quimica13 la química del carbono

La Química del Carbono: Hidrocarburos

13.- LA QUÍMICA DEL CARBONO

13.1.- Introducción. ............................................................................... 31413.1.1.- Definición del concepto orgánico...................................................... 31413.1.2.- Tipos de enlaces del carbono.............................................................. 314

a) Hibridación sp3........................................................................ 314b) Hibridación sp2 y sp................................................................. 216

13.2.- Hidrocarburos: Definición y clases. ............................................ 317

13.3.- Alcanos. ........................................................................................ 31813.3.1.- Estructura y nomenclatura …………...……...……………………… 31813.3.2.- Propiedades físicas y químicas …………...…...…………………… 321

13.4.- Alquenos. ..................................................................................... 32413.4.1.- Estructura ……………….....………………...…...……...…………. 32413.4.2.- Nomenclatura …………………..……………...…………………… 32413.4.3.- Propiedades físicas ……………………..………...………………… 32513.4.4.- Reacciones químicas de los alquenos ……..……………………….. 325

13.5.- Alquinos. ....................................................................................... 32713.5.1.- Estructura y nomenclatura …………...…...………………………… 32713.5.2.- Propiedades físicas. ………………...………...…………………….. 32713.5.3.- Reacciones químicas ………………......…………………………… 327

10.6.- Hidrocarburos aromáticos. ......................................................... 32813.6.1.- Reacciones químicas del benceno ……….......…………………….. 33013.6.2.- Orientación de las reacciones ………………...…………………….. 331

13.7.- Polímeros de adición. ................................................................... 333

13.8.- Problemas y cuestiones. ............................................................... 334

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13.1.- Introducción.

13.1.1.- Definición del concepto orgánico.

El número de compuestos que forma el carbono es muy superior al del conjunto del resto de los elementos. Ello obliga a un estudio por separado.

En la antigüedad se conocían sustancias como el ácido acético que por hallarse en los organismos vivos se suponía que sólo podía obtenerse en ellos por medio de unas "fuerzas vitales".

Con el nombre de "Química Orgánica" se empezaron a estudiar todos los compuestos presentes en un organismo vivo.

En 1828, Wohler sintetizó en el laboratorio la urea CO(NH2)2, lo que estaba en contradicción con los pensamientos de aquella época, es decir, con la teoría de la "fuerza vital".

Hoy en día, se pueden sintetizar en el laboratorio la mayoría de las sustancias orgánicas, por esa razón la Química Orgánica ha pasado a llamarse la Química del Carbono, ya que generalmente estos compuestos tienen enlaces C-C y C-H.

El extraordinario número de compuestos de carbono conocidos (más de 1'1 millones frente a 50.000 inorgánicos) se debe al carácter particular del mismo como más tarde comentaremos.

13.1.2.- Tipos de enlaces del Carbono.

El carbono es un elemento que pertenece al grupo IVb y tiene una configuración electrónica de 1s2, 2s2, 2p2. Dicha configuración presenta 4 electrones de valencia que utiliza para formar 4 enlaces covalentes, puesto que perder los 4 electrones o ganar otros 4 para completar su última capa requiere demasiada energía.

La gran variedad de los compuestos del carbono que existen es debida a su gran facilidad para unirse consigo mismo formando enlaces C-C muy fuertes y de gran estabilidad con una variedad de casi infinita de disposiciones. Esto es lo que hace que el carbono sea un elemento único. Además, también tiene facilidad para unirse a otros no metales (H, O, N, Cl, F, Br, I, P y S principalmente).

El carbono en los compuestos orgánicos actúa siempre como un elemento tetravalente, (con valencia 4), mientras que en los inorgánicos actúa como divalente, (carbonatos y óxidos).

a) Hibridación sp3.

