ALCANOS

Tipos de alcanos

Los alcanos son hidrocarburos (formados por carbono e hidrógeno) que solo contienen enlaces simples carbono-carbono. Se clasifican en lineales, ramificados, cíclicos y policíclicos.

Nomenclatura de alcanos

Los alcanos se nombran terminando en -ano el prefijo que indica el número de carbonos de la molécula (metano, etano, propano...)

Propiedades físicas de los alcanos

Los puntos de fusión y ebullición de alcanos son bajos y aumentan a medida que crece el número de carbonos debido a interacciones entre moléculas por fuerzas de London. Los alcanos lineales tienen puntos de ebullición más elevados que sus isómeros ramificados.

Isómeros conformacionales

Los alcanos no son rígidos debido al giro alrededor del enlace C-C. Se llaman conformaciones a las múltiples formas creadas por estas rotaciones.

Proyección de Newman

La energía de las diferentes conformaciones puede verse en las proyecciones de Newman. Así en el caso del etano la conformación eclipsada es la de mayor energía, debido a las repulsiones entre hidrógenos.

Diagramas de energía potencial

Las diferentes conformaciones de los alcanos se puede representar en un diagrama de energía potencial donde podemos ver que conformación es más estable (mínima energía) y la energía necesaria para pasar de unas conformaciones a otras.

Combustión de alcanos

Dada su escasa reactividad los alcanos también se denominan parafinas.  Las reacciones más importantes de este grupo de compuestos son las halogenaciones radicalarias y la combustión. La combustión es la combinación del hidrocarburo con oxígeno, para formar dióxido de carbono y agua.

http://www.quimicaorganica.net/alcanos.html

El metano se produce de forma natural por la descomposición de sustancias orgánicas en ambientes pobres en oxígeno. También se produce en el sistema digestivo de rumiantes y otros animales, en la explotación de combustibles fósiles, y en la quema de biomasa.

Aproximadamente la mitad de la producción de metano proviene de los sembradíos de arroz, de la actividad animal, y de la acción de los termitas. Una cuarta parte proviene de tierras pantanosas y húmedas. Un 15% de la producción industrial de gas natural y carbón mineral. Los rellenos de basura y otras sustancias orgánicas en descomposición contribuyen con un 5% de las emisiones de metano.

A largo plazo, el metano es mucho más preocupante como agente responsable del calentamiento global, que el dióxido de carbono ya que tiene un potencial de calentamiento global 62 veces mayor que este último.

El metano contribuye actualmente con el 15% del Calentamiento Global, excluido el efecto del vapor de agua. Se calcula que hacia fines del siglo XXI el efecto del metano habrá superado al producido por el dióxido de carbono.

Aparentemente la humanidad tiene una capacidad muy reducida para modificar estas cifras ya que medidas drásticas tales como la reducción de la cantidad de habitantes del planeta o de sus raciones alimentarías son imposibles, luego tendremos que concluir que es muy poco lo que la humanidad puede hacer para controlar el flujo de metano a la troposfera, salvo reducir pérdidas en gasoductos, que prácticamente no tienen incidencia a nivel atmosférico.

http://www.telefonica.net/web2/jgarciaf/cambio_climatico/Geosfera_Biosfera/metano.htm

HOMOLISIS, HETEROLISIS,

HOMOLISIS: Ruptura de un enlace químico en el que cada átomo participante del enlace retiene un electrón del par que constituía la unión formándose 2 radicales libres.¹

La energía necesaria para llevar a cabo la ruptura se conoce como "energía de disociación homolítica de enlace" y puede ser aportada, por ejemplo, por medio de radiación ultravioleta.

