QUÍMICA GENERAL: ORGÁNICA CAPITULO 3

CAPÍTULO 3

HIDROCARBUROS. GENERALIDADES.

Son compuestos constituidos exclusivamente por carbono e hidrógeno. Atendiendo a la estructura de la cadena carbonada, pueden ser:

a) Acíclicos. Son hidrocarburos de cadenas hidrocarbonadas abiertas.

Existen dos tipos de cadenas abiertas:

– Cadenas lineales: los átomos de carbono pueden escribirse en línea recta.

Ej.: CH₃ –CH₂–CH₂–CH₃ butano

– Cadenas ramificadas: están constituidos por dos o más cadenas lineales enlazadas.

La cadena lineal más larga se denomina "cadena principal"; las cadenas que se enlazan con ella se llaman "radicales".

Ej.:

CH₃ –CH––CH––CH₂–CH₃ 3–etil–2–metilpropano

| |

CH₃ CH₂–CH₃

b) Cíclicos. Son hidrocarburos de cadenas carbonadas cerradas, formadas al unirse dos átomos terminales de una cadena lineal. Las cadenas carbonadas cerradas reciben el nombre de ciclos.

Ej.:

H₂C––CH₂

| | ciclobutano

H₂C––CH₂

Existe un tipo muy especial de hidrocarburos cíclicos: son los hidrocarburos aromáticos, llamados así porque muchos de ellos tienen olores fuertes. Presentan un anillo o ciclo con enlaces sencillos y dobles alternados (enlaces conjugados), lo que confiere al compuesto una gran estabilidad. El hidrocarburo aromático por excelencia es el benceno:

/ \\

CH CH

|| | benceno (C₆H₆)

CH CH

\ //

A continuación estudiamos los hidrocarburos clasificados en función del tipo de enlace que tienen: simple, doble o triple. Los hidrocarburos correspondientes se llaman, respectivamente, alcanos, alquenos y alquinos.

3.1.– HIDROCARBUROS SATURADOS, PARAFINAS O ALCANOS.

Se llaman hidrocarburos saturados o "alcanos" los compuestos formados por carbono e hidrógeno, que son de cadena abierta y tienen solo enlaces simples.

3.1.1.– Alcanos de cadena lineal.

Su fórmula empírica general es C_NH_2N+2, siendo N el número de átomos de carbono. Forman series homólogas. Se llama así a un conjunto de compuestos con propiedades químicas similares y que se diferencian en el número de átomos de carbono de la cadena.

Para nombrar estos compuestos se usa un prefijo, que indica el número de átomos de carbono que tiene, y la terminación –ano , que es general para todos los hidrocarburos saturados. Los prefijos para los 4 primeros términos de la serie son : met– (1 C), et– (2 C), prop– (3 C) y but– (4 C). Para el resto, el prefijo es el correspondiente numeral griego: pent–, hex–, hept–, oct–, non–, etc Ejemplos:

CH₄ CH₄ H–C–H metano

H H

| |

C₂H₆ CH₃ –CH₃ H–C–C–H etano

| |

H H

H H H

| | |

C₃H₈ CH₃ –CH₂–CH₃ H–C–C–C–H propano

| | |

H H H

H H H H

| | | |

C₄H₁₀ CH₃ –CH₂–CH₂–CH₃ H–C–C–C–C–H butano

| | | |

H H H H

C₅H₁₂ CH₃ –CH₂–CH₂–CH₂–CH₃ pentano

C₆H₁₄ CH₃ –(CH₂)₄–CH₃ hexano

C₇H₁₆ CH₃ –(CH₂)₅–CH₃ heptano

C₈H₁₈ CH₃ –(CH₂)₆–CH₃ octano

C₉H₂₀ CH₃ –(CH₂)₇–CH₃ nonano

C₁₀H₂₂ CH₃ –(CH₂)₈–CH₃ decano

C₁₁H₂₄ CH₃ –(CH₂)₉–CH₃ undecano

C₁₂H₂₆ CH₃ –(CH₂)₁₀–CH₃ dodecano

C₁₃H₂₈ CH₃ –(CH₂)₁₁–CH₃ tridecano

Los compuestos siguientes de la serie se llaman: tetradecano (14), pentadecano (15), hexadecano (16), heptadecano (17), octadecano (18), nonadecano (19), eicosano (20), eneicosano (21), docosano (22), tricosano (23), tetracosano (24) ..., triacontano (30) ..., tetracontano (40), etc.

