ALCANOS: ESTRUCTURA. Y NOMENCLATURA DE HIDROCARBURO SENCILLOS

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1 ALCANOS: ESTRUCTURA. Y NOMENCLATURA DE DROCARBURO SENCLLOS Los compuestos orgánicos se clasifican de acuerdo con características estructurales comunes que imparten propiedades químicas y físicas similares a los compuestos que pertenecen a cada grupo o familia. El estudio de la química orgánica en términos de estas familias simplifica la tarea de entender las reacciones que sufren los compuestos; este libro está organizado en consecuencia. 2 idrocarburos: introducción hidrocarbun, compuesto formado sólo por carbono e hidrógeno alcano compuesto formado sólo por carbono, hidrógeno y enlaces sencillos compuesto saturado compuesto con sólo enlaces sencillos compuesto no saturado compuesto con al menos un doble o triple enlace En este capítulo daremos principio a una cobertura minuciosa de la estructura molecular y nomenclatura de los compuestos orgánicos usando los hidrocarburos, que son en muchos sentidos los compuestos orgánicos más sencillos porque están formados sólo por carbono e hidrógeno. Primero examinaremos los alcanos, que son hidrocarburos donde todos los enlaces carbono-carbono son sencillos. El aprendizaje de la relación entre la estructura y la nomenclatura de los alcanos deberá ayudar al estudiante a dominar ambas cosas. El petróleo y la hulla son las fuentes principales de hidrocarburos. Se trata de mezclas complejas de literalmente miles de compuestos, casi todos hidrocarburos, formados por la descomposición y degradación de plantas y animales marinos. Es probable que algunos de estos compuestos ya le sean conocidos: metano, gas natural, p<opano y butano (gas rural, gas de campamento). -C- l -C-C-C- -C-C-C-C Metano Propano Butano En su mayoría, los hidrocarburos del petróleo se queman como combustible, pero una pequeña porción se convierte en productos petroquímicos como plásticos, fibras, colorantes, detergentes, fármacos, plaguicidas y otros productos. Los hidrocarburos pertenecen a dos clases principales: hidrocarburos saturados (alcanos), en los cuales todos los enlaces carbono-carbono son sencillos, e hidrocarburos no saturados, en los cuales las moléculas tienen al menos un doble

2 2.2 Fórmulas moleculares y estructurales-isomería ( 39, alqueno compuesto formado por carbono e hidrógeno y al menos un doble enlace alquino compuesto formado por carbono e hidrógeno y al menos un triple enlace enlace (alquenos) o un triple enlace (alquinos) carbono-carbono. Los compuestos aromáticos, así ilamados originalmente por su aroma, también corresponden a la designación de no saturados; sus estructuras se analizarán en un capítulo posterior. Los que siguen son ejemplos sencillos de cada clase de hidrocarburos: etano, un componente menor del gas natural; etileno, precursor del plástico polietileno; acetileno, el combustible de los sopletes oxiacetilénicos; y benceno, un componente de la gasolina. Saturados Alcanos l l No saturados Alquenos Alquinos Aromáticos Etano Eteno (etileno) Etino (acetileno) Benceno Fórmulas moleculares y estructurales-isomeria fórmula molecular fórmula que proporciona el número de cada clase de átomo en un compuesto fórmula estructural fórmula que proporciona la disposición de los enlaces de los átomos de una molécula isómeros compuestos con la misma fórmula rnolecular pero diferentes fórmulas estructurales isómeros estructurales isórneros que varían en las uniones de los átomos a través de enlaces isómeros de constitución isómeros que varían en cuanto a las uniones de los átomos a través de enlaces estereoisómeros isórneros con los mismas uniones de átomos a través de enlaces pero diferentes orientaciones espaciales Teóricamente, el número de posibles compuestos orgánicos es infinito. Ya se han sintetizado o aislado de sus fuentes naturales varios millones. Estos compuestos se representan comúnmente mediante fórmulas moleculares o estructurales. Una fórmula molecular describe el número exacto de cada clase de átomo en un compuesto. Las fórmulas moleculares de los tres alcanos más sencillos son C4, C2s, y C38. Aunque esta información es importante, las fórmulas estructurales son más útiles; pues no sólo proporcionan el número exacto de cada clase de átomo de una molécula, sino además la disposición de los enlaces de estos átomos -es decir, cuáles átomos están unidos unos con otros y por qué clase de enlace-. Las fórmulas estructurales de los tres alcanos más sencillos se muestran en la figura 2.1 junto con representaciones de modelos moleculares. Cuanto mlyor es el número de átomos en una fórmula molecular, más grande es el número de compuestos posibles con ella. Por ejemplo, aunque sólo es posible un compuesto para los alcanos de fórmulas C4, Cz6 y C3s, son posibles dos para C4l0; tres para C512; 75 para Clo22; para CZ042 y para C4082. Estos diferentes compuestos con la misma fórmula molecular pero distinta fórmula estructural se llaman isómeros. Muy pocos de los isómeros de C2042 O C4082 se han sintetizado, aislado de fuentes naturales o caracterizado. Sin embargo, la posibilidad de su existencia ilustra muy bien el enorme alcance de la química orgánica. Existen seis clases de isomena, todas las cuales, excepto una, habremos de estudiar en este capítulo y en el próximo. Las isomenas de esqueleto, de posición y funcional caen bajo el título general de isomería estructural (a veces llamada isomería de constitución). En los isómeros estructurales, diferentes átomos están unidos unos con otros. En la estereoisomería -geométrica, de conformación y óptica- los mismos átomos están enlazados unos con otros, pero su configuración en el espacio es diferente. nvestigaremos la isomena de esqueleto de los dcanos en la próxima sección.

3 40 1 CAPTULO 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos -- - C- l l l -C-C C-C-C- FGURA 2.1 Representaciones de (a) etano y (c) propano. cb (a) l 2.3 lsomeria de esqueleto en alcanos A. sómeros isómeros de esqueleto isórneros q ue difieren en la disposición de la cadena de carbono Los isómeros son compuestos con la misma fórmula molecular pero diferent fórmula estructural. Los alcanos muestran un tipo de isomería que se conoce com isomería de esqueleto. Puesto que todos los alcanos no cíclicos tienen la fórmul general Cn2n+2 (Cb, Cz6, C38, C410, C512, y así sucesivamente), sólo puede tener enlaces carbono-carbono sencillos, Las únicas variaciones estructurales pc sibles están en la disposición de los carbonos, el esqueleto de carbono. Por ejen plo, el miembro más sencillo de la familia de los alcanos que muestra isomen tiene la fórmula molecular C4lo. ay dos fórmulas estructurales posibles, una e la que los cuatro carbonos están dispuestos en una cadena continua y otra en! cual la cadena está ramificada. -C- l -C-C-C-C- l l C-C-C- l l l Examinemos ahora un método para dibujar isómeros de esqueleto como éstos isómeros estructurales en general de una manera sistemática.

