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Reacciones de hidrocarburos

Introducción. Los hidrocarburos son compuestos formados por carbono e hidrógeno y se pueden clasificar en alcanos, alquenos, alquinos y compuesto aromáticos (benceno). Cada uno de estos compuestos tiene una reactividad concreta y en algunos casos bastante amplia. Por ejemplo, los alcanos (relativamente inertes) tienen una reacción importante: la sustitución. Los alquenos tienen una reactividad muy amplia, dan reacciones de adición al igual que los alquinos también. Los hidrocarburos aromáticos reaccionan por sustitución (halogenación, nitración)

Aspecto teórico. 

Alcanos y alquenos.

Las reacciones más importantes de los alcanos son la pirólisis, la combustión y la halogenación.  Pirólisis. Se produce cuando se calientan alcanos a altas temperaturas en

ausencia de Oxígeno. Se rompen enlaces C-C y C-H, formando radicales, que se combinan entre sí formando otros alcanos de mayor número de C.  Combustión.

 Halogenación.

El r es

B

muy selectivo y con las condiciones adecuadas, prácticamente, se obtiene un sólo producto,que será aquel que resulte de la adición del Br al C más sustituido. El flúor es muy poco selectivo y puede reaccionar violentamente, incluso explosionar, por lo que apenas se utiliza para la halogenación de alcanos. La halogenación de alcanos mediante el Yodo no se lleva a cabo. Los alquenos son más reactivos que los alcanos. Sus reacciones características son las de adición de otras moléculas, como haluros de hidrógeno, hidrógeno y halógenos. También sufren reacciones de polimerización, muy importantes industrialmente. 1. Hidrohalogenación: se refiere a la reacción con haluros de hidrógeno formando alcanos halogenados del modo CH3CH2=CH2 + HX →CH3CHXCH3. Por ejemplo, halogenación con el ácido HBr:

Estas reacciones deben seguir la Regla de Markownikoff de enlaces dobles. 1. Hidrogenación: se refiere a la hidrogenación catalítica (usando Pt, Pd, o Ni) formando alcanos del modo CH2=CH2 + H2 → CH3CH3.

2. Halogenación: se refiere a la reacción con halógenos (representados por la X) del modo con bromo:

CH2=CH2 + X2 → XCH2CH2X.

Por

ejemplo,

halogenación

3. Polimerización: Forman polímeros del modo nCH2=CH2 →(-CH2-CH2-)n polímero, (polietileno en este caso). 

Prueba de bromo en tetracloruro de carbono (Br2/CCl4).

Permite reconocer la presencia de dobles enlaces. Se usa cuando la muestra no es incolora. Sustancia

problema

+

Br/CCl4

----->

dihalogenuro

Positivo: solución incolora. 

Prueba de Baeyer.

Permite reconocer la presencia de dobles enlaces. Sustancia problema + KMnO4 diluido/frío-----> diol conjugado + MnO2 Positivo: precipitado café (MnO2) 

Reacción con ácido sulfúrico (H2SO4).

Al mezclar un alqueno con ácido sulfúrico a temperatura ambiente se produce la adición con formación de los sulfatos ácidos de alquilo isómeros. A medida que aumenta el número de átomos de carbono y las ramificaciones la adición se produce más fácilmente.

Si la solución sulfúrica se diluye con agua se obtiene un alcohol con el mismo grupo alquilo que el sulfato original. Se dice que ha hidrolizado.



Nitración de hidrocarburos aromáticos.

La nitración aromática sucede con compuestos aromáticos gracias a un mecanismo de sustitución electrófila aromática que incluye el ataque de un anillo bencénico rico en electrones por parte del ion nitronio. El benceno resulta nitrado gracias al reflujo de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado a 50 °C. 1. 2H2SO4 + HNO3 → 2HSO41- + NO2+ + H3O+ 2. C6H6 + NO2+ → C6H5NO2 + H+ 3. H+ + H3O+ + 2HSO41- → H2O + 2H2SO4 El ácido sulfúrico es regenerado y por tanto actúa como catalizador.

Nitración del benceno

Discusión de resultados. A. Ensayo con solución de bromo en tetracloruro de carbono (Br2/CCl4). Al agregar una solución de bromo tetracloruro de carbono a los 5 tubos conteniendo alcano, alqueno, aromáticos y muestra problema (M-6), respectivamente y al cubrir el tubo con alcano para que no tuviera contacto con la luz, mientras los demás se mantuvieron expuestos a la luz. En el primero, el que se cubrió, se vio una decoloración de la solución de bromo. Esto se debe a que iones bromuro (Br-) de la solución reaccionaron con el alcano para formar bromuro de hexano. La diferencia entre la prueba que fue expuesta a la luz y las que no, fue que la reacción es catalizada por la luz ultravioleta, por lo que la que se ocultó, no tuvo la velocidad necesaria para que el cambio pudiera ser observable, mas la que si se expuso a la luz, tuvo el catalizador necesario para que se decolorara la solución. El alcano, el alqueno y la MP sí reaccionaron a diferencia del aromático.

