TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA
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www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA (Oposiciones de Enseñanza Secundaria) ------------------------------------------------------------------------------TEMA 62 HIDROCARBUROS. CARACTERÍSTICAS, NOMENCLATURA, OBTENCIÓN Y PROPIEDADES. IDENTIFICACIÓN EN EL LABORATORIO DE ALQUENOS Y ALQUINOS. Esquema 1. Introducción a los Hidrocarburos. 2. Alcanos o Parafinas. 2.1. Nomenclatura. 2.2. Grupos Alquilo. 2.3. Propiedades físicas. 2.4. Propiedades químicas. 2.4.1. Halogenación de Alcanos. 2.4.2. Combustión 2.5. Obtención de Alcanos. 3. Alquenos u Olefinas. 3.1. Nomenclatura. 3.2. Geometría del doble enlace carbono-carbono. 3.2.1. Isómeros conformacionales. 3.3. Propiedades físicas y químicas. 3.3.1. Adición de Halogenuro de hidrógeno. 3.3.2. Adición de Halógenos. 3.3.3. Adición de agua (Hidratación). 3.3.4. Oxidación y Ozonolisis. 3.4. Obtención de Alquenos. 3.5. Dienos y Polienos. 3.6. Alquenos de interés: Etileno, Butadieno. 4. Alquinos o Acetilenos. 4.1. Nomenclatura. 4.2. Geometría del triple enlace carbono-carbono. 4.3. Propiedades químicas. 4.3.1. Adición de Halogenuro de hidrógeno. 4.3.2. Adición de Halógenos. 4.3.3. Adición de agua. 4.3.4. Hidrogenación catalítica. 4.4. Obtención de Alquinos. 4.5. Acetileno. Obtención y propiedades. 5. Cicloalcanos. 5.1. Nomenclatura. 5.2. Propiedades químicas. 5.3. Estructura. 6. Identificación de Alquenos y Alquinos. 6.1. Reconocimiento del C=C. 6.2. Reconocimiento del C≡C 1/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 TEMA 62 HIDROCARBUROS. CARACTERÍSTICAS, NOMENCLATURA, OBTENCIÓN Y PROPIEDADES. IDENTIFICACIÓN EN EL LABORATORIO DE ALQUENOS Y ALQUINOS. 1. INTRODUCCIÓN A LOS HIDROCARBUROS El esqueleto hidrocarbonado constituye el cimiento básico de las moléculas orgánicas. Así pues, los hidrocarburos, moléculas formadas únicamente por átomos de carbono y de hidrógeno, se pueden considerar como la raíz y la base de los demás tipos de compuestos orgánicos. Según la naturaleza de los enlaces entre los átomos de carbono se dividen en varias series, denominadas series homólogas, en las que cada miembro se diferencia de su inmediato, en un grupo −CH3 . Si los átomos de carbono están siempre unidos por un enlace sencillo se tienen los hidrocarburos saturados, que si son de cadena abierta constituyen las parafinas o hidrocarburos saturados (serie del metano) y si son de cadena cerrada forman las cicloparafinas. Si dos átomos de carbono están unidos por un doble enlace se tienen las olefinas o hidrocarburos olefínicos (serie del eteno o etileno, CH2 =CH2 ) que son isómeros de las cicloparafinas, y si dos átomos de carbono están unidos por un triple enlace se tienen los acetilenos o hidrocarburos acetilénicos (serie del etino o acetileno, CH≡CH), que son isómeros de las diolefinas, que presentan dos dobles enlaces en su molécula. Los hidrocarburos aromáticos derivan del benceno, C6 H6 , por sustitución de algún hidrógeno del núcleo bencénico por radicales de hidrocarburos alifáticos o mediante condensación de núcleos bencénicos. 2. ALCANOS O PARAFINAS La estructura de los Alcanos o Parafinas está basada en la hibridación tetraédrica (sp3 ) de los orbitales del carbono. Las cadenas de estos hidrocarburos no son rectas, sino en zig-zag, consecuencia del ángulo tetraédrico de 109'3°, como se indica en la fig.1. H H H H H 10 9 '3 H H H H H 0 H H H H FIG. 1 A pesar de esta estructura tridimensional podemos simplificar su representación en el plano mediante fórmulas expandidas. 2/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 2.1. Nomenclatura. La fórmula empírica de los Alcanos es Cn H2n+2 , siendo n un número entero. Se nombran con la terminación -ano precedida de un prefijo. En los cuatro primeros alc anos la nomenclatura no es exactamente la sistemática, sino que llevan nombres vulgares: Fórmula condensada Fórmula expandida Nombre H n=1 CH4 H C H Metano H H H n=2 CH3−CH3 H C C H Etano H H H H H n=3 CH3−CH2−CH3 H C C C H Propano H H H H H H H n=4 CH3−CH2−CH2−CH3 H C C C C H Butano H H H H Sin embargo, a partir de n=5, se utiliza la nomenclatura sistemática de la IUPAC haciendo referencia el prefijo a la palabra griega que indica el número de carbonos, es decir: penta-, hexa-, hepta-, octa-, nona-, deca-, etc. Así tendremos: pentano, hexano, heptano, octano, nonano, decano, etc. Cuando n=4, los cuatro carbonos pueden estar formando una cadena lineal, o una cadena ramificada: H3C CH2 CH2 CH3 H3C CH CH3 CH3 Ambas estructuras son diferentes, pero corresponden a la misma fórmula molecular (C 4 H10 ). Se trata de dos compuestos isómeros que sólo difieren en la estructura de la cadena (isomería de esqueleto o de cadena). Estos dos compuestos tienen propiedades muy parecidas, aunque ligeramente diferentes. Al hidrocarburo de cadena lineal se le distingue anteponiendo al nombre la letra n (de normal o lineal), n-butano, y al de cadena ramificada, anteponiendo el prefijo iso al nombre, isobutano. Cuando n=5 ocurre algo similar: H3C CH 2 CH2 CH 2 CH3 H3C CH CH2 CH3 CH 3 n-pentano isopentano o 2-metilbutano CH 3 H3C C CH3 CH 3 neopentano o 2,2-dimetilpropano Como vemos, cuando la cadena es ramificada, se nombra escribiendo al final el nombre del hidrocarburo de cadena más larga (cadena principal), anteponiéndole el nombre de las ramificaciones (cadenas laterales), con un número localizador que indique su posición. El nombre de cada ramificación corresponde al nombre del alcano de igual número de carbonos, pero cambiando la terminación -ano por –il. La cadena prin3/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 cipal se numera comenzando por el extremo más próximo a una ramificación o a la más larga, si hay varias. Así: 2 1 3 4 5 H3C CH CH2 CH2 CH3 CH3 Se elige la cadena lineal más larga, en este caso la de 5 carbonos (pentano) y se nombra de izquierda a derecha y no al contrario, ya que la ramificación -CH3 está más próxima al extremo izquierdo, resultando para el hidrocarburo el nombre de 2-metilpentano. Otro ejemplo lo tendríamos en el hidrocarburo ramificado siguiente: 8 7 6 5 4 H3C CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH3 3 CH2 CH2 CH3 2 1 donde la cadena ramificada más larga es la de ocho carbonos, señalada con la numeración, por lo que el compuesto se denomina 4-etil- octano. Cuando existen varias ramificaciones, éstas se nombran por orden alfabético y si son iguales se le antepone un prefijo griego que indique su número (di-, tri-, tetra-, etc.). Dando a n distintos valores sucesivos se obtendrán los miembros de la familia de los alcanos o serie homóloga de los alcanos, entendiendo por tal una serie de hidrocarburos normales dispuestos de manera que cada término de la serie difiera del anterior en un grupo −CH2 −. En general, serie homóloga, será un conjunto de compuestos con el mismo grupo funcional, cuyos términos sucesivos difieren en un −CH2 −. 