ALKANY I
CYKLOALKANY
Chemia organiczna - chemia związków węgla
z wyłączeniem węgla pierwiastkowego i jego
nieorganicznych pochodnych, takich jak CO, CO2,
H2CO3, węglany, mocznik czy węgliki.
Alkany  węglowodory nasycone (związki węgla i wodoru posiadają tylko
wiązania pojedyncze, sigma s) o ogólnym wzorze CnH2n+2 (n - liczba naturalna).
Alkany tworzą szereg homologiczny (związki różniące się liczbą grup  CH2-).
Związki należące do szeregu homologicznego to homologi, np. metan, etan,
propan, butan, pentan, heksan, heptan, oktan, itd..
CH4
metan
CH3CH2H
etan
CH3CH2CH2H
propan
homologi
CH3CH2CH2CH2H
butan
CH3CH2CH2CH2CH2H
pentan
CH3CH2CH2CH2CH2CH2H
heksan
y
ródła alkanów
ropa naftowa (różnorodność alkanów, od gazowych poprzez ciekłe do stałych);
gaz ziemny (metan  gaz suchy (90%), metan + etan + propan + butan  gaz mokry);
Å‚upki bitumiczne (wydobywa siÄ™ je przez wytlewanie);
produkty wytlewania węgla (niskotemperaturowa piroliza węgla kopalnego -
proces technologiczny polegający na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza
w temperaturze 450-700 oC);
synteza chemiczna.
Zastosowanie alkanów
¨ð Alkany C1-C2  skÅ‚adniki gazu ziemnego stosowane jako paliwo, w przemyÅ›le
chemicznym do produkcji wodoru, nawozów sztucznych i w gospodarstwach
domowych do ogrzewania budynków.
¨ð Alkany C3-C4  skÅ‚adniki ciekÅ‚ego gazu napÄ™dowego (LPG), stosowane jako gaz
nośny w rozpylaczach.
¨ð Alkany C5-C8  skÅ‚adniki benzyny.
¨ð Alkany C9-C16  skÅ‚adniki nafty, paliwa lotniczego i oleju napÄ™dowego.
¨ð Mieszaniny alkanów C16-C34  oleje smarowe, a C20-C34  wosk parafinowy.
Właściwości fizyczne alkanów
- nierozpuszczalne w wodzie (właściwości hydrofobowe);
- dobrze rozpuszczalne w niepolarnych i słabo polarnych rozpuszczalnikach;
- gęstość ok. 0,7 g/cm3;
- temperatura wrzenia wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w
cząsteczce; izo-alkany mają niższe temp. wrzenia niż odpowiednie alkany
nierozgałęzione;
- temperatura topnienia wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w
cząsteczce, także zależna od kształtu łańcucha węglowego;
w miarę wzrostu masy cząsteczkowej różnice temp. top. maleją.
CH3CH2CH2CH3 (CH3)2CH
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
butan izobutan
metan etan propan
- 10,2 oC
temp. wrz. - 161 oC - 89 oC - 42 oC
- 0,5 oC
- 160,9 oC
- 138 oC
temp. top. - 182 oC - 183 oC - 188 oC
Nomenklatura
IUPAC  International Union of Pure
and Applied Chemistry
Przedrostek - Rdzeń - Przyrostek
nazwa łańcucha lokanty i symbole grup
miejsce (lokant), liczba
głównego funkcyjnych
i nazwa podstawników
3
1
4 2
5
6
OH
4,5-dimetyloheksan-2-ol
Ustalanie nazwy
1. Identyfikacja najdłuższego łańcucha (łańcuch główny), który będzie
podstawÄ… nazwy rdzenia.
2. Zasada najniższego zestawu lokantów; lokanty - liczby określające
położenie podstawników w łańcuchu głównym.
3. Podstawniki w łańcuchu głównym wymienia się w kolejności alfabetycznej.
4. Jeżeli podstawniki są połączone z tym samym atomem węgla to muszą
mieć przyporządkowany taki sam lokant.
