Clasificación de Hidrocarburos

Los hidrocarburos se dividen en dos grandes familias que necesitas conocer perfectamente para tus exámenes. Los alifáticos incluyen tanto saturados (alcanos) como insaturados (alquenos y alquinos), mientras que los aromáticos tienen una estructura especial basada en anillos.

Los alcanos son los hidrocarburos más simples, con fórmula general CₙH₂ₙ₊₂. Solo tienen enlaces sencillos y están "saturados" de hidrógeno, lo que significa que no pueden añadir más átomos sin romper enlaces.

Para nombrar alcanos, usa estos prefijos clave: met(1C), et(2C), prop(3C), but(4C), pent(5C), hex(6C), hept(7C), oct(8C), non(9C), dec(10C) + la terminación -ano. En alcanos ramificados, identifica la cadena más larga como principal y nombra las ramificaciones por orden alfabético con su posición.

Recuerda: Los prefijos "iso" y "terc" indican estructuras específicas que aparecen frecuentemente en exámenes.

Propiedades y Reacciones de Alcanos

Los alcanos cíclicos simplemente añaden el prefijo "ciclo" al nombre del alcano correspondiente. Sus propiedades físicas siguen un patrón claro: a más carbonos, mayor punto de fusión, ebullición y densidad.

Son compuestos muy inertes porque sus enlaces C-C y C-H son difíciles de romper. Esta baja reactividad los hace ideales como combustibles, pero limita sus reacciones químicas principales.

La combustión es su reacción más importante: CₙH₂ₙ₊₂ + O₂ → CO₂ + H₂O + energía. Es exotérmica y libera la energía almacenada en los enlaces. La halogenación también es clave: reaccionan con halógenos (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) mediante radicales libres, sustituyendo un hidrógeno por un halógeno.

Dato importante: La halogenación necesita calor o luz UV para iniciar la formación de radicales libres.

Mecanismo de Halogenación y Alquenos

El mecanismo de halogenación tiene tres fases que debes memorizar. Iniciación: el halógeno se rompe homolíticamente formando radicales. Propagación: el radical ataca al alcano y forma nuevos radicales. Terminación: los radicales se combinan para dar productos estables.

Los alquenos contienen dobles enlaces C=C y se nombran igual que los alcanos pero con terminación -eno. Con múltiples dobles enlaces usa dieno, trieno, etc. Siempre numera dando el localizador más bajo al doble enlace.

Sus propiedades físicas son similares a los alcanos del mismo número de carbonos. Los primeros cuatro son gaseosos, los demás líquidos. Son insolubles en agua pero solubles en disolventes apolares.

El enlace π del doble enlace está menos protegido que el σ, haciendo a los alquenos mucho más reactivos que los alcanos. Esto explica por qué sus reacciones principales involucran la transformación del enlace π.

Reacciones de Adición en Alquenos

Las reacciones de adición son las más características de los alquenos. El doble enlace actúa como nucleófilo, atacando a electrófilos para formar dos nuevos enlaces σ más estables que el enlace π original.

La regla de Markovnikov es fundamental para predecir productos: "la parte electropositiva del reactivo se adiciona al carbono del doble enlace con más hidrógenos". Esto ocurre porque se forma el carbocatión más estable como intermedio.

El mecanismo de adición electrofílica tiene dos pasos. Primero, el electrófilo ataca al doble enlace formando un carbocatión. Segundo, el nucleófilo ataca al carbocatión dando el producto final.

Truco de examen: Siempre busca qué carbocatión es más estable (terciario > secundario > primario) para predecir el producto mayoritario.

Tipos de Adición y Otras Reacciones

La adición de haluros de hidrógeno (HX) sigue Markovnikov: el H va al carbono con más hidrógenos, el halógeno al otro. La adición de agua necesita catalizador ácido y también sigue esta regla, formando alcoholes.

Los halógenos (X₂) se adicionan formando dihaluros vecinales. La hidrogenación catalítica convierte alquenos en alcanos usando H₂ y catalizador metálico.

Las reacciones de oxidación incluyen hidroxilación con KMnO₄ (forma dioles) y ozonólisis, que rompe el doble enlace formando compuestos carbonílicos. La ozonólisis puede ser reductora (con Zn) u oxidante (con H₂O₂).

Las reacciones de eliminación son el proceso inverso a la adición. Pueden partir de haluros de alquilo, dihaluros o alcoholes para formar alquenos, siguiendo diferentes mecanismos según las condiciones.

Alquinos: Propiedades y Reacciones

Los alquinos contienen triples enlaces C≡C y se nombran con terminación -ino. Son menos densos que el agua, poco solubles en ella, y tienen menor punto de ebullición que alcanos equivalentes.

Su mayor acidez (comparado con alcanos y alquenos) se debe al mayor carácter s del carbono hibridado sp. Esto permite reacciones ácido-base que no ocurren con otros hidrocarburos.

En reducción, puedes controlar el producto. Con catalizador de Lindlar obtienes alquenos, mientras que con Pd/Pt/Ni consigues alcanos. La halogenación puede dar productos mono o dihalogenados según las condiciones.

Importante: Los alquinos terminales $R-C≡C-H$ son más ácidos y pueden reaccionar con bases fuertes para formar acetilenos sódicos.

Reacciones Especiales de Alquinos y Aromáticos

La adición de H₂SO₄ a alquinos terminales produce cetonas mediante un mecanismo de tautomerización enol-cetona. Es una reacción específica que necesitas reconocer en problemas.

El alargamiento de cadena usa alquinos terminales: primero formas el acetileno sódico con NaNH₂, luego atacas un haluro de alquilo $R'-X$ para alargar la cadena carbonada.

Los hidrocarburos aromáticos se basan en el anillo de benceno como unidad estructural. Para monosustituidos: nombre del sustituyente + benceno. Los disustituidos usan las posiciones orto (1,2), meta (1,3) y para (1,4).

Las reacciones aromáticas principales son halogenación (con FeX₃ como catalizador), nitración (HNO₃/H₂SO₄), sulfonación (SO₃/H₂SO₄), y alquilación de Friedel-Crafts $R-X/AlCl₃$.

Sustitución Aromática y Efectos de Sustituyentes

La nitración introduce el grupo -NO₂ usando la mezcla nitrante (HNO₃ + H₂SO₄). La sulfonación añade -SO₃H con SO₃ y ácido sulfúrico concentrado.

Las reacciones de Friedel-Crafts incluyen alquilación (introduce grupos R con R-X/AlCl₃) y acilación (introduce grupos acilo con R-CO-Cl/AlCl₃). La acilación evita problemas de transposición que puede dar la alquilación.

Los efectos de sustituyentes determinan dónde ocurre la siguiente sustitución. Los grupos electron-donantes $+I, +M$ como -NH₂, -OH, -CH₃ activan el anillo y dirigen a posiciones orto y para.

Los grupos electron-atrayentes $-I, -M$ como -NO₂, -CN, -COOH desactivan el anillo y dirigen a posición meta. Los halógenos son especiales: desactivan pero dirigen a orto y para por su efecto mesomérico donante.

Clave para exámenes: Memoriza qué grupos son activantes/desactivantes y su orientación para predecir productos de sustitución.