2.2. Grupos Alquilo. Si en una molécula de alcano se eliminase un átomo de hidrógeno, quedaría un carbono de la cadena con una de sus valencias sin saturar y el agrupamiento de átomos resultante se denomina grupo alquilo, ya que proviene de un alcano. Interesa conocer cómo se nombran para comprender mejor la nomenclatura de las parafinas: con la raíz del hidrocarburo de origen, se cambia la terminación -ano por -ilo. Ejemplos: ŸCH3 grupo metilo (procede del CH4 metano) ŸH2 −CH3 grupo etilo (procede del CH3 −CH3 etano) ŸCH2 −CH2 −CH3 grupo n-propilo (procede del CH3 −CH2 −CH3 propano) CH3 H2 C CH3 grupo iso-propilo (procede del CH3 −CH2 −CH3 propano) En el caso del propano hay dos posibilidades de grupos alquilo distintos: el n−propilo y el iso-propilo. La letra n hace referencia a que el hidrógeno se ha perdido en el propano en un carbono del extremo de la cadena o carbono terminal, carbono primario, (por estar unido a un solo carbono). En el caso del isopropilo se ha perdido, por el contrario, en un carbono secundario (carbono unido a otros dos carbonos y que, por tanto, nunca podrá ser terminal). Del n-butano se tendrían los siguientes grupos alquílicos: 4/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 CH2 CH2 CH2 CH3 grupo n-butilo CH3 grupo iso-butilo H2C CH CH3 CH2 CH3 grupo sec-butilo HC CH3 CH3 C grupo terc-butilo CH2 CH3 El radical secbutilo, por estar la valencia sin saturar en un carbono secundario, el radical Isobutilo, por proceder del isobutano y el radical tercbutilo, por estar la valencia libre en un carbono terciario. NOTA. Atención a la terminología iso de los hidrocarburos (isobutano, isopentano) y de los grupos alquilo (isopropilo o isobutilo). En el primero de estos grupos, la valencia libre se halla en un carbono secundario y en el segundo, en uno primario. Iso significa que existe el agrupamiento: CH3 HC CH3 2.3. Propiedades físicas. En los alcanos, todos los enlaces son covalentes apolares. Por tanto, el único tipo de interacción entre sus moléculas son fuerzas de dispersión débiles. Por ello, sus puntos de fusión y de ebullición son bastante bajos y aumentarán en general con el número de carbonos de la cadena: hasta el butano son gases; hasta n=16 son líquidos, y a partir de n=17 son sólidos. De un conjunto de isómeros, los de cadena ramificada hierven a temperatura más baja que los lineales, ya que en los primeros las ramificaciones imp iden el acercamiento de las moléculas, con lo que las interacciones son menores. Así en cuadro siguiente se aprecian estas diferencias: Compuesto Propano n-Butano iso-Butano n-Pentano P.Ebullición (ºC) -42 0’5 -11 36 P.Fusión (ºC) -190 -138 -145 -130 El aumento de los puntos de ebullición con el número de carbonos es muy regular en los hidrocarburos normales, pero no es tan regular el aumento de los puntos de fusión. También por su carácter apolar y recordando el viejo pero útil aforismo de "semejante disuelve a semejante", serán insolubles en disolventes polares (como el agua) y solubles en los apolares (sulfuro de carbono, benceno, etc). 5/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 2.4. Propiedades químicas. Todos los enlaces de los alcanos son enlaces σ que, al provenir del solapamiento frontal de orbitales (solapamiento muy grande), serán enlaces muy fuertes. Además son enlaces apolares, por lo que no existen en ellos distorsiones eléctricas que creen puntos susceptibles de ser atacados por reactivos electrófilos o nucleófilos. Por todo ello estos enlaces serán muy difíciles de romper, con lo que los alcanos resultan moléculas muy poco reactivas. Para poder romper estos fuertes enlaces σ, es decir, para que los alcanos sean capaces de reaccionar y transformarse en otras sustancias, será necesario disponer de partículas atacantes que sean sumamente activas. Los radicales libres son muy reactivos, ya que tienden a reaccionar con todo lo que encuentran a su paso para poder aparear su electrón solitario. Por esto sí serán capaces de reaccionar con los alcanos, dando lugar a rupturas homolíticas de sus enlaces. Veremos un ejemplo clásico e ilustrativo de este tipo de reacción: la halogenación de alcanos. 2.4.1. Halogenación de Alcanos. Se realiza con un halógeno, por ejemplo, cloro, en presencia de luz (o también a altas temperaturas). La energía luminosa, hν, rompe inicialmente la molécula Cl2 homolíticamente: hν Cl2 → 2 Cl ⋅ (iniciación) Estos dos átomos Cl⋅ serán dos radicales libres. Reaccionarán con la molécula del alcano, por ejemplo metano, rompiendo también homolíticamente los enlaces C−H: Cl ⋅ + CH 4 → ⋅ CH 3 + HCl El radical metilo formado reaccionará a su vez con una nueva molécula de Cl2 : ⋅ CH3 + Cl - Cl → CH3 - Cl + Cl ⋅ formando así un producto de sustitución -pues se ha reemplazado en el metano original un hidrógeno por un cloro- y, además, se ha producido otro radical libre, el Cl⋅ que podrá volver a iniciar el proceso al reaccionar con una nueva molécula de metano (propagación de la reacción). La halogenación puede continuar hasta la sustitución de no sólo uno, sino de dos, tres e, incluso, todos los átomos de hidrógeno: H−CH2 −Cl + Cl⋅ → ⋅CH2 −Cl + HCl ⋅CH2 −Cl + Cl2 → Cl−CH2 −Cl + Cl⋅ etc. Se trata, pues, de una reacción de sustitución homolítica. En alcanos