5. Jeżeli w łańcuchu głównym znajdują się dwa lub więcej takich samych
podstawników, to po wymienieniu lokantów należy podać ich liczbę
przedrostkiem: di, tri, tetra, penta, itd..
2 1
6 7
CH2CH3
CH2CH3
4
4
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
3
5
CH2CH2CH3
CH2CH2CH3
5 6
7
3 2
1
5-etylo-4-metyloheptan 3-etylo-4-metyloheptan
nieprawidłowa nazwa prawidłowa nazwa
zestaw lokantów 3,4 4,5
6. NazwÄ™ alkilu czyli reszty organicznej utworzonego przez formalne
 oderwanie atomu wodoru, tworzy siÄ™ z nazwy macierzystego alkanu
poprzez zamianę końcówki an na yl lub il (po spółgłoskach g, k, l)
CH3- metyl
CH3CH2- etyl
CH3CH2CH2- propyl
CH3CH2CH2CH2- butyl
CH3 (CH2)8CH2- decyl od dekanu
7. Dla prostych podstawników przyjęto nazwy bez lokantów:
CH3
CH3-CH-CH3 CH3-CH-CH2-CH3
CH3-CH-CH2
izopropyl (izo-Pr)
sec-butyl (sec-Bu lub s-Bu)
izobutyl (izo-Bu)
CH3
CH3
CH3
CH3-C CH3-CH-CH2-CH2 CH3-C CH2
izopentyl
CH3
CH3
neopentyl
tert-butyl (tert-Bu)
2
CH3
CH3
1 2
3
1
H3C C
CH3
CHCH2CH3
CH3-CH2-CH-CH2-CH2-CH-CH2-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
9 10 11
12
7 8
4 5 6 13 14
1 3
2
CH2CH2CHCH3
2 3 4
1
CH3
3-(1,1-dimetyloetylo)-6-(1-metylopropylo)-9-(3-metylobutylo)tetradekan
3-tert-butylo-6-sec-butylo-9-izopentylotetradekan
Otrzymywanie alkanów
Uwodornienie alkenów lub alkinów
CnH2n +
H2 kat. (Pt, Pd lub Ni) CnH2n+2
alkan
alken
+
CnH2n-2
2 H2 kat. (Pt, Pd lub Ni) CnH2n+2
alkin
alkan
Hydroliza związków Grignarda
Et2O HOH
+
CH3CH2MgCl
Mg CH3CH3
+ MgClOH
CH3CH2Cl
chlorek etylu
chlorek etylomagnezu etan
Reakcja halogenków alkilowych z dialkilomiedzianami litu
C6H13Br
2 C3H7Li + Cul (C3H7)2CuLi
+
C9H20 C3H7Li + LiBr
propylolit jodek dipropylomiedzian litu
nonan
miedzi(I)
Reakcja Würtza (otrzymywanie alkanów o parzystej liczbie atomów wÄ™gla)
2 NaBr
2 Na +
+ CH3CH2CH2CH2CH2CH3
2 CH3CH2CH2Br
1-bromopropan
(lub Li, K)
n-heksan
Redukcja aldehydów i ketonów
a/ redukcja Clemmensena
H+/HOH
RCOR' + Zn(Hg)
RCH2R'
b/ redukcja Wolffa-Kiżnera
KOH
+ N2 + HOH
RCOR' + H2NNH2 RCH2R'
Właściwości chemiczne alkanów
Alkany są mało reaktywne, mogą jednak reagować gwałtownie.
Reakcje alkanów:
1. spalanie
2. chlorowanie i bromowanie (wymagajÄ… inicjacji);
z fluorem reagują wybuchowo (nawet w ciemnościach i w niskich temp.)
3. nitrowanie
4. sulfonowanie
5. rozkładają się pod wpływem wysokiej temp. (piroliza, kraking, izomeryzacja).
