UNEFM, Ingeniería Agronómica, Química II, Unidad III, Alcanos y Cicloalcanos

1. UNIDAD 3
ALCANOS Y CICLOALCANOS

2. ALCANOS

3. Los alcanos son los hidrocarburos (compuestos de C e H) más simples, no tienen grupo
funcional y las uniones entre átomos de carbono (con hibridación sp3) son enlaces simple.
q =109.5º, dC-C = 1.54 Å, dC-H = 1.09 Å
A pesar de ello son muy importantes porque:
su estudio nos permitirá entender el
comportamiento del esqueleto de
los compuestos orgánicos
(conformaciones, formación de
radicales)
constituyen una de las fuentes de
energía y materias primas más
importantes para la sociedad actual
(petróleo y sus derivados).
1.- INTRODUCCIÓN

4. Hidrocarburos alifáticos
Alcanos
Alquenos
Alquinos
Alicíclicos
Cicloalcanos
Cicloalquenos
Cicloalquinos
Hidrocarburos aromáticos
Hidrocarburos
no hay enlaces multiples
C C
C C
HC CH
CH
H
C
HC
Los alcanos entre los hidrocarburos

5. 2.- ESTRUCTURA Y PROPIEDADES
Ejemplo
Tipo de cadena Lineal Ramificada Cíclica
Fórmula general CnH2n+2 CnH2n+2 CnH2n
Los alcanos
con cuatro o
más
carbonos
presentan
isomería
estructural Butano 2-metilpropano
H
C
H H
H
1.1 Å
109.5 º
C C
H
H
H
H
H
H
1.55 Å
Hibridación sp3

6. El número de isómeros crece rápidamente con el número de átomos de carbono del alcano
Tipos de átomos de carbono según la sustitución
Número
átomos C
Posibles
Isómeros
1-3 1
4 2
5 3
6 5
7 9
8 18
9 35
10 75
15 4,347
20 366,319

7. 3.- PROPIEDADES FÍSICAS
Punto de ebullición
El punto de ebullición aumenta con
el tamaño del alcano porque las
fuerzas intramoleculares atractivas
(fuerzas de van der Waals y de
London) son más efectivas cuanto
mayor es la superficie de
la molécula.
Estos alcanos tienen el mismo
número de carbonos y sus puntos de
ebullición son muy distintos. La
superficie efectiva de contacto entre
dos moléculas disminuye cuanto más
ramificadas sean éstas.
Las fuerzas intermoleculares son
menores en los alcanos ramificados y
tienen puntos de ebullición más
bajos.

8. Punto de fusión
El punto de fusión también
aumenta con el tamaño del alcano
por la misma razón. Los alcanos
con número de carbonos impar se
empaquetan peor en la estructura
cristalina y poseen puntos de
ebullición un poco menores de lo
esperado.
Cuanto mayor es el número de carbonos
las fuerzas intermoleculares son mayores
y la cohesión intermolecular aumenta,
resultando en un aumento de la
proximidad molecular y, por tanto, de la
densidad. Nótese que en todos los casos
es inferior a uno.
Densidad

9. Cantidad
(%Volumen)
Punto de
ebullición
(0C)
Atomos de
carbono
Productos
1-2 <30 1-4
Gas natural, metano, propano,
butano, gas licuado
15-30 30-200 4-12
Eter de petróleo (C5,6), ligroína
(C7), nafta, gasolina cruda
5-20 200-300 12-15 Queroseno
10-40 300-400 15-25
Gas-oil, Fuel-oil, aceites
lubricantes, ceras, asfaltos
8-69 >400 >25 Aceite residual, parafinas, brea
4.- PETRÓLEO

10. Petróleo bruto
Gas natural
Aplicaciones
Abonos nitrogenados
Materias plásticas
Disolventes
Fibras sintéticas
Fibras artificiales
Anticongelantes
Cauchos sintéticos
Detergentes
Plastificantes
Insecticidas
Colorantes
Explosivos
Resinas
Fracciones
Gaseosas
Metano
Etano
Propano
Butano
Etileno
Propileno
Butilenos
Butadieno
Fracciones
Líquidas y
Sólidas
Benceno
Tolueno
Xileno
Gasolina ligera
Fracciones
aromáticas pesadas
Parafinas
Productos de transformación
Acetileno
Acetaldehído
Acetona
Acrilonitrilo
ALcohol butílico
Alcohol etílico
Alcohol isopropílico
Alcohol metílico
Alcoholes de síntesis
Cloruro de vinilo
Dicloroetano
Etilenglicol
Etilbenceno
Estireno
Fenol
Formaldehído
Glicerol
Isopreno
Óxido de etileno
Propileno-glicol
Tripropileno
Tetrapropileno
Productos de transformación
Etilbenceno
Estireno
Fenol
Ciclohexano
Ácido adípico
Dodecilbenceno
Ácidos sulfónicos
Toluendiisociantao
T.N.T.
Ortoxileno
Anhídrido ftálico
Xilenos
Ácido tereftálico
Ácido acético
Negro de carbono
Resinas de petróleo
Olefinas superiores
Aditivos
Parafinas cloradas