4 B. Cómo dibujar isómeros estructurales 2.3 somería de esqueleto en alcanos Las reglas y el procedimiento para dibujar isómeros estructurales son los mismos que se usaron para dibujar fórmulas de electrón-punto (sección 1.4.C). Usaremos simplemente una línea para designar cada par de electrones enlazantes en vez de dos puntos (una línea para enlaces sencillos, dos para enlaces dobles y tres para enlaces triples). Luego pasaremos rápidamente al uso de representaciones aún más condensadas. Las reglas para dibujar estructuras son: l. Se deben usar todos los átomos de la molécula -ni más, ni menos. 2. Se debe satisfacer la valencia (número de enlaces) de cada átomo. Las valencias de los átomos que es común encontrar en compuestos orgánicos son: C 4 N 3 o, S 2, F, C1, Br, 1 1 Cuando apenas se comienza a aprender estructura orgánica, es bueno contar con un procedimiento para dibujar isómeros. El procedimiento siguiente, en el cual se consideran primero los átomos polivalentes, es de utilidad. l. Una entre sí en forma continua, con enlaces sencillos, todos los átomos con valencias superiores a uno. 2. Ligue átomos monovalentes a los átomos polivalentes hasta que se hayan satisfecho todas las valencias. 3. Si no hay suficientes átomos monovalentes en la formula molecular para completar el paso 2, inserte enlaces dobles o triples entre los átomos polivalentes hasta que sea posible satisfacer todas las valencias. También puede ser útil dibujar estructuras cíclicas. 4. Para construir los isómeros de una fórmula molecular, modifique la disposición de los átomos y enlaces en las moléculas. ~~li~uemos ahora estas reglas y este procedimiento al ejemplo sencillo analizado en la parte A de esta sección, C40 (véase la figura 2.2). Una primero los cuatro carbonos con enlaces sencillos. En seguida, agregue hidrógenos a los carbonos, enlace múltiple uno a la vez, hasta que cada carbono tenga cuatro enlaces. Podrá ver que se usan un doble o triple enlace los diez hidrógenos y no se requieren enlaces múltiples. C-C-C-C -C-C-C-C Ahora haga variar la disposición de los átomos polivalentes -los cuatro carbonos- y agregue hidrógenos como hizo antes. *- C C-C-C -C- l l -C--C--C- l

5 C~ínito 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos 1 C- CC- C Para una persona que se inicia en el aprendizae de la química orgánica, puede recer que tendría que haber un buen número de isómeros de C410. Por ejemr por qué los siguientes no son diferentes de nuestro primer isómero, el butano? Butano Un examen minucioso revela que cada una de estas estructuras tiene una cadt continua de cuatro carbonos y es, por tanto, idéntica al butano. Todo lo que se hecho al generar estas estructuras es torcer la molécula de varias maneras, co una serpiente. Todas las estructuras conservan la cadena continua de cuatro í bonos y son idénticas. Es conveniente convencerse uno mismo de que, en nues segundo isómero, nada cambia si se enlaza el cuarto carbono por arriba o por bao de la cadena de tres carbonos. La fórmula molecular que sigue en esta serie es C512, para la cual hay tres i meros de esqueleto (figura 2.3). El primero tiene una cadena continua de cinco < bonos (sólo un isómero de C512 puede tener una cadena así). El segundo tic una cadena de cuatro carbonos con una ramificación de un carbono en el segur carbono. Adviértase que no importa en cuál de los dos carbonos interiores se colc FGURA 2.2 i l l l --C-C-C--C sómeros de C40. C3C2C2C3 (a) Metilpropano. Cada uno punto de ebullición 0 "c tiene la misma fórmula punto de fusión "C molecular pero una densidad del líquido g/ml estructura propia. (a) -C- C-C-C- 1 / C3

6 2.3 somería de esqueleto en aicanos 1 43 la ramificación de un carbono. En ambos casos, se tratará del segundo carbono a partir del extremo de una cadena de cuatro carbonos. El tercer isómero tiene dos ramificaciones de un carbono en el carbono medio de una cadena de tres carbonos. Obsérvese que, si las dos ramificaciones de un carbono se hubieran colocado sobre el primer carbono, o si se hubiera puesto una cadena de dos cai-bonos en el segundo carbono de la cadena de tres carbonos, se habna repetido el segundo isómero, puesto que la cadena más larga se habna ampliado a cuatro carbonos m- -C - :f. - C C- C l La figura 2.3 muestra las fórmulas estructurales condensadas de los compuestos en cuestión. Puesto que este tipo de fórmula es el de uso más frecuente, conviene comparar las fórmulas expandidas y condensadas para confirmar su significado. El -C- -C - l T 7 " l / Y -C-C-C-C-C- -C-C-C-C- -C-C-C- l l l l l l l i 1 FGURA 2.3 Representaciones de fórmula estructural de los isómeros de C512.

7 44 1 C~~TUC 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos senciiios fórmula condensada fórmula estructural en la ejemplo 2.1 ilustra el uso de fórmulas condensadas al dibujar los isómeros de es queleto de C64. cual no se muestran individualmente todos los enlaces o átomos m 1 Dibuje los cinco isómeros de esqueleto que tienen la fórmula molecular C$it,. Solución Se debe seguir un procedimiento sistemático al dibujar isómeros de fórmulas moleculares para evitar la repetición u omisión de un isómero. Comience por disponer los carbonos en una cadena continua: C3C2C2C2C2C3 Ahora, reduzca la longitud de la cadena más larga en un carbono y coloque la cadena de un carbono restante en tantos lugares distintos como sea posible. Colocar el C3 en el cuarto carbono es lo mismo que ponerlo en el segundo; dibujarlo arriba o abajo da igual. C3 C3 Después de formar tantos isómeros como sea posible con una cadena de cinco carbonos, hay que reducir la longitud de la cadena más larga a cuatro carbonos y considerar los carbonos restantes como una ramificación de dos carbonos ( - C2C3) y como dos ramificaciones de un carbono (- C3, - C3). No hay un lugar donde se pueda colocar la ramificación de dos carbonos sin aumentar la longitud de la cadena más larga Si dicha ramificación estuviera unida en el extremo, la cadena más larga se volvería de seis carbonos; si se colocara en un carbono interior, la cadena se alargaría a cinco. Sin embargo, existen dos disposiciones de dos ramifibaciones de un carbono en una cadena de cuatro carbonos. C3 C3 C3 l C3CC2C3 l C3C - CC3 Problema 2.1 Dibqy los nueve is esqueleto que tienen la f6nnuia C76. C. Cicloalcanos cicloalcano Los cicloalcanos tienen la fórmula molecular general C,2,. tienen dos hidrógecompuesto cíclico que nos menos que los alcanos correspondientes. El cicloalcano más sencillo tiene tres contiene sólo carbonos, C36. ay una sola fórmula estructural posible, un anillo de tres mieme hidrógeno bros. Existen dos isómeros de esqueleto que son cicloalcanos con fórmula C4s. \ / C. / \, C-C -C-C- -C-C-. / \ /- C - c,