El carbono en su estado fundamental tiene una estructura electrónica de:

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Según ésto, el carbono sólo podría formar dos enlaces porque tiene sólo dos electrones desapareados. Se supone que cuando el carbono reacciona, un e- del nivel 2s pasa al 2p vacío adquiriendo una configuración:

pero, además los cuatro enlaces son iguales, por lo que el orbital s y los 3 orbitales p se homogeneizan, se hibridan, y de los cuatro orbitales atómicos de partida se forman 4 orbitales idénticos (cada uno de ellos tiene una parte de s y tres de p, por lo que se denomina una hibridación sp3). Los 4 orbitales híbridos tienen idéntica energía, y se disponen de forma que el núcleo del átomo de carbono ocupa el centro de un tetraedro y los átomos a los que se une cada uno de sus vértices como se ve en la figura:

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b) Hibridación sp² y sp.

El carbono también puede formar dobles y triples enlaces:

Enlace distancia C - C (A) Energía (Kcal/mol)

C - C 1’54 58’6C = C 1’33 100’0C C 1’19 123’0

hay que observar que para romper el doble enlace no se necesita el doble de energía que para romper el simple enlace, sino algo menos, lo que indica que no deben ser idénticos sino que uno debe ser más débil que el otro. Esto se debe a que sólo se hibridan el orbital s y 2 orbitales p, quedando el otro orbital p como en el átomo original (hibridación sp2). Los tres orbitales híbridos tienen una disposición triangular plana (120º) y el orbital p que queda sin hibridar, se dispone formando un ángulo de 90º con el plano que contiene los 3 orbitales híbridos, tal y como muestra la figura:

entonces, entre dos átomos de carbono existen un enlace entre dos orbitales híbridos (uno de cada átomo) y otro enlace entre los orbitales p que han quedado sin hibridar, quedando dos orbitales híbridos de cada átomo para poderse enlazar a otros átomos:

son moléculas planas, impidiéndose el giro, lo que da lugar a la isomería geométrica ya que:

son compuestos con la misma fórmula pero que incluso poseen distintos puntos de ebullición.

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En el triple enlace se produce una hibridación sp (sólo se homogeneizan un orbital s y otro p, quedando 2 orbitales p como en el átomo original):

se forman por lo tanto dos enlaces entre los orbitales p sin hibridar y otro entre uno de los dos orbitales híbridos, quedando otro para poderse enlazar a otros elementos:

En el triple enlace la molécula es lineal, que también tiene imposibilidad de rotar:

13.2.- Compuestos hidrocarbonatos: Definición y clases.

La familia más sencilla de los compuestos orgánicos son los formados únicamente por carbono e hidrógeno. Estos compuestos reciben el nombre de hidrocarburos. Se pueden clasificar según el tipo de hibridación de los orbitales de enlace del carbono.

- sp3 Alcanos- sp2 Alquenos- sp Alquinos- sp2 Aromáticos (dobles enlaces alternados)

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13.3.- Alcanos.

13.3.1.- Estructura y nomenclatura.

Los alcanos, o también llamados parafinas, pueden representarse por la fórmula general:

Cada átomo de carbono distribuye sus orbitales orientándolos hacia los vértices de un tetraedro (hibridación sp3). A medida que aumenta el número de carbonos se disponen espacialmente en forma de zig-zag, tal y como se muestra en la figura de la derecha que representa al hidrocarburo de 8 átomos de carbono (octano).

Si la cadena es lineal, el hidrocarburo se nombra con un prefijo indicando el número de átomos de carbono existentes y el sufijo -ano:

Nombre nº de átomos de C Fórmula semidesarrolladaMetano 1 CH4

Etano 2 CH3 - CH3

Propano 3 CH3 - CH2 - CH3

Butano 4 CH3 - (CH2)2 - CH3

Pentano 5 CH3 - (CH2)3 - CH3

Hexano 6 CH3 - (CH2)4 - CH3

Heptano 7 CH3 - (CH2)5 - CH3

Octano 8 CH3 - (CH2)6 - CH3

Nonano 9 CH3 - (CH2)7 - CH3

Decano 10 CH3 - (CH2)8 - CH3

Undecano 11 CH3 - (CH2)9 - CH3

Dodecano 12 CH3 - (CH2)10 - CH3

Tridecano 13 CH3 - (CH2)11 - CH3

Tetradecano 14 CH3 - (CH2)12 - CH3

Eicosano 20 CH3 - (CH2)18 - CH3

A partir del propano, en el siguiente compuesto (C4H10), se pueden presentar dos posibilidades, la cadena lineal o ramificada:

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Isómeros son compuestos diferentes con la misma fórmula.

