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Hidrocarburos alifáticos El carbono, cuyo símbolo químico es una “C” es un átomo que tiene cuatro posibilidades de enlace con otros átomos (valencia 4) mientras que el hidrógeno de símbolo “H” tiene una sola posibilidad (valencia 1) de manera que un átomo de carbono puede unirse a cuatro átomos de hidrógeno para formar un gas conocido como metano, lo que podía representarse así: Metano el más simple de los hidrocarburos H | H- C -H | H Pero también pueden unirse dos o tres átomos de carbono y completarse las uniones sobrantes con hidrógeno para dar lugar a otros gases como el etano y propano. H H H H H | | | | | Etano H - C C - H Propano H - C C C - H | | | | | H H H H H Nombre Cantidad de carbono Estructura Metano 1 CH 4 Etano 2 CH 3 - CH 3 Propano 3 CH 3 - CH 2 -CH 3 Butano 4 CH 3 - (CH 2 ) 2 - CH 3 Pentano 5 CH 3 - (CH 2 ) 3 - CH 3 Hexano 6 CH 3 - (CH 2 ) 4 - CH 3 Heptano 7 CH 3 - (CH 2 ) 5 - CH 3 Octano 8 CH 3 - (CH 2 ) 6 - CH 3 Nonano 9 CH 3 - (CH 2 ) 7 - CH 3 Decano 10 CH 3 - (CH 2 ) 8 - CH 3 Undecano 11 CH 3 - (CH 2 ) 9 - CH 3 Dodecano 12 CH 3 - (CH 2 ) 10 - CH 3 Tridecano 13 CH 3 - (CH 2 ) 11 - CH 3 Tetradecano 14 CH 3 - (CH 2 ) 12 - CH 3

Hidrocarburos alifáticos

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Hidrocarburos alifáticos

El carbono, cuyo símbolo químico es una “C” es un átomo que tiene cuatro posibilidades de enlace con otros átomos (valencia 4) mientras que el hidrógeno de símbolo “H” tiene una sola posibilidad (valencia 1) de manera que un átomo de carbono puede unirse a cuatro átomos de hidrógeno para formar un gas conocido como metano, lo que podía representarse así:

Metano el más simple de los hidrocarburos

H

|

H- C -H

|

H

Pero también pueden unirse dos o tres átomos de carbono y completarse las uniones sobrantes con hidrógeno para dar lugar a otros gases como el etano y propano.

H H H H H| | | | |

Etano H - C – C - H Propano H - C – C – C - H| | | | |H H H H H

Nombre Cantidad decarbono Estructura

Metano 1 CH4

Etano 2 CH3 - CH3

Propano 3 CH3 - CH2 -CH3

Butano 4 CH3 - (CH2)2 - CH3

Pentano 5 CH3 - (CH2)3 - CH3

Hexano 6 CH3 - (CH2)4 - CH3

Heptano 7 CH3 - (CH2)5 - CH3

Octano 8 CH3 - (CH2)6 - CH3

Nonano 9 CH3 - (CH2)7 - CH3

Decano 10 CH3 - (CH2)8 - CH3

Undecano 11 CH3 - (CH2)9 - CH3

Dodecano 12 CH3 - (CH2)10 - CH3

Tridecano 13 CH3 - (CH2)11 - CH3

Tetradecano 14 CH3 - (CH2)12 - CH3

Pentadecano 15 CH3 - (CH2)13 - CH3

Eicosano 20 CH3 - (CH2)18 - CH3

De la misma forma pueden formarse las grandes cadenas de hidrocarburos uniéndose tres, cuatro.... decenas de átomos de carbono y los átomos de hidrógeno correspondientes a los enlaces que quedan libres. Este tipo de

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hidrocarburos se conoce comohidrocarburos saturados debido a que están saturados con el máximo de hidrógenos posibles. También se conocen comoalcanos o hidrocarburos parafínicos.

Algunos hidrocarburos saturados se muestran en la tabla siguiente:

1. Hidrocarburos alifáticos. (los que tienen como compuesto básico el metano CH4)2. Hidrocarburos aromáticos. (los que tienen como compuesto básico el anillo bencénico)

Los hidrocarburos alifáticos a su vez pueden dividirse en 3 clases principales:

1. Alcanos o parafínicos (R-CH3)2. Alquenos u olefínicos (R-CH=CH-R)3. Alquinos o acetilénicos (R-C ≡ C-R)4. Cicloalcanos. (alguna cadena cerrada en la molécula)

A su vez los aromáticos se pueden dividir en:

1. Monocíclicos (con un solo anillo bencénico)2. Policíclicos (con varios anillos bencénicos enlazados)

Características generales de los alcanos

Los alcanos son una familia de compuestos que tienen la fórmula empírica general CnH2n+2. Inicialmente fueron llamados parafínicos (del Latín: poca reactividad) debido a su inercia química. También son conocidos como hidrocarburos saturados, debido a que en ellos, los átomos de carbono están saturados con el máximo número posible de átomos de hidrógeno.Cuando forman cadenas lineales se denominan alcanos normales o n-alcanos.La tabla 1 muestra algunos de los alcanos normales.

