7116810 quimica13 la quimica del carbono

7/27/2019 7116810 Quimica13 La Quimica Del Carbono

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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........................................................................ 314 b) 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 "fuerzasvitales".

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 encontradicción con los pensamientos de aquella época, es decir, con la teoría de la "fuerzavital".

Hoy en día, se pueden sintetizar en el laboratorio la mayoría de las sustanciasorgánicas, 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 tardecomentaremos.

13.1.2.- Tipos de enlaces del Carbono.

El carbono es un elemento que pertenece al grupo IVb y tiene una configuraciónelectrónica 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 granfacilidad para unirse consigo mismo formando enlaces C-C muy fuertes y de gran estabilidadcon una variedad de casi infinita de disposiciones. Esto es lo que hace que el carbono sea unelemento 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 electronesdesapareados. Se supone que cuando el carbono reacciona, un e - del nivel 2s pasa al 2p vacíoadquiriendo una configuración:

pero, además los cuatro enlaces son iguales, por lo que el orbital s y los 3 orbitales p sehomogeneizan, se hibridan, y de los cuatro orbitales atómicos de partida se forman 4 orbitalesidénticos (cada uno de ellos tiene una parte de s y tres de p, por lo que se denomina unahibridación sp3). Los 4 orbitales híbridos tienen idéntica energía, y se disponen de forma que elnúcleo del átomo de carbono ocupa el centro de un tetraedro y los átomos a los que se unecada 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 1’33 100’0

C ≡ C 1’19 123’0

hay que observar que para romper el doble enlace no se necesita el doble de energía que pararomper el simple enlace, sino algo menos, lo que indica que no deben ser idénticos sino queuno 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 orbitaleshíbridos tienen una disposición triangular plana (120º) y el orbital p que queda sin hibridar, sedispone 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 dosorbitales 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 yotro 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 dosorbitales 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 puedenclasificar 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 susorbitales orientándolos hacia los vértices de untetraedro (hibridación sp3). A medida que aumentael número de carbonos se disponen espacialmenteen forma de zig-zag, tal y como se muestra en lafigura de la derecha que representa alhidrocarburo de 8 átomos de carbono (octano).

Si la cadena es lineal, el hidrocarburo se

nombra con un prefijo indicando el número deátomos de carbono existentes y el sufijo -ano:

Nombre nº de átomos de C Fórmula semidesarrollada

Metano 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 ellotenemos 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 elhidrocarburo de idéntico número de átomos de carbono cambiando suterminación -ano por la de -il o -ilo. Hay que tener en cuenta que los radicalesramificados 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 alotro 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 prefijoel 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 elcarbono 4.

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

6. Cuando el sustituyente es a su vez ramificado se nombran sus ramificacionescomo 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 elnombre 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 atemperatura ambiente. A medida que el peso molecular aumenta, su punto de fusión aumenta ytambién 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 isómerostienen puntos de ebullición diferentes).

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

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

CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4

En condiciones severas de presión y temperatura, los hidrocarburos de alto pesomolecular se rompen en fragmentos más pequeños. Este proceso se llama "cracking" y es demucho 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 conoxígeno (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 comocombustibles y sobre ella se basa nuestra economía, salud y bienestar. El calor liberado vaaumentando 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´16KJ/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 vecesde 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 aconsiderarlo 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 diferenteshidrocarburos que lo componen. Además de hidrocarburosse hallan también presentes compuestos que contienenOxígeno, Nitrógeno y Azufre.

El producto que mana de los pozos es un líquido más omenos 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, perotodavía es necesario, frecuentemente, eliminar los gasesdisueltos, pues hacen peligroso y difícil su transporte. Estaoperación 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 paralos productos obtenidos. La cantidad de cada uno de ellos que se obtenga dependerá, en granmedida, 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 lasnecesidades del mercado (gasolinas, gasóleo, queroseno,

parafinas, etc.) a lo que se llama fraccionamiento.

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

c) Variar la naturaleza de los hidrocarburos componentesde las fracciones volátiles (gasolinas) para elevar sucalidad de carburante (su octanaje), mediante el craqueocatalítico (reforming).El índice de octano u octanaje es una escala que seutiliza para comparar el poder antidetonante de las gasolinas. Los niveles dereferencia son el heptano (nivel 0) y el isooctano (nivel 100). Según esto, unagasolina 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, esdecir son más antidetonantes que el isooctano puro.Las gasolinas de cadena lineal son más detonantes que las que tienen compuestosramificados o cíclicos. La adición de algunos compuestos químicos mejora el poder antidetonante de las gasolinas. El más utilizado es el tetraetil plomo. Sin embargo,

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últimamente se ha determinado que se dejen de utilizar ya que la contaminaciónconsiguiente por plomo es muy peligrosa.

