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1. ALCANOS Y CICLOALCANOSALCANOS Y CICLOALCANOS
Tema III

2. ÍNDICE
1.Propiedades físicas y estructurales
2.Análisis conformacional y proyecciones de Newman
3.Cicloalcanos
3.1 . Ciclopropano
a) Tensión anular
b) Tensión torsional
3.2. Ciclobutano
3.3. Ciclopentano
4.Conformaciones del ciclohexano y sus derivados
4.1. Ciclohexano
4.2. Derivados del ciclohexano
4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

3. 1. Alcanos

4. 1. Propiedades físicas y estructurales
Hidrocarburos.Hidrocarburos.
 Moléculas que contienen sólo hidrógeno y carbono (C
xH
y)
Familias de hidrocarburos:

5. 1. Propiedades físicas y estructurales
Ejemplos de hidrocarburos.Ejemplos de hidrocarburos.
 Alcanos:
 Alquenos y alquinos:
 Compuestos aromáticos:
n-butano ciclopropano ciclopentano
1-etil-2-etilciclohexano
2-metilpropano
(isobutano)
Eteno (etileno) 2-metilpropeno
1-metilciclopenteno
2-pentino
Propeno (propileno)
Etino (acetileno)
Benceno
Metilbenceno
(tolueno)

6. 1. Propiedades físicas y estructurales
C
H
H H
H
C
H
H C
H
H
H
H
C
H
H C
H
C
H
H
H
H
H
Metano
Etano
Propano
ButanoC
H
H C
H
C
H
H
H
H
CH
H
H

7. 1. Propiedades físicas y estructurales
Alcanos: carbono Alcanos: carbono spsp
33

8. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman

9. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
Equilibrio conformacionalEquilibrio conformacional
 Se puede transformar un confórmero en otro mediante la rotación en torno a
enlaces simples, lo que no es posible en los esteroisómeros donde es necesario
romper enlaces para transformar uno en otro.
EtanoEtano
La representación de Newman es útil en este caso.
ϕ es el ángulo
diedro del etano
Los diversos rotámeros del etano no poseen la misma energía potencial.
EclipsadaAlternada Alternada

10. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
El etanoEl etano
Al girar un grupo metilo alrededor del eje C-C, empezando a partir de la conformación
alternada, la distancia entre los hidrógenos disminuye, dando lugar a un aumento en la
repulsión entre los pares enlazantes de los enlaces C-H.
En el punto de eclipse, la molécula tiene su contenido máximo de energía.
El cambio de energía asociado a la rotación alrededor del un enlace se llama energía
rotacional o torsional.
En este caso la superficie de energía potencial (SEP) es una función sinusoidal de periodo
120º y de amplitud 2.9 kcal/mol.
Diagrama de energía potencial de la rotación libre del etano

11. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
Análisis conformacional del propano Análisis conformacional del propano

12. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
El propanoEl propano
Es un sistema parecido al etano solo que se sustituye un hidrógeno por un
metilo.
En este caso también las formas extremas son las alternadas y la eclipsadas.
La barrera en este caso es mayor que en el etano debido al impedimento
estérico que en este caso involucra un metilo y un hidrógeno.
La variación es sinusoidal porque tenemos el mismo efecto en cada giro.

13. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
nn-Butano-Butano
Para distinguir una estructura de otras se emplea el prefijo sin y anti, según la
disposición de los enlaces de los grupos más voluminosos.
Podemos predecir que la estabilidad de las tres conformaciones alternadas es
mayor que la de la tres eclipsadas. Pero dentro de cada tipo ¿qué diferencia
podríamos tener al efectuar un giro de 60º en torno al enlace C2-C3 del butano?
Antiperplanaria Anti Anticlinal Sinclinal gauche Sinperiplanaria Sinclinal gauche

14. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
nn-Butano-Butano
Concepto de confórmero:
Las conformaciones que poseen un mínimo de energía, como gauche y anti,
interconvertibles entre si a través de otras más energéticas se llaman
confórmeros o isómeros conformacionales.
Los confórmeros son las distintas conformaciones más estables de un compuesto Los confórmeros son las distintas conformaciones más estables de un compuesto
cuya transformación mutua exige vencer barreras energéticas generalmente cuya transformación mutua exige vencer barreras energéticas generalmente
pequeñas.pequeñas.
Ea para la interconversión
antigauche es 3.6 kcal/mol
↔
Ea para la interconversion
gauche gauche es 4.0 kcal/mol
↔

15. 2. Análisis conformacional y proyecciones de Newman
Conformaciones del butanoConformaciones del butano

