INFORME alifaticos

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES LABORATORIO DE QUIMICA ORGÁNICA FACULTAD DE INGENIERIA CURSO BÁSICO

INFORME Nº 5

HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS

1. OBJETIVOS:

o Estudio de las principales propiedades de los hidrocarburos alifáticoso Obtención del etileno y el acetilenoo Estudio y experimentación de las reacciones de estos hidrocarburos con otros

compuestos

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Hidrocarburos alifáticos saturados.

Concepto

Los hidrocarburos son compuestos formados exclusivamente por átomos de carbono e hidrógeno. Se obtienen a partir del petróleo o del gas natural mediante destilación fraccionada. Se dividen en: alifáticos, cíclicos y aromáticos. El carácter de aromaticidad se debe a la existencia de dobles enlaces conjugados en anillos cíclicos. Son saturados los hidrocarburos alifáticos cuyos átomos de carbono están unidos entre sí por enlaces sencillos. Cuando se unen mediante dobles o triples enlaces son hidrocarburos no saturados.

Los hidrocarburos son compuestos de carbono e hidrógeno que, atendiendo a la naturaleza de los enlaces, pueden clasificarse de la siguiente forma:Los hidrocarburos alifáticos no saturados son aquellos que presentan enlaces dobles o triples entre carbonos en su molécula. Cuando hay al menos un doble enlace, reciben el nombre de alquenos, olefinas o hidrocarburos etilénicos (por ser el etileno el más importante de la serie). Si existe al menos un triple enlace, se denominan alquinos o hidrocarburos acetilénicos (por el acetileno, primer miembro de la serie). Los hidrocarburos aromáticos son derivados del benceno y reciben este nombre porque muchos de ellos tienen un olor intenso y generalmente agradable.

¦ Saturados ¦ Alcanos ¦ Alifáticos ¦ ¦ ¦ ¦ Alquenos ¦ ¦ Insaturados ¦Hidrocarburos ¦ ¦ Alquinos ¦ ¦ Aromáticos

ALCANOS

El carbono se enlaza mediante orbitales híbridos sp3 formando 4 enlaces simples en disposición tetraédrica.

Nomenclatura 1.- Cadena más larga: metano, etano, propano, butano, pentano,... 2.- Las ramificaciones como radicales: metil(o), etil(o),... 3.- Se numera para obtener los números más bajos en las ramificaciones. 4.- Se escriben los radicales por orden alfabético y con los prefijos di-, tri-, ... si fuese necesario. 5.- Los hidrocarburos cíclicos anteponen el prefijo ciclo-


Propiedades físicas

Las temperaturas de fusión y ebullición aumentan con el número de carbonos y son mayores para los compuestos lineales pues pueden compactarse mas aumentando las fuerzas intermoleculares.Son menos densos que el agua y solubles en disolventes apolares.

Las principales propiedades de los hidrocarburos saturados son:

Los puntos de fusión y ebullición aumentan con el número de átomos de carbono. Los

valores más bajos corresponden a los hidrocarburos de cadena ramificada.

Nombre Punto de fusión (ºC) Punto de ebullición (ºC)

Metano 184 164

n-Butano 138 0,5

Metilpropano 145 11

n-Pentano 130 36

n-Hexano ?94 69

2,2,4-Trimetilpentano (isooctano) 109 99

n-Decano 30 174

Son insolubles en agua pero se disuelven en disolventes organicos tales como el eter,

benceno o sulfuro de carbono.

Su reactividad química es pequeña (de ahí el nombre de parafinas), debido a la alta

estabilidad del enlace C-H. En condiciones adecuadas se producen las reacciones de:

Combustión: es la reacción más importante. Es el fundamento del uso de los

hidrocarburos como combustibles al desprender una gran cantidad de energía. En todos los

casos se desprende dióxido de carbono y agua. La reacción del butano es:

2 C4H10 + 13 O2 ® 8 CO2 + 10 H2O + 2.640 kJ/mol

Craqueo: es la descomposición de los hidrocarburos en otros hidrocarburos de menor

número de átomos de carbono. Cuando se realiza con calor se denomina craqueo térmico. Si

tiene lugar mediante catalizadores es el craqueo catalítico. Esta reacción se utiliza para

obtener gasolinas a partir de otras fracciones petrolíferas más pesadas.