Esta nomenclatura usada para los alcanos es importante conocerla porque se utiliza como base para nombrar el resto de los hidrocarburos alifáticos.Así por ejemplo, los grupos o radicales alquílicos, que mucho se usan en la química orgánica, derivan sus nombres de los alcanos normales como aparece, para los primeros miembros, en la tabla 2.

Nombre Estrutura Símbolo

Metilo CH3- Me

Etilo CH3-CH2- Et

Propilo CH3-CH2-CH2- Pr

Tabla 1

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Tabla 2

>Propiedades físicas de los alcanos

Las propiedades físicas de los alcanos como en otras clases de compuestos orgánicos depende de la longitud de la cadena. Veamos.

>Punto de ebullición.

En la figura 1 se muestra el gráfico de comportamiento del punto de ebullición de los alcanos normales en correspondencia con el número de átomos de carbono de la molécula.Observe que este punto va aumentando de manera contínua con el aumento de la longitud de la cadena carbonada.Note que de C=1 hasta C=4 son gases hasta la temperatura ambiente (25°C), mientras que con mas de 16 átomos de carbono hierven a temperaturas mayores de 300°C.Mientras es un fenómeno general que el punto de ebullición crezca con el tamaño de la cadena, como se desprende de la figura 1, este efecto está influenciado por su estructura.De tal modo, los tres isómeros del pentano, tienen un decrecimiento del punto de ebullición a medida que la estructura es mas ramificada, como se indica en la figura 2, de forma que, incluso, el dimetilpropano es gaseoso a temperatura ambiente.El patrón de decrecimiento del punto de ebullición con el incremento de la ramificación de la estructura molecular es generalizado, así tenemos que;mientras mas ramificada es la molécula, menor será su punto de ebullición

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.

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>Punto de fusiónLos alcanos normales son líquidos desde el pentano hasta el heptadecanoC17H36 (22.5°C); comenzando en el octadecano C18H38 (28°C) son sólidos a temperatura ambiente.La temperatura de fusión de los alcanos normales, ploteada contra la cantidad de átomos de carbono de la molécula, no es una curva continua, como sucede con el punto de ebullición.En su lugar podemos encontrar dos curvas que gradualmente convergen para los altos pesos moleculares (figura 3). Una curva mas alta para los alcanos con números pares de carbonos, y una mas baja para números nones de carbonos.Por otro lado, el punto de fusión no cambia del mismo modo que lo hace el punto de ebullición, con el cambio de la estructura molecular este efecto es mas errático.Lo que sí sucede, es que aquellos compuestos de estructura simétrica compacta, invariablemente tienen un punto de fusión mas alto que los asimétricos.

Ilustremos esto último con el ejemplo extremo basado en los dos octanosisoméricos, 2 metilheptano, y el altamente simétrico tetrametilbutano;Observe la figura 4.

Figura 4

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>Solubilidad

Los alcanos son casi insolubles en agua, y esta solubilidad disminuye a medida que aumenta el peso molecular, así tenemos que el mas soluble de todos es elmetano, con una solubilidad equivalente a la del nitrógeno, 0.00002 g/ml a 25 °C. Ya la parafina doméstica (C=26 hasta C=30) no es ni humedecida por el agua.La solubilidad en solventes orgánicos es alta, en especial otros hidrocarburos muchos de los cuales son miscibles entre si en cualquier proporción.

DensidadLa densidades de todos los hidrocarburos líquidos, incluyendo algunos sólidos como la parafina, son menores que 1g/cm3 por lo que flotan en el agua.

Propiedades químicas de los alcanos.

El nombre histórico de "parafínicos" utilizado para los alcanos se derivó de su inercia química. Ellos sin embargo, pueden llevar a cabo ciertos tipos de reacciones químicas que tienen importancia comercial e industrial.

>Oxidación.A alta temperatura los alcanos pueden combinares con el oxígeno (combustión) para formar dióxido de carbono y agua liberando energía según la reacción:

H-(CH2)nH + (3n + 1)[O] ----------> nCO2 + (n + 1)H2O + Calor

Esta es la reacción básica de todos los hidrocarburos utilizados como combustible, fuente básica de energía utilizada por la humanidad.

>PirólisisLos alcanos se descomponen por el calor (pirólisis), generando mezclas de alquenos, hidrógeno y alcanos de menor peso molecular. Si hacemos circular propano por un tubo metálico calentado a 600°C se produce la reacción de pirólisis siguiente:

600°C

2-CH---------->=CH2 + CH4 + CH3-CH=CH2 + H2

Propano Etileno + Metano + Propileno + Hidrógeno

>IsomerizaciónLa restructuración de la molécula de un isómero en una mezcla de uno o mas de otros isómeros se conoce como isomerización. En los alcanos este proceso es factible con la utilización de catálisis ácida. Así tenemos que el butano puede convertirse en una mezcla con el 80% deisobutano por la acción del cloruro o bromuro de aluminio.

AlCl3 ó AlBr3

CH3

CH3-CH2-CH2-CH3 <------------------------> 3-CH-CH3

20% 80%

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>Halogenación.

