LOS HIDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS

Transcripción

1 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Compuestos que poseen por lo menos un doble enlace C=C. Los carbonos que participan del doble enlace adoptan una hibridación sp2, y la geometría es trigonal plana. orbital puro orbitales hibridos sp 2 orbitales hibridos sp 2

2 PREGUNTAS 1. Para el grupo siguiente de compuestos: Acetileno, neopentano, eteno, ciclohexano, benceno, ciclohexeno: Escribir su fórmula estructural. Cuáles se pueden clasificar como alquenos y cuáles átomos en los alqueno presentan hibridación sp2? Cuántos orbitales hibridos existen para cada uno de éstos átomos? Cuántos orbitales puros? Qué se entiende por hibridación sp 2?

3 Caracteristicas Generales del Doble Enlace C=C 1. Indice de deficiencia de hidrogeno, ID 2. Rotación restringida y el enlace doble 3. Isómeros Cis-Trans y E-Z

4 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Características generales del enlace 1. Indice de deficiencia de hidrogeno, ID: La presencia de cada enlace pi, en los alquenos, implica dos átomos de hidrógeno menos, que en los correspondientes compuestos saturados. Ejemplo: comparemos el eteno con el etano: Eteno (4 hidrógenos) Etano (seis hidrógenos) ID = (6 4)/2 = 1 (un par de átomos de hidrógeno menos que en el hidrocarburo saturado)) Un par de átomos de hidrógeno menos, implica la presencia de un doble enlace C=C y por lo tanto, un número igual a dos atomos de hidrógeno menos que en el alcano, con igual número de átomos de carbono.

5 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Características generales del enlace Por lo anterior el ID se define como el número de pares de átomos de hidrógeno que deben restarse de la fórmula molecular del alcano, para ser igual a la formula molecular del alqueno. Los alquenos con un doble enlace y los cicloalcanos tienen la misma fórmula condensada Cn2n (son isómeros constitucionales) y ambos tienen el mismo ID. Ejemplo: C 3 2 C exeno Ciclohexano El ID, en ambos casos es: (14-12)/2 = 1 par de átomos de hidrógeno, que corresponde a un doble enlace en el hexano y a la presencia de un anillo en el ciclohexano. La diferenciación entre un alqueno con un doble enlace y un cicloalcano se confirma experimentalmente.

6 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Características generales del enlace Para diferenciar si en un compuesto hay anillos o dobles enlaces, se realiza experimentalmente una hidrogenación. Los alquenos adicionan hidrógeno, a temperatura ambiente, en presencia de un catalizador, mientras los cicloalcanos, bajo éstas condiciones, no reaccionan. Ejemplo: C 3 2 C hexeno hexano Pt + 2 C 25 C 3 C Pt 25 C No reacciona Ciclohexano Tener en cuenta que un cicloalqueno, si presentaría reacción de hidrogenación en presencia de Pt/25 C, por la presencia del enlace pi

7 PREGUNTAS Considere los siguientes compuestos: isopreno y 1,2- dimetilciclohexeno. Dibujemos su estructura y contestemos para cada compuesto por separado, las preguntas siguientes: Cuál es su fórmula condensada? Cuál es la fórmula estructural, la fórmula condensada y el nombre del hidrocarburo saturado correspondiente? Calcule el ID De acuerdo con el cálculo anterior cuántos dobles enlaces están presentes en la molécula? Porqué?. ay presencia de anillos? Escribir para cada molécula la reacción de hidrogenación correspondiente. En qué se diferencian éstas hidrogenaciones?