superiores también pueden romperse homolíticamente enlaces C−C, dando lugar a derivados halogenados de menor número de carbonos. Es un caso típico de reacción en cadena, como todas las de radicales libres, que conducen a mezclas de productos por la ruptura indiscriminada de los distintos enlaces. La reacción termina cuando desaparecen los radicales por unión entre ellos mismos: Cl⋅ + Cl⋅ → Cl−Cl Cl⋅ + ⋅CH3 → Cl−CH3 CH3 ⋅ + ⋅CH3 → CH3 −CH3 6/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 2.4.2. Combustión. Los alcanos se combinan con el oxígeno hasta llegar a la oxidación total (combustión) para dar H2 O y CO2 . Esta reacción es muy exotérmica, por lo que las parafinas se emplean como combustible (como el butano). Sin embargo, tiene una gran energía de activación, por lo que se necesita para iniciarla, temperaturas suficientemente altas. C4 H10 + 132 O2 → 4CO 2 + 5H2 O 2.5. Obtención de Alcanos. La fuente principal de alcanos la constituye el petróleo cuyos componentes son, fundamentalmente hidrocarburos alifáticos o alcanos, y a partir de la destilación fraccionada, del craking térmico y catalítico y otras operaciones industriales se obtienen mezclas de hidrocarburos, de características semejantes, que se utilizan como carburantes, lubricantes y múltiples usos. Para la obtención de parafinas sintéticas, se utilizarán adecuados métodos de síntesis orgánica, que podemos agrupar en los siguientes: a) Síntesis de Wurtz. Consiste en la reacción de uno o varios derivados halogenados con sodio metálico, según la reacción: CH3 −CH2 −I + 2Na + I−CH2 CH3 → CH3 −CH2 −CH2 −CH3 + 2INa b) Calentando sal de ácido orgánico con una base fuerte como la sosa cáustica: CH3 −CH2 −COONa + NaOH → CH3 -CH3 + Na2 CO3 c) Mediante los reactivos de Grignard, haluros de alquilmagnesio, que se obtienen a su vez por la acción de Magnesio sobre una disolución etérea de haluro de alquilo, con el agua, según las reacciones siguientes: CH3 −CH2 −Br + Mg → CH3 −CH2 −Mg−Br (React.Grignard) CH3 −CH2 −Mg−Br + H2 O → CH3 −CH3 + Br−Mg−OH d) Por hidrogenación catalítica de los alquenos y alquinos, reactivos éstos de fácil obtención, se obtienen fácilmente alcanos: CH2 =CH2 + H2 → CH3 −CH3 CH≡CH + 2H2 → CH3 −CH3 El hidrocarburo saturado más importante es el metano, CH4 , que se obtiene en el laboratorio tratando el carburo de aluminio con agua: C3 Al4 + 12H2 O → 3CH4 + 4Al(OH)3 El metano se forma en la descomposición anaerobia de la materia orgánica (gas de los pantanos en terrenos lacustres y gas grisú en las minas de carbón donde ocasiona frecuentes explosiones). Es el componente principal del gas natural que se desprende en las perforaciones petrolíferas y del gas de coquerías y de alumbrado. 3. ALQUENOS U OLEFINAS Son hidrocarburos que contienen en su cadena uno o varios doble enlaces C=C consecuencia del solapamiento de orbitales híbridos sp2 con formación de un enlace σ y simultáneamente el solapamiento lateral de orbitales p con formación de un enlace π. 7/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 3.1. Nomenclatura. Su fórmula empírica es Cn H2n , ya que al haber un doble enlace tendrán dos hidrógenos menos que el alcano correspondiente. Se nombran con la raíz del alcano y la terminación -eno (en los primeros términos, también con la terminación -ileno). La posición del doble enlace se indica con un número localizador. Veamos los primeros términos de esta familia de hidrocarburos insaturados: Fórmula condensada n=2 n=3 C2H4 n=4 C4H8 n=5 C5H10 Fórmula expandida CH2=CH2 C3H6 CH3-CH=CH2 CH3-CH2-CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3 H3C C CH2 CH3 CH3-CH2-CH2-CH=CH2 CH3CH2-CH=CH-CH3 H3C CH CH CH2 CH3 H3C CH2 C CH2 CH3 H3C C CH CH3 CH3 Nombre Eteno o Etileno Propeno o propileno 1-Buteno 2-Buteno Isobuteno o Isobutileno 1-Penteno 2-Penteno 3-Metil-buteno,1 o Isopenteno 2-Metil-buteno,1 2-Metil-buteno,2 Cuando se llega a cuatro carbonos aparecen ya numerosos isómeros. Primeramente, isómeros de cadena, con cadenas diferentes, lineal y ramificada. En los isómeros de cadena lineal, el doble enlace puede situarse en posiciones distintas, bien en el extremo o en el interior de la molécula. Para diferenciarlos se escribe un número que ind ica la posición del doble enlace, comenzando a numerar la cadena por el extremo más próximo a éste. Estos isómeros corresponden a un nuevo tipo de isomería, la isomería de posición, ya que difieren sólo en la posición del doble enlace. En general, isómeros de función son aquellos que sólo difieren en la posición del grupo funcional en la cadena hidrocarbonada. Cuando el número de carbonos y las ramificaciones son mayores, conviene no mbrarlos tomando como base la cadena principal, la más larga conteniendo el doble enlace. Así, la olefina: 6 5 4 3 H 3 C CH CH C CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 2CH 1 CH 3 CH 3 se nombraría 3,4-dietil-5-metil-hexeno,2 (la cadena se numera por el extremo más próximo al doble enlace). Existe un grupo alquenilo muy importante, cuyo nombre vulgar conviene conocer, se trata del: CH2 =CH−, grupo vinilo (o etenilo). 8/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 3.2. Geometría del doble enlace carbono-carbono. 3.2.1. Isómeros conformacionales. Como ya sabemos, el doble enlace está constituido por un enlace σ y un enlace π. Al ser coplanarios todos los orbitales sp2 de los dos carbonos, estarán en el mismo plano los dos carbonos del doble enlace y los átomos unidos directamente a ellos. Las dos nubes electrónicas del enlace π están situadas por encima y por debajo de ese plano de la molécula. Este hecho tendrá consecuencias muy importantes, como veremos. Así por ejemplo, la fórmula espacial del etileno es: H H C C H H Sin embargo, en el 2-buteno habría dos posibilidades de representación espacial: H 3C 1 C (a) H 2 C H CH3 CH3 C H H 3C C H (b) Mirándolo con perspectiva, los dos hidrógenos pueden estar situados al mismo lado del plano del papel (a) o a distinto lado del plano (b). Para pasar de la estructura (a) a la (b) habría que girar el carbono (1) 180° alrededor del doble enlace. No obstante, este giro está impedido, pues