Tema iv alcanos clase qca organica 2014

QUIMICA ORGANICA 2014 TUTA METAN
PROF. BERMUDEZ ‐ PROF. VIRGILI
14/04/2014
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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
IMPORTANCIA
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).
ALCANOS [CnH2n+2]
C con hibridación sp3 enlaces C-H y C-C son de tipo σ.
TEMA IV: ALCANOS-ALQUENOS-DIENOS-ALQUINOS
TEMA IV: ALCANOS

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Fórmulas estructurales condensadas
TEMA IV: ALCANOS
Nombres IUPAC de los diez alcanos mas sencillos
Los alcanos entre los hidrocarburos
TEMA IV: ALCANOS

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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
TEMA IV: ALCANOS
Los hidrocarburos saturados lineales de mayor número de átomos de carbono
tienen nombres sistemáticos compuestos por un prefijo indicativo del número
de átomos de carbono y la terminación ano.
TEMA IV: ALCANOS

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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
H1.1 Å
109.5 º
C C
H
H
H
H
H
H
1.55 Å
Hibridación sp3
TEMA IV: ALCANOS
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
TEMA IV: ALCANOS

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Algunas formulas
estructurales del Butano
, C4H10
TEMA IV: ALCANOS
Nomenclatura de los Alcanos
¿Cómo se nombran estos compuestos?
Nombres comerciales
C4H10
C5H12
TEMA IV: ALCANOS

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La nomenclatura de la IUPAC o nomenclatura sistemática
Regla 1: la cadena principal
Encuentre la cadena de mayor numero de átomos de C y use el nombre de
esta cadena como nombre de la estructura básica del compuesto
Sustituyentes:
Son los grupos que van unidos a la cadena principal
Si hay 2 cadenas con la misma longitud (las mas largas), se utiliza como
cadena principal aquella que tiene el mayor numero de sustituyentes.
CorrectaIncorrecta
TEMA IV: ALCANOS
Regla 2: numeración de la cadena principal
Numere la cadena mas larga, comenzando por el extremo de la cadena
mas próximo a un sustituyente
CorrectoIncorrecto
3-etil-2,4,5-trimetilheptano
TEMA IV: ALCANOS

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Regla 3: nomenclatura de los grupos alquilo
Nombre los sustituyentes que van unidos a la cadena mas larga como grupos
alquilo. Indique la localización de cada grupo alquilo por el numero
del átomo de carbono de la cadena principal que va enlazado.
Los grupos alquilos se nombran reemplazando el sufijo –ano por –ilo o –il.
Metano se convierte en metilo, etano se convierte en etilo
TEMA IV: ALCANOS
3‐metilhexano
3‐etil‐6‐metilnonano
Grado de Sustitucion del alquilo
Es el grado de sustitución del átomo de carbono a través del cual se une a la
cadena principal
Se llama iso al siguiente arreglo de átomos de carbono
TEMA IV: ALCANOS

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4‐isopropyloctane
TEMA IV: ALCANOS
Algunos grupos alquilos frecuentes
TEMA IV: ALCANOS
Un carbono primario está unido
a un carbono, un carbono
secundario está unido a dos
carbonos, y un carbono terciario
está unido a tres carbonos.

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Haloalcanos
Regla 4: nomenclatura de compuestos con múltiples sustituyentes
Cuando haya 2 o mas sustituyentes, nómbrelos por orden alfabético. Cuando el mismo
sustituyente alquilo este presente 2 o mas veces, utilice los prefijos di‐, tri‐, tetra‐, etc , para
evitar repetir el nombre del grupo alquilo
3‐etil‐2,4,5‐trimetilheptano
TEMA IV: ALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
 Primero se determina el número de carbonos en la cadena continua más larga.
 La cadena se numera de manera que el sustituyente tenga el número más bajo posible.
 Los números se utilizan sólo en los nombres sistemáticos, nunca en los nombres comunes.
 Los sustituyentes se enlistan en orden alfabético.
 Número y palabra se separan con un guión; dos números se separan con una coma.
 Al colocar en orden alfabético se ignoran los prefijos di, tri, tetra, sec y ter.
 Al colocar en orden alfabético no se ignoran los prefijos iso y ciclo.

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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.
TEMA IV: ALCANOS
Propiedades fisicas de los alcanos
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
Propiedades fisicas de los alcanos
TEMA IV: ALCANOS

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Aplicaciones de los alcanos
TEMA IV: ALCANOS
Aplicaciones de los alcanos
TEMA IV: ALCANOS
Los alcanos con 18 o mas átomos de carbono son sólidos cerosos a temperatura
ambiente. Los alcanos con alto peso molecular, llamados parafinas, se emplean para
recubrir frutas y verduras reteniendo su humedad, impidiendo la proliferación de hongos y
mejorando su aspecto
La vaselina es una mezcla de hidrocarburos líquidos con puntos de ebullición bajos
encapsulados en hidrocarburos solidos. Se emplea en pomadas, en cosmética, como
lubricante y como disolvente.