8 2.4 Representaciones de fórmulas estnicturdes 1 45 Dibuje los c%tro isómeros de esqueleto de los cicloalcanos de f6niiuh moleeular Representaciones de fórmulas estructurales Comenzamos a escribir fórmulas estructurales en el capítulo 1 cuando aprendimos a escribir fórmulas de electrón-punto. Casi todas las fórmulas estructurales que hemos usado hasta ahora en este capítulo han sido como las fórmulas de electrónpunto, excepto que los pares de electrones enlazantes se ilustran con líneas en vez de puntos. asta que usted esté absolutamente seguro de lo que hace, éstas son las mejores fórmulas que puede usar. Sin embargo, conforme aumente su competencia, usted querrá encontrar métodos más breves para representar compuestos. Esto es posible con fórmulas condensadas. Los métodos para condensar fórmulas vm'an desde agrupar los hidrógenos de un carbono dado hasta usar diagramas de varillas. Por ejemplo, son todas representaciones del compuesto -C- 01 -C --- C --- C-C-C- l l l l l En la primera condensación, los hidrógenos de cada carbono están agrupados. En la segunda, los C3 y C2 están agrupados entre paréntesis como corresponde. Examine de nuevo las figuras para ver ejemplos de estos métodos. La fórmula de armazón utiliza líneas, y se entiende que las intersecciones y extremos de las líneas son carbonos a menos que se especifique otra cosa. Los carbonos tienen suficientes hidrógenos para satisfacer sus valencias. Las fórmulas de armazón son especialmente útiles para representar compuestos cíclicos (o anulares). Cada vértice del polígono representa un carbono a menos que se especifique otra cosa. Las líneas dobles indican dobles enlaces, y tres líneas designan enlaces triples.

9 46 ( Ca~iíuw 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos Dibuje una fórmula estructural expandida para el hidrocarburo saturado siguiente: (C3)2C(C2)3C(C3)C2C(C3)3. Solución k l -C- C- - C- -c~c--c-c-cc--c-c- l l l l l l l -C- 2.5 lsomeria de posición C- Los isómeros de esqueleto,difieren en cuanto a la posición de los átomos de carboisórneros de no, es decir, la disposición del esqueleto de carbono. Los isómeros de posición posición difieren en la posición de un grupo no carbonado o de un doble o triple enlace; el isómeros que difieren en esqueleto de carbono no se modifica. Consideremos, por ejemplo, los cuatro isóla ubicación de un meros de C49Br. arupo sin carbono o un oble o triple enlace [ C3C2C2C2Br C3C2CC3 sómeros de posición sómeros de esqueleto A > C3 C3 l C3CC2Br C3CC3 Br Los miembros del par superior de compuestos son isómeros de posición porque todos tienen una cadena continua de cuatro carbonos y difieren sólo en la posición del bromo. De igual manera, los miembros del par inferior tienen esqueletos de carbono idénticos y difieren sólo en la posición del bromo. Sin embargo, los dos pares de compuestos difieren en el esqueleto de carbono y, por tanto, tienen entre sí una relación de isómeros de esqueleto. Los ejemplos siguientes ilustran otros tipos de isómeros de posición: Problema 2.3 El tercer tipo de isomería estructural es funcional, en el cual las distintas disposiciones de átomos colocan los compuestos en diferentes clases de compuestos orgánicos. Puesto que esto no ocurre en el caso de los alcanos, se analizará más adelante (sección 3.3).

10 2.6 Nomenclatura UPAC de alcanos 1 47 Nomenclatura UPAC de alcanos A. ntroducción a la nomenclatura UPAC Se han asignado nombres triviales o comunes a compuestos orgánicos por diversas razones, entre ellas la simple ignorancia, por parte de los químicos pioneros, de las estructuras de los compuestos que investigaban. Las explicaciones de muchos de estos nombres son obvias; fuente: pineno de los pinos y cocaína de las hojas de coca; olor: putrescina y cadaverina, compuestos que se forman en la carne en descomposición; sabor cinamaldehído y vainillina; color: rojo Congo y verde malaquita; geometría: basquetano (basket = canasta) y cubano; nombres comerciales: Nutrasweetm; y adulación pública: recientemente, buckybolas o fulerenos (véase Conexiones 1.1). El potencial para el descubrimiento o la síntesis de grandes cantidades de compuestos químicos puso de manifiesto la necesidad de un método para dar nombre de manera sistemática a millones de compuestos. A principios del siglo veinte, la Unión nternacional de Química Pura y Aplicada (UPAC: nternational Union of Pure and Applied Chemistry) desarrolló el sistema de nomenclatura UPAC, el cual relaciona los nombres de los compuestos con su estructura molecular. Por ejemplo, el nombre de un hidrocarburo simple se basa en el número de carbonos de la cadena continua de carbonos más larga de la molécula Se identifican los enlaces dobles y triples, y se describen numéricamente sus ubicaciones dentro de la cadena más larga. emos considerado ya la estructura e isomería de los alcanos y ahora estamos en condiciones de relacionar sus estructuras con su nomenclatura. La nomenclatura de otras clases de compuestos orgánicos se estudiará en capítulos individuales conforme se exponga la química de cada grupo funcional. En el apéndice aparece una síntesis de la nomenclatura UPAC. Todavía se usan algunos nombres comunes; los más persistentes de ellos se presentarán a lo largo del libro. B. Nomenclatura de alcanos no ramificados de cadena continua: base de la nomenclatura orgánica Los compuestos que contienen sólo carbono e hidrógeno, con cadenas de carbono continuas y no ramificadas, y con sólo enlaces sencillos, se designan de acuerdo con el nombre griego que corresponde al número de carbonos seguido del sufijo -ano. Por ejemplo, un compuesto con una cadena de cinco carbonos se designa como penta, del griego que denota cinco, seguido del sufúo -ano, que indica que todos los enlaces carbono-carbono son sencillos. Los hidrocarburos anulares, o cíclicos, siguen el mismo esquema de nomenclatura excepto que se usa el prefúo ciclo- para indicar que la cadena es un anillo. Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Ciclohexano Ciclooctano La tabla 2.1 presenta las fórmulas estructurales y nombres de los primeros diez hidrocarburos saturados. Puesto que la nomenclatura de los alcanos es la base de la nomenclatura orgánica en general, es importante aprender los nombres de al menos los diez primeros hidrocarburos. Obsérvese que los primeros cuatro hidrocarburos de la tabla 2.1 tienen nombres triviales que se incorporaron en el sistema

