Instituto Superior Carmen Molina de Llano

Presentación del tema: "Instituto Superior Carmen Molina de Llano"— Transcripción de la presentación:

1 Instituto Superior Carmen Molina de Llano
Unidad II: Hidrocarburos. Clasificación. Nomenclatura y formulación de hidrocarburos alifáticos. Isomería. Propiedades físicas y químicas. 3ra parte. Instituto Superior Carmen Molina de Llano Asignatura: Química Orgánica y Biológica Año: 2016 Carrera: Técnico Superior en Bromatología Bioquímica/Profesora en Cs. Qcas. y del Ambiente : Salerno, Hilda

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3 CICLOALCANOS Son hidrocarburos saturados que tienen, al menos, un anillo formado con átomos de carbono. Se conocen ciclos de 3, 4, 5, 6, 7, 8 y más átomos de carbono, pero los más frecuentes son los de 5 y 6 carbonos. Hay pocas fuentes naturales de cicloalcanos y una de ellas es el petróleo. Nomenclatura: Los cicloalcanos se nombran colocando el prefijo “ciclo-” al nombre del alcano que corresponde al mismo número de átomos de carbono del anillo. Por conveniencia, los cicloalcanos son representados por figuras geométricas, sobreentendiéndose que los lados de la figura son los enlaces y que en la intersección de dos uniones está el carbono con el número de hidrógenos que correspondan (no siempre escritos en la fórmula).

4 CICLOALCANOS Las estructuras y nombres de los seis primeros cicloalcanos no sustituidos son las siguientes:

5 CICLOALCANOS Los sustituyentes alquilo (R) o halógeno (X) unidos a los anillos se nombran de la forma usual. Si sólo hay un sustituyente no es necesario localizarlo mediante un número, pero si hay varios de ellos, sí es necesaria una numeración. Un sustituyente siempre estará localizado sobre el carbono 1, y los demás carbonos se enumeran en forma consecutiva, de manera que todos los sustituyentes tengan los números más bajos posibles. Ejemplos:

6 CICLOALCANOS A veces estos hidrocarburos presentan algún doble enlace, entonces cambia la terminación “ano” por “eno” y se empieza a numerar el anillo a partir de los carbonos del doble enlace.

7 Hidrocarburos aromáticos

8 Hidrocarburos aromáticos
En los primeros días de la química orgánica, la palabra aromático se utilizaba para describir las sustancias fragantes como el benzaldehído( de las cerezas, los duraznos y las almendras), el tolueno ( del bálsamo de Tolu), y el benceno (del destilado del carbón). Sin embargo, pronto se comprobó que las sustancias agrupadas como aromáticas diferían de la mayor parte de los otros compuestos orgánicos en su comportamiento químico.

9 Hidrocarburos aromáticos
Hoy utilizamos la palabra aromático para referirnos a la clase de compuestos que contienen anillos de seis miembros parecidos a los del benceno, con tres dobles enlaces. Los compuestos aromáticos muestran un comportamiento químico un poco diferente al de los compuestos alifáticos.

10 Hidrocarburos aromáticos
El benceno, hidrocarburo de fórmula molecular C6H6, aislado por primera vez por Michael Faraday en 1825 a partir del gas comprimido utilizado para iluminación, es el hidrocarburo de referencia de una clase de sustancias llamadas compuestos aromáticos, no debido a su aroma, sino por sus propiedades químicas especiales, sobre todo su estabilidad. Nomenclatura: Como la química de los compuestos orgánicos se desarrolló de una manera fortuita, mucho antes de que se establecieran reglas para una nomenclatura sistemática, se utilizaron nombres comunes que fueron aceptados por la IUPAC por su uso generalizado. Por ejemplo:

11 Hidrocarburos aromáticos
Los bencenos monosustituidos se nombran como derivados del benceno:

12 Hidrocarburos aromáticos
En presencia de dos sustituyentes son posibles tres estructuras isoméricas que se designan utilizando los prefijos orto-, meta- y para-, generalmente abreviados como o-, m-, y p- (estos prefijos se utilizan aún cuando los dos sustituyentes no son idénticos).

13 Hidrocarburos aromáticos
Cuando hay más de dos sustituyentes se designa su posición numerando los átomos del anillo:

14 Hidrocarburos aromáticos
En los compuestos aromáticos se presentan frecuentemente dos grupos que tienen nombres especiales: el grupo fenilo y el grupo bencilo:

15 Estructura del Benceno
Las primeras evidencias acerca de su estructura sugirieron que la molécula estaba formada sólo por carbono e hidrógeno, de ahí que fuese clasificado como hidrocarburo y la relación entre carbono e hidrógeno de 1:1 sugirió una estructura altamente insaturada. Posteriormente se determinó su fórmula molecular: C6H6.No obstante y a pesar de su fórmula molecular, el benceno no se comporta como un compuesto insaturado, ya que no reacciona en los ensayos de adición de bromo y de oxidación con permanganato de potasio. Las reacciones características del benceno son las de sustitución. Por ejemplo el benceno reacciona con bromo, en presencia de un catalizador ácido de Lewis como el FeBr3, para dar bromobenceno:

16 Estructura del Benceno
En la reacción considerada sólo se obtiene un derivado monobromado, indicando que los seis hidrógenos del benceno son equivalentes. Friedrich A. Kekulé, en 1865, propuso la primera estructura para la molécula de benceno. En ellos los seis átomos de carbono están unidos formando un hexágono regular y para completar la valencia de los carbonos sugirió que el anillo se completara por tres enlaces dobles conjugados. Kekulé propuso que “los enlaces simples y dobles se intercambiaban de manera tan rápida que sería imposible llevar a cabo reacciones de adición al enlace doble tal cual lo hacen los alquenos y los alquinos”:

17 Estructura del Benceno

18 Estructura del Benceno
Hoy sabemos que lo anterior no es así. Las estructuras de Kekulé representan dos estructuras contribuyentes al híbrido de resonancia del benceno, y difieren solamente en la posición de los electrones:

19 Estructura del Benceno
Experimentos de difracción de rayos X apoyan esta estructura. La molécula de benceno es plana, y cada átomo de carbono ocupa los vértices de un hexágono regular. La longitud de cada uno de los seis enlaces carbono-carbono es 1.39 Å, una longitud intermedia entre un enlace simple y uno doble. La teoría de los orbitales moleculares nos dice que cada átomo de C que está unido a otros tres átomos (dos carbonos y un hidrógeno), presenta hibridación sp2. Dos orbitales sp2 de cada carbono se solapan con orbitales iguales de los carbonos adyacentes para formar los enlaces sigma del anillo hexagonal. El tercer orbital sp2 de cada carbono se solapa con el orbital 1s de un átomo de hidrógeno para formar los enlaces sigma C–H.

20 Estructura del Benceno
En un plano perpendicular al de los tres orbitales sp2, cada carbono presenta un orbital p con un electrón. Los orbitales p de los seis átomos de carbono se solapan lateralmente y forman orbitales π. Los lóbulos del orbital π más estable son nubes electrónicas a ambos lados del plano que contiene los átomos:

21 Estructura del Benceno
La representación del benceno en el plano puede ser realizada empleando las estructuras de Kekulé, o con líneas continuas y de trazos que simbolizan el orbital p deslocalizado como enlaces intermedios entre simples y dobles, o con un círculo en el interior del hexágono, que representa el orbital pi deslocalizado:

22 Aromaticidad: la regla de Huckel
En los comienzos se suponía que las propiedades químicas características del benceno se manifestarían en todos los polienos cíclicos, es decir, en todos aquellos que tuvieran dobles y simples enlaces alternados:

23 Aromaticidad: la regla de Huckel
Sin embargo, ni el ciclobutadieno ni el ciclooctatetraeno presentan las reacciones típicas de los compuestos aromáticos. Por ejemplo, el bromo se decolora en contacto con estos compuestos, y el permanganato oxida sus dobles enlaces. Por lo tanto para que un compuesto sea aromático debe cumplir siguientes condiciones: 1) Tener una estructura cíclica con conjugación cerrada (continua). 2) La estructura tiene que ser plana, para que el solapamiento de los orbitales p sea efectivo. 3) Cumplir la regla de Hückel, que dice: Para que un compuesto sea aromático, el número de electrones π en el sistema cíclico tiene que ser 4n+2, siendo n un número real. Si el número de electrones π en el sistema cíclico es 4n, siendo n un número entero, el compuesto es antiaromático y por lo tanto será poco estable.

24 Aromaticidad: la regla de Huckel

25 Propiedades químicas Reacciones de sustitución : Sulfonación:
Es la reacción mediante la cual se introduce un grupo –SO3H (función “ácido sulfónico”) en un anillo aromático. El SO3 puede formarse a partir de ácido sulfúrico concentrado (98% p/p) o de ácido sulfúrico fumante (el cual contiene SO3 disuelto en ácido sulfúrico 100%).

26 Propiedades químicas Reacciones de sustitución : Halogenación
El benceno no reacciona con Cl2 o con Br2 formando un producto dihalogenado, sino un monohalogenado. Y para que el benceno reaccione con el halógeno, la reacción debe llevarse a cabo en presencia de un catalizador, ácido de Lewis, como el correspondiente haluro férrico. Por ejemplo, consideremos la bromación:

27 Propiedades químicas Reacciones de sustitución : Nitración:
El benceno reacciona con ácido nítrico concentrado, en caliente y en presencia de ácido sulfúrico, formando nitrobenceno.

28 Propiedades químicas Reacciones de sustitución :
Alquilación de Friedel-Crafts Los científicos Charles Friedel y James Crafts descubrieron en 1877 que el benceno reacciona con halogenuros de alquilo, en presencia de ácidos de Lewis como el cloruro de aluminio (AlCl3), para dar alquilbencenos. A continuación se indica un ejemplo:

29 Propiedades químicas Reacciones de sustitución :
Acilación de Friedel-Crafts La reacción de acilación de Friedel-Crafts consiste en la introducción de un grupo acilo en un anillo aromático, formando una cetona aromática. HCl

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31 Muchas Gracias A ESTUDIAR

32 Bibliografía McMurry, Jhon: Química Orgánica. 8va Edición. Año:2012
Brewster, R.Q. y Mc Ewen, W.E Química Orgánica, Buenos Aires. Morrison, R. y Boyd, R.N Química Orgánica, Addison Wesley Iberoamericana, Madrid.