7 7-1 J.M,Báñez Sanz Quimica II Tema 7 Alcanos y Cicloalcanos Cicloalcanos.

Presentación del tema: "7 7-1 J.M,Báñez Sanz Quimica II Tema 7 Alcanos y Cicloalcanos Cicloalcanos."— Transcripción de la presentación:

1 7 7-1 J.M,Báñez Sanz Quimica II Tema 7 Alcanos y Cicloalcanos Cicloalcanos

2 7 7-2 J.M,Báñez Sanz Quimica II Estructura Hidrocarburo Hidrocarburo: un compuesto formado solamente de carbono e hidrógeno Hidrocarburo Saturado Hidrocarburo Saturado: un hidrocarburo que solo tiene enlaces sencillos Alcano Hidrocarburo Alifático Alcano: un hidrocarburo saturado cuyos carbones unidos entre sí forman una cadena Hidrocarburo Alifático: otra forma de nombrar a un alcano

3 7 7-3 J.M,Báñez Sanz Quimica II Estructura La forma carbono tetraédrico Todos los enlaces son aproximadamente 109.5°

4 7 7-4 J.M,Báñez Sanz Quimica II Isomería Constitucional isomeros constitucionales isomeros constitucionales : compuestos con la misma fómula molecular pero una diferente co- nectividad (orden de unión entre sus átomos) exemplo: C 4 H 10 CH 3 2 2 3 3 CHCH 3 CH 3 Butano2-Metilpropano

5 7 7-5 J.M,Báñez Sanz Quimica II Isomería Constitucional La población en el mun- do es aproximadamente 6,000,000,000 4,111,846,763 4,347 75 3 1 Constitutionales Isomeros Molecular Formula CH 4 C 5 H 12 C 10 H 22 C 15 H 32 C 30 H 62

6 7 7-6 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura Alcanos tienen la fórmula general C n H 2n+2 Formula Estructural Condensada Fórmula Molecular Nombre heptano hexano pentano butano propano etano metano CH 4 4 C 2 H 6 3 3 C 3 H 8 3 2 3 C 4 H 10 CH 3 (CH 2 ) 2 CH 3 C 5 H 12 CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 C 6 H 14 CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 C 7 H 16 CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3

7 7 7-7 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura tetradecano hexadecano octadecano eicosano decano nonano octanoC 8 H 18 CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 C 9 H 20 CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3 C 10 H 22 CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 C 14 H 30 CH 3 (CH 2 ) 12 CH 3 C 16 H 34 CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 C 18 H 38 CH 3 (CH 2 ) 16 CH 3 C 20 H 42 CH 3 (CH 2 ) 18 CH 3 dodecanoC 12 H 26 CH 3 (CH 2 ) 10 CH 3

8 7 7-8 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura Union International de Química Pura y Aplicada (IUPAC) Prefijo indica el numero de átomos de carbono ano Sufijo -ano especifica un alcano

9 7 7-9 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura Sistema IUPAC undec- dodec- tetradec- pentadec- hexadec- heptadec- nonadec- eicos- tridec- 11 12 13 14 15 16 17 octadec-18 19 20 Prefijo met- et- prop- but- pent- hex- oct- non- dec- 1 2 3 4 5 6 7 hept- 8 9 10 Carbonos Prefijo

10 7 7-10 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura Grupos Alquilo isopropil propil etil metil Formula Estructural condensada Nombre CH 3 -CH 2 CH 3 -CH 3 -CH 2 CH 2 CH 3 -CHCH 3

11 7 7-11 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura Grupos alquilo tert-butil sec-butil isobutil butil CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 -CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 -CH 2 CHCH 3 -CHCH 2 CH 3 -CCH 3 Condensada Formula Estructural Nombre

12 7 7-12 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura 1. El nombre general de un hidrocarburo de cadena lineal saturada el es de alcano. 2. Para un hidrocarburo ramificado, el alcano toma el nombre correspondiente al de la cadena más larga, cadena principal. 3. Los grupos unidos a la cadena principal se llaman sustituyentes dan cada uno un nombre y un número CH 3 CHCH 3 CH 3 2-Metilpropano 123