- 4 átomos de carbono 2 isómeros- 7 átomos de carbono 9 isómeros- 14 átomos de carbono 1858 isómeros

Debe existir una nomenclatura adecuada para poderlos nombrar a todos. Para ello tenemos que seguir los siguientes pasos:

1. Establecer la cadena más larga del compuesto a considerar y si existen varias posibilidades, la más sustituida.

2. Nombrar los sustituyentes : Los sustituyentes se nombrarán de acuerdo con el hidrocarburo de idéntico número de átomos de carbono cambiando su terminación -ano por la de -il o -ilo. Hay que tener en cuenta que los radicales ramificados más sencillos tienen nombres especiales:

Fórmula del radical nombre del hidrocarburo nombre del radical

Metano Metil

Etano Etil

Propano Propil

propano isopropilo

metilpropano isobutilo

butano secbutilo

metilpropano terbutilo

propeno vinilo

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3. Numerar la cadena principal : La cadena principal se numera de un extremo al otro escogiendo aquel sentido en el que se dé a los sustituyentes el número más bajo posible.

4. Cuando hay varios sustituyentes idénticos , se agrupan indicando con un prefijo el número de ellos, (di, tri, tetra ... ), pero numerándolos todos según sus posiciones.

en el ejemplo que nos ocupa hay dos metil, ambos en el carbono 2 y un etil en el carbono 4.

5. Los sustituyentes se nombran por orden alfabético (sin incluir el prefijo multiplicativo) y a continuación el nombre del hidrocarburo correspondiente a la cadena principal. Los números que indican las posiciones de los sustituyentes se separan por comas, y las ramificaciones por guiones:

6. Cuando el sustituyente es a su vez ramificado se nombran sus ramificaciones como sustituyentes, empezando a nombrar los átomos de carbono por el más cercano a la cadena principal. Por ejemplo:

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7. Si la cadena de átomos de carbono es cerrada se llama con el prefijo ciclo y el nombre del hidrocarburo con el mismo número de átomos de carbono.

13.3.2.- Propiedades físicas y químicas.

Los alcanos con menos átomos de carbono son gases. El pentano ya es líquido a temperatura ambiente. A medida que el peso molecular aumenta, su punto de fusión aumenta y también su punto de ebullición y su densidad (en el caso de líquidos).

Una ramificación hace descender el punto de ebullición en unos 8-10 ºC, (los isómeros tienen puntos de ebullición diferentes).

Los ciclo alcanos (CnH2n) tienen propiedades similares a los hidrocarburos del mismo número de átomos de carbono, aunque su punto de ebullición es algo superior.

Los hidrocarburos saturados son especialmente inertes en la mayoría de las reacciones químicas. No obstante reaccionan con halógenos a elevadas temperaturas y con ayuda de catalizadores dando lugar a derivados halogenados. La reacción no conduce a un único derivado halogenado sino a varios:

CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4

En condiciones severas de presión y temperatura, los hidrocarburos de alto peso molecular se rompen en fragmentos más pequeños. Este proceso se llama "cracking" y es de mucho interés para la obtención de la gasolina (octano) a partir de hidrocarburos de mayor número de átomos de carbono.

Pero la reacción por excelencia de los hidrocarburos es la combustión; se combinan con oxígeno (arden) para dar dióxido de carbono y agua liberando gran cantidad de energía:

CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 n CO2 + (n+1) H2O

Esta reacción constituye la base de todas las aplicaciones de los hidrocarburos como combustibles y sobre ella se basa nuestra economía, salud y bienestar. El calor liberado va aumentando de forma regular al aumentar el número de carbonos del hidrocarburo (unos 660´44 KJ/mol por cada grupo -CH2-. El metano tiene una entalpía de combustión de –886´16 KJ/mol; el etano de –1.569´14 KJ/mol: el propano – 2.219´58 y así sucesivamente, el decano –6.771,60 KJ/mol.

