Alcanos

15. Grupos alquilo
Durante el estudio de la química inorgánica, se vio la utilidad de tener nombres para ciertos grupos de átomos que sólo
constituyen parte de una molécula y que sin embargo aparecen muchas veces como una unidad: por ejemplo, NH4
+
,
amoniaco; NO3
-
nitratos; SO3
2-
, sulfito; etcétera.
De modo similar, se dan nombres a ciertos grupos que aparecen constantemente como unidades estructurales de moléculas
orgánicas. Vimos que el clorometano, CH3CI, también se conoce como cloruro de metilo. El grupo CH3 se llama metilo donde
aparezca, por lo que CH3Br es bromuro de metilo; CH3I, yoduro de metilo; CH3OH, alcohol metílico. De forma similar, el
grupo C2H5 se llama etilo; C3H7, propilo; C4H9, butilo; etc.
Estos grupos se nombran cambiando simplemente la terminación ano del alcano correspondiente por ilo. Colectivamente,
se les conoce como grupos alquilo. La fórmula general para un grupo alquilo es CnH2n+1, ya que contiene un hidrógeno menos
que el alcano correspondiente, CnH2n+2.
Otra vez encontramos el problema de isomería entre los grupos alquilo. Sólo existe un cloruro de metilo o de etilo y,
correspondientemente, un solo grupo metilo o etilo. Sin embargo, podemos apreciar que hay dos cloruros de propilo, I y II,
por lo que deben existir dos grupos propilo. Ambos contienen la cadena propano, pero difieren en el punto de unión
Con el cloro; se denominan n-propilo e isopropilo, Podemos distinguir los dos cloruros por los nombres cloruro de n-propilo
y de isopropilo, respectivamente; de la misma forma se hace con los dos bromuros, yoduros, alcoholes, etc.,
correspondientes

16. Hay cuatro grupos butilo, dos que derivan del n-butano de cadena recta, y dos del isobutano ramificado: se les designa
n-(normal), sec-(secundario), iso- y t- (terciario), como se ilustra a continuación. Nuevamente, la diferencia se encuentra
en el punto de unión del grupo alquilo con el resto de la molécula.
Más allá del butilo, el número de grupos isómeros derivados de cada alcano se hace tan grande que resulta impráctico
designarlos todos con prefijos. Aunque limitado, este sistema es tan útil para los grupos pequeños recién descritos, que se
emplea con frecuencia; el estudiante debe, por tanto, memorizar estos nombres y aprender a reconocer los grupos a
primera vista, cualquiera que sea la forma en que aparezcan representados.
Por muy grande que sea un grupo, una de sus muchas disposiciones posibles puede ser designada siempre por este sistema.
El prefijo n- siempre se emplea para indicar un grupo alquilo cuyos carbonos forman una sola cadena continua y cuyo punto
de enlace es el carbono del extremo; por ejemplo:
El prefijo iso se usa para designar cualquier grupo alquilo (de seis carbonos o menos) que tiene una sola ramificación
monocarbonada en el penúltimo carbono de la cadena y con el punto de unión en el extremo opuesto de ella. Por ejemplo:

18. Nombres comunes de los alcanos
Hemos visto que los prefijos n-, iso- y neo- son adecuados para diferenciar los diversos butanos y pentanos, pero más allá
de éstos se necesitaría un número irracional de prefijos. Sin embargo, se retiene el prefijo n- para cualquier alcano, por largo
que sea, en el cual todos los carbonos forman una cadena continua sin ramificaciones:
Un isoalcano es un compuesto de seis carbonos o menos en el que todos ellos, excepto uno, forman una cadena continua,
con el carbono no considerado unido al penúltimo:
Para designar cualquiera de los alcanos superiores usamos el sistema IUPAC, presentado en la sección siguiente.
Nombres IUPAC de alcanos
Para diseñar un sistema de nomenclatura aplicable a los compuestos aún más complejos, se han reunido periódicamente
desde 1892 varios comités y comisiones en representación de los químicos del mundo. En su forma actual, el sistema
diseñado se conoce como sistema IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry); dado que sigue, más o menos,
la misma pauta para todas las familias de compuestos orgánicos, lo consideraremos en detalle para su aplicación a los
alcanos.
En esencia, las reglas del sistema IUPAC son:
1. Como estructura de referencia, seleccione la cadena continua más larga y considere luego que el compuesto deriva de
aquella, reemplazando los hidrógenos por diversos grupos alquilo. Así, puede considerarse que el isobutano (I) deriva del
propano por reemplazo de un átomo de hidrógeno por un grupo metilo, por lo que se puede denominar metilpropano.