11. 5.- CONFORMACIONES (ANÁLISIS CONFORMACIONAL)
El enlace C-C simple tiene
libertad de giro a lo largo
de su eje. Eso provoca
diferentes conformaciones
en la molécula del alcano
Conformación Vista lateral Vista frontal
Alternada
Eclipsada
Nota: No son
isómeros, poruqe a
temperatura
ambiente se
interconvierten con
muha facilidad
5.1.- ANÁLISIS CONFORMACIONAL DEL ETANO

12. Representación Alternadas Eclipsadas Alternadas
Líneas y cuñas
Caballete
Newman

13. 6.- PREPARACIÓN
Los alcanos se obtiene de forma natural mediante el fraccionamiento del petróleo. Pero este
proceso da lugar a mezclas difíciles de purificar. Si queremos obtener un alcano puro es más
conveniente plantear en el laboratorio un esquema de preparación (síntesis) adecuado.
6.1.- Hidrogenación de alquenos y alquinos
Los alquenos reaccionan con
hidrógeno, en la superficie porosa de
un metal de transición, para dar
alcanos. La nube p del doble enlace
interacciona con el hidrógeno dando
lugar a dos nuevos enlaces s C-H.
Los alquinos también reaccionan con
hidrógeno (2 moles), de una forma
análoga a los alquenos, para dar
alcanos. Las dos nubes p del triple
enlace interaccionan con sendas
moléculas de hidrógeno, dando lugar
a cuatro nuevos enlaces s C-H.

14. 7.- REACTIVIDAD
Las reacciones típicas de los alcanos son:
Combustión
Halogenación
Craking

15. 7.1.- COMBUSTIÓN DE ALCANOS
La combustión de alcanos es la forma habitual de liberar la energía almacenada en los
combustibles fósiles. Libera dióxido de carbono.
Compuesto Nombre DH0
comb(kcal/mol)
CH4(g) metano -212.8
C2H6(g) etano -372.8
CH3CH2CH3(g) propano -530.6
CH3CH2CH2CH3(g) butano -687.4
(CH3)3CH(g) 2-metilpropano -685.4
CH3(CH2)4CH3(l) hexano -995.0
(CH2)6 ciclohexano -936.9
CH3CH2OH(g) etanol -336.4
C12H22O11(s) azucar de caña -1348.2

16. 7.2.- HALOGENACIÓN DE ALCANOS
-103 -25 -7 +13
F Cl Br I
Entalpía de reacción de los
diferentes halógenos
Las reacciones del cloro y el
bromo con los alcanos no ocurre
en la oscuridad, son reacciones
fotoquímicas, catalizadas por la
luz ultravioleta
Son reacciones de sustitución que transcurren a través de radicales libres
Las reacciones de alcanos con cloro y bromo transcurren a velocidades moderadas y son
fáciles de controlar; las reacciones con fluor a menudo son demasiado rápidas y es difícil
controlarlas. El yodo o no reacciona o lo hace lentamente.

17. 7.2.1.- CLORACIÓN DEL METANO
a pesar de ser exotérmica, la reacción no se
produce espontáneamente: se necesita irradiar la
mezcla de los gases con luz ultravioleta o “calentar”
a 3000C. ¿Por qué?

18. Mecanismo de la reacción de halogenación
1º etapa: Iniciación
Cl Cl Cl
Cl +
+ fotón (hv) Ruptura homolítica
Cl
C Cl
+
+
H
H
H
H C
H
H
H H
2º etapa: Propagación
Cl
C
Cl +
+
H
H
Cl
H
C
H
H
H Cl

19. CH3
Cl
CH3
+ CH3CH3
Cl
+ Cl2
CH3 Cl
+ ClCH3
3º etapa: Terminación
Los radicales pueden colapsar entre sí con lo que evitan la deficiencia electrónica.
Pero, como son especies que están en muy baja concentración por ser difíciles de
producir y muy reactivas, la probabilidad de que colapsen es muy baja. Sin embargo,
la obtención de trazas de etano prueba la formación del radical ·CH3 y apoya el
mecanismo propuesto.