Spalanie
+ O2 (nadmiar) nCO2 + (n+1) HOH
CnH2n+2
5 CO2 + 6 HOH - 3 538 kcal
n-C5H12 +
8 O2
Półspalanie
CH4 + O2 +
HOH 2 CO + H2
gaz syntezowy
Kraking termiczny
450oC
RCH2CH2CH2CH2CH3 np. RCH2CH3 + CH2=CHCH3
katalizator
glinokrzemianowy
Hydrokraking
450oC
+
C14H30
H2
C9H20 + CH4 + C2H6 + C3H8 + .......
15 Mpa, kat. glinokrzem.
Izomeryzacja
CH3
H3C
90-120oC
CH3(CH2)5CH3
CH3 C
CH CH3
2 Mpa, AlCl3
n-heptan
H3C
2,2,3-trimetylobutan
Nitrowanie
CH3CH2CH2NO2 (25%)
+
CH3CH2CH3 + HNO3
CH3CHNO2CH3 (40%)
n-propan
+
CH3CH2NO2 (10%)
+
CH3NO2 (25%)
Chlorosulfonowanie
15-35oC
80oC
Alk-H + SO2 + Cl2
Alk-SO2Na
Alk-SO2Cl
NaOH/HOH
- HCl
mersolany
mersole
(surfaktanty)
Sulfoutlenianie
25-30oC
CnH2n+1CH2CH2CmH2m+1 + SO2 + 0,5 O2 CnH2n+1CHCH2CmH2m+1
h, 300 nm
SO3H
kwas alkanosulfonowy
Reakcje chlorowania i bromowania alkanów
Cl2 Cl2
Cl2
Cl2
CHCl3 CCl4
CH2Cl2 lub h
CH3Cl
CH4 lub h
lub h
lub h
chlorek chloroform
metan
chlorek tetrachlorek
metylenu
metylu węgla
Energia dysocjacji ("Ho)  minimalna energia potrzebna do rozerwania
wiązania. Może ona być dostarczona w postaci ciepła (odpowiednio wysokiej
temperatury) czy promieniowania, np. UV.
Energia
dysocjacji
A-B A. + B.
Homoliza wiÄ…zania
A
B A + B
lub h
-
Heteroliza wiÄ…zania
A
B A+ + B
inicjacja
2 Cl
Cl
Cl
lub h
= + 58 kcal/mol
Ho
+
CH4
Cl
CH3 + HCl
rodnik metylowy
Cl2 +
CH3 propagacja
+ CH3Cl
Cl
chlorek metylu
+
CH4 CH3 + HCl
Cl
itd
= - 58 kcal/mol
Ho
Cl + Cl Cl
Cl
= - 88 kcal/mol
Ho
CH3CH3
+ terminacja
CH3 CH3
etan
= - 83,5 kcal/mol
+ Ho
CH3 CH3Cl
Cl
chlorek metylu
Reaktywność halogenów
Cl2 Br2 l2
F2
Szybkość reakcji halogenowania alkanów
zależy od rzędowości atomu węgla związanego z reagującym
atomem wodoru i rodzaju halogenu.
Br
Br2
+ HBr
CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Br + CH3CHCH3
h
2-bromopropan
1-bromopropan
propan
(97%)
(3%)
Cl
Cl2
+ HCl
CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3
h
2-chloropropan
1-chloropropan
propan
(55%)
(45%)
W propanie atomy wodoru są nierównocenne, różnią się energią wiązania C-H
(dla H 1o wynosi ona 98 kcal/mol, a dla H 2o wynosi 95 kcal/mol). Ta różnica
zwiększa szybkość wymiany atomu H 2o na atom halogenu dlatego
1-halogenopropan powstaje z mniejszą wydajnością niż 2-halogenopropan.