d) Eliminar de las fracciones los componentes indeseables, proceso al que se llamagenéricamente 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 lamezcla, y los demás hidrocarburos registran porcentajes decrecientes. El gasnatural, conducido por gaseoductos a las ciudades, es el principal componentedel 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 restosvegetales de otras épocas geológicas. Si se calienta un trozo de carbón encondiciones adecuadas (proceso que se conoce como destilación seca delcarbón), 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 otroshidrocarburos, Nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2) entre otros. Seutiliza como combustible. Hace muchos años era muy empleado en el gas

ciudad pero en la actualidad existe la tendencia de sustituirlo por gasnatural 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 uncombustible limpio (sin humos) y por lo tanto muy apreciado.

c) Alquitrán : líquido negro y viscoso de olor desagradable formado por unamezcla de muchos hidrocarburos aromáticos. Constituye la fuente principalde este tipo de compuestos aromáticos, (ya que en el petróleo y el gasnatural predominan los hidrocarburos saturados). Sometido a destilaciónfraccionada, se pueden separar benceno, tolueno, xileno, naftaleno, fenol,antraceno, etc., también aceites pesados destinados a combustibles enmotores diésel y en calefacción, y como residuo una pez negruzca que seutiliza 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 un90 % de Carbono). La hulla tiene la ventaja de que produce un coque de gran calidad, perosobre todo porque su alquitrán es una fuente rica en los hidrocarburos aromáticos muyutilizados en la industria química. En la siguiente tabla aparecen los datos de los productosobtenidos 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 tienenalgún 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 decarbono 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 alcanocorrespondiente. 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 disposiciónespacial que adopten. Por ejemplo:

Se aplica la denominación trans cuando los dos grupos más voluminosos están encontraposición 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 quela 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 paradiferenciar 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 deMarKownikoff):

3.- Hidrogenación del doble enlace:

Se realiza con hidrógeno gaseoso y en presencia de un catalizador adecuado, (Níquel sila 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 agentesoxidantes más utilizados son el ozono (O3), y el permanganato potásico (KMnO4) en medioácido.

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 P eb (ºC) Compuesto P eb (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 laadición de Bromo:

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13.6.- Hidrocarburos aromáticos.

La característica común de todos los hidrocarburos aromáticos es que presentan unanillo 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 mássencilla, el Benceno:

Supuso que la molécula real era un intermedio entre las dos. Posteriormente se observóque el benceno es plano y que todos sus carbonos son equivalentes siendo la distancia C-C de1'39 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 electrónicacontinua paralela al plano del anillo y los electrones de dichos orbitales p, están deslocalizadosa lo largo del anillo lo que hace que estos supuestos dobles enlaces no sean atacados. Entoncesla estructura del benceno se representará de la siguiente forma:

Esta deslocalización de electrones hace que la molécula sea muy estable, lo que podríademostrarse 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 20ºC (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 sison relativamente fáciles:

a) Halogenación:

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

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

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 oalconilo 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 susderivados como el tolueno, el nitrobenceno, etc. En estos casos, una nueva reacción denitración o sulfonación por ejemplo, ¿introduce el grupo sustituyente en cualquier posición ohay alguna preferencia?.

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

Entonces en el caso del tolueno y el fluorobenceno al tener los carbonos situados enorto 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 conalgunos ejemplos:

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si hacemos reaccionar el tolueno con ácido nítrico, las sustituciones irán con mayor preferenciaa 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 lareacción de sustitución:

Orientaciones a Orto y Para Orientaciones a Meta

- R - COOH- OH - COR - OR - NO2

- NH2 - SO3H- NHR - NR 2

- 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, loconstituye la formación de los polímeros de adición. Un polímero de adición puede definirsecomo 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 polietilenose obtiene por polimerización del etileno (eteno), cuya reacción global es:

Existen muchas maneras de realizar la polimerización del etileno. Todas ellas llevan aun mismo grupo que se repite y sólo difieren en la naturaleza de los grupos terminales y en elvalor 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 laoxidación 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 delenlace 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 discosfonográficos.

- El polimetacrilato de metilo se obtiene por polimerización de metacrilato demetilo que es un polímero con excelentes propiedades ópticas. Se vende bajonombres 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 lafabricación del caucho sintético.

- La baquelita es una resina sintética obtenida por condensación de un fenol con elaldehído fórmico y que se emplea como sucedáneo del ámbar y del carey (materia

córnea sacada del caparazón de algunas tortugas utilizada en marquetería y otrasartes 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 cauchonatural 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 ellosescribe 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-hexadieno b) 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) Ciclobutano

h) 4-etil-2,5,5-trimetilnonano af) 1,3-dimetilciclobutanoi) 4-etil-2,2,5-trimetilhexano ag) 1-etil-3-metil-5-ciclohexeno

j) 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-metilbenceno

q) 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

78




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

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

m)

79




n)

80




ñ)

o)

p)

q)

r)

s)

t)

u)

v)

w)

81




x)

y) z)

aa) ab)

ac) ad)

ae) af)

ag) ah)

655.- Escribe tres reacciones características de los alquenos.

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

se obtienen.

82




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

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 Br 2, explica cómo podría averiguarse en el laboratoriosi un hidrocarburo es o no saturado.

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

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.

7116810 quimica13 la quimica del carbono

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