Unidad 1 1.2 Hidrocarburos alifáticos saturados. Química Orgánica I Facultad de CC.QQ y Farmacia USAC Primer Semestre 2017

¿Qué son los hidrocarburos? Por definición, son aquellos compuestos constituidos únicamente por carbono e hidrógeno. Se dividen en dos grandes categorías, hidrocarburos alifáticos (del griego aleiphar, que significa grasa) e hidrocarburos aromáticos (denominados así porque se obtenían al tratar químicamente extractos de plantas aromáticas)

Alcanos Acíclicos Alicíclicos o Cíclicos Alquenos Alquinos Alifáticos Cicloalcanos Cicloalquenos Cicloalquinos

Policíclicos Monocíclicos Aromáticos Aislados Condensados BIFENILO

Hidrocarburos alifáticos saturados: alcanos acíclicos Tienen fórmula general CnH2n+2 Se conocen también con el nombre genérico de parafinas (poca afinidad o reactividad química) Todos los átomos de carbono de los alcanos tienen hibridación sp3 El alcano más simple es el METANO y también es el más abundante.

Fuente natural del metano Producido por organismos anaerobios (methanoarchaea) presentes en pantanos y en el sistema digestivo de hervíboros (vacas, p. ej.). Constituye la mayor parte del gas natural y del gas grisú presente en minas de carbón. Presente como caltrato de metano (hidrato de metano) en el lecho marino (50 atm, 4ºC) o en el permafrost.

Carbonos “primarios” ,“secundarios”, “terciarios” y “cuaternarios” Los átomos de carbono con hibridación sp3 dentro de una estructura pueden clasificarse usando como criterio cuántos enlaces forman con otros átomos de carbono (y solo carbono): CH3-CH2-CH2-CH3

Clasificación de carbonos con hibridación sp3 CH3-CH-CH2-CH3 CH3 CH3-C-CH3 CH3 4º 3º 2º A esta clasificación es a la que se hace referencia cuando se asignan nombres a ciertos grupos sustituyentes, aunque la IUPAC hace esfuerzos para que ya no se utilicen estos nombres porque pueden dar lugar a confusión.

Clasificación de carbonos con hibridación sp3 ¿Cómo se clasifica un carbono sp3 que no está enlazado a ningún otro carbono? Se clasifican como carbonos metílicos o carbonos de orden cero.

Nomenclatura de alcanos

Nomenclatura de los alcanos: la base para nombrar otros compuestos Nombre: Prefijo que indica el nº de carbonos + ano Hepta + ano Heptano 1 Metano 2 Etano 3 Propano 4 Butano 5 Pentano 6 Hexano 7 Heptano 8 Octano 9 Nonano 10 Decano 11 Undecano 12 Dodecano 13 Tridecano 14 Tetradecano 15 Pentadecano 16 Hexadecano 17 Heptadecano 18 Octadecano 19 Nonadecano 20 Icosano 21 Henicosano 22 Docosano 23 Tricosano 24 Tetracosano 30 Triacontano 31 Hentriacontano 40 Tetracontano 50 Pentacontano 100 Hectano 115 Pentadecahectano

Serie homóloga Si escribimos las estructuras de los alcanos anteriores, obtenemos una serie homóloga NOMBRE FORMULA METANO CH4 HEXANO CH3(CH2)4CH3 ETANO CH3CH3 HEPTANO CH3(CH2)5CH3 PROPANO CH3CH2CH3 OCTANO CH3(CH2)6CH3 BUTANO CH3(CH2)2CH3 NONANO CH3(CH2)7CH3 PENTANO CH3(CH2)3CH3 DECANO CH3(CH2)8CH3

Serie Homóloga Puede definirse como una serie de compuestos que difieren en su estructura ÚNICAMENTE por el número de grupos metileno, –CH2-. Sus propiedades físicas, como el punto de ebullición o de fusión, variarán también en forma constante, según el número de grupos –CH2-.

Alcanos Compuestos como los de la tabla anterior se denominan alcanos normales o no ramificados. Los átomos de carbono pueden enlazarse de manera diferente, creando “ramificaciones” sobre una cadena o esqueleto principal. Alcanos con este tipo de estructuras se denominan alcanos ramificados. Las ramificaciones se denominan grupos alquilo o cadenas laterales.

