1. No category

Clase 5: Alquenos y Alquinos
Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia
Departamento de Química Orgánica
Definición
• Se consideran hidrocarburos insaturados
o no saturados aquellos cuya fórmula
molecular presenta menos hidrógenos
que la fórmula molecular de un alcano y
que además, pueden transformarse en
alcanos mediante una reacción de
hidrogenación catalítica:
C5H8 + 2 H2/Ni Raney  C5H12
Indice de deficiencia de hidrógenos IDH
• El IDH mide las
insaturaciones carbonocarbono y además los
ciclos o anillos presentes
en una estructura.
• Recuerde que el IDH
indica el número de
moles de H2 necesarios
para que el compuesto
tenga la fórmula
molecular de un alcano.
C6H1
2
C6H10
C6H14
¿Son los cicloalcanos
hidrocarburos insaturados?
• Aunque los cicloalcanos presentan
deficiencia de hidrógenos, su
“insaturación” no es tal, sino el resultado
de la formación del anillo. No pueden
hidrogenarse y aunque presentan
deficiencia de hidrógenos, NO son
hidrocarburos insaturados ya que todos
sus carbonos son sp3.
Cálculo del IDH
• El cálculo puede hacerse comparando fórmulas
moleculares: C6H10 se compara con la fórmula
de un alcano C6H14. La diferencia de átomos de
hidrógeno es 4, o sea, 2 moles de H2 y en
consecuencia el IDH es 2.
• También puede hacerse por inspección visual,
cuando se tiene la estructura del compuesto:
– Cada anillo representa 1 IDH
– Cada doble enlace representa 1 IDH
– Cada triple enlace representa 2 IDH
Cálculo del IDH
• También puede calcularse usando una fórmula
general, que permite calcular fácilmente el IDH
para compuestos distintos a los hidrocarburos
en donde hay heteroátomos:
• IDH=nC- ½n átomos monovalentes + ½n
átomos trivalentes + 1
donde n es el número de átomos; átomos monovalentes
como H, halógenos; átomos trivalentes como N
Cálculo e interpretación del IDH
• C7H6O2, IDH = 7 – 3 + 1= 5
• C7H7NO2, IDH= 7 – 3.5 + 0.5 +1 = 5
• De acuerdo a lo anterior las moléculas pueden
contener ciclos, dobles enlaces y/o triples
enlaces. Debe proponerse una estructura
correcta, coherente con la fórmula y el IDH.
Cálculo e interpretación del IDH
• C7H12, (C7H16 es la fórmula del alcano
correspondiente): su IDH es de 2
• Reacciona en condiciones de hidrogenación
catalítica, absorbiendo 1 mol de H2.
• ¿Cuál de las siguientes estructuras es la más
probable para el compuesto?
Alquenos
• Son hidrocarburos alifáticos Insaturados y
estos son menos inertes que los alcanos.
Alquenos y Alquinos en la Naturaleza
Alquinos
• Alquinos en la Naturaleza:
Clasificación de hidrocarburos
insaturados
• Pueden clasificarse en función del grupo
funcional que presentan:
– Alquenos (-C=C-)
– Alquinos (-C≡C-)
• También pueden clasificarse como
acíclicos o cíclicos (en el caso que el
doble o triple enlace –insaturación-) se
encuentre formando parte de un anillo.
Clasificación de
Alquenos y Alquinos
• Acíclicos y alicíclicos
• Primero Acíclicos
Alicíclicos
Cicloalquenos
Cicloalquinos
Alquenos
•
•
•
Presentan el grupo funcional C=C.
Su fórmula molecular, en caso de tener un
único enlace doble, es CnH2n por lo que son
isómeros de función de cicloalcanos de un solo
anillo.
A la familia de los alquenos también se les
conoce como olefinas
Alquenos
• Recordar que los átomos de carbono que
forman el doble enlace tienen hibridación
sp2 y geometría trigonal plana.
• El doble enlace está formado por:
– Un traslape frontal entre dos orbitales
atómicos sp2  enlace σ
– Un traslape lateral entre dos orbitales
atómicos p enlace π
Alquenos
Comparación de parámetros de
enlace entre propano y propeno
Energías de enlace (kcal/mol):
Angulo y longitud de enlace
Clasificación de alquenos
• Se clasifican en función de diferentes criterios:
1. El esqueleto carbonado: acíclicos (de cadena
abierta) o cíclicos.
1CH3CH2CH2CH2CH=CH2
HEXENO
CICLOHEXENO
2. La posición del doble enlace dentro de la
cadena o ciclo.
Exocíclico
Endocíclico
Terminal
Interno
Clasificación de Alquenos
3. El número de dobles enlaces: simples (un
doble enlace), dienos, trienos, polienos.
También puede llamárseles alcadienos,
alcatrienos o alcapolienos.
