Transcript ppt

Alkany
Názvosloví alkanů
Názvosloví organických sloučenin
• Triviální: tradiční, nesystematické, názvy se tvoří
např. odvozením z názvu zdroje, specifické
vlastnosti, nebo dle fantasie objevitele
• Systematické: Vychází z názvu alkanového
řetězce, přičemž výskyt specifických skupin, nebo
substituentů se vyjadřuje příponami a
předponami s předřazenými čísly posic (lokanty).
Základní tvar názvu organické
sloučeniny
• prefix – kmen – zakončení
– Kde jsou substituenty?
– Kolik atomů uhlíku?
– K jaké skupině látek molekula patří?
Funkční skupiny a jejich příspěvky k názvu
Postup určení názvu alkanů
• 1/ Vyhledat nejdelší souvislý uhlíkatý řetězec (hlavní řetězec) a
nazvěte ho
• 2/ Očíslovat atomy uhlíku v hlavním řetězci, tak aby, body větvení
měly co nejnižší čísla (tj. čísluje se od uhlíku, který je nejblíže
prvnímu bodu větvení, případně druhého, třetího…)
• 3/ Nazvěte vedlejší řetězce (substituenty) a očíslujte je
• 4/ Napište jednoslovný název, substituenty řaďte v abecedním
pořadí, jejich polohu určete lokanty a počet násobícím prefixem
(předponou)
• 5/ Složité substituenty nazvěte, jako kdyby byly samotnou
sloučeninou a jejich název ukončete příponou -yl
Názvy řetězců podle počtu uhlíků
n
název
sumární vzorec
racionální vzorec
n
název
sumární vzorec
racionální
vzorec
1
methan
CH4
CH4
11
undekan
C11H24
CH3(CH2)9CH3
2
ethan
C2H6
CH3CH3
12
dodekan
C12H26
CH3(CH2)10CH3
3
propan
C3H8
CH3CH2CH3
13
tridekan
C13H28
CH3(CH2)11CH3
4
butan
C4H10
CH3(CH2)2CH3
20
eikosan
C20H42
CH3(CH2)18CH3
5
pentan
C5H12
CH3(CH2)3CH3
21
heneikosan
C21H44
CH3(CH2)19CH3
6
hexan
C6H14
CH3(CH2)4CH3
22
dokosan
C22H46
CH3(CH2)20CH3
7
heptan
C7H16
CH3(CH2)5CH3
30
triakontan
C30H62
CH3(CH2)28CH3
8
oktan
C8H18
CH3(CH2)6CH3
40
tetrakontan
C40H82
CH3(CH2)38CH3
9
nonan
C9H20
CH3(CH2)7CH3
100
hektan
C100H202
CH3(CH2)98CH3
10
dekan
C10H22
CH3(CH2)8CH3
Názvy postranních řetězců
• vzniknou odtržením jednoho či více vodíkových
atomů uhlovodíku,
• v názvech změna zakončení na - yl.
CH3CH3CH2CH3CH2CH2(CH3)2CHCH3CH2CH2CH2CH3C*HCH2CH3
(CH3)3C-CH2-CH2CH2-CH2CH2CH2-
methyl
ethyl
propyl
isopropyl
butyl
sek. butyl
terc. butyl
methylen
ethylen
propylen
Násobné prefixy
název předpony
odpovídající
číslovka
název předpony
odpovídající
číslovka
hemi-
1/2
trideka-
13
sekvi-
3/2
tetradeka-
14
mono-
1
…
di-
2
ikosa-
20
tri-
3
henikosa-
21
tetra-
4
dokosa-
22
penta-
5
trikosa-
23
hexa-
6
…
hepta-
7
triakonta-
30
okta-
8
tetrakonta-
40
nona-
9
pentakonta-
50
deka-
10
…
undeka-
11
hekta-
dodeka-
12
100
Vlastnosti alkanů
Struktura
• Tvořeny jen uhlíkem a vodíkem
• Možné vazby:
– C-C
– C-H
154 pm
110 pm
376 kJ/mol
420 kJ/mol
• Vždy vazba s
• Bez výjimky tetraedrální uspořádání
substituentů na atomu uhlíku
• Skelet prostorově bráněn a špatně
přístupný
Isomery
• Vznikají rozdíl spojením atomů, přičemž
sumární vzorec daných sloučenin je stejný.
