2 Hidrocarburos (1)

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LOS HIDROCARBUROS
Prof. Alex Castillo A.
Hidrocarburos
Alifáticos
Acíclicos
Alcanos Alquenos Alquinos
Alicíclicos o 
Cíclicos
Cicloalcanos Cicloalquenos
Aromáticos
Monoanulares Polianulares
HIDROCARBUROS
HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS
Son compuestos orgánicos de cadenas abiertas o
cerradas, lineal o ramificadas.
De acuerdo al grado de saturación de los átomos de
carbono, los alifáticos se clasifican en:
ALIFÁTICOS
SATURADOS
ALCANOS
sp3
NO SATURADOS
ALQUENOS
sp2
NO SATURADOS
ALQUINOS
sp
Tipos de carbonos
Carbono
Tipos de 
enlace
Tipo de 
carbono
Tipo de 
hibridación
Geometría 
molecular
Ángulos 
de enlace
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Complete los datos de la tabla de acuerdo a la siguiente
estructura:
Estructura y estereoquímica de 
los alcanos
Fórmula molecular de los alcanos
Tienen la fórmula molecular general CnH2n+2. El término
saturado se utiliza para describir los alcanos, ya que tienen el
número máximo de hidrógenos que es posible enlazar a los
carbonos, de ahí el término hidrocarburos saturados.
Fórmula molecular de los alcanos
Tienen la fórmula molecular general CnH2n+2. El término
saturado se utiliza para describir los alcanos, ya que tienen el
número máximo de hidrógenos que es posible enlazar a los
carbonos, de ahí el término hidrocarburos saturados.
Nomenclatura de butanos y pentanos
Los alcanos de más de 3 átomos de carbono tienen
isómeros constitucionales. Por ejemplo, hay dos
isómeros de fórmula C4H10; al isómero lineal se le llama
butano (o n-butano, que quiere decir butano «normal»)
y al isómero ramificado se le llama isobutano, que quiere
decir «isómero del butano».
Nomenclatura de butanos y pentanos
Los alcanos de más de 3 átomos de carbono tienen
isómeros constitucionales. Por ejemplo, hay dos
isómeros de fórmula C4H10; al isómero lineal se le llama
butano (o n-butano, que quiere decir butano «normal»)
y al isómero ramificado se le llama isobutano, que quiere
decir «isómero del butano».
A los tres isómeros del C5H12 se les llama pentano (o n-
pentano), isopentano y neopentano.
Nomenclatura: 1. Cadena principal
La cadena más larga a veces no se encuentra en una línea
horizontal; mire cuidadosamente para encontrarla.
El siguiente compuesto contiene dos cadenas diferentes de
siete carbonos, por lo que se nombra como heptano, y se
elige como cadena principal la cadena de la derecha, ya que
tiene más sustituyentes (en rojo) enlazados a la cadena:
Nomenclatura: 2. Grupos alquilo
Los sustituyentes de una cadena de carbono se denominan
grupos alquilo. Se nombran sustituyendo el sufijo -ano del
alcano por -ilo.
Nomenclatura: 2. Grupos alquilo
Los sustituyentes de una cadena de carbono se denominan
grupos alquilo. Se nombran sustituyendo el sufijo -ano del
alcano por -ilo.
El nombre de una cadena de alquilos unida por un átomo
de carbono secundario es 'sec' y el de las cadenas unidas
por medio de un átomo de carbono terciario es 'terc'.
Nomenclatura:
¿QUE APRENDÍ?
Nombrar los siguientes compuestos alifáticos:
Extra clase
Nombrar los siguientes hidrocarburos alifáticos:
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3CH3
CH3CH3
CH3
CH3CH3
CH3
CH3
Propiedades físicas
Puntos de ebullición de alcanos lineales y 
ramificados
Los alcanos ramificados tienen áreas superficiales más
pequeñas que los lineales, por lo tanto, tienen puntos de
ebullición más bajos.
Solubilidad
Solubilidad
Solubilidad
Densidad
Estructuras, modelos CPK* y de espacio lleno
*Corey-Pauling-Koltun