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La fuente principal de los hidrocarburos es el petróleo que se encuentra a profundidades variables tanto en sedimentos terrestres como submarinos, sometido a grandes presiones. El petróleo se puede definir como materia orgánica formada fundamentalmente por hidrocarburos líquidos, con otros gaseosos y sólidos en disolución, acompañada muchas veces de agua salada. Se trata de hidrocarburos, desde el metano hasta especies complejas con más de 40 átomos de carbono que no pueden destilarse sin una descomposición previa.

La complejidad y número enorme de especies presentes en el petróleo obliga a considerarlo como un conjunto de fracciones, entendiendo por tales las partes en que prácticamente puede dividirse el petróleo por razón de la distinta volatilidad de los diferentes

hidrocarburos que lo componen. Además de hidrocarburos se hallan también presentes compuestos que contienen Oxígeno, Nitrógeno y Azufre.

El producto que mana de los pozos es un líquido más o menos denso, viscoso y negruzco al que acompañan cantidades importantes de gas desorbido al disminuir la presión del yacimiento. En el propio campo petrolífero se priva al “crudo” del agua y los sólidos interpuestos, pero todavía es necesario, frecuentemente, eliminar los gases disueltos, pues hacen peligroso y difícil su transporte. Esta operación se llama estabilización, y se aprovecha para

separar los gases de mayor volatilidad.

El crudo estabilizado se trata en las refinerías de acuerdo con el destino que se fije para los productos obtenidos. La cantidad de cada uno de ellos que se obtenga dependerá, en gran medida, de la constitución molecular, o sea, de la “base” del crudo.

El trabajo en la refinería tiene un cuádruple objetivo:

a) Separar el crudo en varias fracciones acomodadas a las necesidades del mercado (gasolinas, gasóleo, queroseno, parafinas, etc.) a lo que se llama fraccionamiento.

b) Modificar (generalmente aumentar) las proporciones de las fracciones volátiles, como la gasolina, mediante la operación llamada craqueo, a expensas de las fracciones más pesadas.

c) Variar la naturaleza de los hidrocarburos componentes de las fracciones volátiles (gasolinas) para elevar su calidad de carburante (su octanaje), mediante el craqueo catalítico (reforming).El índice de octano u octanaje es una escala que se utiliza para comparar el poder antidetonante de las gasolinas. Los niveles de referencia son el heptano (nivel 0) y el isooctano (nivel 100). Según esto, una gasolina de 95 octanos tiene el mismo poder antidetonante que una mezcla del 95 % de isooctano y el 5% de heptano. Hay gasolinas que superan el nivel 100, es decir son más antidetonantes que el isooctano puro.

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Las gasolinas de cadena lineal son más detonantes que las que tienen compuestos ramificados o cíclicos. La adición de algunos compuestos químicos mejora el poder antidetonante de las gasolinas. El más utilizado es el tetraetil plomo. Sin embargo, últimamente se ha determinado que se dejen de utilizar ya que la contaminación consiguiente por plomo es muy peligrosa.

d) Eliminar de las fracciones los componentes indeseables, proceso al que se llama genéricamente refino y especialmente desulfuración, desparafinado, desalfaltado, etc.

Existen otras dos fuentes de hidrocarburos que, aunque menos importantes que el petróleo, son dignas de mención:

1. Gas natural : Es una mezcla de hidrocarburos de entre 1 y 8 átomos de carbono. El metano, con un porcentaje de al menos el 80% constituye casi toda la mezcla, y los demás hidrocarburos registran porcentajes decrecientes. El gas natural, conducido por gaseoductos a las ciudades, es el principal componente del gas ciudad. Con frecuencia se separan previamente por licuefacción el propano y el butano que se comercializan en bombonas a presión.