13 7 7-13 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura 4. Si hay un sustituyente, se numera la cadena de tal forma que él tenga el numero más pequeño 2-Metilpentano CH 3 14325 3 2 2 CHCH 3

14 7 7-14 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura 5. Si el mismo sustituyente se repite más que una vez, se indica con un número el carbono donde está cada sustituyente y el número de veces que se repite se indica con di-, tri-, tetra-, etc. 6. Si hay dos sustituyentes idénticos, se numera la cadena para dar los números inferiores a los sustituyentes posibles CH 3 CHCH 2 CHCH 3 CH 3 2,4-Dimetilpentano CH 3 1 2345

15 7 7-15 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura 7. Si hay dos sustituyentes diferentes, se escriben en orden alfabético dos o más sustituyentes diferentes, catalóguelos por orden alfabético, y el número de orden de tal manera que el que va primero lleva el número inferior CH 3 CH 2 CHCH 2 CHCH 2 CH 3 3-Etil-5-metilheptano CH 3 654321 CH 2 CH 3 7

16 7 7-16 J.M,Báñez Sanz Quimica II Nomenclatura 8. Los prefijos di-, tri-, tetra- etc. No se tienen en cuenta en orden alfabetico 9. Los prefijos no son escritos con guión menos el sec- y tert- ( de secundario y terciario). El prefijo iso- no es escrito con guión, y es incluido en alfabetización. CH 3 CCH 2 CHCH 2 CH 3 4-Etil-2,2-dimetilhexano 1 2 CH 2 CH 3 CH 3 3456 CH 3

17 7 7-17 J.M,Báñez Sanz Quimica II Clasificación de C & H (1°) C Primario (1°) C Primario : carbono enlazado a otro carbono H 1° : hidrogeno unido a un carbono 1° (2°) C Secundario (2°) C Secundario :carbono unido a dos carbonos H 2° : un hidrogeno unido a carbono 2° (3°) C Terciario (3°) C Terciario : C unido a otros tres carbonos H 3° : a hidrogeno unido a carbono 3° (4°) C Cuaternario (4°) C Cuaternario : un carbono enlazado con otros cuatro carbonos

18 7 7-18 J.M,Báñez Sanz Quimica II Cicloalcanos Fórmula general C n H 2n Se conocen anillos desde 3 a 30 C e incluso más Los anillos de 5 y 6 miembros son los más comunes

19 7 7-19 J.M,Báñez Sanz Quimica II Cicloalcanos Son representados (dibujados) por polígonos regulares Cada línea representa un enlace un C-C Cada ángulo representa a un C

20 7 7-20 J.M,Báñez Sanz Quimica II IUPAC - General prefijo-infijo-sufijo Prefijo Prefijo indica el número de átomos de carbono la cadena principal infijo infijo indica la naturaleza del enlace carbono-carbono de la cadena principal Uno o más enlaces triple Uno o más enlaces doble Todos enlaces simples -in- -en- -an- Naturaleza del enlace en la cadena principal Infijo

21 7 7-21 J.M,Báñez Sanz Quimica II IUPAC - General sufijo sufijo indica la clase de compuesto Sufijo Clase -o -ol -al -ona -oico ácido hidrocarburo alcohol aldehido cetona ácido carboxilico

22 7 7-22 J.M,Báñez Sanz Quimica II IUPAC - General prop-en-o= propeno et-an-ol = etanol but-an-ona = butanona but-an-al = butanal pent-an-oico ácido = pentanoico ácido ciclohex-an-ol = ciclohexanol et-in-o = etino

23 7 7-23 J.M,Báñez Sanz Quimica II Conformaciones Conformaciones confórmero. Conformaciones: se llaman a las diferentes disposiciones espaciales que se forman debido a la rotación en torno al enlace sencillo. A una conformación determinada de mínima energía se llama confórmero. conformación alternada conformación alternada : una conformación en la que los átomos de los sustituyentes están mas alejados ángulo diedrico de 60º. Para representarla se utilizan las proyec- ciones de Newman.