R- CH3-CH2-CH2-CH2- Grupos univalentes Numeración: Se comienza a numerar por el carbono que presenta la valencia libre (el punto donde se unirá a la estructura principal) 4 3 2 1 CH3-CH2-CH2-CH2- Alcano de igual número de átomos de carbono CH3-CH2-CH2-CH3 BUTANO Construcción del nombre -ANO -ILO -IL BUTANO BUTILO BUTIL Nombre como sustituyente Nombre del radical

R- CH4 CH3- CH3-CH3 CH3-CH2- CH3-CH2-CH2- CH3-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 Nombres de grupos sencillos Alcanos Grupos CH4 METANO CH3- METILO (Me) CH3-CH3 ETANO CH3-CH2- ETILO (Et) CH3-CH2-CH2- PROPILO (Pr) CH3-CH2-CH3 PROPANO ISOPROPILO (i-Pr) CH3-CH-CH3 CH3-CH2-CH2-CH2- BUTILO (Bu) CH3-CH2-CH2-CH3 BUTANO SEC-BUTILO (s-Bu) CH3-CH2-CH-CH3

R- Nombres propios de alcanos ramificados y como sustituyentes Sustituyentes ramificados CH3-CH-CH2- CH3 ISOBUTILO (i-Bu) CH3-C-CH3 CH3 TERC-BUTILO (t-Bu) CH3-CH-CH3 CH3 ISOBUTANO CH3-CH-CH2-CH3 CH3 ISOPENTANO CH3-CH-CH2-CH2- CH3 ISOPENTILO (Isoamilo, i-Am) TERC-PENTILO (Terc-amilo, t-Am) CH3-C-CH2-CH3 CH3 CH3-C-CH3 CH3 NEOPENTANO CH3-C-CH2- CH3 NEOPENTILO CH3-CH-CH2-CH2-CH3 CH3 ISOHEXANO CH3-CH-CH2-CH2-CH2- CH3 ISOHEXILO

Isoalcanos Si los alcanos sin ninguna ramificación o cadena sustituyente son “alcanos normales” y ya vimos como construir su serie homóloga. Los alcanos que presentan una única ramificación tipo “cola de pescado” se denominan ISOALCANOS

Isoalcanos IUPAC acepta el uso del nombre isobutano, isopentano e isohexano. También acepta usar los nombres isopropilo, isopropil, isobutilo, isobutil, isopentilo, isopentil, isohexilo e isohexil para los radicales alquilo o sustituyentes alquilo que derivan de ellos. Todos los otros nombres de isoalcanos con mas de 6 carbonos se consideran “comunes” y es mejor no usarlos.

Nomenclatura de alcanos con ramificaciones: sistema IUPAC Debe seleccionarse una cadena carbonada que sea el “compuesto padre” o cadena principal. SIEMPRE se selecciona la cadena carbonada más larga. Puede darse el caso de que en la estructura existan opciones similares de cadenas carbonadas.

1.Selección de la cadena principal En caso de opción, la que posea: Mayor número de cadenas laterales (mayor número de sustituyentes) Cadenas laterales con locantes más bajos Cadenas laterales con mayor nº de C Cadenas laterales menos ramificadas

1. Elección de la cadena principal 1.1. Se elige la cadena de mayor número de átomos de carbono *Cadena principal 1* 8* 1 6 1 7

1.2. Aquella de mayor número de cadenas laterales 1 8 *3 cadenas laterales: CADENA PRINCIPAL 8* 1*

1.3. Aquella de cadenas laterales con locante más bajo 8  8 carbonos 3 ramificaciones en 3, 4 y 6 1 3 6 4 *8 carbonos 3 ramificaciones en 2, 4 y 6 CADENA PRINCIPAL 1* 2* 8* 4 6

1.4. Aquella de más carbonos en las cadenas laterales 9 carbonos 6 cadenas laterales posiciones 3,4 5,5,6,7 C en cadenas laterales 1,1,1,2,4,6 CADENA PRINCIPAL 1* 2* 3* 4* 5 6 7 8 9 9 carbonos 6 cadenas laterales posiciones 3,4 5,5,6,7 C en cadenas laterales 1,1,1,1,4,7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.5. Aquella de cadenas laterales menos ramificadas

2. Numeración de la cadena para asignar locantes a los sustituyentes 2.1 Debe numerarse siempre procurando asignar los números mas pequeños a los sustituyentes 2, 3, 5 *NUMERACIÓN CORRECTA 2* 1* 3* 5* 2, 4, 5  Numeración incorrecta 1 2 4 5

2.2. Números más bajos a los sustituyentes por orden alfabético 4-metil-7-etil 7 4 1  Numeración incorrecta 4-etil-7-metil *E antes que M NUMERACIÓN CORRECTA 4* 1* 7*

3. El nombre Localizadores-Sustituyentes + Nombre Alcano (cadenas laterales) (cadena principal) 3.1. Se anteponen los nombres de los sustituyentes por orden alfabético acompañados de su localizador 6-Etil-3-metil-5-propilnonano 1 3 5 6 9

3.3. Los prefijos de multiplicidad (di-, tri-, tetra, etc) no 3.2. Sustituyentes repetidos en el mismo y/u otro carbono repiten el número y utilizan prefijos de multiplicidad (di-, tri-, tetra, etc) 2,2,4-Trimetilpentano 2 1 4 5 3.3. Los prefijos de multiplicidad (di-, tri-, tetra, etc) no se toman en cuenta para el orden alfabético.