Una mezcla de cloro y metano es perfectamente estable en la oscuridad, pero si se ilumina con luz solar, se produce una reacción en cadena de sustitución de hidrógenos por el cloro que adquiere carácter explosivo. Esta reacción sensible a la luz es incontrolable, y finalmente coduce a la formación de una mezcla de di, tri y tetraclorometano en mayores o menores proporciones en dependencia de la cantidad de cloro disponible.El cloro reacciona fotoquímicamente, o por calentamiento, de la misma manera con otros alcanos.El bromo reacciona de manera similar, pero con menos violencia, mientras que el yodo ya es inerte para hacer las sustituciones.El flúor reacciona de manera explosiva con la mayoría de los compuestos orgánicos.La halogenación de los homólogos superiores del metano se complica un tanto, ya que dependiendo del hidrógeno sustituido, la reacción puede dar como resultado una mezcla de diferentes isómeros de posición. Esta sustitución al azar, en la práctica es imposible de controlar, e invariablemente se obtiene una mezcla de diferentes isómeros de posición. La cercanía de los puntos de ebullición de los isómeros, impide su separación por destilación, por lo que este método no puede ser utilizado para obtener compuestos puros.No obstante se usa industrialmente, ya que en muchas aplicaciones la mezcla resultante cumple con el propósito del proceso, como es en el caso de obtención de mezclas disolventes o en ciertas materias primas.

>NitraciónLos alcanos pueden reaccionar a alta temperatura con los vapores del ácido nítrico, producto de la reacción, un hidrógeno de la cadena queda sustituido por el grupo -NO2, generándose una clase de compuestos conocidos como nitroalcanos.La reacción general es la siguiente:

450°C

R-H HO-NO2 ---------------> R-NO2 H-OH

Nitroalcano

La reacción es bastante mas complicada de la representada en la ecuación química de arriba ya que la alta temperatura puede tener efectos de pirólisis adicionales y otras complicaciones en cuanto a la extensión real de la reacción etc., pero estas complejidades no serán tratadas aquí.

>Características generales de los alquenos.

Los alquenos son una clase de hidrocarburos que contienen por lo menos un enlace doble carbono-carbono. Estos compuestos también se conocen con otros nombres: etilénicos (debido al etileno, el mas simple de los alquenos); olefinas (ya que el primer nombre que recibió el etileno fue el de gas olefinante); y no saturados (por no estar saturados con el máximo número de carbonos posibles en la molécula).Los alquenos tienen la fórmula empírica general CnH2n. En la figura 1 se muestra un modelo de bolas y varillas de la molécula del mas simple de los alquenos, el eteno o etileno CH2=CH2.

El ángulo mutuo entre los enlaces de los hidrógenos con el carbono es de 120° como corresponde al carácter tetrahédrico del carbono, y todos los átomos de hidrógeno están en el mismo plano, formando una estructura "planar".Si sustituimos uno de los hidrógenos con el radical metilo (-CH3) obtenemos elpropeno o propileno CH3CH=CH2.Las consecuentes sustituciones/adiciones de radicales van dando la posibilidad de obtener estructuras con diferentes posiciones del doble enlace dentro de la molécula y además a la formación de complejas estructuras ramificadas.

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Para poner orden a la denominación de los alquenos la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) acordó seleccionar la cadena mas larga presente en la molécula que contenga el enlace doble, y cambiar la terminación -ano dada al alcano correspondiente por la terminación -eno. La posición del doble enlace en la cadena se señala con un número, contado a partir de final de la cadena y que haga este número lo menor posible.Cuando hay mas de un doble enlace en la molécula, se utiliza la terminación -dieno (para dos dobles enlaces), -trieno (para tres) y así sucesivamente en el lugar de la terminación -eno.

En la tabla1 se muestran las estructuras de algunos alquenos y sus nombres IUPAC, entre paréntesis sus nombre comunes.Observe como se configuran los nombres de acuerdo a lo descrito anteriormente.

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Propiedades físicas de los alquenos

Los alquenos no abundan en las fuentes naturales como los alcanos, aunque hay alquenos en los petróleos naturales, son de hecho componenets minoritarios. La principal fuente para la industria son los procesos de "craking" del petróleo natural.El punto de fusión y de ebullición individual de los alquenos tiene la tendencia, al igual que el resto de los hidrocarburos, de incrementarse con el aumento del peso molecular. Para un mismo compuesto hay una distinguible diferencia entre los isómeros geométricos cis y trans.En la tabla 2 se brindan algunos valores.

>Propiedades químicas de los alquenos

A diferencia de los alcanos, los alquenos presentan una elevada reactividad química con diversos reactivos. Las reacciones de los alquenos son mayoritariamente reacciones de adición, contrariamente a las reacciones de sustitución típicas de los alcanos.La forma general de estas reacciones de sustitución se muestra en la figura 2.

