Ciclo Alcano
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Los Ciclo Alcanos son hidrocarburos saturados, cuyo esqueleto es formado únicamente por átomos de carbono unidos entre ellos con enlaces simples en forma de anillo. Su fórmula genérica es CnH2n. Su reactividad (con excepción de los anillos muy pequeños ciclopentano y ciclobutano) es casi equivalente a la de los compuestos de cadena abierta.
Sumario
Nomenclatura
La nomenclatura de los cicloalcanos simples deriva del nombre del alcano con el mismo número de átomos de carbono poniendo el prefijo "ciclo-" delante.
El número de anillos se indica con los prefijos "di", "tri", etc.
El número de átomos en eventuales puentes que unen los anillos se pone en paréntesis angular delante del nombre.
Los policiclos que comparten sólo un átomo en sus anillos se llaman compuestos espiránicos. Su denominación se realiza del mismo modo que el de los cicloalcanos con el prefijo "espiro".
Si alguno de los átomos de los anillos porta un sustituyente diferente a hidrógeno se nombra el número del átomo sustituido seguido del nombre del grupo funcional y el nombre del cicloalcano.
Para los sistemas más importantes suelen existir además nombres no sistemáticos.
Propiedades Físicas
Los puntos de fusión y ebullición son superiores a los de cadena abierta debido a que las estructuras cristalinas son más compactas y también las densidades son más altas. También se observa una alternancia en los valores de los puntos de fusión y ebullición entre los que tienen número par y número impar de carbonos.
Tienen características especiales debidas a la tensión del anillo. Esta tensión es a su vez de dos tipos:
• Tensión de anillo torsional o de solapamiento.
• Tensión de ángulo de enlace o angular.
El ángulo de los orbitales sp3 se desvía del orden de los 109° a ángulos inferiores.
Es especialmente inestable el ciclopropano cuya reactividad es similar a la de los alquenos
Algunos cicloalcanos
Ciclopropano
El cicloalcano más simple, formado por tres átomos de carbono, es el ciclopropano. Se genera por la reacción de Wurtz intramolecular a partir de 1,3-dibromopropano con sodio o zinc. Se trata de una sustancia muy inestable y reactiva debido a la elevada tensión del anillo.
Todos sus enlaces se encuentran en posición eclipsada. Los ángulos de enlace se desvian desde los 109° a los 60°. El esqueleto de la molécula es un triángulo, por tanto la molécula es plana.
Su reactividad es parecida a la de los alquenos. En particular, son típicas las reacciones de adición con los halógenos (p. ej. con Cl2, Br2,...) que conllevan la apertura del anillo, y por tanto, están favorecidas por la disminución de la tensión angular en el seno de la molécula.
Sus derivados se encuentran en algunas sustancias biológicamente activas. Se generan convenientemente a partir del alqueno correspondiente mediante adición de un carbono.
Ciclobutano
El siguiente cicloalcano más simple, formado por cuatro átomos de carbono, es el ciclobutano. Tiene enlaces en posición alternada. Los ángulos de enlace se desvian desde los 109° a los 88°.1 El esqueleto de la molécula es un rombo ligeramente plegado, la molécula no es plana.
Ciclopentano
Está formado por cinco átomos de carbono.
Los ángulos de enlace se desvian desde los 109,5° a los 108°. Por tanto, la tensión angular es mínima en este cicloalcano. El esqueleto de la molécula es un pentágono ligeramente plegado, ya que la molécula no es plana. Esto es debido a que, en la conformación plana, existen 10 átomos de hidrógeno eclipsados, lo cual supone un aumento de energía de unas 10 kcal/mol. Por lo tanto, el ciclopentano presenta su menor energía estructural en una conformación no planar, en la que uno de los vértices del pentágono está fuera del plano formado por los otros cuatro, evitando entonces tanto enclipsamiento. Ciertos autores denominan a esta estructura "conformación de sobre" [1]. Con ángulos de enlace muy próximos a los 109,5.º de la hibridación sp3, la molécula del ciclopentano carece, prácticamente, de tensión anular.
