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Química Orgánica

Tema 1. Alcanos

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Tema 1. Alcanos. Estructura. Nomenclatura. Reacciones de los alcanos.
Halogenación. Estabilidad de los radicales libres y de otros intermedios de reacción
(carbocationes y carbaniones). Oxidación de alcanos: combustión. El petróleo como
fuente de alcanos. Craqueo.
Alcanos.
Los alcanos son compuestos con fórmula molecular CnH2n+2. Elhidrocarburo más
simple es el metano CH4 (n=1). Los hidrocarburos de cadena lineal se denominan
hidrocarburos normales. Los cuatro primeros miembros de la familia de hidrocarburos
lineales son los siguientes:
H

H H

H C H
H

H C C H
H H

metano

H
H C
H

etano

H H

H

C C H
H H

H H H

H C
H

propano

C C C H
H H H
butano

Existe un único hidrocarburo con la fórmula molecular CH4, uno sólo con lafórmula molecular C2H6 (el etano), uno sólo con la fórmula molecular C3H8 (el
propano), pero sin embargo existen dos alcanos con la fórmula molecular C4 H10: el
butano y el 2-metilpropano:
CH3
CH3 CH2

CH2

CH3

butano

CH3 CH

CH3

2-metilpropano

Dos compuestos químicos diferentes con la misma fórmula molecular se
denominan isómeros. El número de alcanos isoméricos aumenta al aumentar número
de átomosde carbono. En la tabla se indican los puntos de fusión y de ebullición, así
como el número de isómeros de algunos alcanos de cadena lineal.
Hidrocarburos normales (cadena lineal)
Nº de carbonos

Fórmula

Nombre

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
20
30

CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
C9H20
C10H22
C11H24
C12H26
C20H42
C30H62

metano
etano
propano
butano
pentano
hexano
heptano
octano
nonanodecano
undecano
dodecano
eicosano
tricontano

Nº total de

p.eb.°C

p.f.°C

-162
-89
-42
0
36
69
98
126
151
174
196
216
334
446

-183
-172
-187
-138
-130
-95
-91
-57
-54
-30
-26
-10
+36
+66

isómeros

1
1
1
2
3
5
9
18
35
75
366319
4.11x109

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Estructura.
El alcano más simple es el metano CH4. Desde el siglo pasado se había
demostrado mediantehechos experimentales que la estructura del metano tenía una
forma tetraédrica. Sin embargo, la justificación de esta estructura no pudo hallarse
hasta el desarrollo de la teoría mecanocuántica entre los años 1920 y 1930.
Un átomo de carbono en su estado fundamental tiene dos electrones
desapareados.

energía
creciente

2p
n=2
2s

n=1

1s

estado electrónico fundamental del carbono

Se deberíaesperar que en lugar de formar CH4, el carbono se uniera sólo a dos
átomos de hidrógeno y formara CH2, dejando vacío un orbital 2p. El CH2 es una
especie química conocida, llamada carbeno, pero es una sustancia muy reactiva y de
tiempo de vida media muy corto. Por adición de 96 kcal/mol de energía a un átomo de
carbono, uno de los electrones 2s puede promocionarse hasta alcanzar el orbital vacío
2p,dando lugar a la configuración electrónica indicada a continuación:

energía
creciente

2p
n=2
2s

n=1

1s

estado electrónico del átomo de carbono excitado

Al promocionar un electrón desde el orbital 2s al 2p el átomo de carbono tiene

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disponibles cuatro electrones para formar cuatro enlaces covalentes y de esta forma
puede conseguir laconfiguración electrónica de gas noble.
La formación de un enlace covalente produce un descenso de energía en el
sistema. Por ejemplo, la formación de un enlace C-H produce un descenso de energía
de 87 kcal/mol. Por tanto la formación de dos enlaces covalentes más en el átomo de
carbono provoca un descenso de 174 kcal/mol de energía que compensa
sobradamente los 96 kcal/mol que se requieren parapromover al átomo de carbono
desde el estado fundamental al estado excitado.
Este razonamiento explica por qué el átomo de carbono tiende a ser tetravalente
en lugar de divalente. Sin embargo, no explica la forma tetraédrica de la molécula de
metano. Si admitimos que el átomo de carbono en la molécula de metano participa con
el orbital 2s y los tres orbitales 2p, hay que concluir que se formarían...