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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

PREPARADURIAS QUÍMICA ORGÁNICA I

UNIDAD III: ALCANOS. ESTUDIO DE LAS REACCIONES, MÉTODOS

DE OBTENCIÓN Y REACCIONES TÍPICAS.

(EJERCICIOS PROPUESTOS)

PARTE I: ESTUDIO DE LAS REACCIONES

1) Cada uno de los siguientes mecanismos para la cloración radicalaria del metano el

falso. Explique cómo la evidencia experimental permite descartar cada uno de

estos mecanismos.

a) Cl� � uv � Cl�

Cl� � CH � HCl � CH�Cl

b) CH � uv � CH� · � H ·

CH� · � Cl� � CH�Cl � Cl ·

Cl · �H · � HCl

2) Proponga un mecanismo para la cloración radicalaria del metano

a) Calcule ∆H° para cada caso de la reacción utilizando los valores de energía

de disociación de enlace (EDE) dados, recordando que el ∆H°=Σ(EDE de los

enlaces rotos) – Σ(EDE de los enlaces formados).

b) Calcule el valor total de ∆H° de la reacción

c) ¿Existe un solo mecanismo para llevar a cabo esta reacción? De existir otro

mecanismo, indique cual es el más factible. Analice su respuesta.

3) Considere la siguiente reacción:

CH4 + Cl∙ → ∙CH3 + HCl

Esta reacción tiene una energía de activación (Ea) de +4 kcal/mol y un ∆H° de 1

kcal/mol. Represente un diagrama de energía de reacción para esta reacción. Si se

añadiera un catalizador, ¿Qué sucedería con la energía de activación?, ¿el calor de

reacción cambiaria?

4) Usando las EDE dadas:

a) Calcule el valor de ∆H° de cada paso de la yodación del metano

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b) Calcule el valor total de ∆H° para la yodación

c) Sugiera dos motivos por los que el yodo no reacciona bien con el metano.

PARTE II: MÉTODOS DE OBTENCIÓN

1) Se desea obtener el 2-metilhexano, y en el laboratorio solo se cuenta con 2-

metil-2-hexeno, 1 mol de hidrógeno molecular y níquel. Proponga una reacción

sencilla para obtener el alcano solicitado.

2) Por conversión en el reactivo de Grignard, seguida del tratamiento con agua,

¿cuántos bromuros de alquilo darían: a) n-pentano; b) 2-metilbutano; c)2,3-

dimetilbutano;s d) neopentano? Escriba las estructuras para cada caso.

3) Los Freones (clorofluorocarbonos) son unos de los responsables del daño que

sufre la capa de ozono que protege a la Tierra. La empresa ACME produce

aerosoles, en los cuales utiliza butano como propelente en los envases de

aerosoles. Usted es el Jefe de departamento de laboratorio de la empresa

encargada de reemplazar este compuesto altamente contaminante. En

almacén cuenta con bromuro de sec-butilo, magnesio, éter seco y agua.

Proponga una reacción para la obtención de este valioso compuesto,

nombrando cada uno de los productos y subproductos.

4) Se desea obtener el 2,2,5-trimetilhexano. Se cuenta con una fracción de

petróleo en la cual, mediante análisis se determino que contiene al compuesto

deseado, sin embargo, para separar esta mezcla compleja se requiere de altos

costos operacionales. En el laboratorio se cuenta con cloruro de terc-butilo,

litio, yoduro cuproso, éter seco y cloruro de isopentilo. Determine si con los

reactivos disponibles se puede obtener el 2,2,4-trimetilpentano y si este

mecanismo resulta ser factible en comparación con el primero.

5) Desarrolle la siguiente serie de reacciones. Muestre la estructura y dé el

nombre para A, B, C, D, E y F.

E CuI D Li Bromuro de Isopentilo Mg/Éter Seco A H2o B

2-metilhexano C Cl2

F

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6) A partir del propileno se obtiene A, el cual por monobromación, produce una

mezcla de B y C. Del compuesto B, el cual se obtiene con mayor rendimiento, se

obtiene D al agregarle litio en presencia de éter seco y luego yoduro cuproso ,

el cual es acoplado con C para obtener E. Simultáneamente, se incinera A para

obtener F, G y energía sumamente aprovechable. Desarrolle todas las

reacciones involucradas, incluyendo las condiciones apropiadas para llevarlas a

cabo, muestre las estructuras y dé los nombres de cada uno de los compuestos

de interés, representado por las letras A, B, C, D, E, F y G.

7) Se dispone de 2 moles de sodio, 2 moles de cloruro de isobutilo, litio, éter seco

y yoduro cuproso. Solo con estos reactivos; ¿Qué reacciones puede llevar a

cabo para obtener el 2,5-dimetilhexano?, escoja una (1) sola reacción y

justifique el por qué de su elección, nombrando las ventajas y desventajas de

cada método de obtención.

PARTE III: HALOGENACIÓN

1) ¿Cómo podría una planta industrial controlar la proporción de reactivos para

favorecer la producción de CCl?, ¿y favorecer la formación de CH�Cl?

2) La cloración radicalaria del hexano da rendimientos muy bajos de 1-

clorohexano, mientras que el ciclohexano puede transformarse en

clorociclohexano con un rendimiento alto.

a) ¿Cómo se puede explicar esta diferencia?

b) ¿Qué proporción de reactivos (ciclohexano y cloro) utilizaría para la síntesis

del clorociclohexano.

3) Los átomos de hidrógeno terciarios reaccionan con Br · aproximadamente 5.5

veces más rápido que los átomos primarios. Prediga la proporción entre los

productos de bromación del isobutano.

4) Represente el mecanismo para la reacción del metilciclopentano con bromo

cuando se irradia con luz. Prediga el producto mayoritario.

5) Para cada uno de los siguientes alcanos:

6.1) Represente todos los posibles derivados monoclorados

6.2) Determine si la cloración radicalaria es un buen método para obtener

cualquiera de estos derivados monoclorados

a) Ciclopentano

b) Metilciclopentano

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c) 2,3-dimetilbutano

d) 2,2,3,3-tetrametilbutano

6) Cuando se mezcla 1 mol de metano con 1 mol de cloro y la mezcla es irradiada

con luz, tiene lugar una reacción de cloración. Los productos que se obtienen

están formados por cantidades significativas de di-, tri- y tetraclorometano.

a) Explique por qué se forma una mezcla de productos a partir de una mezcla

estequiométrica de reactivos y proponga mecanismos para la formación de

esos compuestos de clorometano.

b) ¿Cómo se tendría que realizar la reacción para obtener una buena

conversión de metano en CH�Cl?, ¿y de metano en CCl?

ENERGIAS DE DISOCIACION DE ENLACE PARA LA RUPTURA HOMOLITICA A:B

ENLACE EDE (kcal/mol) ENLACE EDE (kcal/mol)

H – H 104 H – Br 88

F – F 38 H – I 71

Cl – Cl 58 CH3-H 104

Br – Br 46 CH3-F 109

I – I 36 CH3-Cl 84

H – F 136 CH3-Br 70

H – Cl 103 CH3-I 56

Fuente: L,G Wade, 5ta Edicion.