Cuando un reactivo con dos partes (A y B) llamado adendum, en condiciones adecuadas, entra en contacto con un alqueno, se produce la ruptura del doble enlace carbono-carbono y cada uno de los miembros del adendum se "adiciona" al respectivo enlace libre de cadaátomo de carbono para formar el producto final, que contiene todos los átomos de los dos reactivos envueltos.

Figura 2

>Hidrogenación.Los alquenos reaccionan con el hidrógeno de manera exotérmica (generando calor) , pero esta reacción no es espontánea en condiciones normales. La adición de un catalizador adecuado permite iniciar la reacción en condiciones razonables de temperatura (20 -150°C).Esta reacción de hidrogenación (figura 3) permite obtener alcanos partiendo de alquenos lo que es, de hecho, una de las formas de sintetizarlos en el laboratorio.

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Figura 3

>Adición de halógenosCuando un alqueno entra en contacto en condiciones normales con cloro o bromo, un átomo de halógeno se agrega rápidamente al doble enlace carbono-carbono para formar un compuesto di-halogenado. Esta reacción (figura4) se conoce como halogenación por adicción para diferenciarla de la halogenación pura que es por sustitución.

Figura 4

Si la halogenación por adición se realiza en un medio que contiene sales inorgánicas tales como el cloruro o nitrato de sodio (NaCl2, NaNO3), tanto el anión cloro- como el NO3

- de las sales, pueden adicionarse a los enlaces dobles rotos y formar parte del producto final. Esta participación de los aniones salinos no se produce en ausencia de halógenos.

>Adición de haluros de hidrógeno.Cuando se burbujea cloruro, bromuro o yoduro de hidrógeno en un alqueno, se produce la reacción de adición, y ambos componentes del haluro correspondiente encuentran un lugar en el producto final. Este proceso se conoce comohidrohalogenación.

>Adición de Ácido sulfúricoCuando se agrega ácido sulfúrico a un alqueno, se produce un efecto en el que pareciera que el alqueno se disuelve en el ácido, pero en realidad lo que sucede es que el ácido sulfúrico se agrega al doble enlace del alqueno para producir un sulfato alquílico hidrogenado. El producto de la reacción es soluble en el ácido, por eso da la impresión de que el alqueno se ha disuleto.

>Hidroxilación

La adición hipotética de los elementos del peróxido de hidrógeno, HO-OH, al doble enlace del alqueno se llama hidroxilación.

El producto de estas reacciones son los alcoholesdihidróxicos o glicoles, productos de mucha utilización como disolventes, anti-congelantes y otras muchas aplicaciones.El peróxido de hidrógeno por si mismo no se agrega a los alquenos como se muestra, pero el proceso general se desarrolla en presencia de ciertos agentes, como el permanganato de potasio.

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>OxidaciónEn contraste con los alcanos que son inertes a agente oxidantes, los alquenos son fácilmente oxidados por el permanganato depotasio (KMnO4) o el trióxido de cromo (CrO3), es común que los alquenos al interactuar con estos agentes se conviertan en productos que ya no pueden sufrir una oxidación posterior.La naturaleza de esos productos de oxidación depende en mucho de la estructura de los compuestos originales sujetos a la oxidación.

>PolimerizaciónUn polímero es una molécula de alto peso molecular producto del enlace de muchas unidades idénticas de estructura mas simple. El proceso de formación de polímeros se conoce como polimerización. La unidad estructural básica del polímero se llamamonómero.Los alquenos son suseptibles a polimerizarse bajo la influencia de ciertos catalizadores que inducen un proceso de adición de unos a otros indefinidamente. Estos polímeros se denominan polialquenos.Si el etileno se calienta a 100°C y presiones superiores a 15,000 psi en presencia de algo de oxígeno (0.01%), este se polimeriza en un material de carácter ceroso que se llama polietileno.El polietileno encuentra múltiples usos en la industria y la vida doméstica, como aisladores, botellas, juguetes etc.No solo el etileno puede polimerizarse, otros monómeros mas complejos también, dando lugar a un enorme campo industrial que cada día se desarrolla mas.

>Dienos y polienosLa química de los dienos y polienos es compleja y llena de particularidades por lo que se sale del interés de este artículo.

>Características generales de los alquinos.

Bajo el término de alquinos se encuentran aquellos hidrocarburos alifáticos no saturados que tienen un enlace triple en la molécula. La fórmula empírica general de los alquinos es CH2H2n-2. Se conocen también como acetilenos, al ser el gas acetileno (HC≡CH), el mas simple de los alquinos.La molécula del acetileno es lineal, igualmente son lineales aquellas moléculas producto de la sustitución, R-C≡C-R, por tal motivo la existencia de isómeros cis y trans no es posible. Un modelo de bolas y varillas de la molécula del acetileno puede verse en la figura 1.

Figura 1

>Nomenclatura.La IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), ha establecido que para nombrar los alquinos se sustituya la terminación -ano de los homólogos alcanos por -ino, indicando con números la posición del carbono con el triple enlace de la cadena mas larga encontrada. En la tabla 1 aparecen algunos compuestos representativos y sus nombres.

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Tabla 1

Propiedades físicas de los alquinos.