19. 2. Donde sea necesario, como es el caso de los dos metilpentanos isómeros (II y III), indique el carbono Que lleva el grupo
alquilo por medio de un número.
3. Al numerar la cadena carbonada de referencia, comience por el extremo que resulte en el empleo de Los números más
bajos; así, II se denomina 2-metilpentano, y no 4-metilpentano.
4. Si un mismo grupo alquilo aparece más de una vez como cadena lateral, indíquelo por los prefijos di-, tri-, tetra-, etc.,
para destacar cuántos de esos alquilos hay, e indique con números la posición de cada grupo, como en 2,2,4-trimetilpentano
(IV).
5. Si a la cadena principal se unen varios grupos alquilo diferentes, nómbrelos en orden alfabético, como en 3,3-dietil-
5-isopropil-4-metiloctano (V). (Obsérvese que isopropil aparece antes que metil; sin embargo, dimetil debe aparecer
después que etil o dietil.)
Hay reglas y convenciones adicionales que se emplean para nombrar alcanos muy complicados, pero las cinco reglas
fundamentales mencionadas aquí son suficientes para los compuestos que encontraremos.

20. Propiedades Físicas de los alcanos:
Punto de ebullición: el punto de ebullición Aumenta con el
tamaño del alcano porque las fuerzas intermoleculares
(fuerzas de Van der Waals y de London), son más efectivas
cuando la molécula presenta mayor superficie. Es así, que
los puntos de fusión y ebullición van a aumentar a medida
que se incrementa el número de átomos de carbono.
Los alcanos que se presentan a la izquierda,
tienen el mismo número de carbonos pero sus
puntos de ebullición son distintos. Esto se
debe a que la superficie efectiva de contacto
entre dos moléculas disminuye cuanto más
ramificadas sean éstas. Las fuerzas
intermoleculares son menores en los alcanos
ramificados por ello tienen puntos de
ebullición más bajos.
Isomeros C5H12 Puntos de
ebullición
Punto de Ebullición

21. Densidad: a medida que aumenta el número
de carbonos, las fuerzas intermoleculares son
mayores y por lo tanto la cohesión
intermolecular. Esto da como resultando un
aumento de la proximidad molecular y, por
tanto, de la densidad.
Punto de fusión: El punto de fusión también
aumenta con el tamaño del alcano por la
misma razón que aumenta el punto de
ebullición. Los alcanos con número impar de
carbonos se empaquetan en una estructura
cristalina y poseen puntos de ebullición un
poco menores de lo esperados en los pares.
Punto de Fusión
Densidad del estado liquido

22. Solubilidad: Los alcanos por ser compuestos apolares no se disuelven en agua,
sino en solventes no polares como el benceno, éter y cloroformo.
•
A temperatura ambiente es posible encontrar alcanos en diferentes estados
físicos así:
De metano a butano son gaseosos.
• De pentano a hexadecano son líquidos
• De heptadecano en adelante son sólidos.

23. Reacciones
A veces nos referimos a los alcanos con el nombre anticuado de parafinas. Este nombre (latín: parum affinis,
••sin afinidad suficiente••) se les dio para describir lo que parecía una reactividad baja de estos hidrocarburos.
Sin embargo, la reactividad depende de la elección del reactivo. A pesar de ser inertes hacia agentes oxidantes, como el
permanganato de potasio o el dicromato de sodio, dedicaremos la mayor parte de este capítulo a su oxidación por
halógenos. Ciertas levaduras se alimentan perfectamente de alcanos para producir proteínas, lo que, sin duda, es una
reacción química. Aún así, comparativamente, su reactividad es limitada.
Una parte importante de la química de los alcanos implica reacciones de radicales libres, que tienen lugar en condiciones
vigorosas y dan generalmente mezclas de productos.