CH3CH2CH2CH2CH=CH2 CH3CH2CH=CHCH=CH2 CH2=CHCH=CHCH=CH2
C6H12
C6H10
C6H8
Clasificación de
Alquenos
3.En el caso de dienos y polienos, se
pueden clasificar también en función de la
posición relativa de los dobles enlaces.
Aislados: CH2=CHCH2CH2CH=CH2
Conjugados: CH3CH2CH=CHCH=CH2
Acumulados o alenos: CH3CH=C=CHCH2CH2
Clasificación por
localización de
Dobles enlaces
• Alquenos conjugados:
Trieno Conjugado
…Por localización de
dobles enlaces
• Acumulado:
Alcadieno acumulado
…Por localización de
dobles enlaces
• Aislados
sp2
sp2
sp3
Dieno Aislado
Nomenclatura de Alquenos
• Paso 1: Cadena más larga que contenga
el mayor número de grupos funcionales
alquenos.
¿Cuál sería la cadena Padre?
¿ Cinco o Siete?
R// Cinco
Nomenclatura de Alquenos
• Regla 2: Numere la cadena carbonada del
extremo más próximo al doble enlace.
IUPAC antes del 93: Trans-2-hexeno
IUPAC 1993: Trans-hexa-2-eno
Nomenclatura de Alquenos
• Regla 2: Numere la cadena carbonada del
extremo más próximo al doble enlace.
2
3
1
6
7
6
4
5
5
7
2
4
3
1
Trans-6,6-dimetilhepta-2-eno o Trans-6,6-dimetil-2hepteno
•
Nomenclatura
de
alquenos
Regla 3: Enlistar los sustituyentes y colocarlos en orden
alfabético, colocar el localizador del doble enlace y el
prefijo di, tri, tetra si hubiera más de uno.
•
5-trans-2-metil-1,5-heptadieno
5
4
3
1
2
IUPAC a. 1993: 2-propilpenteno
IUPAC 1993: 2-propilpenta-1-eno
Ejercicio de Aplicación
• Dé el nombre sistemático de la IUPAC de:
8
7
6
5
4
3
2
1
Sust. + cerca
2,5-dimetilocta-4-eno o 2,5-dimetil-4-octeno
Nomenclatura de Cicloalquenos
• Regla clave: El doble enlace siempre se localiza entre
los carbonos 1 y 2. Si el ciclo es la cadena principal.
3-etilciclopenteno
4,5-dimetilciclohexeno
4-etil-3-metilciclohexeno
Nomenclatura
Común
CH3
H3C
Fórmula semidesarrollada H2C
CH2
H3C
H
C
C
CH2
H3C
CH2
CH2
C
H2C
C
H
Fórmula de
líneas o
esqueleto
IUPAC:
Eteno
Propeno
COMUN:
Etileno
Propileno
2-metilpropeno
Isobutileno
2-metil-1,3-butadieno
Isopreno
Grupos alquenilo o alquenil
 Son sustituyentes que presentan una doble
unión que por alguna causa no puede ser
incluida en la estructura del compuesto
principal.
 Para nombrarlos se siguen las mismas reglas
que para nombrar sustituyentes alquilo: el
carbono 1 es el unido directamente a la cadena
o ciclo principal y el nombre se basa en el
número total de carbonos del grupo alquenil.
Nombres de grupos
sustituyentes alquenil
Estructura
Nombre IUPAC
Nombre común
aceptado por IUPAC
CH2=CH-
etenil
Vinil, vinilo
CH2=CH-CH2-
2-propenil
Alil, alilo
CH2=C(CH3)-
1-metiletenil
Isopropenil, isopropenilo
CH2=
metiliden
Ejemplos
Ejemplos
2
1
3
1. 1-alilciclohexa-1,4-dieno
2. Metilidenciclopentano
3. 5,8-trans-4-(trans-1-propenil)deca-1,5,8-
trieno
Estereoisomería
• A diferencia de los enlaces sigma, el enlace pi
de los alquenos presenta RESTRICCIÓN DE
GIRO y como consecuencia, puede haber
isomería geométrica (cis – trans)
Isomería geométrica
• Es una clase particular de estereoisómeros.
• Son diasterómeros: estereoisómeros que no son
imágenes en el espejo.
• La isomería geométrica se puede presentar en
ciclos y en alquenos.
• Para diferenciar entre isómeros geométricos
deben identificarse, usando el sistema de
notación cis, trans (común, usado en ciclos y en
alquenos) o el E,Z (IUPAC, usado en alquenos).
Determinación de la isomería geométrica en
un alqueno
CH2
CH CH2
CH3
CH3
C CH CH3
CH3
H
CH3
C C
CH3CH2
H
Aquellos alquenos que
presenten dos átomos (o
grupos de átomos)
iguales unidos al mismo
carbono de un doble
enlace NO presentan
isomería geométrica.
