Al Canos

ALCANOS

PROPIEDADES FISICAS

 Los alcanos son volátiles, inflamables, combustibles, incoloros, y, generalmente, sin olor (el metano y algunos miembros superiores poseen un ligero olor aliáceo).

 Las fuerzas intermoleculares pueden producirse por interacciones entre las moléculas; son mucho más débiles que los enlaces covalentes, pero a menudo son las responsables de las propiedades físicas de los compuestos orgánicos. Este tipo de interacciones intermoleculares son de especial importancia en los estados condensados, situaciones en las que las moléculas están en íntimo contacto. Los puntos de fusión, de ebullición y las solubilidades de los compuestos orgánicos están determinados por la naturaleza de estas interacciones.

 Las fuerzas intermoleculares responsables de la formación de los estados condensados (sólidos y líquidos), y por tanto, de explicar las propiedades físicas de las sustancias (punto de fusión, punto de ebullición y solubilidad) son:

a) Interacciones dipolo-dipolo que se producen entre moléculas polares. b) Las fuerzas de dispersión de London, que afectan a todas las moléculas; pero

que son más importantes en moléculas no polares (alcanos). c) Enlaces puentes de hidrógeno que actúan en moléculas que tienen enlaces O-H,

N-H y F-H.

PUNTO DE EBULLICION:  El punto de ebullición de los alcanos son los más bajos, comparado con los

grupos funcionales polares de masa molar semejante, tales como los aldehídos, cetonas, alcoholes, etc., lo cual es razonable, debido a que los alcanos presentan débiles fuerzas de London. La Figura 1 muestra que el punto de ebullición aumenta con el número de carbonos y disminuyen con las ramificaciones. La adición de un grupo metileno, -CH2-, a la serie homóloga aumenta el punto de ebullición entre 20-30º C, a partir del n-hexano.  El incremento del punto de ebullición con el número de carbono se debe al

hecho del incremento del área superficial y la polarizabilidadde las moléculas. En tanto que, las ramificaciones compactan más a las moléculas, reduciendo el área superficial, incrementando además la distancia intermolecular, lo que se debilita las fuerzas de dispersión de London. PUNTO DE FUSION: La curva de los puntos de fusión de los n-alcanos de número par de átomos de carbono es ligeramente superior a la curva para los alcanos con número impar de carbonos. DENSIDAD: Los alcanos tienen densidades entre 0,7 – 0,8 g/mL, comparado con 1 g/mL para el agua. Como los alcanos son menos densos que el agua e insolubles en

ella, la mezcla de alcanos (por ejemplo gasolina) con agua se separa fácilmente en dos fases, quedando el alcano en la fase superior. Este hecho nos lleva a plantearles la pregunta ¿Combatiría un incendio en un almacén de gasolina con agua? La figura 3 muestra las densidades de n-alcanos a 20 oC, exceptuando, los cuatro primeros nalcanos, cuyas densidades se reportan en su punto de ebullición. 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.  PROPIEDADES QUIMICAS Y REACCIONES DE LOS ALCANOS 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 dióxido de carbono (CO2). La ecuación química es la siguiente: Todo alcano que se combina con O2 produce CO2, H2O y Energía. CnH2n+2 + O2 nCO2 + (n+1) H2O + Energía

Si contamos el número de átomos de cada elementos de los compuestos reaccionantesy 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:

EJEMPLO:

Una vez balanceada la ecuación es posible calcular el calor de combustión ( ) en Kcal/mol de un alcano. Calor de Combustión, se expresa en Kcal/mol. Para calcular el ( ) de un alcano se multiplica el número de electrones de valencia por la constante 26,05 Kcal/mol. 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 x 1 x (2n+2) para luego sumar: 4n + 2n + 2 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. Los alcanos de masa molecular elevada se pasan por tubos calentados entre 500 y 700 °C usando catalizadores, produciendo alcanos menores, alquenos e hidrógeno. Este tratamiento se usa para obtener gasolinas de alto octanaje. Halogenación: Los alcanos reaccionan con los halógenos, en presencia de luz solar o ultravioleta desde 250ºC hasta 400 ºC, produciendo derivados halogenados al sustituir uno o más hidrógenos por átomos del halógeno. Se usan catalizadores en forma de

peróxidos y temperaturas entre 250 y 400 °C. Produciendo halogenuros de alquilo y el ácido halogenado correspondiente, las mezclas son difíciles de separar. La halogenación ocurre en tres etapas que se ejemplificaran con la reacción de cloración del metano: Primera etapa: la energía luminosa o calórica produce la disociación de la molécula de cloro en dos átomos.

(58 Kcal) indica la cantidad de energía necesaria para romper el enlace. Segunda etapa: sustitución del hidrógeno por el cloro.