Radicales univalentes de los hidrocarburos lineales saturados.

Antes de formular los hidrocarburos ramificados, es necesario estudiar los "radicales". Los radicales son grupos de átomos que se obtienen por pérdida de un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo. Los radicales que se obtienen quitando un hidrógeno terminal a un hidrocarburo saturado se nombran sustituyendo la terminación –ano por –il o –ilo.

Molécula Radical Nombre del radical

CH₄ CH₃ – metil o metilo

CH₃ –CH₃ CH₃ –CH₂– etil o etilo

CH₃ –CH₂–CH₃ CH₃ –CH₂–CH₂– propil o propilo

CH₃ –CH₂–CH₂–CH₃ CH₃ –CH₂–CH₂–CH₂– butil o butilo

CH₃ –CH₂–CH₂–CH₂–CH₃ CH₃ –CH₂–CH₂–CH₂–CH₂– pentil o pentilo

Y asi sucesivamente.

Pueden existir radicales ramificados. Para nombrarlos se considera que hay grupos metilo unidos a una cadena radical más larga. Se indica el carbono al que está unido el grupo metilo, por un número "localizador" que se obtiene numerando la cadena, asignando el 1 al carbono que ha perdido el átomo de hidrógeno. Dicho número localizador se escribe delante del nombre del radical, separado de él por un guión.

Ejemplos:

_{4 3 2 1}

CH₃ –CH₂–CH₂–CH– 1–metilbutilo

CH₃

_{4 3 2 1}

CH₃ –CH₂–CH–CH₂- 2–metilbutilo

CH₃

_{4
3 2 1}

CH₃ –CH–CH₂–CH₂– 3–metilbutilo

CH₃

Existen radicales con nombres tradicionales muy usados, admitidos por la IUPAC. Son:

CH₃ –CH–CH₂– isobutilo (2–metilpropilo)

CH₃

CH₃ –C–CH₂– neopentilo (2,2–dimetilpropilo)

CH₃

CH₃ –CH₂–CH₂–CH– sec–butilo (1–metilbutilo)

CH₃

CH₃ –CH₂–C– terc–pentilo (1,1–dimetilpropilo)

CH₃

3.1.2.–Alcanos de cadena ramificada.

Para nombrar estos hidrocarburos se procede de la siguiente manera:

* Se elige como cadena principal la cadena lineal que tenga mayor número de átomos de carbono.

* Se numera la cadena elegida de un extremo a otro, de tal forma que se asignen los números más bajos a los carbonos que poseen ramificaciones.

* Se nombran los radicales por orden alfabético precedidos de su número localizador, y se acaba con el nombre de la cadena principal acabado en –ano.

Ejemplos:

_{7 6 5 4 3 2 1}

CH₃ –CH₂–CH₂–CH––CH––CH–CH₃ 4–etil–2,3–dimetilheptano

| | |

CH₂ CH₃ CH₃

CH₃

CH₃ –C–CH₂–CH–CH₃ 2,2,4–trimetilpentano

| |

CH₃ CH₃

* Al nombrar los radicales por orden alfabético, no se tienen en cuenta los prefijos di–, tri–, etc.

* Cuando hay varias cadenas con igual número de átomos de carbono, se elige como principal:

Primero: aquella que tenga el mayor número de cadenas laterales.

Segundo: si hay varias, aquella cuyas ramificaciones tengan localizadores más bajos.

Ejemplo:

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

| | | |

CH₃ –CH–CH–CH₂–CH–CH––CH––CH₂–CH₃ 5–(1,3–dimetilbutil)–2,3,6,7–tetrametilnonano

CH–CH₂–CH–CH₃

| |

CH₃ CH₃

3.2.– HIDROCARBUROS CON DOBLES ENLACES, OLEFINAS O ALQUENOS.