3. 4. Los prefijos n-, sec-, terc- no se toman en cuenta 3.4. Los prefijos n-, sec-, terc- no se toman en cuenta para el orden alfabético 3.5. Los prefijos iso, neo y ciclo si se toman en cuenta para el orden alfabético y se escriben sin guión 4-terc-Butil-5-isobutil-2,7-dimetilnonano 4 1 2 5 7 9 *

Sustituyentes sustituidos Puede darse el caso de que las cadenas laterales tengan también ramificaciones o sustituyentes. En estos casos, cada cadena se trata con las mismas reglas que se usan para los alcanos, con dos excepciones: El carbono que está enlazado a la cadena principal SIEMPRE tiene el número 1. Los prefijos de multiplicidad dentro del nombre del sustituyente sustituido SÍ se alfabetizan (se toman en cuenta para construir el nombre)

5,5-Bis(1,2-dimetilpropil)-6-(1,2,3-trimetilbutil)undecano Los localizadores se escriben con apóstrofes (muy poco usado) o dentro de paréntesis junto con el nombre del sustituyente. Cuando hay varios radicales complejos se utiliza: bis, tris, tetrakis, etc, como prefijos indicadores de multiplicidad, sin tomarlos en cuenta para el orden alfabético. 5,5-Bis(1,2-dimetilpropil)-6-(1,2,3-trimetilbutil)undecano 1 5 6 11 1’ 2’ 3’ 1’ 2’ 3’ 4’ 5,5-Bis-1’,2’-dimetilpropil-6-1’,2’,3’-trimetilbutilundecano

ALCANOS CÍCLICOS O CICLOALCANOS

CICLOALCANOS Tienen fórmula general CnH2n. Todos los átomos de carbono que los forman tienen hibridación sp3 La serie homóloga de los cicloalcanos inicia con el ciclopropano, C3H6, ya que ¡no puede existir un anillo con 2 carbonos! La nomenclatura de cicloalcanos se explica a continuación:

Cicloalcano Ciclohexano Ciclooctano 1.1. Se antepone el prefijo ciclo- al nombre del alcano de igual número de carbonos Cicloalcano Ciclopropano Propano Ciclohexano Ciclooctano

1.2. Cuando el ciclo está como sustituyente en una cadena o en otro anillo, se nombran cambiando -ano por -ilo ˜ Ciclopropilo Ciclopropano ˜ Punto de unión a la cadena o anillo principal Ciclohexilo

1-Etil-2-metilciclopentano Isopropilciclohexano 1.3. Cicloalcanos sustituidos: Se utilizan las mismas reglas que para alcanos. Cuando sólo hay un sustituyente, no se precisa número localizador automáticamente se le asigna la posición 1. 1 2 1-Etil-2-metilciclopentano Isopropilciclohexano

1.4.- Algunos ejemplos de cicloalcanos unidos por enlace C-C A) Con ciclos iguales: 1 1’ 1’ 1 Ciclohexilciclohexano 1-metil-1-(2-metilciclobutil)ciclobutano

B) Con ciclos diferentes: se toma como base el mayor de ellos y el resto se nombran como sustituyentes en orden alfabético ANILLO PRINCIPAL localizadores en orden alfabético 1 3 2 1 Ciclobutilciclopentano 1-Etil-3-(2-metilciclopentil)ciclohexano 2 1 5 5-Ciclobutil-1-ciclopentil-2-ciclopropilcicloheptano

C. Cuando el ciclo y la cadena son del mismo tamaño Ciclohexilhexano Hexilciclohexano 1-hexil-3-metilciclohexano El ciclo está más sustituido que la cadena, por lo que es el compuesto “padre” o principal.

4-etil-2-metil-1-(3-metilciclohexil)hexano La cadena está más sustituida que el anillo. 2,3,4-trimetil-1-(1,3,5-trimetilciclohexil)hexano 1,3,5-trimetil-1-(2,3,4-trimetilhexil)ciclohexano

En algunos casos, aunque la cadena sea mas pequeña que el anillo, pero se encuentre mas sustituida, es aceptable darle prioridad para asignar el nombre, por facilidad de construcción del mismo. 2,2,3,3-tetrametil-1-(1,3,5-trimetilciclohexil)butano 1,3,5-trimetil-1-(2,2,3,3-tetrametilbutil)ciclohexano

Referencias Las reglas de IUPAC pueden ser consultadas en http://acdlabs.com/iupac/nomenclature/ tome en cuenta que la información está en inglés.