Rzędowość atomu węgla
H
R
R
C
R H
C
R H C
R
R
H
H
H
1o atom węgla
2o atom węgla
3o atom węgla
CH3
CH2Cl
CH3
Cl2
CH3CHCH3
CH3CHCH3 +
CH3CCH3 + HCl
h
izobutan
1-chloro-2-metylopropan
Cl
chlorek izobutylu
2-chloro-2-metylopropan
(64%)
chlorek tert-butylu
(36%)
CH3
CH2Br
CH3
Br2
CH3CHCH3
CH3CHCH3
+
CH3CCH3 + HBr
h
izobutan
1-bromo-2-metylopropan
Br
bromek izobutylu
2-bromo-2-metylopropan
(0,1%)
bromek tert-butylu
(99,9%)
Cl
Cl2
CH3CH2CH2CH3 +
CH3CH2CH2CH2Cl CH3CHCH2CH3 + HCl
h
n-butan 1-chlorobutan
2-chlorobutan
(28%)
(72%)
Br
Br2
CH3CH2CH2CH3 +
CH3CH2CH2CH2Br CH3CHCH2CH3 + HBr
h
2-bromobutan
n-butan 1-bromobutan
(98%)
(2%)
Brom jest znacznie mniej reaktywny niż chlor, dlatego bromowanie
alkanów biegnie z mniejszą szybkością, a przez to z większą
selektywnością niż chlorowanie.
A. Kołodziejczyk, Chemia Organiczna, Gdańsk 2009;
http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Organa/pl-main.htm
Trwałość rodników węglowych
R3C CH3
R2CH
RCH2
Wraz ze wzrostem rzędowości rośnie trwałość rodników. Rodniki obdarzone są
wysokÄ… energiÄ…, a przez to sÄ… bardzo reaktywne. Reszty alkilowe zwiÄ…zane z atomem
węgla posiadającym niesparowany elektron stabilizują go poprzez rozłożenie tej
energii w przestrzeni. Im więcej reszt alkilowych związanych z rodnikowym atomem
węgla tym rodnik jest stabilniejszy, trwalszy, szybciej się tworzy.
W reakcjach z węglowodorami
obdarzony wysokÄ… energiÄ… rodnik
chloru,może wyrwać równie łatwo atom
H 1o czy 2o, natomiast dla mniej
aktywnego rodnika bromu znacznie
Å‚atwiejsze jest oderwanie atomu H
związanego z atomem o wyższej
rzędowości.
A. Kołodziejczyk, Chemia Organiczna, Gdańsk 2009;
http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Organa/pl-main.htm
Konformacje alkanów
Konformacje  przestrzenne ułożenie podstawników w przestrzeni
wynikające z obrotu wokół wiązania pojedynczego s.
Konformacja antiperiplanarna (naprzemianległa) - największe podstawniki
przy sąsiednich atomach węgla są najbardziej od siebie oddalone (najtrwalsza
konformacja). Kąt dwuścienny tworzony przez wiązania łączące rozpatrywane
podstawniki z atomami węgla wynosi 180 o.
X
X
C
H
H
H
C H
X
X
konformacja
qð ð=180 oC
antiperiplanarna
naprzemianległa
Konformacja synperiplanarna (naprzeciwległa) - największe podstawniki
przy sąsiednich atomach węgla znajdują się najbliżej siebie (najmniej trwała
konformacja). Kąt dwuścienny tworzony przez wiązania łączące rozpatrywane
podstawniki z atomami węgla wynosi 0 o.
X
XX
C
H
X
H
C
H konformacja
H
synperiplanarna
qð ð= 0 oC
naprzeciwległa
Konformacja synklinalna (skośna) - konformacja, w której kąt dwuścienny
tworzony przez wiązania łączące największe podstawniki z atomami węgla wynosi 60 o.
X
X
X
C
H
H
H
C X
H
konformacja
qð ð= 60 oC
synklinalna
skośna
Konformacja antyklinalna - konformacja, w której mniejsze podstawniki
leżą naprzeciwko największych.
