ALCANOS

ALCANOS.OBTENCIÓN. DestilaciónFraccionadaDel DestilaciónFraccionadaDelPetróleo Petróleo Losalcanosderivan principa principalment lmente e delpetróleo, delpetróleo, son subproduc subproductosdel tosdel mismo. mismo. El petróleo petróleo, , con frecuenciallamadocrudo,es frecuenciallamadocrudo,esbombeadoatravésdepoz bombeadoatravésdepozosquealcanzanyac osquealcanzanyacimientos,enelint imientos,enelinterior erior delacortezaterrestre. delacortezaterrestre.Elcrudoesunamezclade Elcrudoesunamezcladecompuestosorgán compuestosorgánicosquevaríasegún icosquevaríasegúnlacalidad lacalidad delmismo;suscomponentesson:de8 delmismo;suscomponentesson:de85a90%decarb 5a90%decarbono;de10a14 ono;de10a14%dehidrógeno;d %dehidrógeno;de0.2a3% e0.2a3% deazufreyalgunosrestosdeotrosmaterialescomovanadioyníquel. Elpetróleoaligualqueelgasnaturalseformancuandograndescantidadesdemicroorganismos acuáticos(planctonyotrosanimales)muerenysonenterradosentrelossedimentosdelfondode losestuariosypantanos,enunambientemuypobreenoxígeno.Cuandoestossedimentosson cubiertosporotrosquevanformandoestratosrocososquelosrecubren,aumentalapresiónyla temperaturay,enunproce temperaturay,enunprocesopococonocido, sopococonocido,seformanelpe seformanelpetróleoyelgasn tróleoyelgasnatural.Esteú atural.Esteúltimose ltimose formaenmayorcantidadcu formaenmayorcantidadcuandolastemper andolastemperaturasdefor aturasdeformaciónsonmásalt maciónsonmásaltas.Elpetróle as.Elpetróleoyelgas oyelgas natural, natural, alsermenosdensosquela roca,tienden roca,tienden aascender hastaquedaratrapa hastaquedaratrapadosdebajo dosdebajo de rocas rocas impermeab impermeables, les, formando formando grandes grandes depósito depósitos. s. Pero realment realmente e no son lagunas lagunas sino que el petróleoseencuentrarodeadodetierra,comoelaguadentrodeunladrillo. Lacomposicióndelpetróleoylacantidaddecontaminantesquellevavaríadeunaexplotacióna otra,porloquelarefineríadepetróleodebeajustarsuscondicionesdetrabajoparaprocesarun tipouotrodecrudopetrolífero. Elprimerpasopararef Elprimerpasopararefinarelpe inarelpetróleoconsi tróleoconsisteenunad steenunadestilaciónf estilaciónfraccionadacui raccionadacuidadosa.Los dadosa.Los productoseesadestil productoseesadestilaciónnosonal aciónnosonalcanospurossi canospurossinomezclasde nomezclasdealcanoscon alcanosconunintervalo unintervalode de puntosdeebulliciónadecuado.

Cantidad (%Volumen)

Punto de ebullición (0C)

 Atomos de carbono

Productos

1-2

400

>25

 Aceite residual, parafinas, brea

Después de la destilación el cracking o craqueo catalítico transforma alguna de las fracciones menos valiosas en productos más apreciados y de mayor consumo. El craqueo catalítico consiste en calentar los alcanos en presencia de materiales que catalicen la ruptura de moléculas grandes para formar otras más pequeñas.

Otro proceso que se lleva a cabo con alguna de las fracciones del petróleo es el reforming. Éste es un proceso en el que las moléculas lineales de hidrocarburos se ciclan pudiendo llegar a convertirse en hidrocarburos aromáticos.

El objetivo de este proceso es aumentar el índice de octanos de la gasolina. El índice de octano marca la capacidad de autoignición de la gasolina bajo presión. Cuanto mayor  índice más difícil es la autoignición. Para poder calcular el índice de octano de una sustancia se asignó el valor 0 al n -heptano y el 100 al 2,2,4-trimetilpentano.