20. 7.2.2.- HALOGENACIÓN DE ALCANOS SUPERIORES
En el caso del propano hay dos tipos de hidrógenos: 6 primarios y 2 secundarios.
¿Qué ocurre al hacerlo reaccionar con cloro?
¡ el cloruro de isopropilo se produce en mayor proporción a pesar de que el
número de hidrógenos primarios es mayor que el de secundarios !
Explicación:
Los radicales secundarios son más estables que los primarios
Cloración del Propano

21. Si el alcano se encuentra con un exceso de halógeno (y no al revés), se obtienen
mezclas de alcanos polihalogenados:
La halogenación de alcanos es especialmente útil para aquellos alcanos que sólo
tienen un único tipo de hidrógeno:

22. CICLOALCANOS

23. Monoterpenos, con 10 átomos de carbono, están presentes en muchas esencias de las plantas
(-)-Mentol (p.f. 44ºC)
Es el principal componente de la
esencia de menta. Es un sólido
blanco de sabor ardiente,
cristalizado en grandes prismas
que funden a 440C. El líquido
hierve a 2120C. El mentol tiene
propiedades ligeramente
anestésicas o, mejor,
refrescantes. Se emplea como
antipruriginoso en dermatología,
y como discretísimo anestésico
en otorrinolaringología, para el
tratamiento de la faringitis.
Posse también propiedades
antisépticas.
S-(-)-limoneno (p.eb.
176ºC)
El limoneno se presenta en
tres formas, dextrógira,
levógira y racémica. El
limoneno levógiro (-) se extrae
de la cáscara de la naranja y
le confiere su olor
característico.
R-(+)-limoneno
(p.eb. 176ºC)
El limoneno dextrógiro
(+) abunda en la
naturaleza. Es un
líquidio aceitoso que
puede extraerse
fácilmente de la cáscara
del limón y responsable
de su olor.
Alcanfor (p.f. 180ºC)
Sustancia sólida,
cristalina, volátil, de sabor
ardiente y olor
característico, que se
haya en el alcanforero y
otras lauráceas. La
química del alcanfor es
muy complicada y ha
desempeñado un
importante papel histórico
en la evolución de las
teorías químicas. Es un
anestésico ligero en uso
tópico (alcoholes
alcanforados).
8.- CICLOALCANOS

24. Esteroides, que actúan fisiológicamente como hormonas y contienen múltiples anillos
Colesterol (p.f. 149ºC)
Aislado de la bilis en 1769. Su
estructura no se estableció
completamente hasta 1932.
Woodward realizó su síntesis
total en 1951. Se encuentra en
todas las grasas animales. El
colesterol se intercala entre los
fosfolípidos que forman las
membranas celulares de los
animales. Sirve para hacerlas
más rígidas y menos
permeables. Sin el colesterol,
las células animales
necesitarían una pared como
poseen las bacterias
Cortisona
Hormona corticosuprarrenal que
tiene una notable actividad
antiinflamatoria.
Testosterona
Es la principal hormona andrógena,
segregada fundamentalmente por el
tejido intersticial del testículo. Controla la
formación del esperma, el desarrollo de
los órganos genitales y de los caracteres
sexuales secundarios.

25. 9.- NOMENCLATURA
Ciclopropano Ciclobutano
Ciclopentano Ciclohexano

26. 1-bromo-1-
bromometilciclohexano
1-bromo-2-etil-4-
hexilciclopentano
1-bromo-
1-(2-bromoetil)ciclohexano (2-metilciclopropil)ciclohexano
1-bromo-
1-(1-bromoetil)ciclohexano
1-ciclopropil-
3-metilciclohexano

27. Cicloalcano p.eb. (ºC) p.f. (ºC) densidad 20ºC(g/mL)
ciclopropano -32.7 -127.6
ciclobutano 12.5 -50.0 0.720
ciclopentano 49.3 -93.9 0.746
ciclohexano 80.7 6.6 0.779
cicloheptano 118.5 -12.0 0.810
ciclooctano 148.5 14.3 0.835
ciclododecano 160 (100 mmHg) 64.0 0.861
10.- PROPIEDADES FÍSICAS