H X
C
H
X
X
X
C
H
konformacja
H
antyklinalna
Konformacje etanu
H1 H1
H1
H
5
o
H
H6
H H5
5
4
109,5 o
H5
H
H6
1
H
H2
H3 2 H4 H3
H6 H2 H3
C
C
H6
H4
H2
konformacja
o
H4 konformacja konformacja
synperiplanarna
H3
1,54 A
antiperiplanarna naprzemianległa
naprzeciwległa
naprzemianległa
qð ð= 60 oC
qð ð= 0 oC
qð ð= 60 oC
Zmiany energii potencjalnej podczas
rotacji wokół wiązania C-C w etanie
F.A. Carey, Organic Chemistry, 2nd ed, McGRAW-HILL, INC, New York 1992
A
0
1
,
1
Konformacje butanu
H
H3C
H
C
C
H
CH3
H
CH3
CH3
CH3
H
CH3
H3C
H
H
H
H3C
H
H
H H
H H
H
H
H
H
H3C
H
CH3
H
konformacja
konformacja
konformacja konformacja
synperiplanarna
antyklinalna
antiperiplanarna synklinalna
naprzeciwległa
naprzemianległa
qð ð= 120 oC qð ð= 60 oC
qð ð= 0 oC
qð ð= 180 oC
Zmiany energii potencjalnej podczas rotacji wokół wiązania C-C w butanie
F.A. Carey, Organic Chemistry, 2nd ed, McGRAW-HILL, INC, New York 1992
Cykloalkany
cyklopropan cyklobutan cyklopentan cykloheptan
cykloheksan
CH2CH3
CH2CH3
CH2CH3
CH3
CH
H2C CH2
C4H9
C3H7
etylocyklopropan
1-etylo-2-metylo-3- 1-butylo-3-etylo-
cykloheksan
-propylocyklopentan
7
8 8
W nazwie podajemy liczbę pierścieni:
7
7 4
4
bicyklo-, tricyklo, idt. Następnie w
4
5
5
3
3 nawiasie kwadratowym podajemy liczbÄ™
5
3
1
atomów węgla w poszczególnych mostkach
pomiędzy atomami przyczółkowymi, np.
1
1
6
6 2
2
2 [2.1.2] i nazwÄ™ rdzenia tworzÄ…cego
6
czÄ…steczkÄ™.
bicyklo[2.2.1]heptan bicyklo[2.2.2]oktan tricyklo[2.2.2.02,6]oktan
Otrzymywanie cykloalkanów
Cyklizacja dihalogenoalkanów
(eliminacja halogenów z halogenków oligometylenów za pomocą metali)
CH2-Cl
+ Zn
H2C
CH2-Cl
cyklopropan
CH2-CH2-Br
+ 2Na
H2C
CH2-CH2-Br
cyklopentan
redukcja, np. Clemmensena
CH2-CH2-COO-
Zn(Hg)
Ca+2
H2C
O
H+/H2O
CH2-CH2-COO- dekarboksylacja
cykloheksanon
cykloheksan
pimelinian wapnia
 Cykloalkany sÄ… hydrofobowe, Å‚atwo palne i tworzÄ…
mieszanki wybuchowe z powietrzem.
Cyklopropan i cyklobutan sÄ… w temp. pokojowej gazami.
Od cyklopentanu do cyklodekanu to ciecze, a wyższe ciała stałe.
Właściwości chemiczne cyklopentanu i wyższych cykloalkanów są zbliżone
do alkanów, natomiast cyklopropan i cyklobutan zachowują się jak związki
nienasycone, tzn. ulegają reakcjom addycji z równoczesnym otwarciem pierścienia.