Halogenación: procede de sustituir un hidrógeno del hidrocarburo por un halógeno.

Para ello hay que irradiar adecuadamente la mezcla hidrocarburo-halógeno. La reacción

transcurre mediante radicales libres.

Propiedades químicas

Son bastantes inertes debido a la elevada estabilidad de los enlaces C-C y C-H y a su baja polaridad. No se ven afectados por ácidos o bases fuertes ni por oxidantes como el permanganato. Sin embargo la combustión es muy exotérmica aunque tiene una elevada energía de activación.Las reacciones más características de los alcanos son las de sustitución: CH4 + Cl2 ----> CH3Cl + HCl

También son importantes las reacciones de isomerización: AlCl3 CH3CH2CH2CH3 ------> CH3CH(CH3)2

Obtención de alcanosLa fuente más importante es el petróleo y el uso principal la obtención de energía mediante combustión.Algunas reacciones de síntesis a pequeña escala son: - Hidrogenación de alcanos:

Ni CH3CH=CHCH3 -----> CH3CH2CH2CH3

- Reducción de haluros de alquilo: Zn 2 CH3CH2CHCH3 ------> 2 CH3CH2CH2CH3 + ZnBr2

Reacciones

Las reacciones más importantes de los alcanos son la pirolisis, la combustión y la halogenación.

Pirolisis. Se produce cuando se calientan alcanos a altas temperaturas en ausencia de Oxígeno. Se rompen enlaces C-C y C-H, formando radicales, que se combinan entre sí formando otros alcanos de mayor número de C.

Halogenación

El Br es muy selectivo y con las condiciones adecuadas, prácticamente, se obtiene un sólo producto, que será aquel que resulte de la adición del Br al C más sustituido.


El flúor es muy poco selectivo y puede reaccionar violentamente, incluso explosionar, por lo que apenas se utiliza para la halogenación de alcanos.

La halogenación de alcanos mediante el Yodo no se lleva a cabo

ALQUENOS

Los alquenos contienen enlaces dobles C=C. El carbono del doble enlace tiene una hibridación sp2 y estructura trigonal plana. El doble enlace consta de un enlace sigma y otro pi. El enlace doble es una zona de mayor reactividad respecto a los alcanos. Los dobles enlaces son más estables cuanto más sustituidos y la sustitución en trans es más estable que la cis.

Nomenclatura 1.- Seleccionar la cadena principal: mayor número de dobles enlaces y más larga. Sufijo -eno. 2.- Numerar para obtener números menores en los dobles enlaces.


Las temperaturas de fusión son inferiores a las de los alcanos con igual número de carbonos puesto que, la rigidez del doble enlace impide un empaquetamiento compacto.

Punto de ebullición.Los puntos de ebullición de los alquenos no ramificados aumentan al aumentar la longitud de la cadena.Para los isómeros,el que tenga la cadena más ramificada tendrá un punto de ebullición más bajo.

Solubilidad.Los alquenos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno.

Estabilidad.Cuanto mayor es el número de grupos alquilo enlazados a los carbonos del doble enlace (más sustituido esté el dOble enlace) mayor será la estabilidad del alqueno.

SÍNTESIS

Los métodos más utilizados para la síntesis de los alqqenos son la deshidrogenación,deshalogenaciól,dehidratación y deshidrohalogenación,siendo estos dos últimos los má3 importantes.Todos ellos se basan en reacciones de eliminación que siguen el siguiente esquema general:

Y,Z pueden ser iguales,por ejemplo en la dechhdrogenación y en la deshalogenación.Y,Z también pueden ser diferentes como en la deshidratación y en la deshidrogenohalogenación.