24 7 7-24 J.M,Báñez Sanz Quimica II Conformationes conformación eclipsada: conformación en la que el ángulo diedrico vale 0º y en la proyección de Newman los átomos de hidrógeno del primer carbono acultan o eclipsan a los del segundo. A cualquier conformación intermedia se la conoce por c. sesgada, ángulo diedrico de 0º-60º

25 7 7-25 J.M,Báñez Sanz Quimica II Tensión Intramolecular Tensión Intramolecular Tensión Intramolecular: tensión presente en una molécula debidas a las tensiones de interacción no consolidadas y a las tensiones angulares Tensión de interacción no consolidada (energía torsional ) Tensión de interacción no consolidada (energía torsional ) : surge cuando fuerzan atractivas o repulsivas no consolidadas se dan entre átomos, al estar uno anormalmente próximo al otro. e.g., hidrogenos eclipsados en el etano. Tensiones angulares Tensiones angulares: provienen de la creación de ángulos de enlace anormales

26 7 7-26 J.M,Báñez Sanz Quimica II Conformaciones Podemos ver las energías torsinales en la conformación eclipsada del etano A temperatura ambiente, aproximadamente el 99% de las moléculas de etano tienen una conformación alternada, la de menor energía,y 1% restante en una conformación eclipsada

27 7 7-27 J.M,Báñez Sanz Quimica II Ciclopentano Los ángulos de enlace en ciclopentano plano son 108 °, que se diferencia sólo ligeramente de 109.5 °. Pero hay 10 juegos de hidrógenos eclipsados. Existe una conformación "de sobre", con los ángulos de enlace promedio C-C-C de 105 °. La tensión de ángulo es mayor, pero reduce la tensión de interacción no consolidada de hidrógeno eclipsado.

28 7 7-28 J.M,Báñez Sanz Quimica II Ciclohexano Conformación Silla Conformación Silla : Es la conformación más estable del anillo de ciclohexano Todos los ángulos de enlace se aprox. 109.5° Todos los enlaces en carbonos adyacentes están alternados

29 7 7-29 J.M,Báñez Sanz Quimica II Ciclohexano – C. Silla Seis H están en ecuatorial y seis en axial

30 7 7-30 J.M,Báñez Sanz Quimica II Ciclohexano Hay dos conformaciones silla equivalentes Todos los enlaces C-H que son ecuatoriales en una forma silla son axiales en la otra,y viceversa.

31 7 7-31 J.M,Báñez Sanz Quimica II Ciclohexano Conformación Bote Conformación Bote : una conformación plegada de un anillo de ciclohexano, en la cual los carbonos 1 y 4 se aproximan el uno al otro Menos estable que la conformación silla por+7 kcal/mol

32 7 7-32 J.M,Báñez Sanz Quimica II Metilciclohexano Grupo metilo en ecuatorial y en axial

33 7 7-33 J.M,Báñez Sanz Quimica II Ejemplo de interacciones Anote todas las interacciones axiales axiales en esta conformación de silla

34 7 7-34 J.M,Báñez Sanz Quimica II Tetradotoxina Producido en el hígado y los ovarios de un pescado

35 7 7-35 J.M,Báñez Sanz Quimica II Isómeros Cis-Trans Los isómeros Cis-trans tienen La misma fórmula molecular La misma unión entre átomos Una distribución de átomos en el espacio que no puede ser intercambiada por la simple rotación sobre un enlace en condiciones ordinarias

36 7 7-36 J.M,Báñez Sanz Quimica II Isomeria Cis-trans 1,2-dimetilciclopentano trans-1,2-Dimetil- ciclopentano cis-1,2-Dimetil- ciclopentano CH 3 H 3 H H H H H H H H H 3 3 H H H H H H

37 7 7-37 J.M,Báñez Sanz Quimica II Isomería Cis-trans 1,4-Dimetilciclohexano Representaciones planas hexagonales

38 7 7-38 J.M,Báñez Sanz Quimica II Isomeria Cis-trans trans-1,4-dimetiliciclohexano