Las propiedades físicas de los alquinos tienen, a groso modo, un comportamiento parecido a la de los alcanos y alquenos, como puede verse en la tabla 2. Note sin embargo, que los puntos de fusión y ebullición de los alquinos son ligeramente superiores a los de los alcanos y alquenos correspondientes.

>Fuentes y usos de los alquinos.

Los etilenos están presentes naturalmente en las plantas, pero el único miembro de la clase que tiene verdadera importancia industrial es el acetileno, que se usa ampliamente como materia prima para la obtención de otros productos orgánicos, y para la soldadura y corte de los metales, especialmente el hierro y acero.Se obtiene acetileno por la simple adición controlada de agua al carburo de calcio (CaC2) a temperatura normal. Como el carburo de calcio es una sustancia muy barata, que sale de calentar cal viva (CaO) con carbón, el acetileno es un gas barato y fácil de producir.

Page 13: Hidrocarburos alifáticos

>Propiedades químicas de los alquinos.

Los alquinos a diferencia de los alquenos son muy reactivos, y pueden reaccionar con muchos agentes.En general la química de los alquinos, y en especial la del acetileno, como componente mas abundante y barato, es compleja y peligrosa. Una importante parte de los compuestos producidos partiendo de este gas son sustancias explosivas. Usando ciertas condiciones, los alquinos pueden reaccionar con cationes metálicos para formar derivados metálicos sólidos (sales orgánicas). Con el sodio, potasio y litio forman compuestos estables en seco, pero que se descomponen al hidrolizarlos (agregar agua) regenerándose el alquino original. Sin embargo los derivados metáĺicos del cobre y la plata, se pueden manipular de manera segura solo cuando están húmedos, si están secos, son muy inestables y pueden descomponerse con violencia explosiva al ser golpeados.Una mezcla de acetileno y cloro reacciona de manera explosiva al ser iluminada.Los alquinos también pueden ser polimerizados como los alquenos, pero estos procesos son complejos y no se describirán aquí.

Hidrocarburo aromático

Dos formas diferentes de laresonancia del benceno (arriba) se combinan para producir una estructura

promedio (abajo).

Un hidrocarburo aromático es un compuesto orgánico cíclico conjugado que cumple la Regla de Hückel,

es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Para que se dé laaromaticidad, deben

cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de

la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantesequivalentes. La estabilidad

excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido

explicados cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo".

Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y a sus

derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el resto son los

llamados compuestos alifáticos.

El máximo exponente de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero existen

otros ejemplos, como la familia de anulenos, hidrocarburos monocíclicos totalmente conjugados de

fórmula general (CH)n.

>Estructura

Page 14: Hidrocarburos alifáticos

Resonancia del Benceno. Cada carbono tiene tres electrones enlazados y el cuarto localizado gira

alrededor del anillo.

Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, anteriormente mencionada, es la

coplanaridad del anillo o la también llamadaresonancia, debida a la estructura electrónica de la

molécula. Al dibujar el anillo del benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples. Dentro

del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados resonantes, sino que la molécula es una

mezcla simultánea de todas las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura electrónica. En el

benceno, por ejemplo, la distancia interatómica C-C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de

uno π(pi) (doble).

Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el anillo, se consideran aromáticos.

La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos, como

el naftaleno, antraceno, fenantreno y otros más complejos, incluso ciertos cationes y aniones, como

el pentadienilo, que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear

formas resonantes.

Estructuralmente, dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp2 entre ellos y

con los de hidrógeno, quedando un orbital π perpendicular al plano del anillo y que forma con el resto

de orbitales de los otros átomos un orbital π por encima y por debajo del anillo.

>Reacciones

Químicamente, los hidrocarburos aromáticos son compuestos por regla general bastante inertes a la

sustitución electrófila y a lahidrogenación, reacciones que deben llevarse a cabo con ayuda

de catalizadores. Esta estabilidad es debida a la presencia de orbitales degenerados (comparando estas

moléculas con sus análogos alifáticos) que conllevan una disminución general de la energía total de la

molécula.

Sustitución electrofílica (la letra griega Φ se usa para designar el anillo fenil):

Φ-H + HNO3 → Φ-NO2 + H2O

Φ-H + H2SO4 → Φ-SO3H + H2O

Φ-H + Br2 + Fe → Φ-Br + HBr + Fe

Reacción Friedel-Crafts, otro tipo de sustitución electrofílica:

Page 15: Hidrocarburos alifáticos

Φ-H + RCl + AlCl3 → Φ-R + HCl + AlCl3

Otras reacciones de compuestos aromáticos incluyen sustituciones de grupos fenilos.

>Aplicación

Entre los hidrocarburos aromáticos más importantes se encuentran todas

las hormonas y vitaminas, excepto la vitamina C; prácticamente todos

los condimentos, perfumes y tintes orgánicos, tanto sintéticos como naturales;

los alcaloides que no son alicíclicos (ciertas bases alifáticas como la putrescina a veces se

clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como eltrinitrotolueno (TNT) y los

gases lacrimógenos. Por otra parte los hidrocarburos aromáticos suelen ser nocivos para

la salud, como los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno por estar implicados

en numerosos tipos de cáncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del tabaco,

extremadamente carcinógenico igualmente, ya que puede producir cáncer de pulmón.