Conformaciones del etano
En la proyección de Newman, la rotación alrededor del enlace
sencillo C-C produce dos conformaciones diferentes.
En la conformación eclipsada todos los átomos de hidrógeno del
primer carbono son paralelos a los átomos del hidrógeno en el
segundo carbono.
La conformación alternada tiene los átomos de hidrógeno del
primer carbono a 60º desde los átomos de hidrógeno en el
segundo carbono.
El ángulo diedro (ángulo entre dos planos) de las
conformaciones eclipsadas es de 0º, mientras que el ángulo diedro
para las conformaciones alternadas es de 60º.
Análisis conformacional del etano
La energía torsional del etano en su conformación
alternada es la más baja. La conformación eclipsada tiene
una energía aproximadamente 3,0 kcal/mol (12,6 kJ/mol)
más alta.
Análisis conformacional del etano
◼ A temperatura ambiente, esta barrera energética
se vence fácilmente y las moléculas rotan
constantemente.
◼ Las conformaciones alternadas tienen una
energía más baja que la conformación eclipsada,
puesto que la alternada permite que las nubes de
electrones de los enlaces C-H estén los más
alejadas posibles. La diferencia de energía es
solamente 3 kcal/mol que se puede vencer
fácilmente a temperatura ambiente.
Alcanos isomeros
Los alcanos a partir de tres átomos de carbono pueden
dar más de una estructura, ejemplo:
C4 (butano) = n-butano e isobutano
Alcanos isomeros
C5 (pentano) = n-pentano, 2-metilbutano, y 2,2-
dimetilpropano.
Cicloalcanos
La fórmula molecular de los alcanos es CnH2n, dos átomos
de hidrógeno menos que un alcano de cadena abierta. Sus
propiedades físicas son similares a los alcanos acíclicos.
Isomería cis-trans en los cicloalcanos
Como en los alquenos, en los anillos de cicloalcanos está
restringida la libre rotación. Dos sustituyentes en un
cicloalcano pueden estar hacia el mismo lado (cis) o en
lados opuestos (trans) del anillo.
Conformaciones del ciclohexano
Conformaciones del ciclohexano
Alcanos bicíclicos
1. Biciclos fusionados: comparten dos átomos de carbono
adyacentes (enlazados).
2. Biciclos puenteados: comparten dos átomos de carbono
no adyacentes (carbonos cabeza de puente) y uno o más
átomos de carbono (el puente), situados entre las dos
cabezas de puente.
3. Espiranos o biciclos espiránicos: dos anillos comparten
un solo átomo de carbono.
Nomenclatura de los compuestos bicíclicos
En el caso de los biciclos espiránicos, se utiliza el prefijo
espiro en lugar de biciclo y solamente se escriben dos
números.
Síntesis de alcanos
Reacciones de reducción
1. Hidrogenación de alquenos y alquinos
2. Reducción de haluros de alquilo via LiAlH4 y
Zn/H+
3. Alquilación de alquinos terminales
4. Formación/destrucción de reactivos de
Grignard
Reacciones de acoplamiento
5. Reacción de Wurtz
6. Acoplamiento de reactivos de Grignard
Los alcanos se obtienen de forma natural mediante el
fraccionamiento del petróleo. Pero este proceso da lugar
a mezclas difíciles de purificar.
Si se pretende obtener un alcano puro es más
conveniente plantear en el laboratorio un experimento de
preparación (síntesis) adecuado.
1. Hidrogenación de alquenos y alquinos
Los alquenos
reaccionan con
hidrógeno, en la
superficie
porosa de un
metal de
transición, para
dar alcanos.
Reacciones de reducción
1. Hidrogenación de alquenos y alquinos
Los alquinos
también
reaccionan con
hidrógeno (2
moles), de una
forma análoga a
los alquenos, para
dar alcanos.
Reacciones de reducción
Mecanismo de la hidrogenación catalítica de alquenos y 
alquinos:
Reacciones de reducción
2. Reducción de haluros de alquilo via LiAlH4 y Zn/H
+
 