Son hidrocarburos que presentan uno o más dobles enlaces entre los átomos de carbono. La fórmula general, para compuestos con un solo doble enlace, es C_NH_2N

Ejemplo: CH₂=CH–CH₂–CH₃

3.2.1.– Alquenos con un solo enlace doble.

Se nombran con las siguientes normas:

* Se elige la cadena más larga que contiene el doble enlace y se sustitu– ye la terminación –ano del alcano correspondiente, por –eno .

* Se numera la cadena a partir del extremo más cercano al doble enlace. El localizador de éste es el menor de los dos números de los carbonos que lo soportan.

* La posición del doble enlace se indica mediante el número localizador, que se coloca delante del nombre.

Ejemplo:

_{1 2 3 4 5}

CH₃ –CH=CH–CH₂–CH₃ 2–penteno

* Si es ramificado, se toma como cadena principal la más larga de las que contienen el doble enlace. Se numera de forma que al doble enlace le corresponda el localizador más bajo posible. Los radicales se nombran como en los alcanos.

Ejemplos:

CH₃

_{1 2 3} ₄|_{5 6}

CH₃ –CH=CH–CH–CH–CH₃ 4,5–dimetil–2–hexeno

CH₃

CH₃ –CH=C––CH––CH₃ 3,4–dimetil–2–hexeno

CH₂–CH₃

CH₃ CH₃

| |

CH₃ –CH=CH–CH––CH––C–CH₃ 4–etil–5,6,6–trimetil–2–hepteno

| |

CH₂ CH₃

CH₃

3.2.2.– Alquenos con varios dobles enlaces.

Cuando un hidrocarburo contiene más de un doble enlace, se utilizan para nombrarlos las terminaciones: –adieno, –atrieno, etc., en lugar de –eno. Se numera la cadena de forma que los dobles enlaces tengan los localizadores más bajos posible.

Ejemplo:

_{1 2 3 4 5 6 7}

CH₃ –CH=CH–CH=CH–CH₂–CH₃ 2,4–heptadieno

Si el compuesto tiene ramificaciones, se nombran como en los alcanos, pero eligiendo como cadena principal la que contenga el mayor número de dobles enlaces, aunque no sea la más larga.

Ejemplo:

CH₃

CH₃ –CH=C=C––C=CH₂ 2–etil–3–metil–1,3,4–hexatrieno

CH₂–CH₃

3.2.3.–Radicales univalentes de los alquenos lineales.

Se obtienen a partir de los alquenos, quitandoles un hidrógeno de un carbono terminal. Al numerar la cadena el carbono con la valencia libre recibe el número 1. Se nombran acabando en –enilo.

Ejemplos:

CH₂=CH– etenilo o vinilo

CH₃ –CH=CH– 1–propenilo

CH₃ –CH=CH–CH₂– 2–butenilo

CH₃ –CH=CH–CH=CH– 1,3–pentadienilo

3.3.– HIDROCARBUROS CON TRIPLE ENLACE, ACETILENOS O ALQUINOS.

Son hidrocarburos que presentan uno o más triples enlaces entre los átomos de carbono. La fórmula general, para los compuestos con un solo triple enlace, es C_NH_2N–2.

Ejemplo: CH₃ –CºC–CH₂–CH₃

3.3.1.– Alquinos con un solo triple enlace.

Se nombran de acuerdo con las siguientes reglas:

* Se elige la cadena más larga del hidrocarburo que contiene el triple enlace y se canbia la terminación –ano por –ino .

* Se numera la cadena a partir del extremo más próximo al triple enlace.

La posición de éste se indica mediante el número localizador, que será el menor de los números que corresponden a los átomos de carbono unidos por el triple enlace. El localizador se pone delante del nombre.

Ejemplos:

CHºCH etino o acetileno

_{1
2 3 4
5}

CH₃ –CºC–CH₂–CH₃ 2–pentino

* Si el hidrocarburo es ramificado, se toma como cadena principal la más larga que contenga al triple enlace. Se numera de forma que corresponda al triple enlace el número más bajo posible. Los radicales se nombran como en los alcanos.