>Toxicología

Los Hidrocarburos Aromáticos pueden ser cancerígenos. Se clasifican como 2A o 2B.

El efecto principal de la exposición de larga duración (365 días o más) al benceno es en la

sangre. El benceno produce efectos nocivos en la médula de los huesos y puede causar una

disminución en el número de glóbulos rojos, lo que conduce a anemia. El benceno también

puede producir hemorragias y daño al sistema inmunitario, aumentando así las posibilidades

de contraer infecciones. Algunas mujeres que respiraron altos niveles de benceno por varios

meses tuvieron menstruaciones irregulares y el tamaño de sus ovarios disminuyó. No se sabe si

la exposición al benceno afecta al feto durante el embarazo o a la fertilidad en los hombres.

Estudios en animales que respiraron benceno durante la preñez han descrito bajo peso de

nacimiento, retardo en la formación de hueso y daño en la médula de los huesos. Se ha

determinado que el benceno es un reconocido carcinógeno en seres humanos. La exposición

de larga duración a altos niveles de benceno en el aire puede producir leucemia. En el

organismo, el benceno es convertido en productos llamados metabolitos. Ciertos metabolitos

pueden medirse en la orina. Sin embargo, este examen debe hacerse con prontitud después de

la exposición y su resultado no indica con confianza a cuánto benceno estuvo expuesto, ya que

los metabolitos en la orina pueden originarse de otras fuentes. El benceno ha producido

intoxicaciones agudas y crónicas en su obtención y en sus múltiples aplicaciones en la industria

química. A causa de su elevada toxicidad, en cuantos casos es posible se sustituye por bencina

y otros solventes menos tóxicos. El benceno actúa produciendo irritación local bastante

intensa, actúa como narcótico y tóxico nervioso. Su acción crónica se ejerce especialmente

como veneno hemático. Ingerido por error ha producido gastritis. Se ha alcanzado la muerte

por ingestión de 30g del líquido. Cuando se produce la inhalación de vapores concentrados,

puede producir rápidamente la narcosis mortal, después de un estado previo de euforia,

Page 16: Hidrocarburos alifáticos

embriaguez y convulsiones. La inhalación de concentraciones más débiles origina torpeza

cerebral, sensación de vértigo, cefalea, náuseas, excitación con humor alegre, embriaguez que

puede transfornmarse en sueño, sacudidas musculares, relajación muscular, pérdida del

conocimiento y rigidez pupilar. En caso de intoxicación aguda, se produce enrojecimiento de la

cara y las mucosas.

>Nomenclaturas

Monosustituidos

1.Se conocen muchos derivados de sustitución del benceno. Cuando se trata de los

compuestos monosustituidos, las posiciones en el anillo bencénico son equivalentes. Los

sustituyentes pueden ser: alquenilos, alquilos , arilos.

2.Nombrar el sustituyente antes de la palabra benceno.

Nota: Algunos compuestos tienen nombres tradicionales aceptados.

Fórmula del tolueno un compuestos monosustituido del benceno.

Disustituidos

Cuando hay dos sustituyentes en el anillo bencénico sus posiciones relativas se indican

mediante números o prefijos, los prefijos utilizados son orto-, meta- y para-, de acuerdo a la

forma:

•orto- (o-): Se utilizan en carbonos adyacentes. Posiciones 1,2.

•meta- (m-): Se utiliza cuando la posición de los carbonos son alternados. Posiciones 1,3.

•para- (p-): Se utiliza cuando la posición de los sustituyentes están en carbonos opuestos.

Posiciones 1,4.

Nombre de algunos compuestos disustituidos del benceno atendiendo su nomenclatura..

Page 17: Hidrocarburos alifáticos

Polisustituidos

•Si hay más de dos grupos en el anillo benceno sus posiciones se deben indicar mediante el

uso de números, la numeración del anillo debe ser de modo que los sustituyentes tengan el

menor número de posición; cuando hay varios sustituyentes se nombran en orden alfabético.

•Cuando alguno de los sustituyentes genera un nuevo nombre con el anillo, se considera a

dicho sustituyente en la posición uno y se nombra con el básico.

Nombre un compuestos polisustituido delbenceno atendiendo su nomenclatura.

Benceno como radical

•El anillo benceno como sustituyente se nombra fenilo.

•Cuando está unido a una cadena principal es un fenil.

Aromáticos Policíclicos

Artículo principal: Sistema de nomenclatura de fusión.

•Para nombrar a este tipo de compuestos se indica el número de posición de los sustituyentes,

seguido del nombre del sustituyente y seguido del nombre del compuesto.

•El orden de numeración de estos compuestos es estricta, no se puede alterar y por ende

tienen nombres específicos.

Radical Se denomina radicales a las porciones de moléculas que poseen una composición y estructura características. En realidad no se trata de radicales reales (como son los radicales libres), puesto que no están aislados del resto de la molécula, sino de un artificio útil para el estudio y nomenclatura de la estructura de moléculas complejas.

