QUÍMICA ORGÁNICA
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de
átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos
son los compuestos básicos de la Química Orgánica. Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales
o ramificadas y abiertas o cerradas.
Los hidrocarburos se pueden
clasificar en dos tipos, que son alifáticos y aromáticos. Los alifáticos, a su vez se pueden clasificar en alcanos, alquenos y alquinos según los tipos de enlace que unen entre sí los átomos
de carbono. Las fórmulas generales de los alcanos, alquenos y alquinos son CnH2n+2,
CnH2n y CnH2n-2,
respectivamente.
alcanos: contienen enlaces simples o sencillos
alquenos : contienen uno o más enlaces dobles
alquinos : contienen uno o más enlaces triples
ALCANOS
La familia más sencilla de
este grupo es la de los alcanos que se caracteriza por la formula general
(CnH2n+2). Por su estructura los alcanos se denominan también hidrocarburos
saturados.
En una molécula de alcano
los únicos enlaces químicos existentes son los sencillos entre átomos de
carbono y entre átomos de carbono e hidrogeno. Debido a la gran estabilidad de
estos enlaces los alcanos son poco reactivos, por lo cual se los denomina
también parafinas.
Los alcanos se obtienen
principalmente del petróleo y del gas natural, donde se encuentran mezclados
como productos de la descomposición anaeróbica de la materia viva.
Combustión
2 CnH2n+2 + 3 (n+1)
O2 2nCO2 + 2(n+2) H2O + Calor
Reacción de sustitución
Bajo la influencia de la
luz ultra violeta, o a 240-250 ≡C, el cloro o el bromo convierten los alcanos
en cloroalcanos (cloruros de alquilo) o bromoalcanos (Bromuros de alquilo),
formándose simultáneamente una cantidad equivalente de cloruro o bromuro de hidrógeno.
Metano (CH4) Tiene un átomo
de carbono, cuyas 4 valencias se saturan con 4 átomos de hidrógeno.
Propiedades físicas:
Las moléculas de metano, en
si, son no polares, ya que las polaridades de los enlaces carbono-hidrogeno
individuales se anulan.
La atracción entre
moléculas es limitada a las fuerzas de Van-der Waals, en consecuencia el metano
es un gas a temperaturas ordinarias. El punto de fusión del metano es de -183
≡C y su punto de fusión de -161,5 ≡C.
ALQUENOS
Introducción
A pesar de que los enlaces
C - C sp3 - sp3 y los enlaces C - H sp3 - s son los más comunes y abundantes en
los compuestos orgánicos, no son, notablemente, los que desempeñan el papel
principal en las reacciones orgánicas. En la mayoría de los casos, son los
enlaces p o los átomos distintos del carbono y del hidrógeno, los que le
confieren a la .molécula su reactividad. Una zona de reactividad química en la
molécula, recibe la denominación de grupo funcional. Dado que un enlace p o un
átomo muy distinto en electronegatividad al carbono o al hidrógeno, pueden dar
lugar a reacciones químicas, son considerados como grupos funcionales o como
parte de un grupo funcional. Bajo esta óptica de grupos funcionales, podemos
determinar, al doble enlace característico de los alqueno como uno, ya que es
el que determina a las reacciones químicas.
Grupo funcional de los
alquenos
Un alqueno es un
hidrocarburo con un doble enlace. Algunas veces a los alquenos también se los
llama olefinas, nombre que procede de gas olefianta (gas formador de aceite),
con el que se conocía antiguamente al etileno (CH2=CH2).
El doble enlace
carbono-carbono es un grupo funcional bastante común en los productos
naturales. Frecuentemente, el doble enlace se encuentra junto con otros grupos
funcionales. Sin embargo, el doble enlace se encuentra junto con otros grupos
funcionales y se encuentran a menudo en las plantas y en el petróleo. A
continuación se dan dos interesante ejemplos de compuestos que se encuentran en
la naturaleza y que contienen dobles enlaces carbono-carbono.
Limoneno (de los aceites de
cítricos.)
3-metilen-7,11-dimetil-1,6,10-dodecatrieno
(compuesto secretado por losáfidos -pulgones- para señalar peligro a otros
áfidos.)
Obtención de alquenos
(eteno) a partir de un alcohol.
Los alcoholes sufren
reacciones de sustitución y de eliminación en las que se rompe el enlace C - O.
Estas reacciones de
sustitución y de eliminación son similares a las de sustitución y eliminación
de la de los halogenuros de alquilo. Sin embargo, los alcoholes se diferencian
de los halogenuros de alquilo en que no dan reacciones de sustitución o
eliminación en medio neutro o alcalino.
Combustión.
El eteno arde con una llama
amarillenta, índice de la presencia de una doble ligadura (esto indica la razón
de la existencia de poco hidrógeno en comparación con la cantidad de carbono.)