39 7 7-39 J.M,Báñez Sanz Quimica II Cis-trans Isomeros cis-1,4-dimetilciclohexano

40 7 7-40 J.M,Báñez Sanz Quimica II Propiedades Físicas - Alcanos Los alcanos de bajo peso molecular (del metano.... al butano) son gases a temperatura ambiente. Los alcanos de peso molecular más alto ( penta- no, decano, la gasolina, el queroseno) son líqui- dos a temperatura ambiente Los alcanos de Alto peso molecular (las ceras de parafina) son semisólidos o sólidos a temperatu- ra ambiente

41 7 7-41 J.M,Báñez Sanz Quimica II Propiedades Físicas Isómeros Constitucionales tienen propiedades físicas diferentes Nombre Densidad (g/mL) hexano 2-metilpentano 3-metilpentano 2,3-dimetilbutano 2,2-dimetilbutano 68.7 60.3 63.3 58.0 49.7 -95 -154 -118 -129 -98 0.659 0.653 0.664 0.661 0.649 bp (°C) mp (°C)

42 7 7-42 J.M,Báñez Sanz Quimica II Propiedades Químicas Son bastantes inertes debido a la elevada estabilidad de los enlaces C-C y C-H y a su baja polaridad. No se ven afectados por ácidos o bases fuertes ni por oxidantes como el permanganato. Sin embargo la combustión es muy exotérmica aunque tiene una elevada energía de activación. Sólo reaccionan, espontáneamente y a temperatura baja, con el flúor; con algunos otros reactivos reaccionan a temperatura elevada y con catalizadores. Los mecanismos de estas reacciones son de ruptura homolítica. Propiedades químicas de los alcanos. combustión halogenación oxidación catalítica isomerización pirólisis

43 7 7-43 J.M,Báñez Sanz Quimica II COMBUSTIÓN. Es la reacción química con el oxígeno que se produce normalmente a temperatura elevada, en la que un alcano se convierte en CO2 y H2O. Éstos son productos de bajo contenido energético por lo que en el proceso se libera energía en forma de calor (Calor de combustión, Hºcomb posee valor negativo). El calor de combustión aumenta con el PM ya que, a lo largo de la serie homóloga el número de C e H aumentan. Sin embargo, el calor de combustión por gramo de alcano se mantiene constante. Como la densidad de los alcanos aumenta con el PM, el calor de combustión por ml aumenta con el PM.

44 7 7-44 J.M,Báñez Sanz Quimica II Un mismo depósito carga más Kcal con gasóleo que con gasolina. 8.811.32559Hexadecano 8.011.41305Octano 7.1 11.8684Butano 6.911.9 526 Propano 13.1211Metano Kcal/ml Kcal/g Kcal/mol Alcano

45 7 7-45 J.M,Báñez Sanz Quimica II El inicio de la reacción de combustión exige una temperatura puntual elevada a la que se denomina temperatura o punto de ignición (llama o chispa), y ésta aumenta con el PM. Las explosiones de gas grisú en las minas se producen al alcanzarse la temperatura de ignición de una mezcla de hidrocarburos en un momento dado. Si la combustión está localizada en la salida de un tubo conductor rodeado de aire (mechero) se tiene una llama controlada. El escape de una bombona de butano, mez- clándose con el oxígeno del aire, provoca que al encender una cerilla se provoque la explosión. En un motor de explosión, ésta se inicia por una chispa en la mezcla de vapores gasolina-aire que está contenida en los cilindros.

46 7 7-46 J.M,Báñez Sanz Quimica II Oxidacion de alcanos Oxidación - la base para su empleo como fuentes de energía para : calor: gas natural, gas natural licuado (GPL), fuel oil combustible: gasolina, diesel gasoil, y combustible de aviación Metano ++CH 4 2O 2 CO 2 2H 2 O-212 ++ Propano CH 3 CH 2 CH 3 3CO 2 5O 2 4H 2 O-530 H° (kcal/mol)

47 7 7-47 J.M,Báñez Sanz Quimica II Fuentes de alcanos Gas Natural 90-95% metano Petróleo gases gasolinas, querosene fuel oil Aceites lubricantes Asfalto Carbón