La nomenclatura de los compuestos orgánicos (Ver: Química orgánica) hace un uso sistemático de estos radicales, como ocurre por ejemplo con los grupos químicos laterales de una cadena principal de átomos de carbono: Metilo, etilo, propilo, isopropilo o butilo son los nombres de los radicales más comunes en este campo, aunque obviamente existen muchos más.

El cuadro siguiente muestra algunos de los radicales derivados de:

Page 18: Hidrocarburos alifáticos

Alcanos Alquenos Alquinos

Metil (o): CH3 – Metileno: CH2= etinilo: H–C = CH –

Etil (o): CH3 – CH2 – Vinilo: CH2 = CH – 2 –Propinilo: H – C = C – CH2 –

Propil (o): CH3–CH2–CH2–n– 2–propenilo: CH2 = CH – CH2 – 1–propinilo: CH3 – C = C –

Butil(o):– CH2–CH2–CH2–CH3

1–Propenilo: CH3 – CH = CH –

Podríamos decir, entonces, que los radicales son cadenas de carbono que pierden un hidrógeno, el que puede ser sustituido por un grupo funcional para formar otro compuesto orgánico, o bien funcionar como fragmentos (ramificaciones) de cadenas de carbonos que se unen a otra cadena principal.

Su nomenclatura se hace con la raíz correspondiente al número de carbonos (en el caso de un carbono met–, dos carbonos et–, tres carbonos prop–…) y el sufijo –il. Además, cuando funcionan como ramificación, se indica con un número, colocado delante, la posición que ocupan. La numeración de las cadenas más largas (aquellas desde donde se ramifican los radicales) se inicia desde el extremo que tiene un radical más cercano.

En el caso del propano (3 átomos de carbono), éste puede dar origen a dos radicales: si el radical se forma a expensas del carbono 1 (— CH2), se forma el radical 1-propilo, pero si se forma a partir del carbono 2 (— CH —), para ramificarse, se forma el radical 2-propilo o isopropilo.

(Ver: PSU: Química: Pregunta 09_2005)

El compuesto más simple que se puede hacer con radicales es el 2–metilpropano.

2 metilpropano.

La fórmula del 2 metilpropano sería C4H10, y su cadena principal es de 3 carbonos (propano) y en el carbono 2 tiene un radical metil (CH3).

(Ver: PSU: Química; Pregunta 10_2006)

En caso de que haya más de un radical, se nombrarán por orden alfabético de las raíces. Por ejemplo, en una cadena de doce carbonos el 2–etil, 5–metil, 7–butil, quedaría 7-butil-2-etil-5-metildodecano. Los dobles y triples enlaces tienen preferencia sobre ellos.

Nomenclatura de Radicales de alcanos

Cuando los alcanos pierden un hidrógeno, se transforman en radicales alquilo, los que se nombran cambiando la terminación"ano" del correspondiente alcano por "il" o "ilo"; pudiendo unirse a un grupo funcional o a otra cadena carbonada.

Tabla de radicales derivados de un alcano que pierde un hidrógeno

Fórmula Nombr Radical Nombre

Page 19: Hidrocarburos alifáticos

e del alcano

CH4 Metano CH3 ─ Metil–(o)

CH3 ─ CH3 Etano CH3 ─ CH2 ─ Etil–(o)

CH3 ─ CH2 ─ CH3Propan

oCH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ Propil–(o)

CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH3 Butano CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH2 ─ Butil–(o)

CH3 ─ (CH2)3 ─ CH3Pentan

oCH3 ─ (CH2)3 ─ CH2 ─ Pentil–(o)

CH3 ─ (CH2)4 ─ CH3 Hexano CH3 ─ (CH2)4 ─ CH2 ─ Hexil–(o)

CH3 ─ (CH2)5 ─ CH3Heptan

oCH3 ─ (CH2)5 ─ CH2 ─ Heptil–(o)

CH3 ─ (CH2)6─ CH3 Octano CH3 ─ (CH2)6 ─ CH2 ─ Octil–(o)

Para ver más sobre el tema ir a: Nomenclatura de alcanos y Numeración de cadenas de carbono

Hasta aquí hemos visto alcanos a los cuales se le disminuye solo un hidrógeno en un mismo extremo, pero ¿si se disminuyen dos hidrógenos en un mismo extremo?

Cuando a un alcano se le disminuyen dos hidrógenos en un mismo extremo, se cambia la terminación "il" por "ilideno".

Ejemplos:

Etilideno : CH3—CH═

Propilideno : CH3—CH2—CH═

Butilideno : CH3—CH2—CH2 —CH═

Pentilideno : CH3 — CH2—CH2—CH2—CH═

Hexilideno : CH3—CH2—CH2—CH2—CH2 —CH ═

Luego, cuando a un alcano se le disminuye en un extremo tres hidrógenos se le asigna la terminación "ilidino".