2. Carbón : El carbón también es un combustible fósil procedente de los restos vegetales de otras épocas geológicas. Si se calienta un trozo de carbón en condiciones adecuadas (proceso que se conoce como destilación seca del carbón), se descompone originando tres productos principales:

a) Gas de alumbrado (o gas de coquerías): Mezcla constituida por aproximadamente un 50% de Hidrógeno (H2), un 30 % de metano (CH4), un 8% de monóxido de carbono (CO) y cantidades inferiores de otros hidrocarburos, Nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2) entre otros. Se utiliza como combustible. Hace muchos años era muy empleado en el gas ciudad pero en la actualidad existe la tendencia de sustituirlo por gas natural ya que es mucho más limpio.

b) Coque : es el residuo sólido que deja el carbón. Contiene toda la materia mineral del carbón pero principalmente carbono libre. Esto hace que sea un combustible limpio (sin humos) y por lo tanto muy apreciado.

c) Alquitrán : líquido negro y viscoso de olor desagradable formado por una mezcla de muchos hidrocarburos aromáticos. Constituye la fuente principal de este tipo de compuestos aromáticos, (ya que en el petróleo y el gas natural predominan los hidrocarburos saturados). Sometido a destilación fraccionada, se pueden separar benceno, tolueno, xileno, naftaleno, fenol, antraceno, etc., también aceites pesados destinados a combustibles en motores diésel y en calefacción, y como residuo una pez negruzca que se utiliza para impermeabilizar edificios y pavimentar carreteras.

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El carbón más utilizado es la hulla (producto natural que contiene de entre un 74 y un 90 % de Carbono). La hulla tiene la ventaja de que produce un coque de gran calidad, pero sobre todo porque su alquitrán es una fuente rica en los hidrocarburos aromáticos muy utilizados en la industria química. En la siguiente tabla aparecen los datos de los productos obtenidos en la destilación seca de la hulla (por cada 1000 Kg):

Destilación de la hulla (por cada 1000 Kg)Producto Cantidad

Carbón de coqueAlquitránBenceno, tolueno, xilenosAmoniacoGas de alumbrado

750 Kg30 – 35 Kg7 – 12 Kg1 – 3 Kg

300 – 500 m3

13.4.- Alquenos.

13.4.1.- Estructura.

Los alquenos son hidrocarburos con algún carbono con hibridación sp2, es decir tienen algún doble enlace. Los más sencillos tienen la fórmula CnH2n.

Según la posición del doble enlace pueden ser alquenos interiores o terminales presentando pequeñas diferencias de reactividad.

13.4.2.- Nomenclatura.

La forma de nombrarlos es igual que los alcanos del mismo número de átomos de carbono pero indicando la posición del doble enlace y cambiando la terminación -ano por -eno. Por ejemplo:

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13.4.3.- Propiedades físicas.

Los puntos de ebullición de los alquenos son ligeramente inferiores al de su alcano correspondiente. Sin embargo al no poder tener el doble enlace un movimiento de rotación se presenta la isomería cis - trans. Consiste en que si los sustituyentes de un carbono unido a un doble enlace son diferentes pueden dar lugar a compuestos diferentes, según la disposición espacial que adopten. Por ejemplo:

Se aplica la denominación trans cuando los dos grupos más voluminosos están en contraposición y cis si están en idéntica posición.

13.4.4.- Reacciones químicas de los alquenos.

La presencia de un doble enlace le da a la molécula una reactividad mucho mayor que la de los alcanos.

a) Reacciones de adición al doble enlace:

1.- Adición de halógenos:

Por ejemplo:

Esta reacción es muy fácil de realizar a temperatura ambiente y es típica para diferenciar alcanos de alquenos.

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2.- Adición de hidrácidos:

Por ejemplo:

La adición de los halógenos se verifica por el carbono más sustituido (regla de MarKownikoff):

3.- Hidrogenación del doble enlace:

Se realiza con hidrógeno gaseoso y en presencia de un catalizador adecuado, (Níquel si la presión es alta y Platino o Paladio a presiones ordinarias).

b) Oxidación del doble enlace:

Es una reacción muy utilizada para conocer la posición del doble enlace. Los agentes oxidantes más utilizados son el ozono (O3), y el permanganato potásico (KMnO4) en medio ácido.