11 48 1 Cmímo 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos TABLA idrocarburos de cadena continua Primeros diez hidrocarburos C4 Metano CS(CZ)~C~ exano C3C3 Etano C~(CZ)~C~ eptano C3C2C3 Propano C3(C2)6C3 Octano C3(C2)2C3 Butano C3(C2)7C3 Nonano C3(C2)3C3 Pentano C3(C2)sC3 Decano - de la UPAC a causa de su extenso uso previo. Analice los nombres de la tabla 2.1, entendiendo que los prefuos -perita-, hexa-, hepta-, octa-, nona- y deca- describen el número de carbonos (de cinco a diez, respectivamente) y que el sufijo ano indica que sólo hay enlaces carbono-carbono sencillos. C. Nomenclatura de alcanos de cadena ramificada Los alcanos de cadena ramificada son compuestos que tienen cadenas más cortas de carbono (grupos alquilo) unidas a esqueletos de carbono más largos. Sus nombres se basan en el nombre de la cadena de carbono continua más larga; los nombres de grupo alquilo los sustituyentes carbonados anexos (grupos alquilo) se obtienen cambiando la cadena de hidrocarburo terminación del nombre del hidrocarburo apropiado, de -ano a 410. Estos com- 'On un p unto de unión puestos se designan de acuerdo con el procedimiento siguiente: abierto 1. Encuentre la cadena de carbono más larga de la molécula y déle nombre de acuerdo con la tabla 2.1, con el prefuo griego correspondiente al número de carbonos seguido del sufuo ano. Para un compuesto cíclico, el anillo suele ser la base del nombre, sin considerar la cadena continua más larga. 2. Dé nombre a las cadenas anexas más cortas (grupos alquilo). Véase la tabla Para localizar las posiciones de los grupos alquilo, numere la cadena de carbono más larga en forma consecutiva, de un extremo al otro, comenzando por el extremo que proporcione el número más bajo para el primer sustituyente. Este paso se aplica simultáneamente con el paso 2. TABLA Grupos alquilo C3 - Metilo C3(C2),C2 - exilo C3C2 - Etilo C3(C2)5C2 - eptilo C3C2C2 - Propilo C3(C2)6Cz - Octilo C3(C2)2C2 - Butilo C3(Cz)7C2 - Nonilo C~(CZ)~CZ - Pentio C3(C2)&2 - Decilo Grupos alquilo ramificados ~so~ro~ilo ~utilb secundario sobutilo Butilo terciario (sec-) (ter- o t-)

12 2.6 Nomenclatura UPAC de alcanos ( 49 Dé nombre a Solución 1. La cadena continua más larga tiene ocho carbonos, de modo que la base del nombre es octano. 2. Un sustituyente de un carbono, un grupo metilo, está unido a la cadena más larga. El compuesto es un metiloctano. 3. La numeración de izquierda a derecha ubica el grupo metilo en el carbono 7. Por otro lado, la numeración de derecha a izquierda lo pone en el carbono 2. La segunda alternativa proporciona el número más bajo al sustituyente. El nombre completo es 2-metiloctano. Si aparece más de un grupo alquilo dado en una molécula, se usa un prefijo griego que indica el número de grupos idénticos. Por ejemplo, si un compuesto tiene dos, tres, cuatro, cinco u ocho grupos metilo, esto se indica usando dimetil, trimetil, tetrametil, pentametil y octametil. La ubicación de cada grupo metilo se descri- be con su propio número. Los grupos alquilo con cadenas de tres y cuatro carbonos ameritan una atención especial. Un grupo &quilo de tres carbonos podría estar unido a una cadena más larga por cualquiera de los carbonos externos o por el carbono medio; los grupos se llaman propilo e isopropilo, respectivamente. C3C2C2 - Propilo C3CC3 sopropiio Son dos los isómeros estructurales de un grupo alquilo de cuatro carbonos, cada uno de los cuales tiene dos puntos distintos de conexión. C3 C3 C3C2CZC2 - C3CC2C3 C3CC2 - C3CC, l Butilo Butilo secundario sobutilo Butilo terciario Los ejemplos siguientes ilustran aspectos adicionales de la nomenclatura de los alcanos. Dénombrea Solución 1. La cadena continua más larga tiene siete carbonos: es un heptano. 2. ay cuatro ramificaciones más cortas sobre la cadena de heptano: tres cadenas de un carbono y una cadena de dos carbonos. Los sustituyentes de un carbono se ila-

13 50 1 CAP~TLJLO 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos senciilos l l man grupos metilo. Puesto que hay tres grupos metilo, parte del nombre debe ser trimetil. La cadena de dos carbonos se llama grupo etilo. Los grupos alquilo se nombran en orden alfabético. El compuesto original es un etil trimetilheptano. 3. Los sustituyentes se deben situar ahora sobre la cadena más larga. La numeración de izquierda a derecha permite las designaciones más bajas. Los tres grupos metilo están sobre el carbono 2 y el carbono 4 (2,2,4-trimetil), y el grupo etilo está sobre el carbono 5 (5-etil). Cada sustituyente recibe su propio número. El nombre completo es 5-etil-2,2,4-trimetilheptano. m De nombre a ( solución l l. Para encontrar la cadena continua más larga se puede requerir una inspección cui- 1 dadosa. No estamos buscando la cadena recta más larga, sino la cadena de carbono! continua más larga. En este caso, la cadena tiene diez carbonos: es un decano. 2. La cadena se numera de izquierda a derecha para obtener la numeración más baja para la ubicación de los sustituyentes. 3. dentificamos los sustituyentes sobre la cadena de decano. En los carbonos tercero, cuarto y séptimo hay grupos metilo (3,4,7-trimetil). ay grupos etilo umdos a los carbonos quinto y séptimo (5,7-dietil). Si se disponen los sustituyentes en orden alfabético, se obtiene el nombre 5,7-dietil-3,4,7-trimetildecano. ( Solución 1 1 El anillo de ciclohexano es la base del nombre. l 2. La numeración sigue en este caso el orden alfabético de los sustituyentes. El sustituyente en el carbono 1 se debe designar como ciclopropil- y el que está en el carbono 4 como isopropil El nombre es 1-ciclopropil-4-isopropilciclohexano. Problema 2.4 (a)nombre los cinco isómeros que aparecen dibujados en el ejemplo 2.1 según el sistema de nomenclatura UPAC.