Deshidrogenación.


Deshalogenación.

Deshidratación.

Deshidrohalogenación.

Mediante la deshidrateción y la deshidrohalogenación se puefe obtener más de un producto.Para determinár cual será el mayoritario se utiliza la regla de Saytzeff: "Cuando se produce una deshidratacyón o una deshidrohalogenación el doble enlace se produce preferentemente jacia el C más sustituido".

No todas las reacciones de deshidrohalogenación siguen la regla de Saytzeff.Cuando se utiliza una base muy voluminosa (tBuONa,LDA) siguen la regla de Hoffman, el doble enlace se produce preferentemente hacia el C menos sustituito.

Propiedades químicas

La reacciones más características de los amquenos son las de afición: 0 CH3-CH=CH-CH3 + XY ------> CH3-CHX-CHY-CH3

entre ellas destacan la hidrogenación, la halogenación, la hidrohalogenación y la hifratación. En estas dos últimas se sigue la regla de Markovnikov y se forman los derivados más sustituidos, debido a que el mecanismo transcurre mediante carbocationes y se forma el carbocatión más estable que es el más sustituido.Otra reacción importante es la oxidación con MnO4

- o OsO4 que en frío da lugar a un diol y en caliente a la ruptura del doble enlace y a la formación de dos ácidos.


Otra característica química importante son las reacciones de polimerización. Mediante ellas se puede obtener una gran variedad de plásticos como el polietileno, el poliestireno, el teflón, el plexiglas, etc. La polimerización de dobles enlaces tiene lugar mediante un mecanismo de radicales libres.

Obtención de alquenos

Se basa en reacciones de eliminación, inversas a las de adición: CH3-CHX-CHY-CH3 ------> CH3CH=CHCH3 + XYentre ellas destacan la deshidrogenación, la deshalogenación, la deshidrohalogenación y la deshidratación. Las deshidratación es un ejemplo interesante, el mecanismo transcurre a traves de un carbocatión y esto hace que la reactividad de los alcoholes sea mayor cuanto más sustituidos. En algunos casos se producen rearreglos de carbonos para obtener el carbocatión más sustituido que es más estable. De igual modo el alquenm que se produce es el más sustituido pues es el más estable. Esto provoca en algunos aasos la migración de un protón.

Reacciones

Las reacciO.e3 mÁs comunes de los alquenos son las reacciones de adición.En la adición puede intervenir un agente siMétraco8

o un agente asimétrico:

Cuando el agente asimétrico es un haluro de hidrógeno la adición cumple la regla de Markovnikov : "El halógeno se adiciona al átomo de carbono menos hidrogenado ", o lo que es lo mismo "el hidrógeno se adiciona al carbono más hidrogenado".La excepción ocurre en la adición del bromuro de hidrógeno en presencia de peróxidos,en este caso la reacción se produce de forma antimarkovnikov.

Tipo Re`cción sin/anti

Hidrogenacióncatalítica sin


Halogenación(X = Cl, Br) anti

Hidrohalogenación

(X = Cl, Br, I)(markovnikov)

Adición de HBrcon peróxidos

(antimarkovnikov)

Hidratación(markovnikov)

Hidroboración-oxidación

(antimarkovnikov)

Ozonólisis

Tratamiento con KMnO4

en caliente (1)


en caliente (2)



en caliente (3)


en caliente (4)


en caliente (5)

Epoxidación

ALQUINOS

Se caracterizan por tener enlaces t2iples. El carbono del enlac% triple se enlaza mediante 5na hibridaciól sp que da lugar a dos enlaces simples sigma formando 180 grados y dos enlaces pi. El deslocalizacisn de la carga en el triple enlace produce que los hidrógenos unidos a el tengan un carácter ácido y puedan dar lugar a alquiluros. El alquino mas característico es el acetileno HCCH, arde con una llama muy calientd ( 2800 oC) debido a que produce menos agua que absorbe menos calor.Sus propiedades físicas y químacas son similares a las de Los alquenos. Las reabcioneq más características con las de adición.