Ciclohexano
Probablemente el cicloalcano más importante es el ciclohexano. Se puede obtener por hidrogenación del benceno. Presenta varias conformaciones que le permiten conservar el ángulo tetraédrico de 109,5 º entre los sustituyentes en los átomos de carbono. El ciclohexano no es plano sino, su diferentes conformaciones son denominadas de silla, y de bote. La forma de bote está ligeramente más elevada en energía que la forma de silla, por lo que no es tan estable.
Cicloalcanos de ciclo grande
Los cicloalcanos de tamaño mayor se generan a menudo a partir de las sales de torio de los ácidos dicarboxílicos correspondientes HOOC-(CH2)n-COOH (Síntesis de anillos largos de Ruzicka). El torio fuerza los dos extremos del ácido a unirse y luego calentando se produce bajo decarboxilación el cierre del anillo.
Aplicaciones
Algunos cicloalcanos como el ciclohexano forman parte de la gasolina. Además se utiliza como intermedio en la síntesis de la caprolactama y por lo tanto en la obtención de las poliamidas. El ciclopropano es un gas y es anestésico. El ciclopentano y el ciclohexano se encuentran en ciertos petróleos y se conocen como "naftenos". Son componentes de la nafta y de los aceites lubricantes.
El ciclohexano, la decalina (perhidronaftalina), el metilciclohexano y el ciclopentano se utilizan también como disolventes.
Toxicología
La toxicología de los cicloalcanos suele ser parecida a la de los alcanos correspondientes. El ciclohexano es menos tóxico que el hexano.
Isomería en Química Inorgánica
Hay varios tipos de isomería presente en compuestos inorgánicos, sobre todo en complejos de coordinación pero este fenómeno no es tan importante como en química orgánica:
• Isomería estructural o topológica: Los átomos se unen de modo diferente, como en el S2F2, de los que existe una molécula en forma de cadena y otra en forma de pirámide triangular. Un caso especial es la tautomería, en la que un átomo de H cambia de posición.
• Isomería conformacional: Igual a la ya comentada para compuestos orgánicos. Se presenta en compuestos con enlace sencillo como P2H4 o el ión ditionito, S2O4-2, donde existen formas eclipsadas, escalonadas y sinclinal (gauche).
• Isomería cis-trans (geométrica): Aparece en compuestos como el ácido nitroso, HNO2, o en complejos de coordinación plano-cuadrados como [PtCl2(NH3)2].
• Isomería de posición: Como en algunos heterociclos de azufre y nitrógeno. En el S6(NH)2 se mantiene el anillo octogonal del azufre pero dos átomos de azufre han sido sustituidos por grupos NH, que pueden estar en posición 1,2; 1,3; 1,4 y 1,5.
• Isomería óptica: También aparece en compuestos de coordinación de estructura tetraédrica con sustituyentes diferentes.
• Isomería de ionización: Se intercambian un ligando del catión con uno delos aniones que lo neutralizan, como ocurre entre [CrSO4(NH3)5]Cl y [CrCl(NH3)5]SO4
• Isomería de coordinación: Si ambos iones son complejos, podemos intercambiar sus ligandos y obtendremos isómeros diferentes, como ocurre entre [Co(NH3)6][Cr(CN)6] [Cr(NH3)6][Co(CN)6].
Fuentes
• Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
• *Michell J. Sienko y Robert A Plane. Química. Instituto cubano del libro. 1971.
• Química: Teoría y problemas. José Antonio García Pérez y otros. Ed. Tébar Flores. Albacete, 1996. ISBN: 8473601559 .Pág. 253 y ss.
• Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd. Química orgánica. . 5ª ed., Editorial Pearson Educación, 1998. ISBN: 9684443404. Pág. 421
• Carl David Gutsche. Fundamentos de química orgánica. Editorial Reverté, 1979. ISBN: 8429174753. Pág.67
• Química general; 8ª edición; Petrucci, Harwood y Herring; Prentice Hall; ISBN:0-13-014329-4
• Eduardo Primo Yúfera. Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria, Volumen 1. . Editorial Reverté, 1996. ISBN: 8429179534, Pág. 52 y ss.