Los alquenos terminales dan el ácido con un carbono menos y CO2:

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Los dobles enlaces internos dan dos cetonas (o una cetona y un aldehído):

13.5.- Alquinos.

13.5.1.- Estructura y nomenclatura.

Son moléculas que tienen carbonos con hibridación sp (tienen triples enlaces). La forma de nombrarlos es igual que los alcanos pero cambiando la terminación -ano por -ino:

13.5.2.- Propiedades físicas.

El punto de ebullición aumenta con respecto a los alcanos:

Compuesto Peb (ºC) Compuesto Peb (ºC)Butano - 0’5 Propano - 42'1

1 Buteno - 6’3 Propeno - 47'71 Butino 8’3 Propino - 23'2

13.5.3.- Reacciones químicas.

Las reacciones de los alquinos son muy similares a las de los alquenos por ejemplo la adición de Bromo:

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13.6.- Hidrocarburos aromáticos.

La característica común de todos los hidrocarburos aromáticos es que presentan un anillo cíclico de seis átomos de carbono con tres enlaces dobles alternados y sin embargo no presentan las reacciones típicas de los alquenos (adición y oxidación del doble enlace).

Kekule propuso en 1865 las dos estructuras siguientes para la molécula aromática más sencilla, el Benceno:

Supuso que la molécula real era un intermedio entre las dos. Posteriormente se observó que el benceno es plano y que todos sus carbonos son equivalentes siendo la distancia C-C de 1'39 A. La moderna teoría de orbitales moleculares, explica la estructura del benceno suponiendo que los orbitales p de los átomos de carbono crean una densidad electrónica continua paralela al plano del anillo y los electrones de dichos orbitales p, están deslocalizados a lo largo del anillo lo que hace que estos supuestos dobles enlaces no sean atacados. Entonces la estructura del benceno se representará de la siguiente forma:

Esta deslocalización de electrones hace que la molécula sea muy estable, lo que podría demostrarse de la siguiente manera:

H = - 28'6 Kcal/mol

Si hubiese tres dobles enlaces: H = - 28'6 x 3 = - 85'8 Kcal/mo

Sin embargo para el benceno:

H = - 49'8 Kcal/mol

lo que indica que la molécula es más estable ya que se desprende menos energía en la reacción.

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Los principales hidrocarburos aromáticos son:

Compuesto Nombre Pfusión (ºC)

Pebullición (ºC)

Densidad a 20 ºC (gr/cm3 )

Benceno 5,5 80,1 0,879

Tolueno - 9,5 110,6 0,867

o - xileno - 25,2 144,4 0,880

m - xileno - 47,9 139,1 0,864

p - xileno 13,3 138,4 0,861

Bifenilo 69,2 254 -------

Estireno - 30,6 145,2 0,906

Naftaleno 80,3 218 -------

Antraceno 216,2 340 -------

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13.6.1.- Reacciones químicas del benceno.

No presenta reacciones de adición al doble enlace, pero las reacciones de sustitución si son relativamente fáciles:

a) Halogenación:

Estas reacciones se realizan en ausencia de luz y en presencia de un catalizador (suele ser tricloruro de aluminio AlCl3).

Todas estas reacciones de sustitución consisten en la formación de un catión altamente reactivo:

y luego:

con lo que el catalizador se recupera.

b) Sulfonación:

Se realiza tratando el benceno con ácido sulfúrico:

c) Nitración:

Se realiza tratando el benceno con ácido nítrico:

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d) Reacción de Friedel - Crafts :

Es una reacción de sustitución que consiste en la introducción de un grupo alquilo o alconilo en el núcleo bencénico:

donde X es un halógeno que normalmente es el cloro.

13.6.2.- Orientación en las reacciones.

Puede ser que en las reacciones de sustitución no intervenga el benceno sino uno de sus derivados como el tolueno, el nitrobenceno, etc. En estos casos, una nueva reacción de nitración o sulfonación por ejemplo, ¿introduce el grupo sustituyente en cualquier posición o hay alguna preferencia?.