NomenclatUra 1.- Se consideran como dobles enlaces al elegir la cadena principal. 8 2.- Se numera dando preferencia a los dobles enlaces.


Como podría esperarse,las propiedades físicas de los alquinos son muy similares a las de loc alquenos y los alcanos.Los alquinos son ligeramefte solubles en agua aunque son algo más solubles que los alquenos y los alcanos.A semejanza de los alquenos y a|cans, los alquinos �son solubles en disolventes de baja polasiead,como te|racloruro de carbono,éter y alcanos.Los alquinos¬ al igual que los alquenos y los alcanos son menos densos que el agua.Los tres primeros alquinos son gases a temperatura ambiente.

Síntesis

Existen tres procedimientos para la obtención de alquinos:

Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo vecinales.


Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo geminales (gem-dihalogenuros).

Alquilacióî de alquinos.Se produce debido a la acidez del H en los alquinos terminales.Mediante åsta reacción se sintetizan alquinos internos a partir de alquinos terminales.Tiene lugar en dos etapas:

Para que se produzca esta última reacción es necesario utilizar haloalcanos primarios.

Reacciones

Muchas de las reacciones de los alquinos son reacciones de adición que siguen el siguiente esquema:

Otras de las reacciones de los alquinos se deben a la acidez del hidrógeno de los alquinos terminales.

Tipo Reacción

Hidrogenación


Hidro-halogenación(X = Cl, Br, I)(markovnikov)

Hidro-bromacióncon peróxidos(antimarkovnikov)


Hidroboración-oxidacaón(antimarkovnikov)

Halogenación(X = Cl, Br)

Ozonólisis

Tratamiento con

KMnO4 en caliente


Acidez dealquinosterminales

3. Metòdica experimental

o MATERIALES Y BEACTIOC

ITEM MATERIAL CARACTERÍSTICA CANTIDAD1 Balanza electrónica 12 matraz Con tapón (500ml) 23 PisEta 500 ml 14 Vaso de precipitado 100 ml 15 Espátula recda metálica 16 Papel tornasgl 4rozos7 Tubos de ensayo 108 Cepillo p/tubo 19 Gradilla 110 Rarilla de vidrio 111 Mechero 112 Rejilla de amianto 113 Tapón para tubos §!4 Vidrio reloj 1

15 Tubo pequeño de llave 1ITEM REACTIVK CARACTERÍSTICA CANTIDAD1 hexano 5 ml2 Permanganato de potasio 10 ml3 Tetracloruro de cArbono 5 ml4 Bromo 7 ml5 AlcOhol etílico 10 ml6 Ácido sulfúrico concentpado 25 ml7 Gralos de tierra de inbtsorioS 3 g8 Agua destilada 110 ml9 Dicromato de potasio 1 M 5 ml10 Yodo 1 Ml11 Carburo $E calcio 10 g12 Benceno 5 ml13 Agua de bromo 2 ml14 Sodio metálico Pequeños trmzos

4. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

ALCANOS

Alcano utilizado: n-hexano (C6H14 M.=86,18 )


* 2 CnH2n+2 + 3 (n+0) O2 2nCO2 ) 2 n+2) H2O + Calor

Se produce una llama azul con una pequeña punta aearilla( el el tubo queda Dióxido de Carbono

*

Al `rincipio el n-hexano eba incoloro y el permanganato de potasio lila No pierde su12color , después de la reaccisn el lila cambia de tonalidad a café y se precipita

* Bromo en Benceno

Agua12de Bromo ec de color anaranjado y además es 4óxico; el Bencenn es incoloro pero tiene un olor fuerte