48 7 7-48 J.M,Báñez Sanz Quimica II Gasolina Indice de Octanos: el tanto por ciento de 2,2,4- trimetilpentano (isooctano) en una mezcla de isooctano y heptano que tiene propiedades de antidetonantes equivalentes Indice de Octanos: el tanto por ciento de 2,2,4- trimetilpentano (isooctano) en una mezcla de isooctano y heptano que tiene propiedades de antidetonantes equivalentes CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 CH 3 CCH 2 CHCH 3 CH 3 CH 3 CH 3 Heptano (Indice octano 0) 2,2,4-Trimetilpentano ( Indice octano 100)

49 7 7-49 J.M,Báñez Sanz Quimica II A.OXIDACIÓN CATALÍTICA Debido a las altas temperaturas necesarias para que se produzca la combustión, ésta no es selectiva y conduce a la destrucción de la mayor parte del producto de partida. La oxidación catalítica permite oxidar un alcano en presencia de un catalizador introduciendo así una función en la molécula. De esta forma, podemos oxidar un grupo metilo terminal a grupo carboxilo:

50 7 7-50 J.M,Báñez Sanz Quimica II En tiempo de guerra, Alemania llevó a cabo este proceso (aire, KMnO 4, temperatura elevada) para obtener ácidos grasos que luego se esterifican con glicerina ( apartir del propileno). Estos glicéridos se usaron como sustitutivos de la margarina. También podemos introducir una función –OH, al insertar un átomo de oxígeno en la cadena. Esta reacción es catalizada por enzimas llamadas monooxigenasas. Por este motivo ya se lleva a cabo la utilización de la degradación oxidativa a cargo de las bacterias para la limpieza de residuos petrolíferos.

51 7 7-51 J.M,Báñez Sanz Quimica II Otro método de oxidación controlada de alcanos emplea metales de transición como catalizadores como Cobalto, por ejemplo:

52 7 7-52 J.M,Báñez Sanz Quimica II HALOGENACIÓN. Es la reacción de sustitución de un hidrógeno por un halógeno. Por ejemplo: Esta reacción se produce en presencia de luz UV, o a temperaturas muy elevadas (T>300ºC). En el caso de CH 4, la cloración conduce, en 4 etapas sucesivas, a los cuatro productos de sustitución. La mezcla de los 4 productos se puede separar por destilación fraccionada.

53 7 7-53 J.M,Báñez Sanz Quimica II El mecanismo es por radicales y en cadena. Una molécula de cloro sufre una ruptura homolítica de su enlace por acción de un fotón de energía suficiente, h (iniciación), siendo el radical cloro Cl el que rompe el enlace C-H. El radical Cl se lleva un átomo de hidrógeno del enlace H-CH 3, formando así un radical CH 3 (propagación). El clorometano se forma cuando el radical metilo, a su vez, se lleva un átomo de cloro de una molécula de cloro, produciendo también un nuevo radical Cl :

54 7 7-54 J.M,Báñez Sanz Quimica II Iniciación Cl 2 2 Cl Propagación Cl + CH 4 CH 3 + Cl-H CH 3 + Cl 2 CH 3 Cl + Cl Terminación Cl + Cl Cl 2 Cl + CH 3 CH 3 Cl CH 3 + CH 3 CH 3 -CH 3 La reacción termina cuando se unen dos radicales (poco probable), o por choques con las paredes del reactor.

55 7 7-55 J.M,Báñez Sanz Quimica II Conocido el mecanismo es fácil comprender que se formen con mayor facilidad los haluros terciarios, ya que los radicales intermedios son más estables.

56 7 7-56 J.M,Báñez Sanz Quimica II Por la misma razón, el H de un doble enlace, hidrógeno alílico, se puede sustituir con gran facilidad.