R C
H
R'
X
LiAlH 4
ether
R C
H
R'
X
Zn/H
+
R C
H
R'
H
En un haluro de alquilo, el
C unido a Br tiene una
densidad electrónica baja.
El Zn dona dos electrones
al carbono formando Zn2+ y
se rompe el enlace C-Br. El
carbono que ha recibido
electrones ataca a H+,
formándose ZnBr2 como
subproducto.
Reacciones de reducción
 
R C
H
R'
X
LiAlH 4
ether
R C
H
R'
X
Zn/H
+
R C
H
R'
H
 
R C
H
R'
X
LiAlH 4
ether
R C
H
R'
X
Zn/H
+
R C
H
R'
H
3. Alquilación de alquinos terminales
El hidrógeno
terminal de un
alquino es
débilmente ácido. El
anión pentinuro
resultante de
extraer el protón
con una base fuerte,
como el amiduro
sódico NaNH2. El
carbono aniónico
ataca al 2-
bromopropano en el
carbono unido al Br.
Se forma un nuevo
enlace C-C.
Reacción degran interés para alargar cadenas carbonadas
Reacciones de reducción
4. Formación/destrucción de reactivos de Grignard
a) Formación:
b) Destrucción:
 
R C X
an alkyl halide
Mg
ether
R C Mg
a Grignard reagent
R C Mg
H 2O
R C H
alkane
+ Mg(OH)X
X
X
Reacciones de reducción
 
R C X
an alkyl halide
Mg
ether
R C Mg
a Grignard reagent
R C Mg
H 2O
R C H
alkane
+ Mg(OH)X
X
X
4. Formación/destrucción de reactivos de Grignard
Mecanismo de reacción:
a) Formación:
b) Destrucción:
Reacciones de reducción
 