Ejemplos:

_{1 2
3 4}

CHºC–CH–CH₃ 3–metil–1–butino

CH₃

_{7 6 5 4 3
2 1}

CH₃ –CH––CH––CºC–CH₂–CH₃ 5,6–dimetil–3–heptino

| |

CH₃ CH₃

CH₂–CH₃

_{1 2 3 4
5}|₆

CH₃ –CH₂–CH₂–CºC–C––CH₂–CH₃ 6,6–dietil–4–nonino

CH₂–CH₂–CH₃

^{7 8 9}

3.3.2.– Alquinos con varios triples enlaces.

Si en un hidrocarburo existen más de un triple enlace, se usan para nombrarlos las terminaciones –adiino, –atriino, etc., en lugar de la terminación –ino. Se numera la cadena asignando a los carbonos con triple enlace los localizadores más bajos posibles.

Ejemplo:

CHºC–CºC–CºCH 1,3,5–hexatriino

Si el compuesto tiene radicales, éstos se nombran como en los alcanos, eligiendo como cadena principal la que tenga mayor número de triples enlaces.

Ejemplos:

_{1 2 3
4 5 6
7}

CH₃ –CºC–CºC–CH–CH₃ 6–metil–2,4–heptadiino

CH₃

_{1 2 3 4
5 6} |_{7 8
9}

CH₃ –CH––CºC–CºC–C––CH₂–CH₃ 2,7,7–trimetil–3,5–nonadiino

| |

CH₃ CH₃

3.3.3.– Radicales univalentes de los alquinos lineales.

Se obtinen a partir de los alquinos, por pérdida de un hidrógeno de un carbono terminal.

Al numerarlo, ese carbono recibe el número 1. Se nombran con la terminación –inilo.

Ejemplos:

CHºC– etinilo

CH₃ –CºC– 1–propinilo

CH₃ –CºC–CºC– 1,3–pentadiinilo

3.3.4.– Hidrocarburos no saturados con dobles y triples enlaces.

Si en un mismo hidrocarburo existen a la vez uno o más dobles enlaces y uno o más triples enlaces, se nombran primero los dobles enlaces y luego los triples, indicando su posición por medio de localizadores. Se suprime la "o" de la terminación –eno.

Se numera la cadena de forma que los localizadores de las insatu– raciones sean los más bajos posibles, independientemente de que sean dobles o triples enlaces, eligiendo siempre como cadena principal aquella que tiene el mayor número de insaturaciones, aunque no sea la más larga.

Ejemplos:

_{7 6
5 4 3 2
1}

CHºC–CH₂–CH=CH–CºCH 3–hepten–1,6–diino

_{1
2 3 4}

CH₂=CH–CºCH 1–buten–3–ino

_{1 2
3 4 5 6 7}

CHºC–CH=CH–CH=CH–CH₃ 3,5–heptadien–1–ino

CH₂–CH₂–CH₃

CHºC–C=C–CH=CH₂ 3–etil–4–propil–1,3–hexadien–5–ino

CH₂–CH₃

3.4. – HIDROCARBUROS CICLICOS.

Son hidrocarburos de cadena cerrada. Según tengan o no insaturaciones, y éstas sean dobles o triples enlaces, pueden ser:

* Cicloalcanos: ciclos con solo enlaces sencillos.

* Cicloalquenos: ciclos con algún enlace doble.

* Cicloalquinos: ciclos con algún enlace triple.

3.4.1.– Hidrocarburos cíclicos saturados o CICLOALCANOS.

Los átomos de carbono están unidos solo por enlaces sencillos. Su fórmula general es C_NH_2N.

Se nombran anteponiendo el prefijo ciclo al nombre del alcano de cadena abierta de igual número de átomos de carbono.

Ejemplos:

CH₂

CH₂ CH₂––CH₂ CH₂ CH₂

/ \ | | | |

CH₂––CH₂ CH₂––CH₂ CH₂ CH₂

CH₂

ciclopropano ciclobutano ciclohexano

También se peden representar así:

3.4.2.– Radicales de los cicloalcanos.