8 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Características generales del enlace El enlace doble y la rotación restringida. El enlace doble (considerando el modelo de hibridación de orbitales) está formado por dos diferentes tipos de enlace, un enlace sigma, σ, y un enlace pi, π. El enlace σ está formado por la superposición de dos orbitales sp2, y es simétrico con respecto a un eje que une a los dos átomos de carbono. El enlace π resulta de la superposición lateral de dos orbitales p. En el estado fundamental, los electrones del enlace π, se localizan entre los dos átomos de carbono, por encima y por debajo del plano del esqueleto del enlace σ. enlace pi enlace sigma

9 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Características generales del enlace El enlace doble y la rotación restringida. En el modelo de doble enlace, σ-π, hay una elevada barrera energética a la libre rotación. La energía potencial del enlace π, alcanza valores hasta de 63 Kcal mol -1, y constituye una barrera energética a la rotación; por consiguiente se dice que la rotación está restringida y ésta restricción origina una diferente distribución en el espacio, de los grupos enlazados a los carbonos que forman parte del doble enlace, generando los isómeros geométricos cis-trans Dos sustituyentes del mismo lado del plano 3 C C 3 C 3 C 3 sustituyentes de lados opuestos del plano cis-2-buteno trans-2-buteno

10 PREGUNTAS Considerando únicamente los orbitales hibridos sp2, dibuje todas las posibles estructuras de las moléculas siguientes: Eteno (vinilo) y 1,2-dicloroeteno En cuál encontró la presencia de isómeros geométricos cis/trans? Explique éste hecho. En cuál no hay isómeros geométricos? Porqué?

11 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos cis-trans Los isómeros geométricos cis-trans, que difieren en las orientaciones de los grupos, que se fijan al doble enlace, se clasifican dentro de un grupo grande de compuestos denominados estereoisómeros. Al comparar las dos estructuras del 2-buteno, podemos observar que entre si, no son imágenes en espejo, por lo que ésta clase especial de estereoisómeros recibe le nombre de diasterómeros. Los diasterómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes. Para que exista isomerismo geométrico cis-trans, sobre cada uno de los átomos de carbono que participan del doble enlace, deben estar presentes dos sustituyentes iguales (éstos no deben estar sobre el mismo átomo de carbono). Cuando los dos sustituyentes alrededor del doble enlace, no son iguales, los isómeros se nombran con el sistema E-Z

12 PREGUNTAS Considerar cada uno de los siguientes alquenos: 2-metil-2-buteno; 2-buteno; 2-metilpropeno; ciclopenteno; 1,2-dicloro-1-ciclopenteno. Para cada uno dibujar sus estructuras, atendiendo la geometria trigonal alrededor del doble enlace. Seleccionar cuáles de los compuestos anteriores presentan isomeria cis/trans y explicar porqué. Dibujar cada pareja de isómeros e identificarlos con sus nombres. Los isómeros cis/trans, son entre si, imágenes especulares no superponibles? Porqué? Si su respuesta anterior fue negativa, cómo se denominan ésta clase de compuestos y en general cómo son sus propiedades físicas y químicas? En el ( o los) compuestos que no presentan isomerismo geométrico cis/trans cómo se explica éste hecho?

13 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos cis-trans Dos sustituyentes iguales sobre el mismo átomo de carbono 3 C 3 C C 3 C 3 C 3 Dos sustituyentes iguales sobre diferente átomo de carbono 2-metil-2-buteno trans-2-buteno No presenta isomerismo geométrico

14 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos E-Z También se presenta isomería geométrica, cuando todos los sustituyentes alrededor del doble enlace son diferentes. Ejemplo: 3 C Br C 3 Cl Cl Z-1-bromo-1-cloropropeno Br E-1-bromo-1-cloropropeno El sistema de nomenclatura (E-Z), E (del alemán entgegen que significa opuesto) y Z (del alemán Zusammen que significa juntos), se utiliza cuando alrededor del doble enlace existen tres o cuatro sustituyentes diferentes. Los pasos a seguir son:

15 PREGUNTAS Proponga un par de ejemplos con los cuáles pueda explicar cuando es necesario utilizar la nomenclatura E/Z, para los alquenos. Compare con las estructuras en las cuáles utilizaría el sistema cis/trans. Se trata solamente de comparar el o los requisitos para definir cuál nomenclatura utilizar.