Preparación Cadaunodelosalcanosmenores,desdeelmetanohastaeln-pentanoyelisopentano, pueden obtenerse en forma pura por destilación fraccionada del petróleo y del gas natural;elneopentanonoexisteenlanaturaleza.Másalládelospentanos,elnúmerode isómeros de cada homólogo se hace tan grande y las diferencias entre los puntos de ebullición tan pequeñas que resulta imposible aislar compuestos individuales puros, si

queremos obtener un alcano puro es más conveniente plantear en el laboratorio un esquema de preparación (síntesis) adecuado. En algunas de las reacciones se emplea el símbolo R para representar cualquier grupo alquilo, este recurso es conveniente para resumir reacciones que son típicas de una familiaenterayqueenfatizalasimilitudgeneraldesusmiembros. Sin embargo, al escribir estas ecuaciones generales, no debemos perder de vista lo siguiente: 1. Unareacciónquímicaimplicacondicionesexperimentalesúnicasparacadaespecie quesequierasintetizar. 2. Lasvariablesprincipalesde unareacciónquímicaqueafectandirectamentetanto lavelocidaddereaccióncomosueficienciason:temperatura,tiempodereaccióny pH. 3. Algunaspropiedadesfísicascomolasolubilidadtienenefectosdeterminantesen lasreaccionesquímicas,principalmentesisonenfaseacuosa. 4. Algunasreaccionesrequierendecatalizadores.Uncatalizadoresunasustanciaque está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, y acelera,induceopropiciadichareacciónsinactuarenlamisma.

PreparacióndeAlcanos 1. HidrogenacióndeAlquenos. Delosmétodosdeobtenciónqueseveránmásadelante,lahidrogenacióndealquenoses conmuchadiferencia,elmásimportante.Alagitarbajounaligerapresióndehidrógeno enpresenciadeunapequeñacantidaddecatalizador,losalquenosseconviertensuavey cuantitativamenteenalcanosconelmismoesqueletocarbonado.Laúnicalimitantedel

procedimientoestenerelalquenoapropiado,lacualnoesmuyseriapueslosalquenosse pueden prepararfácilmente a partir de alcoholes, quea su vez,pueden sintetizarse sin dificultadengranvariedaddetamañosyformas.

2. ReduccióndeHalogenurosdeAlquilo. a. HidrólisisdeReactivosdeGrignard. Enestasíntesis,primeroseobtieneelreactivodeGrignard,haciendoreaccionarunalcano monohalogenado(BroI)conmagnesio(Mg)enpresenciadeéteretílicoformándoseun compuesto llamado organomagnesiano (reactivo de Grignard) que es muy activo químicamente.

Al reactivo de Grignard al agregarle agua se obtiene un alcano con igual número de carbonosqueelderivadomonohalogenado.

Ejemplo:

CH3-CH2-Br+MgCH3-CH2-Mg-Br+H2O

CH3-CH3+MgOHBr

b. Reducciónconmetalyácido.

Ejemplo:

3. AcoplamientodeHalogenurosdeAlquiloconcompuestosorganometálicos: Seutilizaparahaceralcanosdemayornúmerodeátomosdecarbonoqueelmaterialde partida. Sepreparaunalquil-litio,RLi,apartirdeunhalogenurodealquilo,RX,delmismomodo que un reactivo de Grignard, al cual se le agrega un halogenuro cuproso, CuX, y

finalmente, un segundo halogenuro de alquilo, R´X. Por último el alcano se sintetiza a partirdedoshalogenurosdealquilo.

Paraobtenerbuenosrendimientos,elR´Xdebeserunhalógeno primario;mientrasqueel grupoRdelorganometálicopuedeserprimario,secundariooterciario.

4. SíntesisoReaccióndeWürtz Consiste en hacer reaccionar el sodio metálico, con haluros de alquilo o alcanos halogenados.Seobtienenalcanosdemayornúmerodecarbonos.