14 2.7 somería de conformación ( 5 1 r 3 ) 1 ) Cb) Escribwstnicturas para los compuestos siguientes: (a) 1-isobutil-3-isopropilciclapentano; (b) 5,6-di&-2,2,4,&tetrametinomo. D. Nomenclatura de hidrocarburos halogenados (halogenuros de alquilo) menos un F, C, Br o En los capítulos 4 y 8 veremos que los hidrocarburos halogenados desempeñan un papel importante en las reacciones orgánicas. Su nomenclatura sigue las reglas normales. Los halógenos unidos a una cadena de hidrocarburo se designan con los pref~os~uoro- (F), cloro- (Cl), bromo- (Br) y yodo- (1). Problema 2.5 Pmblema 2.6 Problema 2.7 ay ocho isómeros con la fdmuia C$d1C1. DibQjelos y déles nombre. Si necesita ayuda, consulte la figura 2.3 para ver los esqueletos de carbono posibles. En seguida, coloque el C1 en lugar de un hi.dr6geno en tantos lugares distintos como pueda. somería de conformación isómeros de conformación isómeros que difieren como resultado del grado de rotación en torno a un enlace carbonocarbono sencillo En la sección 2.3 mencionamos la estweoisomería, la cual se refiere a variaciones isoméricas en cuanto a la orientación espacial o tndimensional de los átomos. Un tipo de estereoisomena es la isomena de conformación. Se trata de una forma más sutil de isomena que la de esqueleto o la de posición, que ya hemos tratado en este capítulo. En estos isómeros estructurales la disposición de enlazamiento de los átomos misma es diferente, con variaciones en cuanto al esqueleto de carbono o las posiciones de átomos distintos del carbono. En la isomeria de conformación, la disposición de enlazamiento de los átomos permanece constante, pero la relación de los átomos en el espacio difiere a consecuencia de una rotación en torno a

15 los: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos eclipsada conformación en torno a un enlace carbono carbono sekcillo en la cual los átomos unidos están tan cerca unos de otros como es posible escalonada conformación en torno a un enlace carbono carbono sencillo en la cual los átomos unidos están tan aleiados como es posible diagrama de caballete una forma de representar isómeros de conformación con dibujos de varillas proyección de Newman forma de representar isómeros de conformación usando una proyección frontal de un enlace carbonocarbono enlaces carbono-carbono sencillos. Como veremos, esta rotación ocurre sin difi cultad, con fácil interconversión de los isómeros de conformación (confórmeros) Por consiguiente, estas variantes no se pueden aislar y no son isómeros en el mis mo sentido que se ha empleado hasta ahora. Tomemos el etano (C3C3) como ejemplo simple. Los dos carbonos están co nectados por un enlace sencillo, compuesto por un orbital molecular u. Los orbita les moleculares u se traslapan en una sola posición y, en consecuencia, la rotaciór de los carbonos en torno al enlace sencillo no afecta el grado de traslape. Como re sultado, esta rotación está más o menos libre de restriceiones. Conforme los carbo nos del etano giran, la relación de los hidrógenos de los carbonos adyacente! cambia de manera continua; teóricamente, hay un número infinito de isómeros dt conformación del etano. Sin embargo, puesto que la rotación del enlace es conti nua, los isómeros de conformación se están interconvirtiendo rápidamente. Ningu no de ellos es una entidad independiente o un compuesto que se pueda aisla~ Existen dos formas extremas que podemos visualizar con facilidad (figura 2.4). E una, los hidrógenos de los carbonos adyacentes están alineados unos con otros 4 por consiguiente, se hallan tan cerca unos de otros como es posible. Como resulta do, esta conformación, llamada conformación eclipsada, es la menos estable di todas las posibilidades y no es muy abundante en una muestra de etano. En el otrc extremo, los hidrógenos de carbonos adyacentes están escalonados unos respec to a otros y se hallan por tanto tan alejados como es posible. Esta conformación llamada conformación escalonada, es la más estable. Estas conformaciones si pueden representar ya sea con diagramas de caballete o con proyecciones dc Newman, como se ilustra en la figura 2.4. Los diagramas de caballete no requiere] explicación, pero conviene examinar más de cerca las proyecciones de Newman. En la proyección de Newman vemos el enlace carbono-carbono de frente, a 1( largo del eje de conexión. El punto de intersección de las tres líneas 'f represent; el carbono frontal, y el perímetro del círculo b representa el carbono de atrás. L: proyección muestra que los hidrógenos están tan próximos unos a otros como e posible en la conformación eclipsada. Esto conduce a una repulsión máxima entrc los pares de electrones enlazantes y explica la inestabilidad de esta conformación Un giro de 60" alrededor del eje del enlace carbono-carbono coloca los hidrógeno, k eclipsada Confomaci6n Giro de 60" FGURA 2.4 Las conformaciones del etano, C3 - C3 (a) Diagrama de Proyección de Newman.