R C X
Na
R C C R + 2NaX
a symmetrical 
alkane
2
Reacciones de reducción
5. Reacción de Wurtz
Reacciones de reducción
5. Reacción de Wurtz
Mecanismo:
a) Rompimiento homolítico de R-X
b) Formación del carbanión
c) Acoplamiento polar C-C
6. Acoplamiento con reactivos de Grignard
Reacciones de reducción
Reactividad de alcanos
1. Combustión
2. Halogenación
3. Cracking
Octano
(componente de la gasolina)
Oxígeno
Motor
(combustión interna)
Dióxido de Carbono
Agua
1. Combustión
1. Combustión
La combustión de alcanos libera la energía almacenada
en los combustibles fósiles. Libera dióxido de carbono y
vapor de agua.
Alcano n O2 n CO2 n H2O
CH4(g)
C2H6(g)
CH3CH2CH3(g)
CH3CH2CH2CH3(g)
(CH3)3CH(g)
CH3(CH2)4CH3(l)
(CH2)6(l)
CH3(CH2)12CH3(s)
CH3(CH2)16CH3(s)
Completar
Es una reacción difícil de controlar y por lo general se
forman mezclas de productos mono-, di- y
polihalogenados.
Las reacciones con cloro y bromo transcurren a
velocidades moderadas y son fáciles de controlar; las
reacciones con flúor a menudo son demasiado rápidas y
es difícil controlarlas. El yodo o no reacciona o lo hace
lentamente.
2. Halogenación
1º etapa: Iniciación
Cl Cl ClCl ++ fotón (hv)
Ruptura homolítica
ClC Cl++
H
H
HH C
H
H
H H
2º etapa: Propagación
ClCCl ++
H
H
ClHC
H
H
H Cl
2. Halogenación
Mecanismo de Reacción:
CH3
Cl
CH3+ CH3CH3
Cl+ Cl2
CH3 Cl+ ClCH3
3º etapa: Terminación
La obtención de trazas de etano prueba la formación del radical
·CH3 y apoya el mecanismo propuesto.
2. Halogenación
Mecanismo de Reacción:
Estabilidad de los radicales libres
Los radicales son deficientes en electrones ya que no completan
el octeto alrededor del átomo de carbono y están estabilizados
por el efecto de donación de electrones de los grupos alquilo
adyacentes (hiperconjugación).
Los radicales libres son más estables mientras mayor sea el
grado de sustitución:
2. Halogenación
2. Halogenación
Dependiendo de las cantidad relativas de los dos reactivos
ocurre una sustitución secuencial de los átomos de hidrógeno
en el alcano por cloro, llevando a una mezcla de productos
clorados:
Importancia Industrial de los alcanos
Cantidad 
(%Volumen)
Punto de 
ebullición 
(0C)
Atomos de 
carbono
Productos
1-2 <30 1-4
Gas natural, metano, propano, 
butano, gas licuado
15-30 30-200 4-12
Eter de petróleo (C5,6), ligroína 
(C7), nafta, gasolina cruda
5-20 200-300 12-15 Queroseno
10-40 300-400 15-25
Gas-oil, Fuel-oil, aceites 
lubricantes, ceras, asfaltos
8-69 >400 >25 Aceite residual, parafinas, brea
PETRÓLEO
Petróleo bruto
Gas natural
Fracciones 
Gaseosas
Metano 
Etano 
Propano 
Butano 
Etileno 
Propileno 
Butilenos 
Butadieno
Fracciones 
Líquidas y 
Sólidas
Benceno 
Tolueno 
Xileno 
Gasolina ligera 
Fracciones 
aromáticas pesadas
Parafinas
Aplicaciones
Abonos nitrogenados 
Materias plásticas 
Disolventes 
Fibras sintéticas 
Fibras artificiales 
Anticongelantes 
Cauchos sintéticos 
Detergentes 
Plastificantes 
Insecticidas 
Colorantes 
Explosivos 
Resinas 
Productos de transformación
Acetileno 
Acetaldehído 
Acetona 
Acrilonitrilo 
ALcohol butílico 
Alcohol etílico 
Alcohol isopropílico 
Alcohol metílico 
Alcoholes de síntesis 
Cloruro de vinilo 
Dicloroetano
Etilenglicol 
Etilbenceno 
Estireno 
Fenol 
Formaldehído 
Glicerol 
Isopreno 
Óxido de etileno 
Propileno-glicol 
Tripropileno
Tetrapropileno
Productos de transformación
Etilbenceno 
Estireno 
Fenol 
Ciclohexano 
Ácido adípico 
Dodecilbenceno
Ácidos sulfónicos 
Toluendiisociantao
T.N.T. 
Ortoxileno
Anhídrido ftálico 
Xilenos 
Ácido tereftálico
Ácido acético 
Negro de carbono 
Resinas de petróleo 
Olefinas superiores 
Aditivos 
Parafinas cloradas
Taller 1
Resolver los ejercicios del libro “Química
Orgánica (7th) - McMurry”.
1. Capítulo 1: 1.28-1.32, 1.34, 1.35, 1.38-1.42,
1.46-1.48, 1.52-1-55.
2. Capítulo 2: 2.25, 2.26, 2.32, 2.41.
3. Capítulo 3: 3.21-3.41, 3.42a) y b), 3.47,
3.52.
4. Capítulo 4: 4.25-4.27, 4.32.
Taller 2
1. Sintetizar los siguientes alcanos por los métodos:
a) Hidrogenación de alquenos
b) Hidrogenación de alquinos
c) Reducción de haluros de alquilo vía LiAlH4
d) Reducción de haluros de alquilo vía Zn/H+
e) Alquilación de alquinos terminales
f) Formación-destrucción de reactivos de Grignard
g) Reacción de Wurtz
h) Acoplamiento con reactivos de Grignard
2. Obtener los productos de reacción de los anteriores alcanos por:
a) Oxidación completa
b) Monohalogenación