Tercera etapa: Se unen los radicales libres.

Ecuación neta: = - 25 Kcal por cada mol de metano convertido en clorometano, siendo por lo tanto una reacción exotérmica.

Nitratación: Los alcanos en estado gaseoso reaccionan con vapores de ácido nítrico a 420ºC para producir nitroderivados, la acción fuertemente oxidante del ácido nítrico transforma gran parte del alcano en dióxido de carbono y agua. Se lleva acabo con un oxidante como el ácido nítrico HNO3 a 420 °C.

MÉTODOS DE OBTENCIÓN

1- HIDROGENACIÓN

DE

ALQUINOS

Los alquinos se hidrogenan con dos equivalentes de hidrógeno, en presencia de un catalizador metálico finamente dividido, para formar alcanos. Los catalizadores más utilizados son: platino, paladio, rodio..

La hidrogenación es una reacción exotérmica, y el calor desprendido se ve afectado por los sustituyentes del alquino. Así, los alquinos internos desprenden menos calor al hidrogenarse que los terminales, debido a su mayor estabilidad por el fenómeno de la hiperconjugación.

2- REACCIONES DE ELIMINACIÓN Eliminación bimolecular - E2 Los haloalcanos reaccionan con bases fuertes formando alquenos.

La E2 es una reacción estereoespecífica ANTI Las eliminaciones bimoleculares (E2) tienen lugar a mayor velocidad si el grupo saliente está dispuesto anti con respecto al hidrógeno sustraido.

Eliminación unimolecular - E1 Las eliminaciones unimoleculares (E1) compiten con la sustitución nucleó fila unimolecular (SN1), formando alquenos.

El comportamiento nucleófilo del agua genera el producto de sustitución (SN1) mientras que el carácter básico da lugar al producto de eliminación (E1). El mecanismo de la reacción E1 transcurre con los siguientes pasos: Competencia sustitución/eliminación Sustratos primarios: Del carbono

parte una sóla cadena.

Los sustratos primarios dan SN2 con buenos nucleófilos, como son: I-, Cl-, Br-, NH3, N3-, CN-, HS-, CH3S-, OH-, CH3O-, NH2-.

3- DESHIDROGENACIÓN CATALÍTICA. La eliminación de hidrógeno a partir de un hidrocarburo es un importante proceso industrial. La deshidrogenación se lleva a cabo a temperaturas elevadas sobre catalizadores compuestos normalmente de óxidos metálicos. La tecnología de este tipo de procesos catalíticos continuos es muy sofisticada. Los factores críticos para controlar los rendimientos y los productos secundarios son la temperatura, la composición del catalizador y la velocidad de flujo a través del reactor. El vapor de agua y el nitrógeno son dos gases portadores utilizados para arrastrar los productos de partida y los productos de reacción (entre ellos hidrógeno) a través del catalizador. La naturaleza y concentración de estos gases "inertes" son a menudo variables importantes de la reacción.

4- DESHALOGENACIÓN En las reacciones de 1,2-eliminación más comunes, el protón es uno de los dos grupos que se pierde. Cuando en un sustrato están presentes dos átomos de halógeno, la reacción con base puede conducir a una doble deshidrohalogenación. El ciclohexadieno se prepara de esta manera a partir del 1,2-dibromociclohexano. No obstante, si se trata el mismo 1,2-dihalogenuro con yoduro potásico, un reactivo relativamente no básico, se obtiene ciclohexeno, una monoolefina. La eliminación de dos átomos de halógeno produce una deshalogenación.

La deshalogenación mediante ion yoduro es un proceso estereoespecífico que transcurre con un curso estereoquímico anti. El yoduro actúa de la misma manera que la base en la deshidrohalogenación. En esta reacción E2, la pérdida de los dos átomos de halógeno está sincronizada con la formación del doble enlace.

El ion yoduro y el cinc metálico son los reactivos más comúnmente utilizados para la deshalogenación. 5- DESHIDROHALOGENACION Un proceso para la deshidrohalogenación de alcanos halogenados, el cual implica poner en contacto un alcano halogenado que tenga 3 o más átomos de carbono, con un catalizador de haluro de tierra rara u oxihaluro de tierra rara, bajo condiciones del proceso suficientes para preparar un alqueno ó un alquenohalogenado. El proceso convierte los alcanos halogenados de bajo valor, que son subproductos de los procesos de cloración industriales, en alquenos y alquenoshalogenados de más alto valor.Por ej emplo, el 1,2-dicloropropano se puede deshidroclorar predominantemente hasta cloruro de alilo y 1-cloropropeno con poca producción de 2-cloropropeno de bajo valor. El 1, 2,3-tricloropropano se puede deshidroclorar predominantemente hasta1, 3dicloropropeno, que es útil en fumigantes del suelo.