ALCANOS.REACCIONES. A los alcanos se les conoce también como parafinas (latín  parum affinis, “sin afinidad suficiente”), por ser poco activos químicamente. El comportamiento químico de los hidrocarburossaturados,sedeterminaporelcarácterylaestabilidaddesusenlacesen las moléculas. La estabilidad del enlace C-C se debe a la configuración tetraédrica en 3 estadodehibridaciónsp .

1. Halogenación o

Lahalogenaciónrequiereluzocalor(250-400 C).Elcloroobromoconviertelosalcanos encloroalcanosybromoalcanosformándosealmismotiempounacantidadequivalente decloruroobromurodehidrógeno.

Segeneranmezclasdeisómerosporloquenoseconsideraunareacciónapropiadapara lapreparacióndehalogenurosdealquilo.

2. Combustión Eslareaccióndelosalcanosconeloxígenoendondeseproducedióxidodecarbonoy vapordeagua,ademásseliberaenergíacalorífica.Elmecanismodereacciónaúnnose conocebien,sinembargopareceindudablequesetratadeunareacciónencadenade radicaleslibres.Apesardeserunprocesoexotérmico,paraqueinicierequieredeuna granenergía,comodeunallama.

3. Pirólisis Esladescomposicióndeunasustanciaporlasolaaccióndelcalor(delgriego  pyr,“fuego” ylysis, “pérdida”).Enparticularlapirolisisdealcanosenloqueconciernealpetróleose llamacracking. 400-600oCconosin

Alcano

H2+alcanosmenores+alquenos catalizadores

Investigar: 1. Quéesuncatalizador? 2. CómosepreparaelReactivodeGrignardyquépropiedadestiene?Quéventajas ofrecealaquímicaorgánicayporqué? 3. Quéeselíndicedeoctano? 4. Quéeselcrackingtérmicoyquéseproduceenesteproceso?

Ejercicios: 1. A) Qué alcano espera obtener por la acción del agua sobre cloruro de npropilmagnesio?B)Sobreelclorurodeisopropilmanesio? 2. Por conversión en el reactivo de Grignard, seguida del tratamiento con agua, ¿cuántos bromuros de alquilo darían: a) n-pentano, b) 2-metilbutano; c) 2,3dimetilbutano;d)neopentano?Escribalasestructurasparacadacaso. 3. Diseñe dos posibles síntesis de 2-metilpentano a partir de compuestos de tres carbonos;b)¿cuáldeestasdosusaríarealmente,yporqué? 4. Escriba las estructuras de: a) los tres monocloroderivados del n-pentano, b) los cuatromonocloroderivadosdelisopentano. 5. Completaybalancealassiguientesreaccionesdecombustiónendondeparticipan alcanos: Δ CH3-CH2-CH3+O2 CO2+H2O







CH2=CH2

+ Br2  





+ ______

CH3-CH-CH 2-CH3+_________  Br CH3 CH3–CH3

Δ Octano

+

O2

CO2

+

H2O

6.Delafórmulaestructuralde: a. 2,2,3,3-tetrametilpentano b. 2,3-dimetilbutano c. 3-cloro-2-metilpentano d. 3-secbutil-4-secpropiloctano 7.Escríbaselafórmulaestructuralydéelnombrede: a. (CH3)2CHCH2CH2CH3 b. CH3CBrCH3 c. CH3CH2C(CH3)2CH2CH3 8. De la siguiente estructura, indica todos los carbonos primarios, secundarios, terciariosycuaternarios:



  Carbonos 1º 2º 3º 4º



  Cuántos

Cuáles

9. Escribe las ecuaciones balanceadas para las siguientes reacciones y nombra todoslosproductosorgánicos: a) Clorurodesec-butilo+Li,luegoCuI b) Productodea)+bromurodeetilo c) Bromurodeisobutilo+Mg/éter d) Productodeb)+H2O 10.Escribelasecuacionesparalapreparaciónden-butanoapartirde: a) Bromuroden-butilo b) Clorurodeetilo c) 1-buteno,CH3Ch2CH=CH2