Otros tipos de ruptura de enlace, como la heterólisis, implican que una de las especies formadas retiene los dos electrones que formaban parte de la unión, quedando con una carga eléctrica neta negativa mientras la otra especie queda con una carga positiva.

http://es.wikipedia.org/wiki/Hom%C3%B3lisis

HETEROLISIS: En química, heterólisis o ruptura heterolítica (del Greek ἑτερος, heteros, "diferente," y λυσις, lusis, "ruptura") es la apertura de un enlace químico de una molécula neutral que genera un cation y un anión. En este proceso, los dos electrones que constituyen el enlace son asignados al mismo fragmento.

La energía involucrada en este proceso se denomina energía de disociación heterolítica de enlace. La apertura del enlace también es posible por un proceso denominado homólisis. En la heterólisis, se requiere energía adicional para separar el par iónico. Un solvente ionizante ayuda a reducir esta energía.

http://es.wikipedia.org/wiki/Heter%C3%B3lisis

                                                                                                                 

POLARIDAD EN ENLACE COVALENTE.....PUNTO DE FUSION, PUNTO DE EBULLICION

La polaridad química o solo polaridad es una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas en la misma. Esta propiedad está íntimamente relacionada con otras propiedades como la solubilidad, punto de fusión, punto de ebullición,fuerzas intermoleculares, etc. Una molecula polar puede ser NaCl que es muy polar y puede disociar con agua que a la vez es sumamente polar.

Al formarse una molécula de modo covalente el par de protones tiende a desplazarse hacia el átomo que tiene mayor electronegatividad. Esto origina una densidad de carga desigual entre los núcleos que forman el enlace (se forma un dipolo eléctrico). El enlace es más polar cuanto mayor sea la diferencia entre las electronegatividades de los átomos que se enlazan; así pues, dos átomos iguales atraerán al par de electrones covalente con la misma fuerza (establecida por la Ley de Coulomb) y los electrones permanecerán en el centro haciendo que el enlace sea apolar.

Pero un enlace polar no requiere siempre una molécula polar; para averiguar si una molécula es polar hay que atender a la cantidad de enlaces polares y la estructura de la molécula. Para ello es necesario determinar un parámetro físico llamado momento dipolar eléctricodel dipolo eléctrico. Se define como una magnitud vectorial con módulo igual al producto de la carga q por la distancia que las separa d, cuya dirección es la recta que las une, y cuyo sentido va de la carga negativa a la positiva. Esta magnitud es, por tanto, un vector; y la polaridad será la suma vectorial de los momentos dipolares de los enlaces.

De esta manera una molécula que solo contiene enlaces apolares es siempre apolar, ya que los momentos dipolares de sus enlaces son nulos. En moléculas diatómicas son apolares las moléculas formadas por un solo elemento o elementos con diferencia deelectronegatividad muy reducida.

Serán también apolares las moléculas simétricas por el mismo motivo. El agua, por ejemplo, es una molécula fuertemente polar ya que los momentos dipolares de los enlaces dispuestos en "V" se suman ofreciendo una 

Enlace Covalente Polar

En la mayoría de los enlaces covalentes, los átomos tienen diferentes electronegatividades, y como resultado, un átomo tiene mayor fuerza de atracción por el par de electrones compartido que el otro átomo. En general, cuando se unen dos átomos no metálicos diferentes, los electrones se comparten en forma desigual. Un enlace covalente en el que los electrones se comparten desigualmente se denomina enlace covalente polar.

El término polar significa que hay separación de cargas. Un lado del enlace covalente es más negativo que el otro. Para ilustrar una molécula que tiene un enlace covalente polar, consideremos la molécula de ácido clorhídrico.

Enlace Covalente en el Cloruro de Hidrógeno, HCl

Cuando un átomo de H se una a un átomo de Cl, se produce un enlace covalente polar simple:

El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso, es decir hierve. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido.¹ En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.

La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto deebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que lo componen).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo inducido opuentes de hidrógeno)

El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado líquido, es decir, se funde.

Al efecto de fundir un metal se le llama fusión (no podemos confundirlo con el punto de ebullición). También se suele denominar fusión al efecto de licuar o derretir congelada o pastosa o solida en líquida.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el Agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 °C a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.