se chocaría con las dos nubes electrónicas del enlace π. Sólo a temperaturas elevadas puede conseguirse, pero no así en condiciones ordinarias. Las moléculas (a) y (b) tienen distinta configuración. Son compuestos diferentes porque no se puede pasar de uno a otro libremente. Son, pues, isómeros. Este nuevo tipo de isomería que aparece en ciertas olefinas se denomina isomería geométrica, ya que los isómeros sólo difieren en la disposición en el espacio de los sustituyentes. También se llama isomería cis-trans, pues el isómero con los dos hidrógenos al mismo lado se llama cis- y el que los tiene a distinto lado se llama trans-. Este tipo de isomería aparece en los alquenos en los que ambos carbonos que están unidos por doble enlace, están unidos a su vez, cada uno, a dos sustituyentes distintos, por eso no existe dicha isomería en el eteno, ni en el propeno (en este último un carbono está unido a dos sustituyentes distintos pero el otro no). Sin embargo, en los alcanos, el giro alrededor del enlace sencillo carbono-carbono, puede ocurrir generalmente a temperatura ambiente, con la energía térmica de las mismas moléculas. A este giro se le llama giro libre por la facilidad con que tiene lugar, pasándose así de una a otra de esas disposiciones espaciales distintas que se llaman, conformaciones. Así, en el etano, fig.2, (a) y (b) serían las dos conformaciones extremas: en la conformación eclipsada, los sustituyentes del primer carbono "caen" directamente sobre los del otro carbono. En la conformación alternada, los sustituyentes del primer carbono "caen" entre los del otro carbono, en situación alternada, exactamente en la mitad (60º). Entre ambos casos existen infinitos intermedios por la facilidad de giro, por lo que a temperatura ordinaria no se pueden separar isómeros conformacionales de 9/22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 etano (aunque las moléculas tienen preferencia por la conformación alternada por ser menores las repulsiones entre los hidrógenos de esos dos carbonos). H H H H H C giro de C H H H 60 0 C C H H H Conformación eclipsada (A) H Conformación alternada (B) FIG. 2 Tenemos así las siguientes definiciones que hemos de distinguir: Conformaciones son distintas disposiciones espaciales de los átomos en los que se puede pasar de unas a otras por rotación alrededor de los enlaces sencillos carbono-carbono. Configuraciones son distintas disposiciones espaciales de los átomos en las que para pasar de unas a otras es necesario romper enlaces y formarlos después de nuevo. 3.3. Propiedades físicas y químicas. Las propiedades físicas son muy parecidas a las de los alcanos. En cuanto a las propiedades químicas, la presencia de enlaces π confiere a los alquenos unas características químicas especiales. Como es un enlace bastante lábil (proviene de un solapamiento lateral de orbitales, menos intenso que el solapamiento frontal) se rompe fácilmente, lo que hace que las olefinas sean muy reactivas. Cuando el enlace π se rompe, cada carbono del mismo queda capacitado para unirse a un nuevo sustituyente, por lo que los alquenos dan predominantemente reacciones de adición. Veremos algunos ejemplos de las reacciones más importantes y representativas. 3.3.1. Adición de Halogenuros de hidrógeno. Veamos como ejemplo la reacción del propeno con el cloruro de hidrógeno: (I) CH3 - CHCl - CH 3 CH3 - CH = CH2 HCl → CH3 - CH 2 - CH2 Cl (II) NO Podría esperarse que se formasen en la adición cualquiera de los compuestos (I) o (II). Sin embargo, principalmente se obtiene solamente (I). Este hecho se explica atendiendo al mecanismo de la adición. Se puede explicar, en principio, teniendo en cuenta que un grupo alquilo unido a un carbono con un doble enlace ejerce un efecto de cesión de electrones (efecto +I), ya que debido a su insaturación un carbono sp2 es más ele ctronegativo que uno sp3 . Como el par de electrones π es bastante lábil, gracias a aquel efecto inductivo es empujado hacia el carbono extremo, según CH3 →CH=CH2 . Es decir, el efecto inductivo da lugar a que exista un importante efecto mesómero en ese sentido, con lo que la molécula de propeno es un híbrido de resonancia entre estas formas: H3C CH CH2 H3C CH CH2 H3C δ CH δ CH2 Híbrido El reactivo atacante, HCl, es una molécula polar, H-Cl. Teniendo en cuenta que reaccionan entre sí las partes de las moléculas de cargas opuestas, resultará que el H(+) 10/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 (proveniente de la ruptura heterolítica H-Cl) atacará al propeno adicionándose al C(δ −) y después el Cl(−) se adicionará al C(δ +): H3 C CH H CH2 + H Cl δ δ δ H3C CH δ Cl CH3 H3C CHCl CH3 Derivado halogenado Mucho antes de conocerse este mecanismo, el ruso Markownikoff halló una regla empírica que generalizaba la adición de reactivos asimétricos a alquenos asimétricos: la parte positiva del reactivo se une al átomo de carbono del doble enlace que tiene más hidrógenos. 3.3.2. Adición de Halógenos. Los alquenos adicionan halógenos con gran facilidad. Se produce la adición considerando la ruptura heterolítica del halógeno, X2 . Así, la bromación del propeno es: H 3C CH δ CH 2 + Br δ δ Br Br δ Br H 3C CH CH 2Br H3C CHBr CH2 Br Derivado dihalogenado Esta reacción es muy rápida y ocurre a temperatura ambiente. Por ello se utiliza para detectar alquenos: se añaden a la sustancia problema unas gotas de bromo en tetracloruro de carbono (solución rojiza). Si se trata de una olefina se decolora rápidamente esta solución, porque se ha adicionado el bromo al alqueno. 