12: Cicloalcanos, Cicloalquenos y Cicloalquinos

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Muchos hidrocarburos importantes, conocidos como cicloalcanos, contienen anillos de átomos de carbono unidos entre sí por enlaces simples. Los cicloalcanos simples de fórmula\((CH_2)_n\), conforman una serie homóloga particularmente importante en la que las propiedades químicas cambian de una manera mucho más dramática al aumentar n que las de los hidrocarburos acíclicos\(\ce{CH_3(CH_2)}_{n-1} \ce{H}\). Los cicloalcanos con anillos pequeños (\(n = 3\)-\(6\)) son de especial interés en exhibir propiedades químicas intermedias entre las de alcanos y alquenos. En este capítulo vamos a mostrar cómo se puede explicar este comportamiento en términos de deformación angular y obstáculo estérico, conceptos que se han introducido previamente y que serán utilizados con frecuencia creciente a medida que avanzamos. También discutimos detalladamente las conformaciones de los cicloalcanos, especialmente del ciclohexano, por su importancia para la química de muchos tipos de compuestos orgánicos naturales. También se prestará cierta atención a los compuestos policíclicos, sustancias con más de un anillo, y a los cicloalquenos y cicloalquinos.

12.1: Nomenclatura y Propiedades Físicas de Cicloalcanos
La nomenclatura y propiedades físicas de los cicloalcanos abarca los sistemas IUPAC de nomenclatura de cicloalcanos. Las propiedades físicas de los cicloalcanos pueden explicar la estructura molecular de cada cicloalcano y el tamaño relativo de propano simple a múltiples carbonos que contienen cicloacano como el ciclononano.
12.2: Propiedades espectroscópicas de los ciclohexanos
Las propiedades espectroscópicas de los cicloalcanos son considerablemente similares a las de los alcanos. Anteriormente mencionamos las principales características de sus espectros infrarrojos, y que su falta de absorción ultravioleta a longitudes de onda de hasta 200 nm los convierte en solventes útiles para la determinación de espectros ultravioleta de otras sustancias. Algunas propiedades espectoscópicas de los cicloalcanos han sido notables en los espectros de RMN protónica.
12.3: Conformaciones de Cicloalcanos
Los equilibrios (estabilidades relativas) y el equilibrio (tasa de interconversión) de las conformaciones rotacionales de etano y butano se discutieron previamente. Si revisas este material, quedará claro que formar un anillo a partir de una cadena hidrocarbonada reducirá en gran medida el número de posibles conformaciones escalonadas y eclipsadas. Comenzaremos nuestra discusión con ciclohexano por su especial importancia, procederemos a anillos más pequeños, luego daremos una breve exposición de las conformaciones del l
12.4: Cepa en anillos de cicloalcano
Muchas de las propiedades del ciclopropano y sus derivados son similares a las propiedades de los alquenos.
12.5: Propiedades Químicas
La cepa en cicloalcanos de anillo pequeño tiene una profunda influencia en sus calores de combustión. Esperamos razonablemente que otras propiedades químicas también se vean afectadas. De hecho, al igual que los alquenos, el ciclopropano y el ciclobutano experimentan reacciones de escisión de enlaces C−C que no se observan para ciclopentano y ciclohexano, o para hidrocarburos saturados de cadena abierta.
12.6: Los cicloalcanos más grandes y sus conformaciones
La teoría de la deformación de Baeyer sugirió que los anillos de cicloalcanos más grandes son difíciles de sintetizar debido a la tensión angular asociada con anillos planos. Ahora sabemos que, a excepción del ciclopropano, ninguno de los cicloalcanos tiene anillos de carbono planos y que los cicloalcanos superiores tienen ángulos de enlace normales o casi normales.
12.7: Cicloalquenos y Cicloalcanos
El ángulo C−C=C en alquenos normalmente es de aproximadamente 22°, que es 10° más grande que el ángulo C−C−C normal en cicloalcanos. Esto significa que esperaríamos cerca de 20° más de deformación angular en cicloalquenos de anillo pequeño que en los cicloalcanos con el mismo número de carbonos en el anillo. La comparación de los datos para cicloalquenos y cicloalcanos revela que esta expectativa se realiza para ciclopropeno, pero es menos visible para ciclobuteno y ciclopenteno.
12.8: Nomenclatura de policicloalcanos
Hay muchos hidrocarburos y derivados de hidrocarburos con dos o más anillos que tienen átomos de carbono comunes. Los compuestos de este tipo generalmente se nombran uniendo el prefijo biciclo al nombre del hidrocarburo de cadena abierta con el mismo número total de átomos de carbono que en los anillos.
12.9: Conformaciones de Decalina
Se espera que los anillos de seis miembros de decalina, como los del ciclohexano, sean más estables en forma de silla. Sin embargo, hay dos formas posibles en las que se pueden unir dos sillas. Los hidrógenos de unión anular pueden estar en el mismo lado de la molécula (cis-decalina) o en lados opuestos (trans-decalina). Cuando los dos anillos se unen a través de dos enlaces de tipo ecuatorial, resulta trans-decalina, mientras que una unión axial-ecuatorial da cis-decalina.
12.10: Cepa en Moléculas Policíclicas
Conociendo la importancia de la cepa angular y eclipsante en los cicloalcanos de anillo pequeño, debemos esperar que estas cepas se vuelvan aún más importantes en las reacciones.
12.E: Cicloalcanos, Cicloalquenos y Cicloalquinos (Ejercicios)
Estos son los ejercicios de tarea para acompañar al Capítulo 12 del Textmap for Basic Principles of Organic Chemistry (Roberts y Caserio).

Colaboradores y Atribuciones

John D. Robert and Marjorie C. Caserio (1977) Basic Principles of Organic Chemistry, second edition. W. A. Benjamin, Inc. , Menlo Park, CA. ISBN 0-8053-8329-8. This content is copyrighted under the following conditions, "You are granted permission for individual, educational, research and non-commercial reproduction, distribution, display and performance of this work in any format."