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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
Fuente de los alcanos. Refinado del petróleo
TEMA IV: ALCANOS
El craqueo es el proceso por el que se rompen
químicamente las moléculas de hidrocarburo más grandes y
complejas en otras más pequeñas y simples, para
incrementar el rendimiento de obtención de gasolina a partir
del petróleo.
TEMA IV: ALCANOS

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REACTIVIDAD
Las reacciones típicas de los alcanos son:
1-Combustión
2-Halogenación
3-Craking
TEMA IV: ALCANOS
Los alcanos son los compuestos orgánicos de menor reactividad, su baja
reactividad hace que también se los llame “parafinas”.
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.
TEMA IV: ALCANOS
Toxicidad del monóxido de carbono
Combustión incompleta del metano del gas natural:
El monoxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro y venenoso.
Si mas del 50% de la hemoglobina esta unida al CO, se pierde la consciencia y se
produce la muerte si no se suministra oxigeno inmediatamente.

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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 flúor a menudo son demasiado rápidas y es difícil
controlarlas. El yodo o no reacciona o lo hace lentamente.
TEMA IV: ALCANOS
Mecanismo de la reacción de halogenación
1º etapa: Iniciación
Cl Cl ClCl ++ fotón (hv) Ruptura homolítica
ClC Cl++
H
H
HH C
H
H
H H
2º etapa: Propagación
ClCCl ++
H
H
ClHC
H
H
H Cl
TEMA IV: ALCANOS

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Descripción del estado de transición de la reacción de halogenación.
El grupo metilo empieza a
aplanarse
El orbital del cloro solapa con el
orbital 1s del hidrógeno y la
repulsión electrónica provoca una
disminución del solapamiento
entre el orbital 1s del hidrógeno y
el orbital sp3 del carbono. El enlace
comienza a alargarse, el átomo de
carbono va teniendo menos
demanda de carácter s y utiliza este
orbital en el enlace con los otros
átomos de hidrógeno. Se produce
la rehibridación progresiva de sp3
a sp2.
TEMA IV: ALCANOS
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.
TEMA IV: ALCANOS

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Aplicaciones habituales de los alcanos halogenados (haluros de alquilo)
Disolvente
CCl4 se utilizó como limpiador en seco en las tintorerías y en el hogar (Cancerígeno)
Anestésicos
El cloroformo (CHCl3), se empleaba hace tiempo como anestésico, pero es toxico y carcinógeno
Se lo reemplazó por el halotano (2-bromo-2-cloro-l,l,l-trifluoretano)
olor agradable, no es inflamable, tiene pocos efectos
secundarios, se metaboliza muy poco en el cuerpo y se
elimina fácilmente.
cloroetano CH3—CH2—Cl
Anestésico local
evapora rápidamente, enfriando la piel
y provocando el anestesiado
Anestésico general
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
Nota: No son isómeros, porque a
temperatura ambiente se interconvierten con
mucha facilidad
ANÁLISIS CONFORMACIONAL DEL ETANO
TEMA IV: ALCANOS

