pojmenování cykloalkany

Alkany a cykloalkany
1
Alkany
Přednáška 2
Alkany a cykloalkany jsou hlavní složky zemního plynu a ropy, které jsou
převážným zdrojem energie
Nasycené alkany a cykloalkany mají pouze jednoduché vazby uhlík-vodík (CH) a uhlík-uhlík (C-C).
Struktura alkanů
Alkany mají obecný molekularní vzorec:
CnH2n+2,
kde n je počet atomů uhlíku.
2
Struktura a fyzikální vlastnosti alkanů
Struktura alkanů je pravidelná. Uhlíkové atomu jsou tetraedrální v
hybridizaci sp3 (vazebné úhly cca. 109o), délka vazby C-C je ~1.54 Å a C-H
vazby ~ 1.10 Å.
Lineární alkan
Rozvětvený alkan
Cykloalkan
4
Lineární a rozvětvené alkany - izomery
5
6
7
The physical constants of alkanes follow predictable trends:
Alkylová skupina (alkyl) je vytvořena formálním odstraněním vodíku z
alkanu. Je pojmenována jako alkyl (přípona –yl).
CH3- methyl; CH3CH2- ethyl; CH3CH2CH2- propyl
Doplňující předpony jsou : sec- (nebo s-) pro sekundární a tert- (nebo t-)
pro terciární. Sekundární uhlík je připojen k dalším dvěma uhlíkům, zatímco
terciární ke třem uhlíkům a kvartérní ke čtyřem uhlíkům.
Vybrané rozvětvené alkyly:
Přednáška 2
Výskyt alkanů v přírodě a jejich vlastnosti
Ropa je složitá směs organických sloučenin, z nichž větší část je tvořena alkany a
cykloalkany. Složení ropy j závislé na místě původu.
Alkany se nacházejí i přírodě a jsou produkovány některými rostlinami: cykloalkany
a heptan tvoří hlavní složku terpenických silic.
2-methylheptadekan
adamantan
tricyklo[3,3,1,13,7]dekan
diamantan
Izoloval Landa z Hodonínské ropy v roce 1932.
11
Ropa - destilace
12
Vosky
Vyšší n-alkany jsou součástí nebo výhradní složkou přírodních vosků a tvoří
ochrannou vrstvu na rostlinách: C27H56 a C29H60 (jablka), C29H60 (zelí, brokolice) a
C31H64 (tabákové listy).
13
14
Hydrofobicita alkylových řetězců - membrány
15
Rotace kolem jednoduché vazby: konformace
Rotační bariera kolem C-C vazby ethanu je 2.9 kcal/mol. Toto relativně
nízké množství energie je k dispozici za pokojové teploty v důsledku
molekulárních srážek, a proto se uvádí, že kolem C-C vazby ethanu je
volná rotace.
Newmanova projekce konformací ethanu.
Rotamery ethanu mají různou potenciální energii.
Nejnižší energii má střídavá konformace a nejvyšší zákrytová konformace
(cca. 2.9 kcal/mole vyšší).
Konformace propanu
Konformace butanu
Konformace butanu
21
Přednáška 2
3.9. Reakce alkanů
Oxidace (spalování)
CH 4
+
3O2
CO2
+
2H 2O
892 kJ/mol
C 4H 10
+
6.5O 2
4CO2
+
5H 2O
2883 kJ/mol
2CH4
+
3O2
CH4
+
CH4
+
2CO
+
4H2 O
O2
C
+
2H2 O
2O2
CH 2 O
formaldehyd
+
H 2O
22
Halogenace alkanů
Přednáška 2
23
Přednáška 2
Mechanismus halogenace
Iniciace
Propagace
Cl Cl
2Cl·
R H
+
Cl·
R· +
H Cl
R·
+
Cl Cl
R Cl
+
Terminace
2Cl·
R·
+
Cl·
Cl Cl
2R·
R R
Cl·
R Cl
24
Krakování ropy - výroba benzínu
25
Krakování uhlovodíků – radikálová reakce
Homolytické štěpení
Rekombinace radikálů
Abstrakce vodíku
26
Uhlíkové radikály
Hyperkonjugace
28
29
Halogenace vyšších uhovodíků
43 %
:
57 %
30
31
Fluorace 2-methylpropanu
32
Přednáška 2
Cykloalkany
cyklopropan cyklobutan cyklopentan
t.v. -37.7°C
t.v. 12°C
t.v. 49.3°C
CH3
H3C
cyklohexan
t.v. 80.7°C
cykloheptan
t.v. 118.5°C
cyklooctan
t.v. 149°C
CH3
CH3
CH3
methylcyklopentan
H
H
H
H
1,1-dimethylcyklopentan
H
H
H
H
cyklopropan
H
H
H
H
H
H
H
1,2-dimethylcyklopentan
H
cyklobutan
H H
H
H
H
H
H H H
cyklopentan
H
H
H
HH
HH
H
H
H
H
cyklohexan
33
34
Přednáška 2
židličková
konformace
vaničková
konformace
židličková
konformace
vaničková
konformace
axiální vodík
H
ekvatoriální vodík
H
H
židličková
konformace
H
ekvatoriální vodík
axiální vodík
H3C
H
1
H
H
H
3 H
3H
Me v axiálnípoloze
5%
H3C
H
1
H
3H
3
H
Me ekvatoriální poloze
95%
35
Přednáška 2
3.8. Cis a trans izomerie u cykloalkanů
CH 3
CH3
CH 3
CH3
tr ans-1,2-dimethylcyklopentan
t.v. 92°C
cis-1,2-dimethylcyklopentan
t.v. 99°C
CH3
H H
H
H
H
H H
e,a
H
CH3
H
H H
H
H
H
H CH
3
a,e
CH3
CH3
H
H H
H
H
H
H CH
3
a,a
H
H
H
H H
H
H
CH3
CH3
H H
e,e
stabilnější
H
36
37
38
39
40
41
42
Strain energy of 14 kcal mol-1.
43
44
45
46