H2-C=C-H2 + O2 CO2 + H2O
La ecuación anterior
muestra una combustión completa, lo que generalmente no ocurre en el
laboratorio. Se debe considerar entonces la posibilidad de la presencia de
otros productos, según la siguiente ecuación:
H2-C=C-H2 + O2 CO2 + CO + C
+ H2O
El reactivo más popular que
se usa para convertir un alqueno en un 1,2 -diol, es una disolución acuosa,
fría y alcalina, de permanganato de potasio (aún cuando este reactivo da bajos
rendimientos). El tetraóxido de osmio da mejores rendimientos de dioles, pero
el uso de este reactivo es limitado. La oxidación con permanganato de potasio,
proceden a través de un éster inorgánico cíclico, el cual produce el diol cis
si el producto es capaz de isomería geométrica.
Reacción con Br2 en CCl4
Se produce la sustitución
de un doble enlace en el eteno por bromo.
ALQUINOS
Los alquinos, también
llamados acetilenos, son hidrocarburos que contienen un triple enlace
carbono-carbono. El propio etino (también llamado acetileno), HC≡CH, que es el
alquino más simple, alguna vez fue ampliamente usado en la industria como
materia prima para la elaboración de acetaldehído, ácido acético,cloruro de
vinilo y otros productos en grandes cantidades, pero ahora son más comunes
otros procesos más eficientes en los que se utiliza eteno como materia prima.
Sin embargo el acetileno se emplea todavía en la producción de polímeros
acrílicos, y se elabora industrialmente por descomposición a alta temperatura
(pirólisis) de metano. Este método no es de utilidad general en el laboratorio.
Se han aislado una gran
cantidad de compuestos acetilénicos naturales en el reino vegetal. Por ejemplo,
el triino siguiente se aisló del cártamo, Carthamus tinctorius, y evidentemente
forma parte de las defensas químicas de la planta contra la infección por
nematodos.
Los alquinos son
hidrocarburos alifáticos con al menos un triple enlace -C≡C- entre dos átomos
de carbono. Se trata de compuestos metaestablesdebido a la alta energía del
triple enlace carbono-carbono. Su fórmula general es CnH2n-2.
Nomenclatura
Artículo principal:
Nomenclatura de hidrocarburos acíclicos.
Artículo principal:
Nomenclatura de hidrocarburos monocíclicos.
Para que den nombre a los
hidrocarburos del tipo alquino se siguen ciertas reglas similares a las de los
alquenos.
1.
Se toma como cadena principal la cadena continua más larga que contenga el o
los triples enlaces.
2.
La cadena se numera de forma que los átomos del carbono del triple enlace
tengan los números más bajos posibles.
3.
Dicha cadena principal se nombra con la terminación -ino, especificando el
número de átomos de carbono de dicha cadena con un prefijo (et- dos, prop-
tres, but- cuatro; pent-; hex-; etc). Ej.: propino, CH3-C≡CH.
4.
En caso necesario, la posición del triple enlace se indica mediante el menor
número que le corresponde a uno de los átomos de carbono del enlace triple.
Dicho número se sitúa antes de la terminación -ino. Ej.:
CH3-CH2-CH2-CH2-C≡C-CH3, hept-2-ino.
5.
Si hay varios triples enlaces, se indica con los prefijos di, tri, tetra...
Ej.: octa-1,3,5,7-tetraino, CH≡C-C≡C-C≡C-C≡CH.
6.
Si existen dobles y triples enlaces, se da el número más bajo al doble enlace.
Ej.: pent-2-en-4-ino, CH3-CH=CH-C≡CH.
7.
Los sustituyentes tales como átomos de halógeno o grupos alquilo se indican
mediante su nombre y un número, de la misma forma que para el caso de los
alcanos. Ej.: 3-cloropropino, CH≡C-CH2Cl; 2,5-dimetilhex-3-ino,
CH3-C(CH3)-C≡C-C(CH3)-CH3.
Propiedades físicas
Son insolubles en agua,
pero bastante solubles en disolventes orgánicos usuales y de baja polaridad: ligroína,
éter, benceno, tetracloruro de carbono. Son menos densos que el agua y sus
puntos de ebullición muestran el aumento usual con el incremento del número de
carbonos y el efecto habitual de ramificación de las cadenas. Los puntos de
ebullición son casi los mismos que para los alcanos o alquenos con el mismo
esqueleto carbonado.
Los tres primeros términos
son gases; los demás son líquidos o sólidos. A medida que aumenta el peso
molecular aumentan la densidad, el punto de fusión y el punto de ebullición.
Los acetilenos son
compuestos de baja polaridad, por lo cual sus propiedades físicas son muy
semejantes a la de los alquenos y alcanos.
Propiedades químicas
Las reacciones más
frecuentes son las de adición: de hidrógeno, halógeno, agua, etc. En estas
reacciones se rompe el triple enlace y se forman enlaces de menor polaridad:
dobles o sencillos.
Hidrogenación de alquinos
Los alquinos pueden ser
hidrogenados para dar los correspondientes cis-alquenos (doble enlace)
tratándolos con hidrógeno en presencia de un catalizador de paladio sobre
sulfato de bario o sobre carbonato de calcio (catalizador Lindlar) parcialmente
envenenado con óxido de plomo. Si se utiliza paladio sobre carbón activo el
producto obtenido suele ser el alcano correspondiente (enlace sencillo)