Dependiendo del sustituyente que ya tenga el benceno, éste atraerá hacia él o repelerá los electrones deslocalizados del anillo bencénico, por lo que el resto de los átomos de carbono tendrán una mayor o menor densidad de carga electrónica, por ejemplo:

Entonces en el caso del tolueno y el fluorobenceno al tener los carbonos situados en orto y para mayor densidad de carga electrónica el catión atacante tendrá mayor preferencia por estas posiciones y en el caso del nitrobenceno ocurrirá lo contrario. Vamos a verlo con algunos ejemplos:

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si hacemos reaccionar el tolueno con ácido nítrico, las sustituciones irán con mayor preferencia a las posiciones “– orto” y “– para”:

en cambio, si hacemos reaccionar el nitrobenceno con ácido nítrico, la sustitución irá de forma preferente a la posición “– meta”:

En la siguiente tabla se muestra el efecto de algunos sustituyentes comunes sobre la reacción de sustitución:

Orientaciones a Orto y Para Orientaciones a Meta- R - COOH

- OH - COR- OR - NO2

- NH2 - SO3H- NHR- NR2

- NHCOR- X (halógenos)

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13.7.- Polímeros de adición.

Un grupo de aplicación industrial de gran interés en la química de los alquenos, lo constituye la formación de los polímeros de adición. Un polímero de adición puede definirse como una gran molécula formada por la adición de un elevado número de moléculas simples (monómeros) de uno o más alquenos por rotura de dobles enlaces. Por ejemplo, el polietileno se obtiene por polimerización del etileno (eteno), cuya reacción global es:

Existen muchas maneras de realizar la polimerización del etileno. Todas ellas llevan a un mismo grupo que se repite y sólo difieren en la naturaleza de los grupos terminales y en el valor de "n" que puede ir desde 5000 hasta varios millones, con una consistencia que va desde ceras hasta la de productos muy duros y rígidos.

Estos polímeros son muy inertes a los agentes químicos, aunque es algo sensible a la oxidación provocada por rayos ultravioleta. Se emplea como aislante en la industria eléctrica, fabricación de botellas, juguetes, tejidos, etc.

Otros polimeros muy conocidos son los siguientes:

- El teflón se obtiene por polimerización del tetrafluoretileno (CF2 = CF2), que es el plástico más resistente a los agentes químicos que se conoce por la fuerza del enlace C-F. Se utiliza fundamentalmente para revestimientos de metal de los utensilios de cocina.

- El policloruro de vinilo (PVC) se obtiene por la polimerización del cloroeteno (también llamado cloruro de vinilo). Es duro, quebradizo y rígido, y se utiliza para la fabricación de tubos, conducciones de agua y hace años para discos fonográficos.

- El polimetacrilato de metilo se obtiene por polimerización de metacrilato de metilo que es un polímero con excelentes propiedades ópticas. Se vende bajo nombres comerciales de Lucite, Plexiglas y Perspex.

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- El buna se obtiene de la polimerización del 1,3 butadieno que se utiliza para la fabricación del caucho sintético.

- La baquelita es una resina sintética obtenida por condensación de un fenol con el aldehído fórmico y que se emplea como sucedáneo del ámbar y del carey (materia córnea sacada del caparazón de algunas tortugas utilizada en marquetería y otras artes decorativas).

No todos los polímetros son sintéticos. Muchos compuestos naturales también lo son, por ejemplo, la seda, la lana, los almidones, la celulosa del algodón, las resinas, el caucho natural y hasta la propia la madera.

13.8.- Problemas y cuestiones.

652.- Escribe las fórmulas de todos los isómeros no cíclicos de los alquenos de fórmula molecular C5H10. Nómbralos correctamente según la IUPAC y para cada uno de ellos escribe una reacción de adición y nombra el producto obtenido.

