3
CH 3 CH^3
Pr H
CH 3
i-Pr 3
2. Después se observa qué átomos están unidos al carbono C 1 de cada uno de los tres radicales (isopropilo, propilo y metilo):
CH 3 C
CH 3
H
1 C 1 (C 2 C 2 H)
2
CH 3 CH 2
C 1 (HHH)
2 CH^1
2
2
CH 3
C 1 (C 2 HH)
1
el átomo C 1 está unido a dos carbonos y un hidrógeno
el átomo C 1 está unido a un carbono y a dos hidrógenos el átomo C 1 está unido a tres hidrógenos
3. Los átomos a los que está unido C 1 en cada radical deciden la prioridad del radical. En el radical isopropilo C 1 está unido a dos carbonos y un hidrógeno; este radical tiene mayor prioridad que el propilo (C 1 unido a un carbono y dos hidrógenos) El radical metilo tiene menor prioridad que los anteriores, ya que C 1 está unido a tres hidrógenos (menor prioridad que el carbono) Finalmente el átomo de H unido al carbono estereogénico C 3 es el grupo de menor prioridad.
Prioridades relativas de los cuatro grupos:
isopropilo [1] > propilo [2] > metilo [3] > hidrógeno [4]
4. Ahora ya se puede averiguar la configuración del estereoisómero:
CH
CH 3 CH 2 CH 2 CH 3
H
3
CH 3 CH^3 C 2 (CCH)[1]
3C C 4 (C 5 HH)[2]
H[4]
3 Pr (^) H
CH 3
i-Pr
( 3R )
3
1 2
4 5
EJERCICIO RESUELTO
Averigua la configuración absoluta del siguiente estereoisómero:
H
i-Pr
Pr CH (^3)
RESPUESTA:
( 3S )
C 2 (CCH)[1]
[2](C 5 HH)C4 C(HHH)[3]
H[4]
CH
CH 3 CH 2 CH 2 CH 3
H
3 3
CH 3 CH 3
CH 3 H
Pr^ i-Pr 3
EJERCICIO RESUELTO Ordena los radicales siguientes de menor a mayor prioridad: 2-Metilpropilo, 3-Metilbutilo, Propilo, Hexilo, Pentilo
y Butilo.
1. CH 3 CH 2 CH 2 C 1 (CHH) C 2 (CHH) C 3 (HHH)
2. CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 C 1 (CHH) C 2 (CHH) C 3 ( C HH) C 4 (HHH)
3. CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 C 1 (CHH) C 2 (CHH) C 3 (CHH) C 4 ( C HH) C 5 (HHH)
4. CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 C 1 (CHH) C 2 (CHH) C 3 (CHH) C 4 (CHH) C 5 ( C HH)
H 3 C CH
CH 3
CH 2 CH 2
CH 3 CH
CH 3
CH 2
5. C 1 (CHH) C 2 (CHH) C 3 (C C H)
6. C 1 (CHH) C 2 (C C H)
RESPUESTA: Los átomos que deciden la prioridad de un radical están escritos con negrita
LOS DOS ÁTOMOS DE CARBONO TIENEN LOS MISMOS SUSTITUYENTES
CH 3 CH 2 CH
CH 3
CH CH 2 CH 3
CH 3
3,4-Dimetilhexano
Et C
Me C Et
Me H H
Et (^) Me^ H
Me H Et
Me^ H^ Et
EtH^ Me
Et (^) Me^ H
Et H Me
Me^ H^ Et
Me^ H^ Et
3 3 4 4
3 3 4 4
H
Me Et Et Me H
H
Et Me Me Et H ( 1 ) ( 2 )
3 4
( 3R , 4R )^ ( 3S , 4S )
H
Et Me Et Me H
H
Me Et Me Et H ( 3 ) ( 4 )
3 4
( 3S , 4R )^ ( 3R , 4S )
3 4
3 4
Enantiómeros: (1) y (2) Diastereoisómeros: (1) y (3) ; (2) y (3) Iguales: (3) y (4)
Las moléculas ( 3 ) y ( 4 ) son la misma forma MESO , ópticamente inactiva:
Me^ H^ Et
Me^ H^ Et
3 4
giro de 180^0 en el plano
Et HMe
Et (^) MeH
3
4
Et (^) Me^ H
Et H Me
3 4
H
Et Me Et Me H
H
Me Et Me Et H ( 3 ) ( 4 )
3 4
( 3S , 4R ) ( 3R , 4S )
3 4
giro de 180^0 en el plano H
Et Me
Et Me
H
3
4
( 3S , 4R )
Me^ H^ Et
Me^ H^ Et
3 4 Et (^) Me^ H
Et H Me
3 [plano de simetría] 4
EJERCICIO RESUELTO
¿Es la molécula A una forma meso?
Et H Me Me Et H ( A )
RESPUESTA: Et H Me Me Et H ( A )
3 4
( 3R , 4S )
intercambio
H
Et Me Me Et H
3 4
intercambio
H
Me Et Me Et H
3
4
[plano de simetría]
NÚMERO DE ISÓMEROS ÓPTICOS (*)
Tipo de compuesto : n átomos de carbono estereogénicos (la fórmula del compuesto no se puede dividir en dos mitades iguales)
CH 3 CH 2 CH 3
Pr MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE ACTIVAS: N = 2 n^ CHMe EJEMPLOS: MOLÉCULAS ÓPTICAMENTE INACTIVAS: N' = 0 CHMe Et (n=2 ; N=4 ; N'=0) (n=2 ; N=4 ; N'=0)
( * ) Es indiferente que la molécula sea acíclica o cíclica.