16 a Br Br 60' $a Br 60'- 2.7 somería de conformación 1 53 Br 60" :@ (a> (b) (e> (4 FGURA 2.5 Proyecciones de Newman de las conformaciones de 1,2-dibromoetano (BrC2 - C2Br). (a) Eclipsada (la menos Escalonada. (c) Eclipsada. (d) Escalonada (la más estable). Br m y los pares enlazantes a una distancia máxima entre sí, con lo que la repulsión se reduce al mínimo. Ésta es la conformación escalonada. Aunque hay diferencias de estabilidad entre los confórmeros del etano, las diferencias de energía no son grandes. Por esta razón, la rotación en torno al enlace carbono-carbono ocurre casi sin restricción, lo que hace imposible aislar los diferentes confórmeros, que se están interconvirtiendo constantemente. En el l,2-dibromoetano (BrC2 - C2Br), son posibles dos conformaciones escalonadas y dos eclipsadas, y las cuatro tienen diferentes estabilidades (figura 2.5). A causa del gran tamaño y la alta densidad electrónica de los átomos de bromo, su proximidad entre sí es el principal determinante de la estabilidad de los confórmeros. Las dos conformaciones escalonadas son más estables que las dos eclipsadas; la conformación escalonada con la máxima separación entre los átomos de bromo es la más estable. Por un razonamiento análogo, la conformación eclipsada en la cual los dos átomos de bromo están mutuamente eclipsados (en vez de estar eclipsados con átomos de hidrógeno) es la menos estable. Sin embargo, todas las muestras de 1,2-dibromoetano son idénticas y están compuestas por estos cuatro y otros confórmeros intermedios en concentraciones relacionadas aproximadamente con su estabilidad. Las conformaciones no se pueden separar ni aislar; la muestra es simplemente una mezcla dinámica de estos confórmeros. Dibae los isómeros de conformación escalonados y eclipsados del butano, C3C2C2C3, mirando a lo largo del enlace C1 -- C2. Use proyecciones de Newman. 1 Solución l 1 Determine primero cuáles átomos están unidos a C1 y C2. Dibuje un círculo con tres líneas a ángulos de 120" que emanen del centro y tres líneas más, escalonadas con las otras, que salgan del perímetro. Las líneas que salen del centro provienen de C,; ponga los tres hidrógenos en ellas. Las que salen del perímetro provienen de C2 (atrás); ponga los dos y el C2C3 en eiias. Ahora, haga girar 60" uno de los carbonos para obtener la conformación eclipsada.

17 54 1 CM~TL~LQ 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos Problema 2.8 Dibuje los dos isóineros de conformación esc butano, CSC2CR2C3, formados por giros de entre los carbonos segundo y tercero. Use proyeccion el csnf6mem m& estable y el menos estable. "S 2.8 Cicloalcanos-isomeria geométrica y de conformación A. Estructura y estabilidad Los hidrocarburos que poseen uno o más anillos se llaman cicloalcanos, y se suelen describir por medio de polígonos regulares, cada uno de cuyos vértices representa un carbono con hidrógenos suficientes para satisfacer la valencia. El miembro más pequeño de esta clase, el ciclopropano, tiene tres carbonos. Se ha demostrado que el ciclopropano y el ciclobutano (anillo de cuatro carbonos) son menos estables que los cicloalcanos de anillo más grande. Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano Ciclohexano Ciclooctano El origen de esta relativa inestabilidad son los ángulos internos de cada anillo. Cada carbono de un anillo tiene cuatro átomos enlazados, tiene hibridación sp 3 y debe ser tetraédrico, con ángulos de enlace de 109.5". Puesto que el ciclopropano tiene un anillo de tres miembros y tres puntos definen un plano, la molécula en codunto debe tener la geometría de un triángulo equilátero con ángulos internos de 60". Este ángulo difiere significativamente del ángulo tetraédrico preferido, lo que causa una disminución en el traslape de orbitales en los enlaces u y tensión en los ángulos internos. Aunque el ciclobutano no es plano, de cualquier forma se aproxima geométricamente a un cuadrado, con ángulos internos de enlace cercanos a 90"; por consiguiente, sufre tensión anular. El ángulo interno de un pentágono es muy cercano al ángulo tetraédrico de 109.5". El ciclopentano se dobla fuera del plano y es energéticamente muy estable.

18 del m0 que 2.8 Cicloalcanos-isomería geométrica y de conformación sue- 'pre- L. El e ha son FGURA 2.6 Se muestra el colesterol en una fórmula simple y también en una conformación tridimensional estable. Observe que ninguno de los anillos es plano, sino que están plegados para formar ángulos de enlace más estables. El colesterol está presente en abundancia en el cuerpo y se puede aislar de casi todos los tejidos animales. Es un constituyente integral de las membranas celulares, sirve como precursor de hormonas esteroidales, es un constituyente primario de los cálculos biliares humanos y se puede encontrar en la placa aterosclerótica, la cual causa "endurecimiento" de las arterias. Cadem0 en 10s lo en se :a- ;obra conformación de bote una conformación inestable del ciclohexano con ángulos de enlace de 109.5", pero en la cual casi todos los enlaces están eclipsados conformación de silla la conformación más estable del ciclohexano en la cual todos los enlaces están escalonados y los ángulos de enlace son de 109.5" En los cicloalcanos más grandes, como el ciclohexano (anillo de seis miembros) y el ciclooctano (anillo de ocho miembros), los anillos son lo bastante grandes y tienen suficiente flexibilidad a través de la rotación de enlaces para doblarse, torcerse y plegarse fuera del plano hasta que cada carbono tiene el ángulo tetraédrico estable. Por ejemplo, la figura 2.6 ilustra una conformación estable del colesterol. B. somería de conformación en el ciclohexano Para visualizar el plegamiento del ciclohexano que proporciona los ángulos de enlace de 109.5", partamos del ciclohexamo como hexágono regular. La manera más sencilla de hacer no plana esta molécula, con menos tensión interna, es doblar dos carbonos de los "extremos" (carbonos 1 y 4) fuera del plano del anillo. Ambos carbonos se pueden "plegar" en el mismo sentido para formar la conformación de bote (figura 2.7a). O bien, se puede tirar de un carbono hacia arriba del plano del anillo y del otro hacia abajo, con lo que se obtiene la conformación de silla (figura 2.7b). En ambas conformaciones, todos los carbonos son tetraédricos y todos los ángulos de enlace son de 109.5". Sin embargo, las dos conformaciones no tienen la misma estabilidad. La forma de silla es más estable y es con mucho el confórmero predominante en el ciclohexamo. La diferencia de estabilidad es evidente si se comparan las estructuras de las formas de bote y de silla.