Rodnikowe przyłączenie bromu
h
+ Br2 Br-CH2-CH2-CH2-Br
1,3-dibromopropan
Addycja elektrofilowa chloru
FeCl3
+ Cl2 Cl-CH2-CH2-CH2-Cl
1,3-dichloropropan
Addycja jodowodoru w podwyższonej temperaturze
CH3-CH2-CH2-I
+ HI
1-jodopropan
Reakcja z kwasem siarkowym
stężony
+ H2SO4 CH3-CH2-CH2-OH
propan-1-ol
Uwodornienie cyklopropanu
80oC
+ H2
CH3-CH2-CH3
Ni
n-propan
Alkilocykloalkany tworzÄ… z halogenami mieszaninÄ™
izomerycznych monopochodnych:
CH3 CH3
CH3
CH2Cl CH3
Cl
Cl
Cl2
+
+
+
h lub
- HCl
metylocyklopentan
chlorometylo- 1-chloro-1-metylo- Cl
cyklopentan
cyklopentan
1-chloro-2-metylo- 1-chloro-3-metylo-
cyklopentan
cyklopentan
Br
Br2
h lub
cyklopentan
bromocyklopentan
(nadmiar)
Cl
Nadmiar węglowodoru
zmniejsza wydajność
polipochodnych.
Cl2
h lub
cykloheksan chlorocykloheksan
(nadmiar)
Utworzenie mniejszych pierścieni wymaga zmniejszenia kąta
tetraedrycznego pomiędzy wiązaniami C-C, a to obniża energię
tych wiązań i zmniejsza trwałość związków; łatwiej ulegają
rozerwaniu wiązania pomiędzy atomami w pierścieniu.
H
H
H
H
H
H
H H
90o
60o
H H
109,5o
H3C CH3
H
H
H
H
H H
n-propan
cyklopropan
cyklobutan
Ciepło spalania  ilość ciepła wydzielonego podczas spalania
1 mola węglowodoru do CO2 i H2O. Ciepło spalania ("H) odzwierciedla
energię wewnętrzną cząsteczki ulegającej spalaniu. Im mniejsza
wartość "H, tym niższa energia wewnętrzna cząsteczki (związek
bardziej stabilny) czyli wiÄ…zania C-C sÄ… silniejsze.
-CH2- + 3/2 O2 CO2 + H2O + ciepło
"HCH2 dla układu beznapięciowego = 157,4 kcal
Cyklopropan - energia wiÄ…zania C-C w czÄ…steczce cyklopropanu jest
mniejsza ponieważ orbitale atomowe tworzące wiązanie s nie nakładają się
osiowo lecz pod pewnym kątem, stopień nałożenia jest mniejszy. Energia
wewnętrzna cyklopropanu obliczona na podstawie ciepła spalania jest o 8,8
kcal/równoważnik  CH2 wyższa niż w alkanach alifatycznych czy cykloheksanie.
Cyklobutan  atomy wodoru na sÄ…siednich
atomach węgla układają się naprzemianlegle.
F.A. Carey, Organic Chemistry, 2nd ed, McGRAW-HILL, INC, 1992
Cyklopentan  kąt wewnętrzny wynosi 108 o, ciasno upakowane
atomy w czÄ…steczce cyklopentanu odpychajÄ… siÄ™ i deformujÄ… jÄ…. Nie jest
ona zupełnie płaska. Energia wewnętrzna cyklopentanu jest o 1,3
kcal/równoważnik  CH2 wyższa niż w strukturach beznapięciowych.
F.A. Carey, Organic Chemistry, 2nd ed, McGRAW-HILL, INC. 1992
Cykloheksan  nie jest płaski. Dzięki możliwości swobodnego obrotu
wokół wiązań C-C cząsteczka przyjmuje konformacje zapewniające kąt
tetraedryczny pomiędzy wiązaniami atomów węgla. Takich konformacji jest
bardzo dużo, np. krzesłowa, półkrzesłowa, łódkowa czy skręconej łódki.
Różnią się one trwałością.
Najbardziej trwała (o najniższej energii) jest
konformacja krzesłowa.