3.3.3. Adición de agua (Hidratación). Suele hacerse en presencia de ácido sulfúrico. Éste se adiciona al doble enlace y después se hidroliza el producto resultante, de lo cual resulta al final un alcohol: O H3C CH CH2 + δ δ O H S O O H δ δ H3C CH CH3 H OH H3C CH CH3 + H2SO4 OH Alcohol O SO 3H Todas estas reacciones son de adición. Como la nube electrónica representa un punto de alta densidad electrónica, el atacante será un reactivo electrófilo (en nuestros ejemplos, Br(+) y H(+). Son, pues, adiciones electrófilas. Otras reacciones importantes son las que ocurren con ruptura total del doble enlace, tales como: 3.3.4. Oxidación y Ozonolisis. Los hidrocarburos olefínicos con oxidantes ordinarios, como KMnO 4 , se oxidan llegándose a romper el doble enlace y dando distintos compuestos oxigenados, según la naturaleza de los carbonos del doble enlace: H3C CH CH2 H3C CH C CH2 CH3 CH3 Oxidación H3C COOH Oxidación + CO2 + H2O H3C COOH + H3C C CH2 CH3 O Con ozono se rompe el doble enlace y las dos valencias libres que le quedan a cada carbono olefínico se saturan con un oxígeno, dando compuestos carbonílicos si se realiza en presencia de zinc y ácido clorhídrico. El mecanismo es bastante complejo, por lo que no entraremos en él: 11/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 H3C CH C CH2 CH3 CH3 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 O O3 Zn+HCl + O C CH2 CH3 H CH3 Cetona Aldehído H3C C Como conclusión de todo lo anterior, podemos decir que las olefinas son muy reactivas gracias a su doble enlace, que por ello puede considerarse como su grupo funcional. En conjunto resulta que los alquenos son una importante fuente de obtención de otras moléculas orgánicas. 3.4. Obtención de Alquenos. Los métodos más frecuentes de obtención de alquenos son los siguientes: a) Deshidratación de Alcoholes. El grupo oxidrilo de un alcohol es un punto muy vulnerable que permite su ataque por diversos reactivos. Mediante agentes deshidratantes o condiciones de deshidratación se verifica la reacción: CH3 −CH2 −CH2 OH → CH3 −CH=CH2 La deshidratación puede hacerse por varios métodos. - Haciendo pasar vapores de alcohol por gránulos gruesos de alúmina a temperaturas de 350ºC a 400°C a baja presión. - Por utilización de ácido sulfúrico a 170°C, aunque la reacción es de bajo rend imiento, porque se producen productos secundarios y pasa por fases intermedias, donde se producen derivados sulfurosos. - Por utilización de pentóxido de fósforo o con otros ácidos fuertes aparte del ácido sulfúrico. Los alcoholes que más fácilmente se deshidratan para la formación de olefinas son los alcoholes terciarios, después le siguen los secundarios y finalmente los alcoholes primarios. b) A partir de haluros de alquilo. Mediante la reacción de un haluro de alquilo con una base se configura en la cadena un enlace doble: Alcohol CH3 −CH2-CH2 Br + KOH → CH3 −CH=CH2 + KBr + H2 O También a partir de derivados dihalogenados vecinales, mediante la reacción con zinc, como se expresa en la reacción CH3 −CHBr−CH2 Br Zn → CH3 -CH=CH2 + ZnBr2 Estas reacciones no son de mucho uso para la síntesis directa de los alquenos porque estos derivados halogenados y dihalogenados, se suelen obtener precisamente a partir de los compuestos etilénicos en reacción con el halógeno correspondiente, más bien se utilizan estas reacciones para la purificación y protección de olefinas. 3.5. Dienos y Polienos. Cuando en la cadena hidrocarbonada existen dos dobles enlaces, el hidrocarburo se denomina dieno, y si existen más, polieno. Cuando los dobles enlaces están separados solamente por un enlace sencillo C−C, se les conoce como dienos o polienos conjugados, respectivamente: C C C 12/ 22 C www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 Estos sistemas conjugados son muy importantes en la naturaleza. Así, en el caroteno (precursor de la vitamina A), que se encuentra en la zanahoria, o en el licopeno del tomate y de la sandía, existen dobles enlaces conjugados. Estos sistemas conjugados tienen la capacidad de absorber la energía correspondiente a frecuencias del espectro visible, a lo que se debe el color fuerte de aquellos vegetales. Un dieno conjugado sintético muy importante comercialmente es el 1,3-butadieno, CH2 =CH−CH=CH2 que se utiliza en la síntesis del caucho artificial. Los sistemas conjugados son interesantes por su reactividad, ya que existe en ellos un efecto mesómero que se transmite a lo largo de la conjugación. C C C C C C C C 3.6. Alquenos de interés: Etileno. Butadieno. Etileno: El término más sencillo de la serie de las olefinas es el eteno o etileno, C2 H4 ó CH2 =CH2 . Como se combina con el cloro para formar un aceite, el cloruro de etileno, C2 H4 Cl2 , todos los miembros de la serie reciben el nombre de olefinas (formadores de aceites). El etileno se obtiene tratando el bromuro de etilo con potasa o sosa cáustica en disolución alcohólica: ( Alcohólica) CH3 −CH2 Br KOH → CH2 =CH2 + KBr + H2 O Empleando disolución acuosa de hidróxido potásico tendría lugar una doble descomposición formándose alcohol etílico, C2 H5 OH. También puede obtenerse el etileno deshidratando el alcohol etílico mediante ácido sulfúrico concentrado, anhídrido fosfórico o haciendo pasar los vapores de alcohol sobre arcilla o alúmina calentada a unos 400ºC. CH3 −CH2OH → CH2 =CH2 + H2 O La hidrogenación controlada del acetileno da lugar a etileno. En los EE.UU. se obtiene actualmente el etileno por deshidrogenación del etano y craking del propano, componentes del gas natural. El etileno es un gas incoloro, de olor agradable. Su presencia en gas del alumbrado, sobre el 4-6% determina en su mayor parte la luminosidad del mismo al arder. El etileno tiene propiedades notables. Una mezcla de etileno y oxígeno se emplea como anestésico, sin que produzca las náuseas que produce el éter, ni irritar los pulmones (lo que origina a veces pulmonía postoperatoria), además de ser de acción bastante más rápida y de recobrar el paciente mucho antes el conocimiento. Los frutos cítricos, recolectados verdes, se exponen a una atmósfera que contenga una pequeña proporción de etileno, con lo que toman antes el color amarillo y aumenta, según se cree, la cantidad de azúcar. Además, el etileno reduce el periodo de latencia por el que han de pasar las patatas y otros tubérculos antes de iniciar su crecimiento. Butadieno: Existen muchos hidrocarburos con dos dobles enlaces en su molécula que son isómeros de los correspondientes de la serie del acetileno. 