Ejemplos:

Etilidino : CH3—C≡

Propilidino : CH3—CH2—C≡

Butilidino : CH3—CH2—CH2—C≡

Pentilidino : CH3—CH2—CH2—CH2—C

Hexilidino : CH3 —CH2—CH2 —CH2—CH2—C≡

En los alquenos y alquinos, se forman radicales parecidos a los casos anteriores y se nombran agregando la terminación "enil" o "inil", según convenga, como en los ejemplos que siguen:

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2–Etenil (vinil): CH2═CH—

2–Propenil (alil): CH2═CH —CH2 —

Butenil: CH2═CH—CH2—CH2—

Pentenil: CH2═CH—CH2—CH2—CH2—

Cuando en ambos carbonos de los extremos se disminuye un hidrógeno cambia la terminación "il" por "ileno" o

"ilino":

Dimetileno : —CH2—CH2—

trimetileno : —CH2—CH2—CH2—

Butenileno : —CH═ CH—CH2—CH2—

Pentenileno : —CH═CH—CH2 —CH2—CH2—

Hexinileno : —C≡C—CH2—CH2—CH2—CH2—

Cuando a un alqueno o alquino se le disminuye dos o tres hidrógenos en un solo extremo, la terminación que se les da es "ideno"o " idino" según convenga:

Etenilideno : CH2═ C═

2–Propinilideno : CH ≡C—CH═

3–Butenilidino : CH2═ CH—CH—C ≡

4–Pentinilideno : CH≡C—CH—CH —CH═

Radicales en hidrocarburos con cadenas ramificadas

Los hidrocarburos pueden presentar radicales de tipo alquilo (u otras ramas).

Así:

Para nombrar cadenas ramificadas se escribe el nombre de la cadena principal (la más larga) y luego se indica la posición y los nombres de los radicales. Para ello se enumeran partiendo del extremo más cercano a un radical. Como en el siguiente ejemplo:

Page 21: Hidrocarburos alifáticos

Si la cadena presenta 2 a más radicales, el orden alfabético prima:

El orden alfabético no se considera en prefijos de cantidad, excepto entre ellos mismos:

Ejemplo:

Los hidrocarburos acíclicos ramificados insaturados (doble o triple enlace) se nombran como derivados de la cadena principal que contiene el máximo número de enlaces dobles y/o triples. Cuando hay posibilidad de elección, se sigue la siguiente prioridad descendente: La cadena con más átomos de carbono; la cadena que contiene más enlaces dobles; la más ramificada... etc.

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6– Butil –6–(1–etil–1–metilbutil)–4,5,9–trimetildodecano

Nota: Habrá notado que las cadenas laterales también pueden contener ramas; en este caso se numeran como cadena independiente, empezando por el enlace libre (–)

Veamos otro ejemplo:

El nombre correspondiente es:

8–(1–etil–1–metilpropil)–5–(1–metil–2–butenil)–3,4,7–trimetilundecano

NOTA: Para identificar la cadena principal en el ejemplo anterior se opta por aquella que posee más enlaces dobles; pero hay dos opciones. Debido a esto se opta por la que tenga más átomos de carbono; nuevamente notamos que hay opción, entonces nos decidimos por aquella que contiene más cadenas laterales.

Reglas IUPAC para nombrar compuestos orgánicos Nomenclatura de Alcanos:

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.

Page 23: Hidrocarburos alifáticos

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.

http://www.quimicaorganica.org/images/stories/organica-i/alcanos/nomenclatura/nomenclatura-alcanos-sustituyentes-02.gif

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

Page 24: Hidrocarburos alifáticos

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:

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Nomenclatura de Alquenos: Los alquenos se nombran reemplazando la terminación -ano del correspondiente alcano por -eno. Los alquenos más simples son el eteno y el propeno, también llamados etileno y propileno a nivel industrial.

Regla 1.- Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contenga el doble enlace. La numeración comienza en el extremo que otorga al doble enlace el menor localizador.

Regla 2.- El nombre de los sustituyentes precede al de la cadena principal y se acompaña de un localizador que indica su posición en la molécula. La molécula se numera de modo que el doble enlace tome el localizador más bajo.

Regla 3.- Cuando hay varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente y se acompañan de sus respectivos localizadores

Regla 4.- Cuando el doble enlace está a la misma distancia de ambos extremos, se numera para que los sustituyentes tomen los menores localizadores.

Regla 5.- En compuestos cíclicos resulta innecesario indicar la posición del doble enlace, puesto que siempre se encuentra entre las posiciones 1 y 2.

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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.

Regla 2. Se elige como cadena principal la de mayor longitud que contiene el triple enlace. La numera-ción debe otorgar los menores localizadores al triple enlace.

Regla 3. Cuando la molécula tiene más de un triple enlace, se toma como principal la cadena que contie-ne el mayor número de enlaces triples y se numera desde el extremo más cercano a uno de los enlaces múltiples, terminando el nombre en -diino, triino, etc.

Regla 4. Si el hidrocarburo contiene dobles y triples enlaces, se procede del modo siguiente: 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

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Ejemplos Compuestos aromáticos

Ejemplos

fenilo

bencilo

cumeno

estireno

naftaleno

antraceno

Page 28: Hidrocarburos alifáticos

fenantreno

bifenilo