Cuando se c5bre con algo oscuro entonces reacciona completamente Cuando se lleva a la luz ultravioleta en tonces se forma dos fases en la parte superior

un color naranja suave y la otra parte color incoloro

Mecanismo de halogenación:

Paso iniciador de la cadena

X2 2X

Pasos propagadores de la cadena

X· + RH HX + R·

R· + X2 RX + X·

C6H14 + Br* C6H13* + HBr

C6H13* + Br2 C6H13Br + Br*

C6H13Br + Br* C6H12Br* + HBr

C6H12Br* + Br2 C6H12Br2 + Br*

C7H12Br2 + Br* C6H11Br2* + HBr

Después de seguir con el mecanismo de halogenación queda

C6Br13* + Br2 C6Br14$+ Br*

Terminación:

2Br* Br2


C6H13* + Br* C6H13Br

ALQUENOS

* Obtención de etileno

Se arma un equipo correspondiente0para usta obtención y la ecuación química que se produce es:

* Propiedades del Etileno

Combustión completa : H2-C=C-H2 + O2 CO2 + H2O

Combustión incompleta: H2-C=C-H2 + O0 CO2 + CO + C + H2O

La llama que desprendió fue más amarillA con un poco de azul.

Se vuelve de un colo2 café tinto El olor es desagradable

Y se encuentra en estado líquido

Color rojo vivo No exirte presencia de precipitado

El estado en que se encuentra es líquido

Presenta un olor característico

La reacción se vuelve de un color Amarillo-anaranjado Sólo se puede apreciar una sola fase que está en estado líquido


El olor es parecido al de la Acetona

ALQUINOS

* Obtención de Acetileno

El acetileno, el compuesto más importante de la serie, se obtiene por hidrólisis del carburo

cálcico:

CaC2 + 2 H2O ------C2H2 + Ca(OH)2

* Propiedades del Acetileno

Combustión completa : H-C ≡ C-H + O2 CO2 + H2O

Coibustión incompleta: H-C ≡ C-H + O2 CO2 + CO + C + H2O.

Llama de color amarillo con bordes azules y presenta un humo negro.


El color que presenta er amarillo por la existencia del ligando Existe sedimentación de partículas que son de color anaranjado fuerte

Se presentan dos faqes una líquida y otra sólida

Tiene un olor parecido a la lavafdina

En la parte superior existe una especie de grasa

Color café con un poco de amarillo Existen dos fases una sólida y la otra líquida

El olor que desprende es parecido a la de un gas

Al poner papel tornasol este se vueve color azul lo que indica que es una base

Con el hidróxido de Sodio la solución es incolora y presenta un olor característico que es penetrante

El acetileno con el benceno y el sodio Burbujea un poco es de color amarillento y presenta dos fases una sólida y la otra líquida.

La solución es de un color amarillo opaco, el olor es característico y se parece a la del

plástico quemado.

5. OBSERVACIONES

En la obtención del etileno tal vez pudo existir algunas variaciones porque el equipo utilizado no era tan fiable y pudo existir algún escape de gas en el proceso.


Las reacciones que se hicieron pudieron fallar un poco porque al obtener ya sea el etileno o el acetileno pudo existir alguna falla o se pudo escapar el gas al almacenar en tubos de ensayo

6. CONCLUSIONES

Pudimos obtener el etileno a través de un alcohol y pudimos generar este gas y realizar y comprobar las propiedades de este

También obtuvimos el`acetileno a través de Carburo de Calcio, y con este comprobar las diferentes tropiedades del gas obtenido.

Comprobamos las propiedades de los alcanos como ser la inflamabilidad y sus diferentes reacciones.

7. CUESTIONARIO

¿Cuál es el más(explosiva, una mezcla de metano y aire ó una mezcla de åtilåno con aire ó una mezcla de acetileno y aire ¿ ¿Por qué?