13/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 Así, por ejemplo, el l-butino o etilacetileno, CH=C−CH2 −CH3 , es isómero del CH2 =CH−CH=CH2 denominado 1,3-butadieno. La presencia de los dos dobles enlaces viene indicada por la terminación dieno. Cuando dos dobles enlaces se encuentran separados por un enlace sencillo dan lugar a una configuración estable y constituye el llamado doble enlace conjugado, que se comporta especialmente porque en ocasiones reacciona como un sólo doble enlace adicionando en los carbonos extremos 1 y 4 y formá ndose un doble enlace entre los carbonos 2 y 3: CH2 =CH−CH=CH2 + Br2 → CH2 Br−CH=CH−CH2 Br El butadieno junto con el isopreno y el cloropreno, constituyen los productos básicos que por polimerización dan lugar al caucho sintético. El butadieno se obtiene por deshidrogenación del buteno que se forma en la refinación del petróleo o sintéticamente a partir del acetileno mediante los procesos correspondientes a las siguientes transformaciones: ón CH≡CH Hidratació n → CH3 −CHO Condensaci → CH3 −CHOH−CH2 −CHO → Acetileno Acetaldehído Aldol Re ducción → CH3 −CHOH−CH2 −CH2 OH Deshidrata ción → CH2 =CH−CH=CH2 1,3-Butanodiol BUTADIENO o también por deshidrogenación y deshidratación catalítica de alcohol etílico: 2CH3 −CH2OH → CH2 =CH−CH=CH2 + 2H2 O + H2 El butadieno es un gas incoloro con olor aromático suave, soluble en alcohol y éter. Se emplea en la fabricación del naylon, de pinturas de látex, en resinas y el caucho sintético. 4. ALQUINOS O ACETILENOS Son hidrocarburos que contienen un triple enlace C≡C en su molécula. También se denominan hidrocarburos acetilénicos por ser el acetileno el nombre vulgar del primer término de esta familia o serie homóloga. 4.1. Nomenclatura. La fórmula empírica de los hidrocarburos acetilénicos o alquinos, es Cn H2n-2. Es decir, por el triple enlace habrá cuatro hidrógenos menos que en el alcano de igual número de carbonos. La fórmula empírica de los alquinos es, pues, la misma que la de los dienos de cadena abierta. Estos compuestos que, teniendo la misma fórmula, pertenecen a familias distintas por tener distinto grupo funcional, son isómeros de función (en este caso se considera al triple enlace y a los dobles enlaces como grupos funcionales, en cuanto que son responsables del comportamiento químico especial de las familias de compuestos respectivas). Los alquinos se nombran con las mismas reglas que los alquenos, pero con la terminación -ino en la raíz de alcano correspondiente (IUPAC). También se nombran a veces como derivados del acetileno, escribiendo antes el nombre de los grupos alquilo. 14/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Fórmula condensada N=2 N=3 C2H2 N=4 C4H6 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 Fórmula expandida CH≡CH C3H4 CH3-C≡CH CH3-CH2-C≡CH CH3-C≡C-CH3 CH3-CH2-CH2-C≡CH N=5 CH3-CH2-C≡C-CH3 H3C CH C CH CH3 C5H8 Nombre Etino o Acetileno Propino o Metilacetileno 1-Butino (Etilacetileno) 2-Butino (Dimetilacetileno) 1-Pentino (Propilacetileno) 2-Pentino (Etli-metilacetileno) Isopentino (Isopropilacetileno) 4.2. Geometría del triple enlace carbono-carbono. Los dos carbonos del triple enlace tienen hibridación sp. El triple enlace está constituido por un enlace σ y dos enlaces π. El otro orbital híbrido sp que le queda a cada carbono del triple enlace se emplea para formar un enlace σ con un hidrógeno o con otro carbono de la cadena. Como el ángulo entre los dos orbitales sp es de 180°C resultará así que el conjunto de los dos carbonos del triple enlace y los átomos unidos directamente a ellos es lineal. Por otra parte, como cada carbono del triple enlace va unido a un solo sustituyente, no cabrá aquí que existan isómeros geométricos, como en los alquenos. 4.3. Propiedades químicas. Por tener enlaces π serán moléculas muy reactivas, incluso más que los alquenos, y como éstos, dan principalmente reacciones de adición. Veremos algunos ejemplos de sus reacciones más importantes: 4.3.1. Adición de Halogenuros de hidrógeno. Consideremos la adición del cloruro de hidrógeno al propino, que se puede explicar mediante el siguiente mecanismo: δ H-Cl H-Cl δ CH3 C H3C CCl CH2 CH H 3C CCl2 CH3 Derivado dihalogenado Es fácil comprender por qué se forma este derivado dihalogenado y no el otro posible CH3 −CH2 −CHCl2 . 4.3.2. Adición de Halógenos. Consideremos la reacción de adición de bromo al propino: δ CH3 C δ CH Br2 H3C CBr CHBr Br2 H3 C CBr2 CHBr2 Derivado terahalogenado 4.3.3. Adición de agua. Consideremos la adición de agua sobre el propino: 15/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 δ CH3 C δ CH Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 H OH +2 H2SO4 , Hg H3C C CH2 OH (*) H3C C CH3 Cetona O Adicionan agua, aunque es necesaria la presencia de ácido sulfúrico y sales me rcúricas. Esta reacción es también interesante desde el punto de vista de los mecanismos de reacción, pues en ella tiene lugar el fenómeno de la tautomería o equilibrio tautomérico, muy importante en Química Orgánica y en Bioquímica. El compuesto (*) formado inicialmente y que contiene dos funciones orgánicas en el mismo carbono, grupo enol (un doble enlace y un grupo hidroxilo) es muy inestable. Sufre una transformación: el hidrógeno del grupo OH se traslada como protón al carbono contiguo al que va unido y el par de electrones del doble enlace C=C se traslada al enlace C−O, formándose así un grupo carbonilo C=O. Es decir, se llega al final a la obtención de un compuesto carbonílico, ya que este equilibrio está muy desplazado a la derecha. Nota importante: Debe apreciarse la diferencia de este fenómeno con el de resonancia. Ésta no es mas que un método para representar ciertas moléculas, y las formas resonantes no tienen existencia real. Sin embargo, las formas tautómeras sí son compuestos reales, que se encuentran en equilibrio químico. 