El dispositivo de medición del punto de fusión M5000 es totalmente automático.

A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión es relativamente insensible a la presión y, por tanto, pueden ser utilizados para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar la pureza.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impuro sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama. Eventualmente, se alcanza un punto de fusión mínimo. El cociente de la mezcla que da lugar al punto de fusión posible más bajo se conoce como el punto eutéctico. perteneciente a cada átomo de temperatura de la sustancia a la cual se someta a la fusión.

La solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada. Su concentración puede expresarse enmoles por litro, en gramos por litro, o también en porcentaje de soluto (m(g)/100 mL) . El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C). En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como 'soluciones sobresaturadas'.

No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.

Entonces para que un compuesto sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener más de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.

El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.

medicina.usac.edu.gt/quimica/enlace/Enlace_Covalente_Polar.htm


es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullición



es.wikipedia.org/wiki/Polaridad_(química)

2.1 EL ENLACE QUÍMICO EN LOS COMPUESTOS DE CARBONO

2.1 Enlace Covalente

Un enlace covalente se produce por el compartimiento de electrones entre dos o más átomos. La diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficientemente grande como para que se efectúe una transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos no metales.

A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual depende del número atómico en cuestión. Entre los dos átomos puede compartirse uno, dos o tres electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, doble o triple. En la representación de Lewis, estos enlaces pueden representarse por una pequeña línea entre los átomos.

Enlace iónico

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17). En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose aniones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos. Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio. En la siguiente simulación interactiva están representados los átomos de sodio y cloro con solo sus capas externas de electrones.

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_ 

http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalente

1.1 COMPUESTOS AROMÁTICOS

Resonancia en el benceno

El benceno es un híbrido de resonancia de las dos estructuras de Kekulé. Esta representación implica que los electrones pi están deslocalizados, con un orden de enlace de 1,5 entre los átomos de carbono adyacentes. Las longitudes de los enlaces carbono-carbono del benceno son más cortas que las de los enlaces sencillos, y más largas que las de los dobles enlaces

La resonancia del benceno se puede representar dibujando un círculo dentro del anillo de seis miembros como una representación combinada

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS.

 

INTRODUCCIÓN

Los compuestos aromáticos abarcan una amplia gama de sustancias químicas de uno dos o más anillos altamente insaturados de fórmula C_nH_n que poseen propiedades químicas singulares.

La aromaticidad no es un atributo de los compuestos de C e H solamente, sino que también en su estructura pueden encontrarse otros átomos como oxígeno y nitrógeno constituyendo la gran familia de los compuestos heterocíclicos aromáticos.

En el siglo XVII, Kekulé propuso una estructura para el hidrocarburo más representativo de los aromáticos: el benceno C₆H₆

Estructura Nº1

Hay una gran estabilidad química asociada a la estructura del benceno y en general a todos los compuestos aromáticos. Esto es debido a que son estructuras químicas cíclicas, planas que poseen un número máximo de dobles enlaces conjugados permitiendo así una amplia deslocalización electrónica en su sistema p. Su estudio ha demostrado que los enlaces entre los átomos de carbono sucesivos son semejantes, es decir, no se puede distinguir entre enlace simple y enlace doble como en la estructura (A) De esta manera, la estructura del benceno, es un híbrido de resonancia entre las estructuras contribuyentes (C) y (D) La estructura (E) no es una mezcla de (C) y (D), sino que es una estructura que tiene características físicas y químicas ponderadas tanto de (C) como de (D):

Si la longitud del enlace simple C-C es de 1,54 x 10^-8 cm y la del doble C=C es 1,34 x 10^-8 cm, la longitud del enlace C-C aromático tiene un valor intermedio entre simple y doble de 1,39 x 10^-8 cm.

REPRESENTACIÓN DEL BENCENO.