19 56, ( CAP~TULO 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos FGURA 2.7 Conformaciones de bote y de silla del ciclohexano..(a), Forma de bote. (b) Forma de silla. En la forma de bote, los carbonos de extremos opuestos (carbono 1 y carbono 4) se acercan uno al otro, lo que causa interacciones estéricas entre los hidrógenos de "asta de bandera" a causa de su proximidad (véanse las figuras 2.7 y 2.8). En la forma de silla, estos dos mismos carbonos se doblan dejándose uno del otro -uno hacia arriba y otro hacia abajo- y por tanto no están syjetos a repdsión mutua. Se puede encontrar un segundo factor de desestabilización observando de frente los enlaces C2 - Cg y C5 - C6 usando proyecciones de Newrnan (figura 2.8). En la forma de bote, los átomos enlazados están en la conformación eclipsada menos estable, en tanto que en la forma de silla se encuentran escalonados (véase la sección 2.7). Por estas dos razones, la forma de silla es la conformación predominante, más enlaces axiales estable. enlaces de una silla de Un examen detenido de la forma de silla del ciclohexano pone de ma esto cic'ohexano que hay dos orientaciones básicas de los hidrógenos (figura 2.9). Seis de ellos son al aproximadamente perpendiculares al anillo y se les Uarna hidrógenos axialea. anillo, tres arriba y tres en carbonos ay tres arriba y tres abajo del anillo en carbonos alternos (figuras 2.7 y 2.9). Los alternados otros seis hidrógenos, uno en cada carbono, yacen en el "plano" medio del anillo y

20 2.8 Cicloalcanos-isomería geometrica y de conformación 1 57 (a) (b) FGURA 2.8 Proyecciones de Newman de las confonnaciones de (a) bote silla del ciclohexano. Compare los carbonos numerados con los de las formas de bote y de silla de la figura 2.7. enlaces ecuabriales enlaces de la silla de ciclohexano paralelos al anillo sobresalen hacia afuera del mismo; a éstos se les llama hidrógenos ecuatoriales. Los hidrógenos axiales están más cerca unos de otros que los hidrógenos ecuatoriales. Los ciclohexanos sustituidos, por tanto, existen de manera predominante en conformaciones en las cuales el grupo o grupos que han reemplazado hidrógenos están en las posiciones ecuatoriales, más espaciosas (sección 2.8.D). C. Cómo dibujar la silla del ciclohexano lno LOS la no Se OS ra- kn ís Los anillos de seis miembros son muy comunes en química orgánica. Por consiguiente, conviene dedicar algún tiempo a aprender a dibujar la forma de silla del ciclohexano. Primero, dibyie el armazón de la silla en papel borrador una y otra vez hasta que esté satisfecho al hacerlo y obtenga buenas reproducciones. Al dibujar la silla, observe que hay cuatro carbonos en un plano. Unidos a éstos hay un carbono de "extremo" que está por encima del plano y, en el otro "extremo", un carbono que está por debajo del plano (véanse las figuras de la página siguiente). Ahora, sobre el carbono de "extremo" que está arriba, dibuje una línea vertical directamente hacia arriba. aga lo mismo en carbonos alternos para obtener un total de tres líneas hacia arriba. En cada uno de los otros tres carbonos, dibuje una 1ínea vertical hacia abajo. Estas seis líneas representan las posiciones axiales. ec ax ax ec de anillo ec ax ax FGURA 2.9 Posiciones axiales y ecuatoriales en la forma de silla del ciclohexano. La forma de silla está alternando constantemente entre dos confónneros idénticos. Cuando esto sucede, todos los hidrógenos axiales se vuelven ecuatoriales y todos los hidrógenos ecuatoriales se hacen axiales.

21 58 1 CM~TLJLO 2 Ai6anos: estructura y nomenclatura de hidrocarbums sencillos Por último, coloque en cada uno de los seis carbonos una línea que no esté ni hacia arriba ni hacia abajo, sino que salga del perímetro de la silla. Éstas son las posiciones ecuatoriales. El proceso se sintetiza en seguida. O 1 Silla Las posiciones Posiciones axiales (negro) axiales son todas Posiciones ecuatoriales (color) paralelas y se alternan Tres conjuntos de líneas paralelas arriba o abajo en carbonos alternados D. somería de conformación en ciclohexanos sustituidos En la conformación de silla del ciclohexano las posiciones axiales tienen menos espacio que las ecuatoriales. Los hidrógenos axiales sobresalen directamente arriba o abajo del anillo y están más cerca unos de otros que los hidrógenos ecuatoriales, los cuales están situados en torno al perímetro y directamente hacia afuera del anillo (véase la representación de modelos moleculares de la figura 2.7). Puesto que las posiciones ecuatoriales son más espaciosas, un sustituyente unido al anillo en lugar de un hidrógeno formará un compuesto más estable si es ecuatorial y no axial. Consideremos el metilciclohexano, por ejemplo. Existe un equilibrio entre dos conformaciones, una en la que el grupo metilo es axial y otra en la que es ecuatorial. Existe equilibrio porque el anillo de ciclohexano está alternando constantemente entre las dos conformaciones; cada vez que ocurre una inversión, todas las posiciones axiales se vuelven ecuatoriales y todas las posiciones ecuatoriales se hacen axiales (véase la figura 2.9). Puesto que la posición ecuatorial ofrece un entorno más espacioso para el sustituyente metilo que una orientación axial, la conformación en la cual el grupo metilo es ecuatorial predomina en el equilibrio. Axial Más estable " "7,; C- nversión de anillo -. b% Ecuatorial -

22 Si hay dos grupos unidos a un anillo de ciclohexano, existen dos posibilidades de equilibrio: axial-axial en equilibrio con ecuatorial-ecuatorial, y axial-ecuatorial en equilibrio con ecuatorial-axial. En la primera de estas posibilidades es evidente que el equilibrio favorecerá la conformación ecuatorial-ecuatorial, donde se evita la aglomeración extrema que sería consecuencia de una disposición diaxial. Esto se ilustra en forma espectacular con el 1-isopropil-3-metilciclohexano. Axial Más estable Si un grupo es axial y el otro ecuatorial, el equilibrio favorecerá la conformación en la que el grupo más grande y voluminoso está en la posición ecuatorial, más espaciosa. Más estable 3C, 1 / C3 hversión C de anillo Ecuatorial Axial E. somería geométrica en compuestos cíclicos Aunque existe una rotación relativamente libre en torno a los enlaces carbono-carbono sencillos en los alcanos de cadena abierta, no ocurre así en los cicloalcanos. Por ejemplo, en compuestos de anillo pequeño, como el ciclopropano, si dos carbonos comenzaran a girar en sentidos opuestos, el tercer carbono sería fonado a romper sus uniones porque está enlazado a ambos y evidentemente no puede se-

