Alcano
Alcanos são compostos não-cíclicos formados somente por ligações químicas e .
As principais fontes dos alcanos são o gás natural e o petróleo bruto. O gás natural é constituído principalmente por metano, enquanto o petróleo passa por destilação fracionada para o isolamento das diferentes frações, dentre elas a gasolina, o óleo diesel, o querosene e a parafina. Os três primeiros são utilizados como combustível e a vaselina, também são utilizados na preparação de cosméticos.
O ponto de ebulição e o ponto de fusão dos alcanos são baixos quando comparados com compostos orgânicos de mesma massa molecular e insolúveis em água. Os alcanos são compostos apolares, apresentando forças de atração dipolo induzido entre as moléculas, consideradas as mais fracas dentre as interações intermoleculares. Os alcanos até 4 átomos de carbono são gases em condições ambientes (de 25°C e 760 mmHg) e com o aumenta do número de carbonos e da massa molecular, aumenta o ponto de fusão e alcanos com 5 a 17 átomos de carbono são líquidos e os demais sólidos pastosos. Eles são insolúveis em água e solúveis em solventes pouco polares, como o clorofórmio e o benzeno.
Propriedades espectroscópicas
O estiramento da ligação carbono-hidrogênio resulta em uma forte absorção entre 2850 e 2960 cm-1, e o estiramento carbono-carbono absorve entre 800 e 1300 cm-1. Os modos de flexão carbono-hidrogênio dependem da natureza do grupo: os radicais metil mostram bandas em 1450 cm-1 e 1375 cm-1, enquanto os grupos metileno mostram bandas em 1465 cm-1 e 1450 cm-1. As cadeias de carbono com mais de quatro átomos de carbono mostram uma absorção fraca em torno de 725 cm-1. A absorção de ressonância de hidrogênio para os alcanos ocorre entre δH = 0,5-1,5, enquanto a absorção de carbono-13 depende do número de átomos de hidrogênio ligados ao carbono: δC = 8-30 (primário, metil, − CH 3 {\displaystyle {\ce {-CH3}}} ), 15-55 (secundário, metileno, − CH 2 − {\displaystyle {\ce {-CH2 -}}} ), 20-60 (terciário, metino, C − H {\displaystyle {\ce {C-H}}} ) e quaternário. O sinal de carbono 13 dos átomos de carbono quaternários é fraca, devido à falta de efeito Overhauser nuclear e ao longo tempo de relaxamento, e pode ser perdida em amostras que não são adquiridas por um período de tempo suficiente.
A nomenclatura dos alcanos não ramificados, conforme as determinações da IUPAC, é construída a partir de um prefixo indicativo do número de átomos de carbono, acrescido do infixo -AN-, que indica a saturação da cadeia, mais o sufixo -O (que caracteriza os hidrocarbonetos). A nomenclatura de alcanos de cadeia ramificada é construída com a adição dos nomes dos grupos substituintes antes da cadeia principal. Veja a seguir o exemplo do 2,2,4-trimetilpentano, um dos componentes da gasolina.
Imagem: Khamar · BY-SA · Openverse
A cadeia carbônica dos alcanos com mais de três carbonos pode apresentar ramificações, resultando em compostos de mesma fórmula molecular porém com estrutura diferente, chamados de isômeros de cadeia. Por exemplo, um alcano com fórmula C 4 H 10 {\displaystyle {\ce {C4H10}}} pode ser o butano ou o metilpropano, também chamado de isobutano. O número de isômeros aumenta rapidamente com o número de carbonos. A lista acima não considera os enantiômeros.
Os alcanos são apenas fracamente reativos com a maioria dos compostos químicos. Estima-se que os valores da constante de dissociação ácida (pKa) de todos os alcanos variam seja próximo a 50, o que posiciona os alcanos como os ácidos mais fracos entre as moléculas orgânicas. As reações químicas via radicais livres ( moléculas com elétrons não emparelhados) ocorrem por abstração de um átomo de hidrogênio e podem resultar na ramificação das cadeias ou substituição de hidrogênio por outro elemento, porém a reação requer a iniciação por radicais livres envolvendo intermediários de radicais livres, em particular com oxigênio e halogênios. A reação com oxigênio (leva à combustão sem fumaça, produzindo dióxido de carbono e água. Reações de halogenação de radicais livres ocorrem com halogênios, levando à produção de haloalcanos.
Reações com oxigênio (reação de combustão)
Todos os alcanos reagem com o oxigênio em uma reação de combustão, embora se tornem cada vez mais difíceis de inflamar à medida que o número de átomos de carbono aumenta. A equação geral para combustão completa é: Na ausência de oxigênio (O2) suficiente, monóxido de carbono (CO) ou fuligem podem ser formados, como mostrado abaixo: A mudança de entalpia padrão de combustão, ΔHc⊖, para alcanos aumenta em cerca de 650 kJ / mol por grupo CH2. Os alcanos de cadeia ramificada têm valores mais baixos de ΔHc⊖ do que os alcanos de cadeia linear com o mesmo número de átomos de carbono, o que é uma evidência da maior estabilidade de alcanos lineares.
Reações com halogênios
Os alcanos reagem com halogênios via radicais livres. Os átomos de hidrogênio do alcano são progressivamente substituídos por átomos de halogênio, conforme a disponibilidade dos reagentes. A reação é altamente exotérmica e pode levar a uma explosão. Essas reações são uma importante rota industrial para hidrocarbonetos halogenados. Existem três etapas: Experimentos mostraram que a halogenação produz uma mistura de todos os possíveis isômeros, indicando que todos os átomos de hidrogênio são suscetíveis à reação. A mistura produzida, no entanto, não é uma mistura estatística: átomos de hidrogênio secundários e terciários são preferencialmente substituídos devido à maior estabilidade dos radicais livres secundários e terciários. Um exemplo pode ser visto na monobromação de propano.
Imagem: Márcio Lazzarotto · BY-SA · Openverse
O metano é inflamável, explosivo e pode causar asfixia por ser um gás incolor e inodoro e por ser menos denso que o ar, "sobe" em ambientes fechados. O propano e o butano são os elementos combustíveis do GLP, e são inflamáveis e explosivos. Pode causar sonolência ou inconsciência se inalado. O butano tem os mesmos riscos que o propano. O metano é classificado como um gás causador de efeito estufa, com efeito maior do que o dióxido de carbono. Embora a quantidade de metano na atmosfera seja baixa, ela representa uma ameaça ao meio ambiente.
