Los alquenos son hidrocarburos

INTRODUCCIÓN

Los alquenos son hidrocarburos cuyas moléculas contienen doble enlace carbono-carbono. Como todos sus carbonos no están saturados con átomos de hidrógeno se denominan también hidrocarburos insaturados u olefinas. Los átomos de carbono que poseen el doble enlace tienen hibridación sp2 o trigonal.

En la hibridación sp2 producida a partir del estado excitado del carbono, como su nombre lo indica, la combinación se realiza entre un orbital s y dos orbitales p, conservando el tercero de éstos su forma pura. Los tres orbitales híbridos sp2 del carbono se disponen sobre un mismo plano a la manera de una hoja de trébol, formando entre sí ángulos de 120º. El orbital p sobrante cae en un plano perpendicular al anterior, situando una mitad por encima y la otra por debajo del mismo. La hibridación sp2 es propia de los átomos de carbono que forman doble enlace, tal como ocurre en el eteno o etileno (CH2=CH2).

Para la formación de dicha molécula, un orbital híbrido sp2 del primer carbono se superpone con otro orbital híbrido sp2 del segundo carbono, formando un enlace sigma. Los orbitales p de cada átomo quedan paralelos entre sí, formando un nuevo enlace llamado pi. Estos son energéticamente más débiles que los sigma, pero al ubicarse por encima y debajo del plano, impiden la rotación de los átomos. Los orbitales sp2 tienen la misma forma de los sp3 pero son más pequeños. Por lo tanto el doble enlace es más corto (1.34 Å) que el enlace sencillo (1.53-1.54 Å).

Finalmente, la molécula de eteno queda conformada por los enlaces que se forman entre los orbitales sp2 sobrantes y los orbitales s de los hidrógenos. Los alquenos cuyas fórmulas sólo contienen un doble enlace tienen la fórmula general: CnH2n

PARTE TEÓRICA

Los alquenos son hidrocarburos que tienen doble enlace carbono-carbono en su molécula, y por eso son denominados insaturados. La fórmula genérica es CnH2n. Se puede decir que un alqueno no es más que un alcano que ha perdido un hidrógeno produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos.

Al igual que ocurre con otros compuestos orgánicos, algunos alquenos se conocen todavía por sus nombres no sistemáticos, en cuyo caso se sustituye la terminación -eno sistemática por -ileno, como es el caso del eteno que en ocasiones se llama etileno, o propeno por propileno. Los alquenos cíclicos reciben el nombre de cicloalquenos.

Estructura electrónica: el enlace π

El doble enlace presente en los alquenos tiene características especiales a nivel estructural y electrónico. Para ello utilizaremos como ejemplo el eteno. El doble enlace tiene dos componentes: el σ y el π. Los dos átomos de carbono que comparten el enlace tienen una hibridación sp2, hibridación resultante de la mezcla de un orbital 2s y dos orbitales 2p, lo cual conduce a la formación de tres orbitales sp2 de geometría trigonal plana. Al combinarse estos orbitales sp2 los electrones compartidos forman un enlace π, situado entre ambos carbonos.

En la primera figura puede observarse el radical metilo, con un orbital sp2 que enlaza a un átomo de hidrógeno al carbono. En la segunda figura se aprecia la formación del enlace pi (línea de puntos); que se forma mediante el solapamiento de los dos orbitales 2p perpendiculares al plano de la molécula. En este tipo de enlace los electrones están deslocalizados alrededor de los carbonos, por encima y por debajo del plano molecular.

Energía de enlace

Energéticamente, el doble enlace se forma mediante la combinación de dos tipos de enlace, el σ y el π. La energía de dichos enlaces se obtiene a partir del cálculo del solapamiento de los dos orbitales constituyentes, y en este caso el solapamiento de los orbitales sp2 es mucho mayor que los orbitales p (el primero crea el enlace σ y el segundo el π) y por tanto la componente σ es bastante más energética que la π. La razón de ello es que la densidad de los electrones en el enlace π están mas alejados del núcleo del átomo. Sin embargo, a pesar de que el enlace π es mas débil que el σ, la combinación de ambos hace que un doble enlace sea mas fuerte que un enlace simple.

El que el doble enlace sea rígido (en contraposición al enlace simple, formado por un solo enlace σ, que puede rotar libremente a lo largo de su eje) se debe a la presencia de los orbitales π, así, si para que exista una rotación, es necesario romper los enlaces π y volver a formarlos. La energía necesaria para romper estos enlaces no es demasiado elevada, del orden de los 65 kcal•mol-1, lo cual corresponde a temperaturas de entre 400 y 500ºC. Esto significa que por debajo de estas temperaturas los dobles enlaces permanecen rígidos y, por lo tanto, la molécula es configuracionalmente estable, pero por encima el enlace π puede romperse y volverse a formar y aparece una rotación libre.

Síntesis

Los alquenos se pueden sintetizar de una de cuatro reacciones:

• Deshidrohalogenación

CH3CH2Br + KOH → CH2=CH2 + H2O + KBr

• Deshidratación

La eliminación de agua a partir de alcoholes, por ejemplo:

CH3CH2OH + H2SO4 → CH3CH2OSO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4 + H2O

• Deshalogenación

BrCH2CH2Br + Zn → CH2=CH2 + ZnBr2

• Pirolisis (con calor)

CH3 (CH2)4 → CH2=CH2 + CH3CH2CH2CH3

Propiedades físicas

La presencia del doble enlace modifica ligeramente las propiedades físicas de los alquenos frente a los alcanos. De ellas, la temperatura de ebullición es la que menos se modifica. La presencia del doble enlace se nota más en aspectos como la polaridad y la acidez.

• Polaridad

Dependiendo de la estructura, puede aparecer un momento dipolar débil. El enlace alquilo-alquenilo está polarizado en la dirección del átomo con orbital sp2, ya que la componente s de un orbital sp2 es mayor que en un sp3 (esto podría interpretarse como la proporción de s a p en la molécula, siendo 1:2 en sp2 y 1:3 en sp3, aunque dicha idea es simplemente intuitiva). Esto es debido a que los electrones situados en orbitales híbridos con mayor componente s están más ligados al núcleo que los p, por tanto el orbital sp2 es ligeramente atrayente de electrones y aparece una polarización neta hacia él. Una vez que tenemos polaridad en el enlace neta, la geometría de la molécula debe permitir que aparezca un momento dipolar neto en la molécula, como se aprecia en la figura inferior.

La primera molécula' es (cis)

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