653.- Formula los siguientes hidrocarburos:

a) 3-etil-2-metilhexano y) 4-etil-5-metil-1,2-hexadienob) 2,3-dimetilpentano z) 3-(1,1-dimetiletil)-1,4-pentadienoc) 4-etil-3,3-dimetilheptano aa) Ciclohexanod) 4-etil-3,3,4-trimetilheptano ab) Ciclopentanoe) 4-(1,2-dimetilpropil)-2,3-dimetiloctano ac) 1,3,5-trimetilciclohexanof) 3,7.dietil-2,5,5-trimetilheptano ad) Ciclooctanog) 4-etil-2,3,5-trimetilheptano ae) Ciclobutanoh) 4-etil-2,5,5-trimetilnonano af) 1,3-dimetilciclobutanoi) 4-etil-2,2,5-trimetilhexano ag) 1-etil-3-metil-5-ciclohexenoj) 4-(1,1-dimetiletil)-2-metiloctano ah)1,2-dimetilbenceno(o-dimetilbenceno)k) 2,2,5,5-tetrametilheptano ai) 1,3-dimetilbenceno(m-imetilbenceno)l) 2,2,3,3-tetrametilbutano aj) 1,3,5-trimetilbencenoll) 2,2-dimetilbutano ak) 1-metil-2-(1-metiletil)-bencenom) Propeno al) 1-etenil-3-metilbencenon) 2-buteno (1-metil-3-vinilbenceno)ñ) 4-metil-1-penteno all) 1-etenil-4-etilbencenoo) 3-etil-4metil-1-penteno (1-etil-4-vinilbenceno)p) 5,5-dimetil-3-hepteno am) 1-etil-3-metilbencenoq) 4-etil-5-metil-2-hexeno an) 1-metil-2,3-dipropilbencenor) 4-etil-3,6-dimetil-1-hepteno añ) 1-cloro-1-propenos) 3,4,4-trimetil-1-penteno ao) Tribromometanot) 4-etil-3,5-dimetil-2,4-heptadieno ap) 1,3-dibromobencenou) 6-etil-2-metil-1,3,6-heptatrieno aq) 4-cloro-2-pentenov) 4-etil-3-(1-metilpropil)-2-metil-1,3,5- ar) 1-cloro-2-metilbutano hexatrieno as) 1,2-diclorobencenow) 5.etil-3,3,6-trimetil-1,4,6-octatrieno at) 1,1-dibromo-2-butenox) 3-metil-1,4-pentadieno au) 1,3-dicloro-4-metil-5-ciclononano

334


654.- Escribe el nombre, según la IUPAC de los siguientes hidrocarburos:

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

m)

335


n)

ñ)

o)

p)

q)

r)

s)

t)

u)

v)

336


w)

x)

y) z)

aa) ab)

ac) ad)

ae) af)

ag) ah)

337


655.- Escribe tres reacciones características de los alquenos.

656.- Describe dos ejemplos de polímeros orgánicos, indicando a partir de qué monómeros se obtienen.

657.- Hidrocarburos etilénicos o alquenos. Escribe dos tipos de reacciones distintas que pueden dar estos hidrocarburos, comentando la importancia industrial de alguna de ellas.

658.- ¿De qué tipo es la reacción que se producirá entre el cloruro de hidrógeno y el 2-metil-1-buteno?. Nombra el producto resultante de la reacción.

659.- Escribe las fórmulas de todos los alquenos no cíclicos de fórmula molecular C4H8. Nómbralos. Para cada uno de ellos, formula una reacción de adición y nombra el producto obtenido.

660.- ¿Qué es el polietileno? ¿Cómo se obtiene? Indica alguna de sus propiedades.

661.- Disponiendo de una disolución de Br2, explica cómo podría averiguarse en el laboratorio si un hidrocarburo es o no saturado.

662.- Busca información sobre el petróleo. Tipos, composición y fracciones obtenidas en su destilación.

663.- Derivados halogenados. Da dos ejemplos e indica cuáles son sus aplicaciones.

664.- La reactividad química del bromo con propano es inferior a la que presenta frente al propeno y al propino.a) Explicar la diferencia de reactividad y formular la reacción en los tres casos, especificando las condiciones y tipo de reacción.b) Formular la reacción del agua con propeno.

338

quimica13 la química del carbono

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