3. alkany. cykloalkany. konformacjaalkany zawierają wiązania kowalencyjne, słabo spolaryzowane, o...

3. Alkany. Cykloalkany.

Konformacja

Alkany

Alkan Nazwa ogólna Liczba izomerów

CH4 metan 1

C2H6 etan 1

C3H8 propan 1

C4H10 butan 2

C5H12 pentan 3

C6H14 heksan 5

C7H16 heptan 9

C8H18 oktan 18

C9H20 nonan 35

C10H22 dekan 75

…….

C20H42 eikozan 366 319

undekan (11)

dodekan

tridekan

…

eikozan (20)

heneikozan (21)

dokozan

trikozan

…

triakontan (30)

…

hektan (100)

szereg homologiczny

(związki różnią się grupą metylenową, -CH2-)

Nazewnictwo alkanów

n-butan izobutan

propan

n-pentan izopentan neopentan

Co dalej?(liniowe) (rozgałęzione)

Nazewnictwo alkanów

Nomenklatura IUPAC – jednolite zasady nazewnictwa alkanów:

1. Najdłuższy łańcuch węglowy stanowi podstawę nazwy (alkan).

2. Podstawniki nazywamy jako pochodne alkanów (alkil).

3. Łańcuch numerujemy tak by numery podstawionych atomów węgla

łańcucha głównego były najniższe.

4. Przed każdym podstawnikiem umieszczamy numer - lokant.

5. Jeśli te same podstawniki powtarzają się dodajemy di, tri, tetra,

itd.

6. Podstawniki szeregujemy alfabetycznie przed nazwą alkanu.

Podstawniki

Przykłady

• izo wchodzi do ustalenia kolejności alfabetycznej podstawnika

• di, tri, tetra itd. nie wchodzą do ustalenia kolejności alfabetycznej

• n-, sec-, tert- nie wchodzą do ustalenia kolejności alfabetycznej

Konformacje alkanów (etan)

Projekcja Newmana: pokazuje ułożenie przestrzenne podstawników w

osi pojedynczego wiązania chemicznego

H

H H

H

HH

H

H H

H

H H

HH

HH

HH

H

H

H H

HH

Izomery konformacyjne (konformery, rotamery) wynikają z możliwości

rotacji wokół wiązań C-C.

antyperiplanarna (naprzemianległa) synperiplanarna (naprzeciwległa)

Konformacje alkanów (etan)

E

Kąt torsyjny

Konformacje butanu

CH3

H H

CH3

HH

CH3

H H

H

H3C HCH3

H H

H

HH3C

CH3

H H

CH3

H H

HH3C

HH

HCH3

H

H

CH3 CH3

HH HH

CH3H

HH

H

H3C

CH3 CH3

HH

antyperiplanarna antyklinalna synklinalna synperiplanarna

(skośna zasłonięta) (skośna)

Konformacje butanu

sp sc ac ap ac sc sp

Transformacja konformacji Fischera / Newmana

Właściwości fizyczne alkanów

- Stan skupienia

C1 – C4 gazy

C5 – C17 ciecze

> C17 ciała stałe

- Niepolarne lub mało polarne (niewielka różnica elektroujemości C i H, ~

0,3 D)

- Mała gęstość (< 0.8 g/cm3)

- Nierozpuszczalne w wodzie, nie mogą tworzyć wiązań wodorowych

- Niskie temperatury topnienia i wrzenia, słabe oddziaływania

międzycząsteczkowe

- tt, tw rosną z długością łańcucha, tw maleją ze wzrostem rozgałęzienia

Temperatury topnienia / wrzenia

alkan tt oC tw oC

metan -183 -162

etan -172 -89

propan -187 -42

n-butan -138 0

n-pentan -130 36

n-heksan -95 69

…

n-heptadekan 22 292

n-oktadecan 28 308

izopentan -160 28

neopentan 10

nieparzyste

parzyste

Reaktywność alkanów

Energia dysocjacji:

436 kJ/mol

381 kJ/mol

369 kJ/mol

Typy rozpadów wiązania:

- homolityczny

X:Y X• + Y•

- heterolityczny

X:Y X: + Y

Alkany zawierają wiązania kowalencyjne, słabo spolaryzowane, o

wysokiej energii dysocjacji. Ulegają głównie reakcjom rodnikowym,

np. spalanie, chlorowcowanie, …

Halogenowanie (chlorowcowanie)

1. Zapoczątkowanie (inicjacja)

Cl2 2Cl•

2. Kontynuacja (propagacja)

Cl• + RH R• + H-Cl

R• + Cl2 R-Cl + Cl•

Cl• + R-H R• + H-Cl, itd.

3. Zakończenie (terminacja)

2Cl• Cl2Cl• + R• R-Cl

2R• R-R

Wymagany jest inicjator (temperatura lub hν),

reakcja ma charakter łańcuchowy.

Postęp reakcji (R = CH3)

E

ΔH° – entalpia reakcji (obliczona z energii wiązań)

Ea – energia

aktywacji

(eksperymentalna)

[stan przejściowy reakcji]

produkt

pośredni

Wpływ budowy alkanów na produkty reakcji

Cl2, h, rt

Cl +Cl

Cl

Cl

45% 55%

64% 36%

Reaktywność zależy od rzędowości atomu węgla, w tych warunkach:

1(I) : 3,7(II) : 5(III).

Rodniki o wyższej rzędowości są trwalsze !

Rodniki mają budowę płaską (sp2).

Cykloalkany

Nomenklatura

Br

W podstawionych pierścieniach numerację prowadzimy tak, aby lokanty

miały jak najniższe wartości (przy równoważnych wartościach w obu

„kierunkach”, rozpoczynamy od niższego alfabetycznie). Chlorowce

traktujemy tak jak podstawniki alkilowe!

1-bromo-3-etylo-2-metylocykloheksan

bicyklo[4.2.0]oktan

Związki policykliczne

spiro[4.5]dekan

Cyklopropan

Cyklopropan ma naprężona płaską budowę,

wyższe pierścienie wykazują różne konformacje.

Cykloheksan

Uprzywilejowana enrgetycznie konformacja: krzesłowa

Protony aksjalne i ekwatorialne

a (aksjalne – prostopadłe do

płaszczyzny pierścienia)

e (ekwatorialne – w

płaszczyźnie pierścienia)

Inne konformacje

krzesłowa krzesłowa

łódkowa

łódkowa

skręcona

łódkowa

skręcona

półkrzesłowapółkrzesłowa

Podstawienie aksjalne i ekwatorialne

Podstawienia ekwatorialne są trwalsze ze względu na brak

niekorzystnych oddziaływań 1,3

cis czy trans?

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

podstawienie 1,2 oraz 1,4: aa lub ee - trans

ae lub ea – cis

podstawienie 1,3: aa lub ee - cis

ae lub ea - trans

cis trans trans