Al salir un átomo de hidrógeno de un cicloalcano, se obtiene un radi cal, que se nombra como en los acíclicos, es decir con la terminación –ilo.

Ejemplos:

CH– CH₂––CH– CH₂ ––CH₂

/ \ | | | |

CH₂––CH₂ CH₂––CH₂ CH₂ CH₂

CH–

ciclopropilo ciclobutilo ciclopentilo

3.4.3.– Cicloalcanos con ramificaciones.

Los cicloalcanos sustituidos (que tienen radicales unidos al anillo), se nombran como derivados de los hidrcarburos cíclicos. El ciclo se numera de forma que salgan los localizados más bajos a los radicales. En casos sencillos se pueden nombrar como derivados de un compuesto de cadena abierta.

Ejemplos:

CH₃ CH₃ CH₃

| | |

-CH₂–CH₃ -CH₃

| |

CH–CH₃ CH₂–CH₃

CH₃

1–etil–2–metil– 1–metil–4–isopro– 4–etil–1,2–dimetil–

ciclohexano pilciclohexano ciclohexano

3.4.4.–Cicloalquenos y cicloalquinos.

Son hidrocarburos cíclicos con uno o más dobles enlaces, o uno o más triples enlaces. El ciclo se numera de forma que correspondan los números más bajos a las insaturaciones, prescindiendo de que sean enlaces dobles o triples. En caso de igualdad debe optarse por la numeración que asigne números más bajos a los dobles enlaces. Se nombran con el prefijo ciclo y la terminación –eno o –ino.

Ejemplos:

HC CH

H₂C CH

H₂C CH₂ H₂C CH

ciclobuteno 1,3–ciclohexadieno

3.5.–HIDROCARBUROS AROMATICOS.

Son compuestos cíclicos que guardan estrecha relación con el benceno, compuesto de fórmula empírica C₆H₆.

Recibieron este nombre porque la mayoría de ellos poseen olores penetrantes. En la actualidad el término "aromático" expresa que el compuesto es más estable de lo esperado, y por tanto, menos reactivo. El término genérico de los hidrocarburos aromáticos es areno y los radicales derivados de ellos son los radicales arilo (Ar–).

El benceno es la base de estos compuestos; su fórmula se puede escribir de estos tres modos:

H–C C–H

El radical derivado del benceno, al quitarle un átomo de hidrógeno, se llama fenilo:

H–C C–

C₆H₅–

H–C C–H

fenilo

Los compuestos aromáticos que tienen sustituyentes, se nombran anteponiendo los

nombres de los radicales a la palabra benceno.

Ejemplos:

CH₃ CH₂–CH₃

Metilbenceno (tolueno) Etilbenceno.

Cuando hay dos sustituyentes, su posición relativa se indica mediante los números 1,2–, 1,3– y 1,4–, o mediante los prefijos orto (o–), meta (m–) y para (p–), respectivamente.

Ejemplos:

CH₃ CH₃ CH₃

CH₂–CH₃

1–etil–2–metilbenceno 1–etil–3–metilbenceno 1–etil–4–metilbenceno

orto–etilmetilbenceno meta–etilmetilbenceno para–etilmetilbenceno

o–etilmetilbenceno m–etilmetilbenceno p–etilmetilbenceno

Si hay tres o más sustituyentes, se numera el hidrocarburo de tal manera que estos radicales reciban los localizadores más bajos en conjunto.

Ejemplos:

CH₃ CH₃ CH₃

CH₂–CH₃ H₃C CH₃ CH₂–CH₃

CH₂–CH₃

CH₃ CH₂–CH₂–CH₃

2–etil–1,4–dime– 1–etil–2,3,4–tri– 2–etil–1–metil–4–pro–

tilbenceno metilbenceno pilbenceno

3.5.1.–Hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Existen muchos hidrocarburos policíclicos, que poseen anillos de benceno fusionados, es decir, con alguna de las aristas del hexágono comunes. Citemos algunos:

H H

| |