Estas representaciones se encuentran a menudo en los textos de química orgánica. A la izquierda, una representación resonante de sus estructuras contribuyentes. La figura de la derecha, es la representación de un híbrido de resonancia que pone de manifiesto que la extensión de la deslocalización electrónica abarca el anillo completo. Se verá más adelante que una u otra de las formas (estructura Nº3) es útil para dar cuenta de las propiedades químicas de estos compuestos.

Otras estructuras aromáticas:

La estructura de la molécula de benceno es una de las más sencillas y recurrente entre los compuestos aromáticos, aunque tenemos también algunas otras (Estructura Nº4) que son un tanto más complejas con varios anillos insaturados:

Estas moléculas complejas suelen encontrarse a menudo en nuestro ámbito cotidiano de vida, por ejemplo, en el hollín de las chimeneas, en el alquitrán de los pavimentos urbanos, en el humo del tabaco, etc y son conocidas desde hace mucho tiempo como moléculas inductoras de algún tipo de cáncer. Ciertos policiclos aromáticos como el Benzo [ a ] pireno cuya estructura se muestra más abajo (Estructura Nº5), son capaces de producir alteraciones genéticas en sistemas biológicos, aún a muy bajas concentraciones.

Se supone que estas sustancias pro-carcinógenas, son transformadas por algún proceso enzimático en un carcinógeno activo, capaz de interaccionar con el ADN celular, alterando en ese momento el mensaje genético indispensable para la reproducción celular normal.

Algunos compuestos aromáticos heterocíclicos.

Todas estas moléculas cíclicas, contienen al menos un átomo diferente al carbono formando parte del anillo, el que puede ser de cinco o más átomos. Por ejemplo:

Algunas bases heterocíclicas aromáticas como la citosina, uracilo, adenina y guanina (Estructura Nº7) son componentes esenciales de los ácidos nucleicos.

Representación de la aromaticidad con orbitales moleculares y la regla de hückel (4n+2)

Como se dijo previamente, un compuesto aromático es un anillo con múltiples dobles enlaces conjugados. Los cálculos de Erich Hückel, (químico alemán del Instituto de Física Teórica de Stuttgard en la década de 1930) permitieron deducir que, al igual que aquellos átomos de los gases nobles, cuando sus orbitales atómicos estaban completos con sus respectivos pares de electrones, se obtenían estructuras de gran estabilidad, encontró que lo mismo sucede con las moléculas con sistemas electrónicos p conjugados y formando sistemas cíclicos o anillos. Estas estructuras también adquirían una estabilidad extraordinaria si sus orbitales moleculares se llenaban cada uno con un par de electrones con espín opuesto. Sin embargo había otra condición que debía cumplirse, estos sistemas p serán estables si el número de electrones p en la estructura cíclica cumple con la relación 4n + 2, donde n debe ser entero incluyendo además el valor cero. Es decir, n puede tomar valores 0, 1, 2, 3, 4, etc.

El valor de n=0 implica según Hückel un nivel básico y único susceptible de ser llenado con solo un par de electrones, el resto de los orbitales con energía creciente aparecen de a pares de niveles. Este nivel único y básico está presente en todos los sistemas aromáticos.

Por ejemplo: si los seis orbitales atómicos p del benceno, se combinan entre sí, tiene lugar la formación de seis orbitales moleculares; tres enlazantes y tres antienlazantes. Sus seis electrones ocuparán completamente y en parejas de espines opuestos, los tres orbitales inferiores enlazantes (Diagrama Nº1)

Otra de las condiciones que debe cumplirse en los aromáticos, es su coplanaridad. Los diferentes orbitales atómicos p deben ser paralelos entre sí y de esta manera, obtener su máxima superposición para poder deslocalizar con máxima efectividad los electrones sobre el total del sistema cíclico de dobles enlaces conjugados (Figura  Nº1). Esta condición obliga a que todos los átomos que forman parte del sistema aromático estén en un mismo plano.