16 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos E-Z Mentalmente se separa el alqueno en sus dos extremos. 3 C Br Cl Línea que indica la separación de los dos carbonos que form an el doble enlace Se comparan los dos grupos unidos al carbono con doble enlace, en el lado izquierdo de la línea de separación (serían los grupos C 3 Y ) y se les asigna una prioridad, con base en el número atómico (en éste caso, los números atómicos son 6 y 1) del átomo directamente enlazado al carbono con doble enlace). El grupo con el átomo de mayor número atómico, tendrá la mayor prioridad y se le asigna el número 1, y al de menor prioridad se le asigna el número 2. Por lo tanto C3: prioridad 1 : prioridad 2

17 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos E-Z El procedimiento anterior se sigue independientemente para el lado derecho: Número atómico del bromo: 35 y número atómico del cloro: 17 Prioridad para el bromo: 1 y prioridad para el cloro: 2 prioridad C B r 2 prioridad C l 2 En éste caso los dos grupos con la misma prioridad, quedan del mismo lado del plano, entonces se utiliza la letra Z, por lo que el nombre del isómero corresponde al Z-1-bromo-1-cloropropeno o 1-bromo-(1Z)- 1-cloropropeno.

18 PREGUNTAS Para los compuestos relacionados: a) dibujar sus estructuras; b) asignar las prioridades para los grupos sustituyentes en los carbonos con doble enlace; c) definir el nombre completo del alqueno como E o Z d) Qué relación estereoisomérica guardan entre si éstas parejas de isómeros e)cómo son sus propiedades físicas y químicas? 2-bromo-1-cloro-1-yodo-propeno; 1-bromo-1,2- dicloroeteno; 1-amino-2-fluorpropeno.

19 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos E-Z Las prioridades asignadas para el sistema de nomenclatura E-Z, siguen las reglas de Cahn-Ingold-Prelog. Ejemplo para el 3- bromo-3,5-octadieno: C 3 3 C cada doble enlace se analiza por separado: Br C 2 C C C 3 3 C 2 C 4 C5 6 C Br 7 con el fin de identificar si es el isómero E o el isómero Z:

20 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS Isómeros geométricos E-Z 1. Separar cada doble enlace por la mitad usando una línea imaginaria: C 2 C C C 3 3 C 2 C 4 C5 6 C Br 2. Comparacion de los sustituyentes: Para el primer doble enlace. Se analizan primero para el lado izquierdo e independientemente para el lado derecho del mismo doble enlace 7

21 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS: Isómeros geométricos E-Z El análisis del primer doble enlace, aplicando las reglas de Cahn-Ingold- Prelog, permite definir las siguientes prioridades: Atomos de carbono que participan del doble enlace Sustituyentes directamente enlazados Número atómico Prioridad C #3 Br 35 1 C 17 2 C#4 1 2 C 6 1

22 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS: Isómeros geométricos E-Z Al colocar las prioridades sobre la estructura, para el primer doble enlace, se tiene: prioridad 2 C 2 C C C 3 3 C 2 C 4 C5 6 C Br 2 prioridad 1 Los sustituyentes de mayor prioridad quedaron del mismo lado del plano, entonces en el nombre, se asigna la letra Z al carbono número tres. 7

23 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS: Isómeros geométricos E-Z El análisis del segundo doble enlace, permite asignar las siguientes prioridades Atomos de carbono que participan del doble enlace Sustituyentes directamente enlazados Número atómico Prioridad C#5 1 2 C 6 1 C#6 1 2 C 6 1

24 LOS IDROCARBUROS INSATURADOS: ALQUENOS: Isómeros geométricos E-Z Asignación final de prioridades para el segundo doble enlace de la estructura: 1 2 C 2 C C C 3 3 C 2 C 4 C5 6 C Br Los sustituyentes del mismo lado del plano tienen prioridades diferentes, por lo tanto se asigna la letra E, al carbono 5. El nombre completo es: 3-bromo-(3Z,5E)-octadieno.

25 PREGUNTAS Para los compuestos relacionados a) dibujar la estructura de la pareja de isómeros b) escribir los nombres completos utilizando el sistema E/Z: 3-isopropil-2-penteno; 1-cloro-1-fluoro-2- metilbuteno.