24. Oxidación completa (Combustión): los alcanos se oxidan en presencia de aire u
oxígeno y el calor de una llama, produciendo dióxido de carbono, luz no muy
luminosa y calor. Ese calor emitido puede ser calculado y se denomina calor de
combustión.
Consideremos la combustión de gas etano (C2H6). Esta reacción consume oxígeno
(O2) y produce agua (H2O) y dioxido de carbono (CO2). La ecuación química es la
siguiente:
Si contamos el número de átomos de cada elementos de los compuestos
reaccionantes y de los productos notaremos que en la ecuación hay dos veces
más átomos de carbono en los reactivos que en los productos:
Para solucionar y acercarnos teóricamente a lo que sucede en la realidad, debe
realizarse el balanceo de la ecuación, esto puede realizarse de la siguiente
manera con base en el número de carbonos del alcano:

25. Ejemplo:
Una vez balanceada la ecuación es posible calcular el calor de combustión (
) en Kcal/mol de un alcano.
El número de electrones de valencia se calcula sumando los electrones de
valencia de los hidrógenos + los electrones de valencia de los carbonos. Así: el
hidrógeno tiene 1 electrón de valencia.El carbono tiene 4 electrones de valencia.
Como un alcano tiene n carbonos y su fórmula general es CnH2n+2 :
4 x n + 1 x (2n+2) para luego
sumar:
4n + 2n + 2

26. De la ecuación resulta que el número de electrones de valencia para los alcanos
es igual a 6n + 2.
Así para calcular el calor de combustión de un alcano. : cantidad producida al
quemar un mol del compuesto, basta aplicar la fórmula:
= (6n + 2) x 26,05 Kcal/mol
Para calcular el calor de combustión del etano:
n=2
6n + 2 = 6 x 2 + 2 = 14
= 14 x 26,05 = 346,7 Kcal/mol.
Pirólisis o cracking: este es un proceso usado en la industria petrolera y consiste en
pasar un alcano pesado por tubos calentados de 500 º a 800 ºC lo que permite que el
compuesto se descomponga en alquenos e hidrógeno.

27. Halogenación
Como es de esperar, la halogenación de los alcanos superiores es esencialmente igual a la del metano. Sin embargo, puede complicarse por
formación de mezclas de isómeros.
Bajo la influencia de la luz ultravioleta, o a 250-400ºC, el cloro o bromo convierte los alcanos en cloroalcanos (cloruros de alquilo) o bromoalcanos
(bromuros de alquilo), formándose simultáneamente una cantidad equivalente de cloruro o bromuro de hidrógeno. De un solo alcano puede
generarse cualquiera de varios productos isómeros, dependiendo del átomo de hidrógeno reemplazado. Así, el etano puede dar un solo
haloetano; el propano, el n-butano y el isobutano pueden generar dos isómeros cada uno; el n-pentano, tres, y el isopentano, cuatro. Se ha
comprobado experimentalmente que al halogenar un alcano se forma una mezcla de todos los productos isómeros posibles, lo que indica que
todos los átomos de hidrógeno son susceptibles al reemplazo. Para la cloración, por ejemplo:

28. La bromación da los bromuros correspondientes, pero en proporciones diferentes:
Aunque tanto la cloración como la bromación dan mezclas de isómeros, los resultados expuestos anteriormente indican que las cantidades
relativas de los distintos isómeros difieren mucho, dependiendo del halógeno usado. La cloración genera mezclas en las que ningún isómero
predomina notoriamente; en cambio, en la bromación puede prevalecer un isómero hasta el punto de constituir el único producto, con un
97-99% del total de la mezcla. La bromación presenta alto grado de selectividad encuanto a los átomos de hidrógeno que se reemplazan, esta
característica de la bromación se debe a la reactividad relativamente baja de los átomos de bromo y es un ejemplo de una relación general
entre reactividad y selectividad.)
Mecanismo del halogenación
La halogenación de los alcanos sigue el mismo mecanismo que la del metano:

29. Un átomo de halógeno separa un hidrógeno del alcano (RH) para formar un radical alquilo (R.), el cual, a su vez, quita un átomo de halógeno de
una molécula para dar el halogenuro de alquilo (RX). El halogenuro de alquilo que se obtenga depende del radical alquilo formado.