Al aplicar aquella regla que dice que: “La mezcla de igual número de orbitales atómicos generan igual número de orbitales moleculares”, a los seis orbitales 2p del benceno, entonces, cuando estos seis orbitales atómicos 2p perfectamente paralelos, se mezclan entre sí, generarán seis orbitales moleculares,

Según Hückel entonces, se debería obtener la siguiente distribución de orbitales moleculares, niveles de energía y electrones para obtener el diagrama

Las estructuras aromáticas no deben ser consideradas solamente como moléculas neutras, y también pueden ser especies con carga eléctrica, y presentarse como, aniones o cationes

El ciclopropeno muestra una inusual tendencia a ceder un hidruro para así formar un carbocatión aromático ciclopropenilo mucho más estable que la molécula neutra.

Otro ejemplo

Por lo mismo, se ha encontrado que este hidrocarburo presenta también un inusual carácter ácido pK_a = 16, semejante a los alcoholes, valor que contrasta con la acidez que muestran los alcanos pK_a alrededor de 40 a 50. Esto se debería a la gran estabilidad que logra el anión al adquirir una estructura aromática.

Cuando no se cumple la regla del (4n + 2), se dice que estos compuestos cíclicos son anti aromáticos a pesar de tener dobles enlaces conjugados.

Y ninguna de ellas es aromática, puesto que no cumplen con la condición de tener un valor de n entero. Son estructuras poco estables.

Para (A) que tiene cuatro electrones p localizados en cuatro orbitales p se puede ver el siguiente diagrama de energía de orbitales moleculares:

De los cuatro orbitales moleculares hay dos entre ellos de igual energía (Diagrama Nº2). A esos orbitales isoenergéticos se les llama degenerados, en la jerga de los químicos teórico cuánticos. Los cuatro electrones deben ser colocados entonces, llenando los orbitales moleculares desde aquel de menor energía hacia arriba y aquellos orbitales degenerados o isoenergéticos deben ser llenados con un electrón cada vez. De esta manera hay dos electrones que quedan desapareados y la molécula no es aromática.

Una situación semejante se presenta en las otras dos moléculas que acompañan al ciclobutadieno. Demuestre usted ahora esa condición de no aromaticidad que presentan esas estructuras iónicas.

Otra estructura interesante es la que presenta el cicloheptatrieno:

La estructura (A) es una estructura plana, pero no cumple con la regla de (4n + 2), y posee electrones desapareados (ver diagrama Nº3) por lo tanto es anti-aromática.

La estructura (C) es una estructura plana, ya que, al perder un hidruro (protón con dos electrones) en el carbono sp³, este cambia a hibridación sp² quedando entonces un orbital vacío p paralelo al resto de los orbitales p del anillo conjugado. Cumple además con la regla de Hückel y por lo tanto es aromático.

Problema:

Si los pares de electrones no compartidos del nitrógeno que están en el pirrol y también en piridina, en un orbital atómico sp². ¿ Implica este hecho que ambas moléculas son aromáticas?. ¿Puede dar usted una explicación razonable en caso de que su respuesta sea afirmativa o negativa?

Nomenclatura de los compuestos aromáticos.

Los compuestos se conocen desde hace mucho tiempo, incluso, antes que aparecieran las reglas de la nomenclatura IUPAC, por esa razón, hay en la literatura actual numerosos ejemplos de nombres triviales en la química de esta familia. Por

IUPAC, acepta estos nombres no sistemáticos. Pero nombre sistemático de estos compuestos, lo define IUPAC como la combinación del nombre del sustituyente como prefijo del nombre benceno. Así por ejemplo (Vea la Tabla Nº1):

Sustituyente	Grupo funcional.	Nombre del compuesto.	Nombre común
Hidroxi	-OH	Hidroxibenceno	Fenol
Amino	-NH2	Aminobenceno	Anilina
Etenil	-CH=CH2	Etenilbenceno	Estireno

es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburo_aromático

es.wikipedia.org/wiki/Categoría:Compuestos_aromáticos

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