23 60 1 CAPTULO 2 Alcanos: estructura y nonienclatura de hidrocarburos sencillos isómeros geométricos isómeros cis y trans; un tipo de esteroisomeria en la cual los átomos o gru os exhiben dilrencias de orientación en torno a un doble enlace o anillo irómero cis isómero geométrico en el cual los grupos están en el mismo lado de un anillo o doble enlace isómero tmns isómero geométrico en el cual los grupos están en lados opuestos del anillo o doble enlace -1 guir los giros opuestos. Por esta razón y por la naturaleza de la estructura cíclica, se puede pensar que los cicloalcanos tienen lados. En los cicloalcanos con sustituyentes apropiados, esto da por resultado un tipo de estereoisomería llamada isomería geométrica. Consideremos, por ejemplo, el 1,2-dibromociclopropano. Los dos átomos de bromo pueden estar en el mislno lado del anillo; a éste se le llama isómero ch. O bien, los dos átomos de bromo pueden estar en lados opuestos del anillo, en el isómero trans. isómero cis Átomos de bromo en el mismo lado isómero trans Átomos de bromo en lados opuestos Los isómeros estructurales, como los de esqueleto y de posición, tienen distintas disposiciones de enlazamiento de los átomos. En los ejemplos anteriores, sin embargo, se puede ver que los mismos átomos están conectados unos a otros, lo que es una característica de la estereoisomería. Los compuestos difieren en la orientación espacial de los átomos; los átomos de bromo están del mismo lado (cis) o en lados opuestos (trans), pero de cualquier manera están conectados a los mismos átomos de carbono. Dibyie los isómeros geométricos de 1,2- y 1,3-dimetilciclobutano. 1 Solución C, cis tmns 1,2-dimetilciclobutano cis l,3-dimetilciclobutano trans 2.9 idrocarburos: relación entre estructura y propiedades físicas sólido En qué forma se relaciona la estructura molecular que hemos analizado con las estado de la materia propiedades físicas de los compuestos? Los estados sólido, líquido y gaseoso de y un compuesto no representan diferencias en la estructura de las moléculas indiviconstantes; fuerzas dudes; más bien, representan variaciones en la disposición de las moléculas. En intensas de atracción entre inmóvi- un sólido, las moléculas están acomodadas de manera muy compacta y están relales en una red cristalina tivamente inmovilizadas en una red cristalina ordenada. Las fueizas de atracción

24 2.9 idrocarburos: relación entre estructura y propiedades físicas Calor O Fusión Ebuliición 8 e O O - Sólido Líquido Las fuerzas El calor ha proporcionado intermoleculares energía que debilita las mantienen inmóviles las fuerzas intermoleculares y moléculas en una red pone las moléculas en cristalina compacta movimiento Gas Se han roto las fuerzas intermoleculares; las moléculas tienen libre movimiento independiente FGURA 2.10 Estados físicos de la materia liquido estado de la materia con volumen constante pero forma variable; moléculas en movimiento al azar pero con atracciones intermoleculares gas estado de la materia con volumen y forma variables. Las moléculas son independientes, tienen movimiento al azar y carecen de atracciones intermoleculares entre moléculas alcanzan un máximo (figura 2.10). En el estado líquido, las atracciones moleculares continúan existiendo, pero las moléculas son móviles; tienen más energía cinética. La movilidad molecular en la fase de vapor es tan grande que prácticamente no existen atracciones moleculares y cada molécula es, en teoría, independiente de las otras. Se requiere energía, en forma de calor, para suministrar a las moléculas el ímpetu y movilidad que necesitan para desprenderse de la red cristalina y formar un líquido o para romper todas las fuerzas de atracción y convertirse en vapor. Aquí exharemos los factores que influyen en los puntos de fusión y puntos de ebullición de los alcanos (tabla 2.3). TABLA Puntos de fusión y puntos de ebullición de alcanos Peso Punto de Punto de Nombre Fórmula molecular fusión, "C ebullición, "C Metano Etano Propano Butano Pentano exano eptano Octano Nonano Decano Pentadecano Eicosano

25 62 1 C*i.hi;in 2 Alcanos: estructura y nomenclatura de hidrocarburos sencillos serie homóloga una, serie en la cual cada com uesto difiere del que P e precede en un factor constante; cada uno de los miembros de la serie homólogo -metano, etano, propa- no, but~no,~ntano, etc.- difiere el precedente en un grupo -C2 - punto de fusión tem eratura a la cual un só P ido se vuelve líquido punto de ebullición temperatura a la cual un líquido se convierte en gas peso molecular surna.de los pesos atómicos de los átomos de un compuesto A. Punto de fusión, punto de ebullición y peso molecular En una serie homóloga, los puntos de fusión y puntos de ebullición aumentan con el peso molecular para casi todas las clases de compuestos orgánicos. Considere su propia experiencia con las fracciones de hidrocarburos siguientes, de peso molecular creciente: el gas natural es, desde luego, un gas; la gasolina es un líquido volátil: el aceite para motor es un líquido espeso, no volátil; y la parafina (velas) es un sólido. Estas tendencias del punto de fusión y del punto de ebullición se pueden entender con base en dos consideraciones. En primer lugar, cuanto mayor es la molécula, más numerosos son los puntos para atracciones intermoleculares. Estas atracciones tienen que debilitarse o romperse en cualquier transición del estado sólido al líquido, o del estado líquido al gaseoso. Segundo, cuanto más pesada es la sustancia, mayor es la energía que se necesita para proporcionar a las moléculas el ímpetu suficiente para romper estas fuerzas intermoleculares. Las tendencias de puntos de fusión son menos regulares que las de puntos de ebullición, puesto que la fusión también depende del ajuste correcto de una molécula en su red cristalina. En la tabla 2.3 podemos ver que estas generalizaciones son válidas para los alcanos. Veremos tendencias similares en otras clases de compuestos. B. Punto de fusión, punto de ebullición y estructura molecular Los puntos de ebullición disminuyen con la ramificación de la cadena en los hidrocarburos. La ramificación hace que la molécula sea más compacta y disminuye el área superficial. Cuanto más pequeña es el área superficial, menos oportunidades hay de atracción intermolecular; en consecuencia, las moléculas ram5cadas tienen puntos de ebullición más bajos que las no ramificadas de peso molecular comparable. Por otra parte, lo compacto o la simetría molecular ordinariamente aumentan el punto de fusión de un compuesto. Estas moléculas encajan con más facilidad en una red cristalina. Una red cristalina más estable requiere más energía para destruirse. En consecuencia, los puntos de fusión son más altos para compuestos altamente ramificados que para compuestos con una cadena más larga y recta. Consideremos, por ejemplo, los isómeros de C52 (todos con peso molecular 72). C3 ~ f "c, p. eb. "C 36, Adviértase la disminución progresiva del punto de ebullición con la ramificación. Obsérvese también la gran diferencia de punto de fusión entre el pentano y el altamente compacto y simétrico dirnetilpropano. Se presenta una diferencia espectacular entre los isómeros octano y 2,2,3,3-tetrametilbutano. pf, "C p. eb. "C