30. A su vez, esto depende del alcano y del hidrógeno que le sea sustraído; por ejemplo, se obtiene el halogenuro de n-propilo de un radical n-propilo,
formado por separación de un hidrógeno primario del propano; el halogenuro de isopropilo se obtiene del radical isopropilo, que se forma por
separación de un hidrógeno secundario. La velocidad de formación del halogenuro de alquilo depende de lo rápido que se forme el radical
alquilo. Al igual que en el caso del metano, aquí también el paso propagador (2) es más difícil que el (3), por lo que controla la velocidad de la
reacción total. La formación del radical alquilo es difícil, pero una vez formado, se convierte con facilidad en el halogenuro .
El estudio de la cloración de muchos alcanos ha demostrado que éstos son resultados típicos. Considerando las diferencias en el factor de
probabilidad, se ha establecido que la velocidad de separación de átomos de hidrógeno siempre sigue la secuencia 3º • 2º •1º; por ejemplo,
a temperatura ambiente la velocidad relativa por átomos de hidrógeno es 5.0:3.8:1.0. Empleando estos valores, podemos predecir bastante
bien la proporción de productos isómeros de la cloración de un alcano dado; por ejemplo:
Para la bromación se encuentra la misma secuencia de reactividad, 3º • 2º • 1º, pero con variaciones mucho mayores. A 127ºC, por ejemplo, la
velocidad relativa por átomos de hidrógeno es de 1600:82:1. En este caso, las diferencias de reactividad son tan marcadas que prevalecen
ampliamente sobre los factores de probabilidad.
A pesar de estas diferencias en reactividad, raras veces la cloración produce una preponderancia marcada de un isómero determinado. En casi
todo alcano, como en los ejemplos estudiados, son más numerosos los hidrógenos menos reactivos, cuya menor reactividad se compensa con
un factor de probabilidad mayor, con el resultado de que se obtienen cantidades apreciables de cada isómero.

50. Preparación.
Cada uno de los alcanos menores, desde el metano hasta el n­pentano y el isopentano, puede obtenerse en forma pura por
destilación fraccionada del petróleo y del gas natural; el neopentano no existe en la naturaleza. Más allá de los pentanos, el
número de isómeros de cada homólogo se hace tan grande y las diferencias en sus puntos de ebullición tan pequeñas, que
resulta imposible aislar compuestos individuales puros; estos alcanos deben ser sintetizados por alguno de los métodos expuestos
más adelante.
En algunas de las reacciones se emplea el símbolo R para representar cualquier grupo alquilo, recurso conveniente para resumir
reacciones que son típicas de una familia entera y que enfatiza la similitud general de sus miembros.
El reactivo de Grignard: un compuesto organometálico
Cuando se pone en contacto una solución de un halogenuro de alquilo con éter etílico seco, (C2H5)2O, con virutas de magnesio
metálico se produce una reacción vigorosa: la solución se hace lechosa, comienza a hervir y el magnesio metálico desaparece
gradualmente. La solución resultante se conoce como reactivo de Grignard.
Puesto que el magnesio se une al mismo carbono que antes tenía halógeno, el grupo alquilo permanece intacto durante la
preparación del reactivo; así, el cloruro de n­propilo da cloruro de n­propilmagnesio, y el isopropilo se convierte en cloruro de
isopropilmagnesio.

52. Acoplamiento de halogenuros de alquilo con compuestos organometálico
Para hacer un alcano de mayor número de átomos de carbono que el material de partida, se requiere de la formación de
enlaces carbono­carbono, siendo la manera más directa de lograrlo el acoplamiento de dos grupos alquilo. El acoplamiento
se produce en la reacción entre un cuprodialquil­litio, R2CuLi, y un halogenuro de alquilo, R’X (R’ significa un grupo alquilo
que puede ser igual o diferente de R.)

53. 4.­ Reacción de Wurtz. En la reacción de Wurtz, un halogenuro de alquilo reacciona con sodio metálico; esto produce un
alcano cuya cadena tiene el doble del número de átomos de carbono que el haluro de alquilo inicial.
2 CH3 – CH2 – CH2 – Br + 2 Na → CH3 – CH2 – CH2 ─ CH2 – CH2 – CH3 + 2NaBr
Hexano
Las reacciones de Wurtz “mezcladas” generalmente no son de uso práctico porque se forman varios alcanos. Por ejemplo:
CH3 – CH3 Etano
CH3 – Cl + CH3 – CH2 – Cl + Na → CH3 – CH2 – CH3 Propano
CH3 – CH2 ─ CH2 – CH3 Butano