F.A. Carey, Organic Chemistry, 2nd ed, McGRAW-HILL, INC, New York 1992
Dwie połówki cząsteczki
cykloheksanu, majÄ… takÄ… samÄ…
konformacjÄ™ jak konformer
synklinalny n-butanu.
F.A. Carey, Organic Chemistry, 2nd ed, McGRAW-HILL, INC, New York 1992
Cykloheksan  dwa atomy wodoru zwiÄ…zane z tym samym atomem
węgla w cząsteczce nie są równocenne; wiązanie jednego jest równoległe do
pionowej osi czÄ…steczki (wiÄ…zanie aksjalne), a drugiego lekko odchylone od
płaszczyzny cząsteczki (wiązanie ekwatorialne).
W cząsteczce cykloheksanu znajduje się 6 atomów wodoru w położeniu
aksjalnym i 6 atomów wodoru w położeniu ekwatorialnym.
oÅ› czÄ…steczki
wiÄ…zanie aksjalne
H
H
H
wiÄ…zanie ekwatorialne
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Konformer, w którym większy podstawnik zajmuje pozycję aksjalną
jest mniej trwały (podobny destabilizujący układ jak w synklinalnej konformacji
n-butanu) od tego z dużym podstawnikiem w pozycji ekwatorialnej
(podobny układ jak w naprzemianległej konformacji n-butanu).
6
2
4 2
4
3
1
1
5
6
5
H3C
3
CH3
CH3
CH3
n-butan w konformacji
synklinalnej
4
2
6
2
3
4
CH3
CH3
1
CH3
6
1
5
5
H3C
3
n-butan w konformacji
naprzemianległej
 Izomeria cis-trans dipodstawionych cykloalkanów
Podstawione cykloalkany mogą występować w postaci dwóch izomerów:
cis (oba podstawniki znajdują się po tej samej stronie pierścienia) lub
trans (oba podstawniki znajdują się po przeciwnej stronie pierścienia).
Stereoizomery cis /trans są różnymi związkami, różnią się
właściwościami fizycznymi i chemicznymi.
H
H
H
H
H
H
60o
H
H H
H
H H
H3C
CH3
H3C
CH3
cis-1,2-dimetylocyklopropan
cis-1,2-dimetylocyklopentan
H
H
H
H
H
H
60o
H
CH3
H
H
H CH3
H3C
H H3C
H
trans-1,2-dimetylocyklopentan
trans-1,2-dimetylocyklopropan
Konformacja dipodstawionych pochodnych
cykloheksanu
CH3
CH3
H
CH3
CH3
H
H
H
a,e (aksjalno-ekwatorialny)
e,a (ekwatorialno-aksjalny)
cis-1,2-dimetylocykloheksan
CH3
H
H
H CH3
CH3
CH3
H
a,a (diaksjalny)
e,e (diekwatorialny)
trans-1,2-dimetylocykloheksan
CH(CH3)2
Cl
(CH3)2CH
Cl
H
H H
H
a,a (diaksjalny)
e,e (diekwatorialny)
cis-1-chloro-3-izopropylocykloheksan
CH(CH3)2
H
(CH3)2CH
H
H
H
Cl
Cl
e,a (ekwatorialno-aksjalny))
a,e (aksjalno-ekwatorialny)
trans-1-chloro-3-izopropylocykloheksan
CH3
CH3
H
H
H3C
CH3
H H
e,a (ekwatorialno-aksjalny) a,e (aksjalno-ekwatorialny)
cis-1,4-dimetylocykloheksan
H
CH3
H
H3C
H
CH3
CH3 H
e,e (diekwatorialny)
a,a (diaksjalny)
trans-1,4-dimetylocykloheksan
W cząsteczkach możemy wyróżnić trzy rodzaje naprężeń:
- naprężenia kątowe
- naprężenia steryczne
- naprężenia torsyjne
Naprężenia kątowe  naprężenia pojawiające się wtedy, kiedy kąty
wiązań pojedynczych C-C-C znacząco odbiegają od wartości
kÄ…ta tetraedrycznego 109o.