B. Ensayo de Baeyer (Solución acuosa de KMnO4). El ensayo es negativo, es decir la MP no reacciona, de la misma manera que el alcano y el aromático. El permanganato sí reacciona en el caso de los alquenos, debido a que las dobles ligaduras se encuentran deslocalizadas -como si no pertenecieran a ningún carbono. C. Ensayo con ácido sulfúrico. El alcano, el aromático y la MP no reaccionan a diferencia del alqueno cuya formación de una sola fase indica la presencia de doble enlace. D. Nitración de hidrocarburos aromáticos. La MP no reacciona de la misma forma que el compuesto aromático. Conclusión: La MP (M-6) es un hidrocarburo saturado (alcano).

Cuestionario. 1. ¿Qué aplicación en los compuestos biológicos tienen las reacciones efectuadas? Principalmente para la identificación de grasas insaturadas que pueden ser beneficiosas para nosotros.

2. Si al isobutano se le añade bromo disuelto en tetracloruro de carbono en presencia de luz, ¿qué productos se formarán y cuál en mayor porcentaje? CH3 |

CH3 Luz CH3CHCH3 + Br2/CCl4 ------------>

CH3CHCH2Br + HBr 1-bromo isobutano Br | CH3CCH3 + HBr | CH3 2-bromo isobutano

Es una reacción de sustitución por radicales libres. El producto que se obtiene con mayor porcentaje es 2-bromo isobutano (99,44 %), porque el radical libre intermediario es el más estable (el terciario) mientras que el 1-bromo isobutano solo tiene 0,56%

3. Completar las siguientes reacciones (si es que se producen) KMnO4 a.

H 2O

b. CH3CH2CH=CH2

KMnO4

No hay reacción

3CH3-CH2-CH-CH2 + 2MnO2 + 2KOH

H 2O c.

KMnO4 H 2O

4.

CH CH No hay reacción

Si 0,25 moles de grasa o aceite consume 40g de bromo: ¿Cuántos enlaces dobles se puede estimar que tiene este lípido? 1 mol Br2 --------------------- 2×79 g x ---------------------- 40 g x = 0.25 mol de Br2

Sabemos que 1 mol de Br2 rompe 1 mol de enlaces dobles de un lípido por lo tanto hay 0.25 mol de enlaces dobles. 5. Proponga dos métodos para determinar la presencia de insaturaciones en una muestra de grasa. La prueba de Baeyer y la reacción de ácido sulfúrico ya que en estos dos métodos se producen reacciones visibles ante la presencia de enlaces dobles (compuesto insaturado). Prueba de Iodo: La positividad de esta reacción indica la presencia de ácidos grasos de la serie etilénica. La reacción positiva se manifiesta por la desaparición del color del Yodo, debido a que enlaza en el doble enlace. 6. ¿Qué es el índice de octano u octanaje de la gasolina? Octanaje o número de octano es una medida de la calidad y capacidad antidetonante de las gasolinas para evitar las detonaciones y explosiones en las

máquinas de combustión interna, de tal manera que se libere o se produzca la máxima cantidad de energía útil. El octanaje tiene un rango de medida que varía entre 0 y 100. Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de encendido por bujía, que siguen un ciclo termodinámico próximo al Ciclo Otto. En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión prematura o detonación

7. ¿Qué son antidetonantes y por qué se añaden a la gasolina? Podemos decir que los antidetonantes son sustancias que se añaden a las gasolinas para aumentar su resistencia a la detonación. Son compuestos orgánicos y organometálicos. Como importantes son: Benzol, octano, alcohol y tetraetilo de plomo. Relacionando este aparato con el anterior, si un antidetonante aumenta la resistencia a la detonación quiere decir que también va a influir en el índice de octanaje de una gasolina. Se aplica a los productos que se añaden a la gasolina para evitar la explosión prematura de la mezcla carburante en los motores.

Bibliografía 

Manual de Laboratorio de Química Orgánica. Pedro Cueva M., Juan León C., Alejandro Fukusaki Y.

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Química. William S. Seese/G. William Daub.

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Química. Carlos Jara Benites. Rubén Cueva García.

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Química Raymon Chang....