H3C
• C4H10
• C5H12
H3C
CH3
CH3
H3C
H3C
CH3
H3C
CH3
H3C
CH3
CH3
H3C
CH3
Typy atomů uhlíku
H
• Primární: atom uhlíku je vázán jen k
jednomu dalšímu atomu uhlíku
• Sekundární: atom uhlíku je vázán ke dvěma
dalším atomům uhlíku
H
C
CH3
H
H
H
C
CH3
CH3
• Terciární: atom uhlíku je vázán ke třem
dalším atomům uhlíku
H
H3C
C
CH3
CH3
• Kvartérní: atom uhlíku je vázán ke čtyřem
dalším atomům uhlíku
CH3
H3C
C
CH3
CH3
Fysikální vlastnosti
• Skupenství:
– C1 – C4
– C5 – C15
– Více jak C16
g
l
s
• Teploty tání a varu:
– Rostou s délkou řetězce
H3C
H3C
t.v. = -0,50 °C
t.v. = 36,15 °C
H3C
H3C
– Klesají s větvením řetězce
CH3
CH3
CH3
CH3
t.v. = -0,50 °C
H3C
t.v. = -10,2 °C
Konformery
• Okolo vazby C-C je možná volná rotace → substituenty na
protilehlých atomech uhlíku tak mohou zaujmout různé
polohy. Takto vzniklé konformery se mohou lišit energií.
• Střídavá konformace:
• Zákrytová konformace:
Konformery - ethan
Konformery - propan
Konformery - butan
synperiplanární
synklinální
antiperiplanární
Konformery u cykloalkanů
• Úhlové pnutí: vniká zvětšováním, nebo zmenšováním
vazebných úhlů
– Vazebný úhel v tetraedru – 109°
60°
90°
108°
• Torsní pnutí: způsobné zákrytovým uspořádáním
substituentů
• Sterické pnutí: vyvolané odpudivými interakcemi
atomů v zájemné blízkosti
Cyklopropan a cyklobutan
• Cyklopropan:
– Planární
– Ohnutí vazebného orbitalu –
vazba není přímá = vysoká
nestabilita a reaktivita
– Všechny H-atomy v zákrytovém
uspořádání – odpuzování
• Cyklobutan:
– Slabě lomený – vyrovnání
torsního pnutí, ale zvyšuje úhlové
pnutí
Cyklopentan
•
•
•
•
Lomený tvar
Prakticky bez úhlového pnutí
Značné torsní pnutí
Tvar molekuly připomíná otevřenou dopisní obálku
Cyklohexan
• Zcela bez pnutí
• Židličková, vaničková, položidličková
a twist – konformace
Axiální vodíky
Ekvatoriální vodíky
Cyklohexan
Monosubstituované a disubstituované
cyklohexany
Subtituenty zaujímají
Přednostně kvatoriální
postavení na cykloxenavém
kruhu.
Reaktivita alkanů
Struktura a reaktivita – reakční centrum
• Tvořeny jen uhlíkem a vodíkem
• Možné vazby:
– C-C
– C-H
154 pm 376 kJ/mol
110 pm 420 kJ/mol
• vždy vazba s
• Všechny vazby velmi podobné
• Vodíkové atomy tvoří „ochranný“ obal okolo uhlíkového
skeletu
• Vazba s – špatně dostupná pro atakující částice
• → Pro reakci potřebné silně reaktivní částice - radikály
Disociační energie vazeb v organických
sloučeninách
H
F
Cl
Br
I
OH
NH2
H
435
565
431
364
297
498
448
CH3
440
460
356
297
239
389
335
CH3CH2
410
448
335
285
222
385
322
CH3CH2CH2
410
448
339
285
222
381
326
(CH3)2CH
395,7
444
339
285
222
385
389
(CH3)3C
389
460
339
280
218
389
389
Radikálová substituční reakce - halogenace
Celková reakce:
CH4
+
3) Terminace:
Cl
+
HCl
Cl
+
Cl
CH3
+
+
HCl
H3C
Cl
Cl
h
1) Iniciace:
2) Propagace:
h
Cl
Cl
+
CH3
+
CH3
CH3
Cl
+
+
+
Cl
CH4
Cl
Cl
H3C
Cl
CH3
H3C
CH3
Cl
H3C
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Radikálová substituční reakce - halogenace
Energetika radikálové substituce
Energetika radikálové substituce
Alkylové radikály a hyperkonjugace
Reagující vodík
Disociační energie (kJ/mol)
CH3 – H
440
CH3 – CH2 – H
410
CH3 – CH2 – CH2 – H
410
(CH3)2CH – CH2 – H
410
(CH3)2CH – H
395,7
(CH3)3C – H
389
- alkylové radikály mají planární strukturu
- nespárovaný elektron v p-orbitalu
- hyperkonjugace = překrytí radikálového
p-orbitalu s vazebným sp3-orbitalem
sousední alkylové skupiny
- stabilisující efekt
- stabilita stoupá se substitucí
Selektivita halogenací
Terciární C
Sekundární C
Primární C
Fluorace
1,4
1,2
1
Chlorace
5
4
1
Bromace
6300
250
1
Další reakce alkanů
• Eliminace:
– Teplota nad 600 °C
– Katalysator – Pt, Pd, Ni
H
H
H
C
C
H
H
Pt
H
H
C
H
+
C
H
H2
H
• Krakování:
– Štěpení uhlíkového řetězce za vzniku kratších alkanů a alkenů za
vysokých teplot
– Zpracování ropných frakcí
• Hoření:
– Spalování, prudká oxidace kyslíkem
O
CH4
+
2O O
C
O
+
2 H2O