Isomería cis, trans en alquenos
• El problema de la notación cis,trans es
que puede presentar ambigüedades:
Isómería Cis- Trans
• Repasemos el enlace Pi.
• Un enlace con mayor carácter s.
• El traslape entre orbitales p no es frontal.
• El ángulo y la distancia de enlace cambia del de un sp3
• Entonces si el traslape no es frontal, no
puede tener rotación, por ello la rotación es
imposible sin romper el enlace P
Isomería CIS-TRANS
• Entonces hablamos que hay sustituyentes
que quedan abajo del plano y otros arriba
del plano.
ISOMERÍA CIS TRANS
• Entonces si al tener dos sustituyentes en diferente
carbonos sp2, si ambos están del mismo lado nos
referimos al isómero cis y si ambos están de lados
opuestos es el isómero trans.
• Si en un mismo carbono sp2 hay dos sustituyentes
iguales entonces no procede la isomería cis-trans.
Sustituyent
es iguales
Sustituy
entes
iguales
Ejemplos Rápidos
Isomería E y Z
¿Cuál es el Cis y cuál el Trans?
Isomero Z del alemán “Zusammen”
mismo lado o Juntos
Isómero E del Aleman “Entgegen”
opuesto
Prioridades de los grupos más comunes
( en orden creciente)
-H
-CH3
-CH2CH3
-CH2CH(CH3)CH3
-CH2C(CH3)3
-CH(CH3)2
-CH=CH2
-C(CH3)3
-CH2OH
-OH
-Cl
-CHO
-OCH3
-Br
-COCH3
-OCH2CH3
-I
-COOH
-OCOH
-COOCH3
-OCOCH3
-CH2SH
-F
-NH2
-SH
1.
2.
3.
4.
5.
Reglas de Cahn, Ingold y
Prelog
Un número atómico mayor tiene prioridad sobre uno más
pequeño.
Si dos átomos son iguales, compare los átomos unidos a ellos con
base en sus números atómicos. La prioridad se establece en el
primer punto de diferencia.
Muévase hacia fuera desde el punto de unión, comparando todos
los átomos unidos a un átomo en particular antes de continuar a lo
largo de la cadena.
Evalúe sustituyentes uno por uno. NO sume los números
atómicos.
Un átomo unido por un enlace múltiple a otro átomo se considera
equivalente al mismo número de átomos con un enlace simple.
Reglas de designación E y Z
Reglas de Cahn-Ingold-Prelog
Regla 1: La prioridad relativa entre los dos grupos depende del número atómico
del átomo enlazado directamente al carbono sp 2. A mayor número atómico mayor
prioridad por ejemplo: Br35 > O8 > N7 > C6 > H1
Reglas de Asignación de Prioridades
Cahn Ingold Prelog
• Regla 2: si los dos sustituyentes unidos al átomo
sp2 son los mismos y por ello no se puede tomar
una decisión vea el siguiente átomo hasta
encontrar el punto de diferencia.
C(C,H,H)
C(C,C,H)
Se trata del Isómero E
Continuación Regla 2…
35
Metil C(H,
17
Etil C(C,
H, H)
H, H)
Se trata del Isómero E
35
17
Se trata del isómero Z
C (O, H, H)
C (C, C, C)
• Regla 3: Los átomos con enlaces múltiples
equivalen a la misma cantidad de átomos con enlace
sencillo.
Ejercicio
35
C(O, H, H)
C(O, O, H)
17
Se trata del Isómero E
Su uso en
nomenclatura…
• IUPAC prefiere la designación E y Z, ya que
puede ser utilizada para todos los alquenos,
muchos químicos sin embargo, siguen usando la
designación cis-trans para alquenos simples.
7
C(C,H,H) 8
Alta Prioridad
C(C,H,H)
6
5
3
C(H,H,H)
2-metil
C(H,H,H)
3-metil
C(C,H,H)
4-etil
4
3-eno
2
Alta Prioridad
C(C, C, H)
1
(E)-4-etil-2,3-dimetil-3-octeno
Es el Isómero E
Ejemplos Rápidos
5
6
4
2
3
1
H 3C
(2E, 4Z)-2,4-hexadieno
ALTA-> H3C
1
H
2
3
C
C
H H C
3
4
C
2E
C
ALTA->
5
H2
CH3
CH
H
C <-ALTA-> C2
6
5Z
7
8
ALTA-> C
C
9
10
CH3
7Z
H
H
(2E, 5Z, 7Z)-6-isopropil-5-metildeca-2,5,7-trieno
Ejemplo: Nombrar el compuesto siguiente,
asignando isomería geométrica donde
corresponda
• Puesto que hay 2 dobles enlaces, hay 2 posibles puntos
Cl
para isomería geométrica.