57 7 7-57 J.M,Báñez Sanz Quimica II La reactividad de los halógenos sigue el orden: F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 El F 2 reacciona violentamente con el metano. El Br 2 es menos reactivo que el Cl 2, lo que permite obtener halogenuros, de manera más selectiva, en carbonos secundarios o terciarios. mientras que con Cl 2 se obtienen mezclas:

58 7 7-58 J.M,Báñez Sanz Quimica II Con I 2 la reacción no evoluciona, por ser muy endotérmi- ca. Para desplazar el equilibrio a la derecha, se añaden oxidantes (HIO 3, HNO 3 ) que consumen el HI producido. Con Cl 2 se obtienen mezclas:

59 7 7-59 J.M,Báñez Sanz Quimica II ISOMERIZACIÓN. Es la transformación de un alcano lineal en un alcano ramificado. Un alcano lineal se calienta en presencia de AlCl 3,un ácido de Lewis. El mecanismo por iones carbonio se inicia por la presencia de trazas de CH 3 Cl.

60 7 7-60 J.M,Báñez Sanz Quimica II PIRÓLISIS. Se denomina pirólisis al proceso por el que se rompen los enlaces C-H y C-C cuando los alcanos se calientan a alta temperatura. La formación de diversos radicales que se recombinan dando una gran variedad de productos son la base de los procesos petroquímicos. La pirólisis es una de las reacciones más importantes y se produce con formación y reajuste de radicales libres. El caso más sencillo es la pirólisis de metano para dar carbono e hidrógeno. 1200°C CH 4 C(sol) + 4 H·(gas) H= + 396 kcal/mol 4H· 2 H 2 (gas) H= - 206 kcal/mol CH 4 C(sol) + 2 H 2 (gas) H= + 190 kcal/mol

61 7 7-61 J.M,Báñez Sanz Quimica II La reacción es endotérmica; la rotura del enlace C-H exige temperaturas elevadas y consume 396:4= 99 kcal/mol. La rotura del enlace C-C consume 83 kcal/mol y la pirólisis del etano, propano, etc. se produce aproximadamente a 600°C. H 3 C-CH 2 -CH 3 H 3 C · + CH 2 -CH 3 H= 83 kcal/mol · Los radicales producidos se reestructuran para dar metano, etano, etileno y propileno: · H 3 C + CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 4 + CH 3- CH-CH 3 · CH 3 -CH-CH 3 CH 4 + CH 2 =CH 2 CH 3 -CH-CH 3 H + H 3 C-CH=CH 2 etc., etc.

62 7 7-62 J.M,Báñez Sanz Quimica II Los radicales resultantes pueden combinarse para formar nuevos alcanos de PM más alto o más bajo. Además, los radicales pueden abstraer átomos de hidrógeno del átomo de carbono adyacente al centro radicalario y generar un alqueno. De esta forma, durante la pirólisis se forman mezclas muy complicadas de alcanos y alquenos. De modo análogo, la pirólisis de alcanos superiores da una mezcla compleja de alcanos y alquenos de PM más bajo. Esta es la base teórica del craqueo industrial, que permite obtener alquenos para la industria química y fracciones de gasolina partiendo de fracciones pesadas de petróleo de bajo valor comercial. En otros casos sucede un mecanismo por carbocationes.

63 7 7-63 J.M,Báñez Sanz Quimica II Dependiendo de las condiciones utilizadas, se puede controlar los productos a obtener consiguiendo así hidrocarburos de longitud de cadena definida. Por ejemplo, en la pirólisis del dodecano, el uso de catalizadores especiales como son los aluminosilicatos sódicos (zeolitas) conduce principalmente a hidrocarburos que tienen entre 3 y 6 átomos de carbono. (la zeolita A es Na 12 (AlO 2 ) 12 (SiO 2 ) 12 (H 2 O) 27 y forman una malla tridimensional de unidades tetraédricas de SiO 4 y AlO 4 ).