4.3.4. Hidrogenación catalítica. Los alquinos, también adicionan hidrógeno, como los alquenos, por hidrogenación catalítica, es decir, adición de hidrógeno en presencia de un catalizador adecuado, generalmente platino: CH3 C CH Alquino H2 Pt H2 H3C CH CH2 Alqueno Pt H3C CH2 CH3 Alcano 4.4. Obtención de Alquinos. Los métodos generales de obtención de alquinos son los siguientes: a) A partir de dihaluros vecinales. Derivados de hidrocarburos con dos halógenos en posiciones contiguas de la cadena, los haluros vecinales se obtienen fácilmente por adición de halógeno a un alqueno y luego eliminando dos moléculas de halogenuro de hidrógeno por tratamiento con potasa alcohólica, se introduce un triple enlace en la cadena: 2 CH3 −CH=CH2 Br → CH3 −CHBr−CH2 Br KOH Alcohólica → CH3 −C≡CH b) A partir de dihaluros geminales. Consiste en eliminar dos moléculas de haluro de hidrógeno de un derivado dihalogenado que posea los dos halógenos en el mismo carbono con potasa alcohólica. (Semejantes dihaluros se obtiene por reacción de trihaluro de fósforo sobre un aldehído o cetona): O H3C CH2 C Br3 P Br H3C CH2 CH H Br KOH Alcohólica H3C C CH c) Por alquilación del acetileno. Tanto el acetileno como los alquilacetilenos, pueden formar acetiluros de metales (sodio, por ejemplo), y estos compuestos son muy reactivos y pueden tratarse con haluros de alquilo e introducir este alquilo en la molécula del alquino, como se expresa en la reacción: 16/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 CH3 C CH Na NH3 liq. Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 H3C C CNa ICH3 H3C C C CH3 + NaI 4.5. Acetileno. Obtención y propiedades. El primer término de la serie de los alquinos es el acetileno o etino C2 H2 , que se obtiene por la acción del agua sobre el carburo cálcico: C2 Ca + 2H2O → C2 H2 ↑ + Ca(OH)2 También puede obtenerse por los métodos generales de formación de olefinas. Así, tratando el 1,2-dibromoetano o bromuro de etileno con potasa alcohólica se forma acetileno: CH2 Br−CH2 BR + 2KOH (alcohólica) → H−C≡C−H + 2KBr + 2H2 O El acetileno es un gas incoloro y tóxico, que arde con llama muy luminosa, por cuyo motivo se emplea para iluminación; antes de inventarse la lámpara incandescente, el acetileno se empleaba para el alumbrado; hoy día se utiliza con este objeto en boyas automáticas y faros. Es muy inestable y en estado líquido altamente explosivo, descomponiéndose según la reacción: C2 H2 → 2C + H2 + 54’23 Kcal. aunque se maneja sin peligro disuelto en acetona a presión. Asociado al oxígeno en el soplete oxiacetilénico, produce una llama intensamente caliente (el calor de combustión es de 312.000 cal) cuya temperatura llega a 3500°C (la llama oxhídrica sólo alcanza 2800°C) y se emplea para soldar y cortar metales. Debido a su carácter altamente no saturado forma fácilmente compuestos de adición con el hidrógeno, cloro, bromo, hidrácidos y otros muchos compuestos. 5. CICLOALCANOS Son hidrocarburos saturados, constituidos por cadenas cerradas en las que sólo existen enlaces sencillos entre los carbonos. 5.1. Nomenclatura. Su fórmula empírica es Cn H2n , como la de los alquenos, ya que al cerrar el ciclo se pierden dos hidrógenos. Los alquenos y los cicloalcanos de igual número de carbonos son, pues, isómeros de función. Los más importantes son los cuatro primeros términos de la serie homóloga, ciclopropano, ciclobutano, ciclopentano y ciclohexano. Obviamente no pueden existir cicloalcanos de menor número de carbonos que el ciclopropano. Tal y como los hemos nombrado anteriormente, su nomenclatura se establece con el nombre del alcano correspondiente de igual número de carbonos, con el prefijo ciclo-. H2 C H2 C CH2 Ciclopropano H2 C H2 C CH2 H2 C CH2 Ciclobutano H2 C H2C CH2 CH2 Ciclopentano H2 C H2 C H2 C C H2 CH2 CH2 Ciclohexano Abreviadamente pueden representarse estos compuestos mediante las figuras geométricas siguientes, similares a las moléculas: 17/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 Análogamente a los alcanos, los cicloalcanos pueden presentar ramificaciones en sus anillos, y las posiciones de dichas ramificaciones se numerarán por números localizadores, que corresponderán a los valores mínimos posibles, así por ejemplo: CH3 CH3 Este compuesto se nombrará como: 1,3-dimetil-ciclohexano y otros posibles no mbres, como 2,4-dimetil-ciclohexano ó 1,5-dimetil-ciclohexano, son incorrectos pues la numeración de los sustituyentes no corresponde a los mínimos valores posibles. 5.2. Propiedades químicas. Estos cuatro primeros términos presentan una reactividad muy diferente entre sí, dos a dos, Así, los dos primeros tienen una reactividad muy parecida. Teóricamente, por tener sólo enlaces σ sería lógico que fuesen como los alcanos, poco reactivos, dando como ellos sólo reacciones de sustitución. Sin embargo, no es de esta manera: el ciclopropano y el ciclobutano se rompen fácilmente: Br2 H2 C H2C H2 CH2 HBr H2C H2C H2C CH2Br CH 2 Br CH3 H2C CH2 CH3 H2C CH2 H2 H2C CH3 H2C CH3 CH2Br CH3 Es decir, dan reacciones de adición y no de sustitución con estos reactivos, como cabría esperar (el ciclobutano con más dificultad que el ciclopropano, pues sólo adiciona hidrógeno). Dan, paradójicamente, reacciones de adición como los alquenos, a pesar de ser cicloalcanos, porque sus enlaces, al estar tensionados, son más lábiles y por tanto susceptibles de dar reacciones de adición. Sin embargo, los ciclos superiores dan ya reacciones de sustitución como por ejemplo: H H H Br2 Br + HBr donde el ciclohexano sustituye bramo en la molécula dando lugar al compuesto bromociclohexano. 18/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 5.3. Estructuras. La reactividad de los ciclos pequeños se explicó por la gran tensión a la que estarían sometidos los enlaces del carbono al formar estos ciclos: el ángulo tetraédrico de la hibridación sp3 es de 109'3° mientras que por obvias razones geométricas en estos ciclos los ángulos C-C-C serían de 60° y 90°, respectivamente (ángulo del triángulo equilátero y del cuadrado). Por encontrarse en esa situación forzada los enlaces C-C se romperían fácilmente cuando se someten esos hidrocarburos a las condiciones experimentales de reacción. Es lo que se conoce como teoría de las tensiones de Baeyer. Esta teoría no será válida para explicar la diferente reactividad de los ciclos mayores respecto de los pequeños, pues teóricamente su ángulo C-C-C no sería el tetraédrico, con lo cual también presentarían tensión. No obstante, estos cicloalcanos ya no la tienen porque el gran número de eslabones del ciclo permite mantener el