Naprężenia steryczne  powstają w cząsteczce, gdy dwie grupy
znajdują się zbyt blisko siebie i starają się zająć tę samą przestrzeń.
Odpowiadają one m.in. za większą trwałość izomerów trans w porównaniu
z cis czy pochodnych cykloheksanu z podstawnikami ekwatorialnymi
w porównaniu z aksjalnymi.
Naprężenia torsyjne  naprężenia w cząsteczce wywołane oddziaływaniem
(odpychaniem się) dwóch podstawników związanych z sąsiednimi atomami
węgla znajdujących się w konformacji naprzeciwległej. Naprężenia torsyjne
osiągają maksimum przy wartości kąta dwuściennego równej 0o.
Jest ono przyczyną mniejszej trwałości konformacji łodziowej
cykloheksanu w porównaniu z konformacją krzesłową.
A
adunki formalne i moment dipolowy
A
adunek formalny  parametr związany z polarnością wiązania i
momentem dipolowym. A
adunek formalny na atomie równy jest liczbie
elektronów walencyjnych w obojętnym, wyizolowanym atomie pomniejszonej
o liczbę elektronów  posiadanych przez ten atom w cząsteczce.
połowa elektronów
liczba elektronów
liczba elektronów
A
adunek
-
-
=
wiążących
walencyjnych
niewiążących
formalny
elektrony walencyjne atomu azotu = 5
elektrony wiążące atomu azotu = 8
N
H
elektrony niewiążące atomu azotu = 0
O
+1
8
Å‚adunek
H 5 - -
C N 0 +1
= =
formalny
-1 2
O
elektrony walencyjne atomu tlenu = 6
H
elektrony wiążące atomu tlenu = 2
O
nitrometan elektrony niewiążące atomu tlenu = 6
2
Å‚adunek
6 - -
6 -1
= =
formalny
2
Moment dipolowy
Średnią polarność cząsteczki
mð ð= Q x r [D]
można zmierzyć ilościowo i nosi
ona nazwÄ™ momentu dipolowego.
mð - moment dipolowy
Q - wielkość ładunku na krańcu dipola cząsteczkowego
r - odległość między ładunkami
Momenty dipolowe są wyrażane w debajach [D].
CH4 CCl4
H2O NH3
CH3Cl
+ð
Cl
dð-ð
H
Hdð
Cl
-ð
C
+ð
C
N
Odð
Cdð
Cl
Cl
H
H
H
H H
H
H
Cl
H
H
H
mð ð= 0 D
mð ð= 0 D
mð ð= 1,47 D
mð ð= 1,85 D
mð ð= 1,87 D
 Pytania
1. Chlorowanie rodnikowe pentanu nie jest efektywnÄ… metodÄ…
otrzymywania chlorku pentylu. W przeciwieństwie do tego
chlorowanie 2,2-dimetylopropanu jest dobrÄ… metodÄ… syntezy
chlorku neopentylu. Wyjaśnij dlaczego?
2. Dekalina (bicyklo[4.4.0]dekan) jest węglowodorem o wzorze
sumarycznym C10H18 i występuje w postaci dwóch izomerów.
Jakie to sÄ… izomery? Podaj ich wzory strukturalne i konformacyjne.
3. Przypisz ładunki formalne atomom w każdej z następujących
czÄ…steczek:
CH3
b.
a.
c.
N C
H2C CH3
N N
H3C O
N
CH3
Dziękuję za uwagę


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wyklad4 cykloaddycja dipolarna
Alkany
Przykładowe zadania alkany nazewnictwo
chem2010 zad alkany odp2pl
alkany alkeny alkiny
cykloalkany
Alkany 09
alkany
cykloalkany
organiczna alkany zadania

więcej podobnych podstron