64 7 7-64 J.M,Báñez Sanz Quimica II Gas de Síntesis Una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno en dimensiones que varían dependiendo (según) el medio por cual es fabricado C +H 2 O calor CO + H 2 Carbon 1 + catalisis + 2 CH 4 2H 2 COO 2 Metano

65 7 7-65 J.M,Báñez Sanz Quimica II Gas de Síntesis El gas de Síntesis es empleado para la produc- ción de metanol y ácido acético otras sustancias químicas orgánicas se obtienen industrialmente empleando metanol como materia prima CH 3 OH + CO catalisis CH 3 COH O Metanolácido acético. + Metanol CO2H 2 CH 3 OH catalisis

66 7 7-66 J.M,Báñez Sanz Quimica II Propiedades Químicas de los cicloalcanos Los cicloalcanos con fuerte tensión (ciclopropano y ciclobutano) dan reacciones de adición, como los alquenos, con rotura de un enlace C-C, apertura del anillo y disminución de la entalpía. + H 2 Ni / 100ºC H 3 C-CH 2 -CH 3 + Br 2 BrCH 2 -CH 2 -CH 2 Br + XH XCH 2 -CH 2 -CH 3

67 7 7-67 J.M,Báñez Sanz Quimica II El ciclobutano reacciona con mayor dificultad y los siguientes no dan reacciones de adición. Estos ciclos también se rompen a temperaturas elevadas, isomerizándose a alquenos. calor H 3 C-CH 2 CH=CH 2 Los cicloalcanos sin tensión no dan reacciones de adición y en sus reacciones de sustitución se comportan como los n-alcanos.

68 7 7-68 J.M,Báñez Sanz Quimica II Con catalizadores de Cl 3 Al se producen reaccio- nes de isomerización con apertura y cierre del anillo.

69 7 7-69 J.M,Báñez Sanz Quimica II Métodos generales de obtención de cicloalcanos El ciclopentano, el ciclohexano y varios de sus alquilderivados (metil y etilciclopentano, metilciclohexano, etc.) se encuentran en la fracción "nafta" de destilación del petróleo. También se obtienen por hidrogenación de compuestos aromáticos. Se obtienen anillos por reacción entre hidrocarburos dihalogenados en los carbonos extremos con Zn en polvo. Otra reacción para formar ciclos es la de Diels Alder o cicloadición.

70 7 7-70 J.M,Báñez Sanz Quimica II INTERÉS INDUSTRIAL DEL CICLOHEXANO. El ciclohexano se produce en grandes cantidades para utilizarlo como materia prima en la fabricación de fibras de Nylon. Se obtiene mediante dos procesos: la hidroge- nación del benceno y el reformado catalítico de la fracción nafta del petróleo. La hidrogenación del benceno se realiza en fase líquida con catalizadores de Ni o Pt.

71 7 7-71 J.M,Báñez Sanz Quimica II La fracción nafta del petróleo contiene ciclohexano, ben- ceno, ciclopentano, metil y dimetilciclohexano, etc. La separación del ciclohexano por destilación fracciona- da es difícil, por lo que a la fracción nafténica se la somete al "reformado catalítico". Este proceso puede representarse de forma simplificada como se muestra en el esquema 1, la nafta se destila para obtener una fracción (H) rica en ciclohexano y otra (B) rica en benceno y metilciclohexano. La fracción H se somete al reformado catalítico, transformándose en una mezcla de benceno + metilpentano con pentano y dimetilpentano. Esta mezcla se destila para separar el pentano más volátil y el dimetilpentano menos volátil. La fracción H reformada y rectificada se une a la fracción B y pasan juntas al reactor de hidrogenación catalítica donde el metilpentano se isomeriza y el benceno se hidrogena. Las reacciones principales son:

72 7 7-72 J.M,Báñez Sanz Quimica II a) Reformado b) Hidrogenación catalítica e isomerización

73 7 7-73 J.M,Báñez Sanz Quimica II En circunstancias económicas de gran consumo de aromáticos la reacción de reformado se utiliza para producir benceno y tolueno. El ciclohexano se usa para obtener, por oxidación catalítica con aire, ciclohexanol y ciclohexanona, que son materias primas para la obtención de Nylon, resinas de poliéster y poliuretanos. Ambos productos se usan también, en menor escala, como disolventes.

74 7 7-74 J.M,Báñez Sanz Quimica II

75 7 7-75 J.M,Báñez Sanz Quimica II AlcanosYCycloalcanos Fin Capítulo 7