ángulo tetraédrico si se considera que esos ciclos ya no son planos, sino más o menos plegados. Así, el C-CC experimental del ciclohexano es 109'3° y no 120º, como debería ser teóricamente (el de un hexágono regular). Disponiéndose en las dos formas no planas de la fig.3 se alcanzan estructuras sin tensión (conformaciones de silla y de bañera). Se puede pasar de una a otra por giro alrededor de los enlaces carbono-carbono. H H H H H H H H H H H H H H H H H H H (b) (a) H H H H H FIG. 3 Por ello, los ciclos grandes son más estables que los pequeños y no se rompen con facilidad. Cuando en los cicloalcanos existen dos sustituyentes en carbonos diferentes, hay dos posibilidades para su disposición espacial: que estén al mismo o a distinto lado del plano medio del anillo, como se indica en las estructuras siguientes: Isómeros geométricos de los cicloalcanos: cis (a) y trans (b). Br H (a) Br H H Br Br H (b) Se trata de otro caso de isomería geométrica, con isómeros cis y trans como en las olefinas (en este caso, se trata de configuraciones distintas y no de conformaciones, como la silla y la bañera del ciclohexano). 19/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 6. IDENTIFICACION DE ALQUENOS Y ALQUINOS. 6.1. Reconocimientos de C=C. El reconocimiento de un doble enlace se basa en la acción oxidante del permanganato potásico en medio alcalino que cambia su color violeta a pardo (se adiciona un grupo OH a cada átomo de carbono) y también por la acción de una disolución diluida de bromo en agua o mejor en tetracloruro de carbono, que se decolora al adicionarse el halógeno al doble enlace. El ozono se añade al doble enlace formando ozónidos: O O R CH O CH R' R CH CH R' + O3 O O C O C C O + O + H2O C + H2O que se hidrolizan a aldehídos (o cetonas) y peróxido de hidrógeno que puede a su vez oxidar los aldehídos a ácidos: La naturaleza de los compuestos formados en el proceso de ozonolisis permite conocer la posición del doble enlace en el alqueno investigado. 6.2. Reconocimiento del C≡ ≡ C. El hidrógeno de los alquinos y de alquinos monosustituídos tiene carácter ácido, por lo que estos compuestos reaccionan con los metales alcalinos (en disolución de amoníaco líquido), con desprendimiento de hidrógeno y formación del acetiluro metálico respectivo. Por ejemplo: R−C≡CH + Na → R−C=C−Na + 12 H2 Esta reacción distingue a los alquinos de los restantes hidrocarburos. Como es natural, no la pueden dar los hidrocarburos acetilénicos disustituidos, puesto que en éstos no existe hidrógeno unido al carbono del triple enlace. 20/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA Soledad ESTEBAN SANTOS y Raquel NAVARRO DELGADO. Química General. Tomo 2. U.N.E.D. 1983. MADRID. Joseph A.BABOR y José IBARZ AZNÁREZ. Química General Moderna. Editorial Marín. 1968. BARCELONA. Louis F.FIESER y Mary FIESER. Química Orgánica. Editorial Grijalbo. 1960. MÉJICO. Kenneth W.WHITTEN y Kenneth D.GAILEY. Química General. Nueva Editorial Interamericana, S.A. 1986. MEJICO. K.Peter C.VOLLHARDT. Química Orgánica. Editorial Omega. 1990. BARCELONA. Robert T.MORRISON y Robert N.BOYD. Química Orgánica. Fondo Educativo Interamericano. 1983. MÉJICO. 21/ 22 www.eltemario.com © Antonio Abrisqueta García, 1999 Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 62 Tratamiento Didáctico ---------------------------------------------------------------------------------------------------------OBJETIVOS Estudio sistemático de los hidrocarburos, como grupo primario más importante de sustancias orgánicas, destacando sus estructuras, sus diferencias y sus aplicaciones en la industria y en la actividad humana.. Desarrollar la nomenclatura oficial según las normas de la IUPAC, en todas las variedades de hidrocarburos, tanto lineales como ramificados, de cadena abierta o cerrada, saturados o insaturados. Iniciar al alumno en las reacciones básicas, características de cada grupo funcional de hidrocarburos, que permiten su diferenciación, su análisis y su utilización en la síntesis orgánica. UBICACION Se ubicará el tema en el 2°curso de Bachillerato, dentro del núcleo temático de Aplicaciones de la Química Orgánica. TEMPORALIZACIÓN Se dedicará a la exposición del tema completo, un total de 6 horas de clase, que deberán completarse con 2 horas para prácticas de laboratorio y ejercicios de formulación y nomenclatura. METODOLOGÍA Por ser un tema meramente descriptivo de los hidrocarburos, sus propiedades, características y reacciones, la metodología a seguir debe ser explicativa y ordenada, basada en cuadros sinópticos y esquemas de reacciones, para su mejor comprensión. Debe ir acompañada la explicación con experimentos básicos de laboratorio sobre las reacciones más elementales y su interpretación. Deberá utilizarse obligatoriamente la nomenclatura oficial de IUPAC y exigir esta nomenclatura en todas las actividades del alumnado. CONTENIDOS MINIMOS Nomenclatura de hidrocarburos (todos los grupos). Alcanos: Propiedades. Grupos alquilo. Nomenclatura. Reacciones: Halogenación. Combustión. Alquenos: Propiedades. Geometría del doble enlace. Reacciones: Adición de XH, X2 . Adición de agua. Oxidación y ozonolisis. Dienos y polienos. Estructuras químicas. Alquinos: Propiedades. Geometría del triple enlace. Reacciones: Adición de XH, X2 . Adición de agua. Hidrogenación catalítica. Acetileno. Cicloalcanos. Nomenclatura. Propiedades. Identificación de un alqueno y de un alquino. MATERIALES Y RECURSOS DIDACTICOS Material general de laboratorio para prácticas: material vidrio, balanzas, productos químicos, buretas, indicadores. Transparencias sobre las principales estructuras de los hidrocarburos de todos los grupos estudiados. Modelos moleculares para la construcción de moléculas. EVALUACION Se evaluará el tema mediante ejercicios escritos que comprendan preguntas sobre cuestiones básicas del tema y pruebas escritas de opción múltiple, relativas a las cuestiones anteriores tendentes a evaluar la capacidad de razonamiento teórico y conceptual. Ejercicios de nomenclatura y formulación de Hidrocarburos. Valoración de las prácticas de laboratorio realizadas. 22/ 22