Analizando los tres casos podemos llegar a la conclusión que la de acetileno y aire es la más explosiva ya que el acetileno es más reactivo que el etileno y que el metano esto se debe a que los enlaces lo hacen menos estables que un alcano o un alqueno y un ejemplo de esto sería que el alquino más característico es el acetileno HCCH, arde con una llama muy caliente ( 2800 oC) debido a que produce menos agua que absorbe menos calor.

Formúlese la ecuación ajustada para la reacción del acetileno con sodio. Nómbrese el producto resultante. ¿A qué tipo general de compuestos pertenece? Su anión es una basE más fuerte o más débil que el ión hidrnxilo? En que se basa esta respuesta. ¿ Eq al acedilenm un ácido más fuerte k más débil 1ue el agua? ExplíquEse

El pbgducto reseltante es el Acetiluro de Sodio con agta.


El smdio, debiDo a su alt` electropositividad deja a La eqtructqra orgánica cnn de.sidad de carga negatifa. Así, el etino aCtúa aomo un ácido, muy débil, pero capaz de desprotonizarSe. Eq un anión más débil que el hidroxilo.

El acetileno es un ácido más débil que el agua porque además de lo anterinrmente mencionado el acetileno cumple ha fención de ser ácido cOnjugado del agua y el acetileno es un ácido muy débil lo que vuehve al agua un ácIdo más fuerte que17el !cetileno.

En qué consiste lac reacciones de adición de Markovnikoff y17anti-EarkoVnikoff. Explicar y ejemplificar

Cuando el agente asimétrico ds en haluro de hidrógEno la adició. cumple ha regla de Markovnikov : "El hadógeno se adicIona al átomo de carbonm menos hidbogenado ", o lo que es ln mismo "el hidrògeno sE adiciofa al carbgno más hidrogenado".La excepción ocurre en la `diaión del bromuro de hidrógeno dn presencia de peró0ados,en este caso la reacción se produce de fgrma antiearkovnikov.

La re!cciones mas características de los alquenos son las de Adición: 17 CH3-CH=CH-CH3 + HY %-----> CH3-AHX-CHY-CH3

entre ell`s destacan la hidrogenación, la halogenación, la hidroh`logenaciãn y la hidrAtación& En estas dos últimas se sigue la regla de Markovnikov y se forman los derivados más Suctituidos, debido a que el mecanismo transcurre mediante carbocationes Y se foria el carbocatiÓn17más17estable que es el más sustituido.

@idrohalogenación(X =17Cl, Br, I)

(ma2kovnIkov)

Adición de HBr

con peróxidosantimarkovnikov) A



(antimarkovnikov)

•


Hiäro-halogenación(X = Cl, Br, I)

(markovnikov)

Hidro-bromación

con peróxidos(antimarkovnikov)

”



(antimarkovnikov)

Formule los mecanismos de reacción

Metano+Br2-----Iniciación:

Br2 2Br*

Propagación:

CH4 + Br* CH3* + HBr

CH3* + Br2 CH3Br + Br*

CH3Br + Br* CH2Br* + HBr

CH2Br* + Br2 CH2Br2 + Br*

CH2Br2 + Br* CHBr2* + HBr

CHBr2* + Br2 CHBr3 + Br*

CHBr3 + Br* CBr3* + HBr

CBr3* + Br2 CBr4 + Br*


Terminación:

2Br* Br2

CH3* + Br* CH3Br

o Etileno+ Br2 ------

o Acetileno+ Br2 -----

o Alcohol + H2SO4 ---

CH3CH2OH + H2SO4 → CH3CH2OSO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4 + H2O

Si en las reacciones características de alcanos, alquenos y alquinos se hubiesen usado gasolina y kerosene, cúales hubieran sido los resultados

Se obtiene los distintos hidrocarburos por destilación. Al igual que la gasolina y el kerosene entonces lo que los hace unos hidrocarburos que también presentarían estas reacciones asi que los resultados tendrían que ser los mismos si se usan estos compuestos ya que igual tienen en su estructura este tipo de enlaces.

Documents

INFORME alifaticos