H3C
Cl
C
H
C
H
CH2
CH
C
C
H
(2Z,5E)-3,7-dicloroocta-2,5-dieno
CH3
Alquinos
• Presentan el grupo funcional -C≡C• Su fórmula general, cuando solo hay un
triple enlace en la molécula, es CnH2n-2 lo
que los hace isómeros de función de los
cicloalquenos.
• El miembro más pequeño de la familia es
el H-C≡C-H, conocido con el nombre
común de acetileno.
• Estructura:
•
Alquinos
Enlace sigma formado por traslape frontal de orbitales híbridos sp.
•Dos enlaces pi, formados por el traslape lateral estos
hacen que la geometría sea lineal
Clasificación de alquinos
• Al igual que los alquenos, pueden usarse
diversos criterios para su clasificación:
– 1. Acíclicos o de cadena abierta, o cíclicos,
aunque los cicloalquinos solo pueden existir
a partir de 10 carbonos.
CH3CH2CH2C≡CCH3
2-hexino
cicloundecino
Clasificación de alquinos
• 2. Por la posición del triple enlace,
pueden ser terminales o internos.
CH3CH2CH2C≡CH
CH3CH2C≡CCH3
• 3. En el caso de alquinos internos,
pueden ser simétricos o no simétricos.
CH3CH2C≡CCH2CH3
CH3CH2CH2C≡CCH3
Clasificación
• Terminales
Alquino Terminal
Clasificación
• Internos
Alquino Interno
Clasificación de alquinos
• Por el número de triples enlaces en la
molécula: alquinos simples (un triple
enlace), diinos, triinos, poliinos, llamados
también alcadiinos, alcatriinos, alcapoliino.
Nomenclatura de
Alquinos
• Regla 1: Elegir la cadena más larga que contenga el
mayor número de triples enlaces y en esta cadena
cambiar la terminación “ano” por “ino”.
¿Cuál es la Cadena Carbonada más larga que
contenga el mayor número de triples enlaces?
Cadena de 9 Carbonos
Nomenclatura
• Regla 2: numere dándole la menor
numeración al triple enlace
IUPAC antes de 1993: 5-etil-2-nonino
IUPAC después de 1993: 5-etilnona-2-ino
Otro ejemplo:
3-isopropil-7-metildodeca-1,5,9-triino
3-isopropil-7-metil-1,5,9-dodecatriino
Ejemplos
• CH3(CH2)5C≡C(CH2)3CH3
5-dodecino
• CH3(CH2)2C≡C(CH2)3C≡C(CH2)3CH3
4,9-tetradecadiino
5-metil-6-(5-metiloctil)deca-1,8-diino
Nomenclatura común de alquinos
• Un sistema ya poco empleado es el que
considera a los alquinos como derivados
sustituidos del acetileno:
•
•
•
•
Estructura
HC≡CH
CH3-C≡CH
CH3CH2-C≡CH
CH3-C≡C-CH3
Nombre IUPAC
etino
propino
1-butino
2-butino
común
acetileno
metilacetileno
etilacetileno
dimetilacetileno
• De 2 Carbonos:
CH2
Radicales
(sustituyentes)
alquinilos
CH
CH3
Etil
CH2
C
Etenil
CH
Etinil
• De 3 Carbonos:
CH2
Propil
CH2
CH3
CH
CH
Propenil
CH3
C
C
CH3
1-Propinil
Propargil (común)
Ejemplo:
1
2
3
4
5
6
7
2-ino
8
4-ino
9
6-ino
10
10-ino
11
12-ino
12
17 ino
9-etinil
13
14-metil
14
19
15-propinil
15
18
17
16
9-etinil- 14-metil-15-propinilnonadeca-2,4,6,10,12,17-hexaino
Alqueninos
»Nona-1-en-8-ino
»Nona-8-en-1-ino
Aunque no hay prioridad entre “ino”
y “eno”, cuando ambos son
terminales se perfiere al doble
enlace
Alqueninos
1
2
3
7
5
4
6
9
8
• 7-trans-4-metilnona-7-en-1-ino
Ejemplo
Al doble enlace se
le da la prioridad
1
2
3
Alta
Prioridad
Alta
prioridad
1
2
5
4
8
10
3
11
4Z
9
6
6Z
7
(4Z, 6Z)-11-metil-4-(2-propinil)-1,4,6,9-undeceno
Nomenclatura
Común
• Se nombran los sustituyentes del
acetileno.
H
C
ACETILENO
C
H
Metilacetileno
Isobutil Isopropil acetileno
Referencias
• McMurry, J. Química Orgánica. 6ª. Edición.
Thompson. 2004
• Wade, L.G. Química Orgánica. 5ª. Edición.
• Carey, F. Química Orgánica. 5ª. Edición.
• Morrison y Boyd. Química Orgánica. 5ª.
Edición