16. 3. Cicloalcanos

17. 3. Cicloalcanos
IntroducciónIntroducción

18. 3. Cicloalcanos
Calores de combustiónCalores de combustión

19. 3.1. Ciclopropano

20. a) Tensión anulara) Tensión anular
Los cicloalcanos son menos estables
que sus homólogos alifáticos debido a
las tensiones producidas en el anillo
El ángulo interno del ciclopropano es de
60º, mucho más pequeño que el ángulo
natural de los híbridos sp
3
(109.5º). Por tanto
el solapamiento no puede ser frontal y es más
imperfecto. Esto se demuestra
experimentalmente porque el enlace C-C es
mucho más débil (Hº
C-C
= 65 kcal/mol) que
en un alcano lineal.
En un alcano lineal el solapamiento frontal
de los orbitales híbridos sp
3
es máximo,
dando lugar a un enlace C-C de gran
fortaleza (Hº
C-C
= 90 kcal/mol).
Por otra parte, los hidrógenos pueden
adoptar una conformación alternada donde
minimicen sus interacciones estéricas y
orbitálicas.

Además de la distorsión en el
solapamiento de los orbitales híbridos
debido al pequeño tamaño del anillo, los
hidrógenos de carbonos contiguos están
inevitablemente eclipsados. Esto confiere
una inestabilidad añadida a la molécula.
3.1. Ciclopropano

21. b) Tensión torsionalb) Tensión torsional
3.1. Ciclopropano

22. 3.2. Ciclobutano

23. 3. Ciclopentano

24. 4. Ciclohexano y sus derivados

25. 4. Conformaciones del ciclohexano y sus derivados
EsteroidesEsteroides
Colesterol
(-)-Mentol (-)-Limoneno
Colesterol
(-)-Mentol (-)-Limoneno

26. 4.1. Ciclohexano

27. 4.1. Ciclohexano

28. 4.1. Ciclohexano
Conformación tipo “bote” simétricoConformación tipo “bote” simétrico

29. 4.1. Ciclohexano
Conformación tipo “bote torcido”Conformación tipo “bote torcido”

30. 4.1. Ciclohexano
Conformaciones del ciclohexanoConformaciones del ciclohexano
El análisis conformacional del ciclohexano indica que las barreras del potencial
son mayores y por lo tanto les podemos medir fácilmente en comparación con
las otras familias
El confórmero silla es el más estable.
Las otras conformaciones bote y twist (bote retorcido) son menos estables.

31. 4.2. Derivados del ciclohexano
El ciclohexano no es conformacionalemente rígido. Es posible la
interconversión de una conformación silla a otra, equilibrando así los
hidrógenos axiales con los ecuatoriales.
La energía de activación para este proceso es de 10.8 kcal/mol.
Esta interconversion permite la estabilidad de los ciclohexanos sustituidos.
 En el ciclohexano se distinguen dos tipos de átomos de hidrogeno según su
posición relativa dentro de la molécula:
Ecuatoriales: dispuestos a lo largo del plano ecuatorial de la molécula (6)
Axiales: dispuesto perpendicularmente al plano de la molécula (3 + 3)

32. 4.2. Derivados del ciclohexano
Cuando el ciclohexano tiene un sustituyente, las dos sillas en equilibrio dejan
de estar degeneradas en energía. En general, la conformación con el
sustituyente en ecuatorial es más estable, como lo demuestran los siguientes
datos experimentales.
Cambio de energía libre del equilibrio axial-ecuatorial para varios sustituyentes
R (Energías conformacionales).

33. 4.2. Derivados del ciclohexano
¿Por qué el grupo metilo tiene una energía conformacional de 1.75 kcal/mol?.
En el metilciclohexano hay dos interacciones de este tipo
Por ello un grupo metilo en axial es menos estable con una energía de 1.8 kcal/mol.
Los sustituyentes son menos estables en disposión axial debido a la interacción con los
grupos metileno en posiciones 3 y 5. Dependiendo del tamaño del sustituyente la
interacción será más o menos severa y el valor de la energía conformacional será más o
menos grande.
La interacción gauche entre
dos metilos tiene un coste
energético de 0,9 Kcal/mol

34. 4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos
Ciclohexanos sustituidos y cicloalcanos bicíclicosCiclohexanos sustituidos y cicloalcanos bicíclicos

35. 4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

36. MetilciclohexanoMetilciclohexano
4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

37. 1,3-Dimetilciclohexanos1,3-Dimetilciclohexanos
4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

38. 1,4-Dimetilciclohexanos1,4-Dimetilciclohexanos
4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

39. Grupos muy voluminososGrupos muy voluminosos
4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

40. 4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos

41. 4.3. Ciclohexanos sustituidos y alcanos bicíclicos