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¿Por qué la conformación eclipsada es menos estable que la alternada?
Dos hidrógenos eclipsados están a 2.3 A mientras que los alternados están a 2.5 A.
Aunque las distancias son muy similares, la interacción es muy sensible y la diferencia
de energía es importante.
La gráfica muestra la evolución
de la energía a medida que los
hidrógenos no enlazados se
acercan. A distancias cortas
existe una fuerte repulsión entre
las nubes electrónicas, que
disminuye rápidamente a
medida que los hidrógenos se
alejan
CONFORMACIONES (ANÁLISIS CONFORMACIONAL)
TEMA IV: ALCANOS
Son compuestos cíclicos cuyos anillos están formados sólo por átomos de
carbono. Como cada átomo de carbono está unido a dos hidrógenos,
responden a la fórmula general CnH2n. También se los suele llamar
compuestos alicíclicos (alifáticos cíclicos).
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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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).
INTRODUCCIÓN CICLOALCANOS
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
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.
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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NOMENCLATURA
Ciclopropano Ciclobutano
Ciclopentano Ciclohexano
Se antepone la palabra ciclo al nombre del alcano que corresponde según el
número de átomos de carbono.
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
En  caso  que  el  ciclo  esté  sustituido  se  nombran  los  sustituyentes  según  las  reglas
indicadas  previamente  asignando  a  la  posición  sustituida  el  menor número  posible.
Cuando  un  cicloalcano se  une  a  una  cadena alquílica de  mayor número  de  átomos
de  carbono  que  el  ciclo,  se puede nombrar el  ciclo como  sustituyente  alquílico  de la
cadena.
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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Los cicloalcanos con dos o más sustituyentes pueden poseer isomería
geométrica:
cis‐1,2‐dimetilciclopropano trans‐1,2‐dimetilciclopropano
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
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
PROPIEDADES FÍSICAS
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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Tienen p.eb. y p.f. más altos y
densidades mayores que los
correspondientes alcanos acíclicos
lineales, debido probablemente a
su mayor rigidez y simetría que
permiten unas fuerzas
intermoleculares de atracción
(London) más efectivas
P.Ebullición
P.Fusión
Densidad
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
ESTRUCTURA DE LOS CICLOALCANOS. Teoría de las tensiones
Las moléculas de los cicloalcanos son más inestables que las de los alcanos
líneales de igual número de átomos de carbono. Esa inestabilidad puede ser
cuantificada con ayuda de los calores de combustión y formación.
Se sabe que cada vez que añadimos un grupo CH2 a un alcano, su calor de combustión aumenta
aproximadamente 157,4 Kcal/mol. Esta regla sólo la cumple con exactitud el ciclohexano.
(CH2)n
n
Calculado Experimental
Diferencia
(Tensión total)
Tensión por CH2
3 -472.2 -499.8 27.6 9.2
4 -629.6 -655.9 26.3 6.6
5 -787.0 -793.5 6.5 1.3
6 -944.4 -944.5 0.1 0.0
7 -1101.8 -1108.2 6.4 0.9
8 -1259.2 -1269.2 10.0 1.3
9 -1416.6 -1429.5 12.9 1.4
10 -1574.0 -1586.0 14.0 1.4
11 -1731.4 -1742.4 11.0 1.1
12 -1888.8 -1891.2 2.4 0.2
14 -2203.6 -2203.6 0.0 0.0
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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En el caso del ciclopropano la combustión es más exotérmica de lo
esperado. Esto quiere decir que la molécula de ciclopropano es más
energética de lo esperado. En otras palabras: la molécula de
ciclopropano es menos estable de lo esperado.
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
Los calores de formación de propano y ciclopropano confirman el mayor
contenido energético de la molécula del segundo
Mientras que el propano es 25 Kcal/mol menos energético que sus elementos en
condiciones estándar, el ciclopropano es casi 13 Kcal/mol más energético en esas mismas
condiciones.
Los cicloalcanos pequeños son más inestables de lo que cabía esperar
considerándolos como alcanos “normales”.
¿Cuál es el origen de esa anormalidad?
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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Los átomos de carbono en los alcanos acíclicos
presentan ángulos de enlace de 109.5º. Un
cicloalcano requiere por su geometría ángulos de
enlace diferentes de 109.5º, los orbitales de sus
enlaces carbono‐carbono no pueden conseguir un
solapamiento óptimo y el cicloalcano estará
afectado de una tensión angular.
El ángulo interno del ciclopropano es de 60º,. El
enlace C‐C es mucho más débil HºC‐C = 65
kcal/mol) que en un alcano lineal
Los hidrógenos de carbonos contiguos
están eclipsados. Esto confiere una
tensión torsional . En los acíclicos los
hidrógenos pueden adoptar una
conformación alternada donde se
minimicen sus interacciones estéricas y
orbitálicas
Teoría de las tensiones. Adolf Won Baeyer (Premio Nobel en 1905)
Los cicloalcanos son menos estables debido a las tensiones producidas en el anillo
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
CICLOPROPANO
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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CONFORMACIONES DEL CICLOHEXANO
El ciclohexano es especial puesto que no tiene tensión de anillo. Probablemente esta
es la causa de que sea una unidad muy abundante en sustancias naturales. ¿Por qué?
Si el ciclohexano fuera plano, el anillo
tendría un ángulo interno de 120º, muy
inadecuado para un hibridación sp3.
Además, todos los hidrógenos estarían
eclipsados
En realidad el ciclohexano no es plano
sino que adopta una conformación
denominada silla, donde los ángulos
internos son próximos a los ideales de la
hibridación sp3. En esta conformación
todos los hidrógenos están alternados.
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
En el ciclohexano se distinguen dos tipos de
enlaces con átomos de hidrógeno según su
posición relativa dentro de la molécula:
- Ecuatoriales: dispuestos a lo largo del
plano ecuatorial de la molécula (6)
- Axiales: dispuestos perpendicularmente al
plano de la molécula (3 + 3)
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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La interconversión entre los dos confórmeros
silla, provoca que los hidrógenos sean al 50 %
axiales y ecuatoriales
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS
Conformación de bote
Tensión en enlaces
Dos enlaces eclipsados
Dos hidrógenos con
problemas estéricos
Conformación de bote torcido
Pequeña tensión en enlaces
Dos enlaces parcialmente
eclipsados
Dos hidrógenos con pequeños
Conformación de silla
Sin tensión en enlaces
Sin enlaces eclipsados
Hidrógenos sin
Debido a la libertad de giro de los enlaces simples
C‐C el ciclohexano tiene otras conformaciones
además de la de silla
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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La consecuencia de este movimiento de inversión de la conformación silla es que las posiciones
axiales pasan a ser ecuatoriales y viceversa. Esto es especialmente relevante cuando el anillo de
ciclohexano posee sustituyentes.
La silla es el conformero mayoritario a temperatura ambiente
CICLOALCANOS
TEMA IV: ALCANOS

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