1
C
n
H
2n+2
ALK
AN
336 319
ejkoz
an
CH
3
(CH
2
)
18
CH
3
C
20
H
42
72
dek
an
CH
3
(CH
2
)
8
CH
3
C
10
H
22
35
non
an
CH
3
(CH
2
)
7
CH
3
C
9
H
20
18
okt
an
CH
3
(CH
2
)
6
CH
3
C
8
H
18
9
hept
an
CH
3
(CH
2
)
5
CH
3
C
7
H
16
5
heks
an
CH
3
(CH
2
)
4
CH
3
C
6
H
14
ciecze
3
pent
an
CH
3
(CH
2
)
3
CH
3
C
5
H
12
2
but
an
CH
3
(CH
2
)
2
CH
3
C
4
H
10
1
prop
an
CH
3
CH
2
CH
3
C
3
H
8
1
et
an
CH
3
CH
3
C
2
H
6
gazy
1
met
an
CH
4
CH
4
Stan skupienia
Liczba
izomerów
konsty-
tucyjnych
Nazwa alkanu
prostego
Wzór strukturalny
Wzór
sumaryczny
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
HOMOLOGI
HOMOLOGI
HOMOLOGI
NOMENKLATURA ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
nazewnictwo zwyczajowe
nazewnictwo systematyczne
PRZEDROSTEK
określa miejsce i
rodzaj podstawnika
RDZEŃ
określa liczbę
atomów węgla
PRZYROSTEK
określa rodzaj grupy
funkcyjnej
+
+
najczęściej związane ze źródłem izolacji
2
System IUPAC
(
I
nternational
U
nion of
P
ure
and
A
pplied
C
hemistry)
1. Lokalizacja najdłuższego łańcucha – decyduje o rdzeniu nazwy
pochodzącej od macierzystego alkanu
non
an
oktan
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CHCH
2
CH
3
CH
3
2. Tworzenie nazwy łańcucha bocznego
Podstawnik o wzorze C
n
H
2n+1
utworzony przez formalne odjęcie atomu
wodoru nazywa się poprzez zmianę końcówki na
–yl
w nazwie
macierzystego alkanu
C
n
H
2n+1
ALK
IL
3
°
(CH
3
)
3
C–
1
°
(CH
3
)
2
CHCH
2
–
CH
3
CHCH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
–
CH
3
CHCH
3
CH
3
CH
2
CH
2
–
CH
3
CH
2
–
CH
3
–
Alkil
2,2-dimetyloet
yl
(tert-but
yl
)
2-metyloprop
yl
(izobut
yl
)
1-metyloprop
yl
(sec-but
yl
)
but
yl
butan
CH
3
(CH
2
)
2
CH
3
1-metyloet
yl
prop
yl
propan
CH
3
CH
2
CH
3
et
yl
etan
CH
3
CH
3
met
yl
metan
CH
4
Nazwa alkilu
Nazwa alkanu
prostego
Wzór strukturalny
2
°
2
°
4. Jeżeli w łańcuchu głównym występują dwa lub więcej podstawników, to
każdy atom węgla, z którym są połączone musi mieć przyporządkowany
lokant; w ten sposób, aby suma lokantów (atomów węgla z
podstawnikami) była jak najmniejsza; podstawniki wymienia się w
kolejności alfabetycznej
3. Jeżeli jest to koniecznym, wyznacza się lokant atomu węgla, z którym
połączony jest podstawnik tak, aby w/w atom węgla posiadał jak
najniższą numerację
CH
3
CHCH
3
CH
3
metylo
prop
an
CH
3
CH
2
CHCH
2
CH
2
CH
3
CH
2
CH
3
1
2
3
4
5
6
7
7
6
5
4
3
2
1
3-
metylo
hept
an
CH
3
CHCH
3
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CHCH
2
7
6
5
4 3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
6+7 >
2+4
4-
etylo-
2
-metylo
hept
an
3
5. Jeżeli dwa podstawniki są połączone z tym samym atomem węgla, to
muszą mieć przyporządkowany taki sam lokant
6. Jeżeli dwa lub więcej podstawniki w łąńcuchu głównym są
identycznymi, to po wymienieniu lokantów należy podać liczbę takich
samych grup przedrostkiem:
di–, tri –, tetra– , penta–
3-
etylo-
3
-metylo
heks
an
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CHCH
2
CH
3
CH
3
3
5
CH
3
CH
3
CHCH
2
CCH
2
CH
3
CH
3
CH
3
3
3,3,5
-
tri
metylo
heks
an
GRUPY FUNKCYJNE
HALOGENOALKANY
H C
H
H
C
H
H
Cl
H C
H
H
C
H
Cl
C
H
H
H
H
3
C C
CH
3
CH
3
Cl
1° CHLOREK ALKILU
2° CHLOREK ALKILU
3° CHLOREK ALKILU
CHLORO
ETAN
2-CHLORO
PROPAN
2-CHLORO
-2-METYLOPROPAN
GRUPY FUNKCYJNE
ALKOHOLE
C
OH
sp
3
CH
3
CH
3
H
O
H
105°
CH
3
CH
2
H
O
109°
ETAN
OL
OH
gerani
ol
H
3
C C
CH
3
CH
3
OH
tert-butan
ol
OH
ment
ol
4
GRUPY FUNKCYJNE
ETERY
R
R
O
R
R'
O
O
O
H
3
C
O
H
3
C
110°
ETER
DIMETYLOWY
ETER SYMETRYCZNY
ETER CYKLICZNY
ETER NIESYMETRYCZNY
GRUPY FUNKCYJNE
ZWIĄZKI KARBONYLOWE
C O
R
H
C O
R
C O
R
KET
ON
AL
DEHYD
H
H
C
O
METAN
AL
H
3
C
H
C
O
ETAN
AL
H
3
C
CH
3
C
O
PROPAN
ON
H
3
C
CH
2
CH
3
C
O
2
-BUTAN
ON
FORMALDEHYD
ALDEHYD MRÓWKOWY
ALDEHYD OCTOWY
ACETON
KETON
ETYLOWOMETYLOWY
118°
121°
GRUPY FUNKCYJNE
AMINY
H N
H
H
H N
H
R
R
N
H
R
R
N
R
R
1°
3°
2
°
CH
2
CHCH
3
NH
2
CH
3
CHCH
3
NH
2
izopropylo
amina
N
H
piperydyna
N
H
3
C
H
3
C
CH
3
121°
trimetylo
amina
5
GRUPY FUNKCYJNE
KWASY KARBOKSYLOWE
R
C
O
O H
RCOOH
RCO
2
H
CH
3
C
O
O H
H
C
O
O H
C
O
O H
kwas mrówkowy
kwas octowy
kwas benzoesowy
kwas
metan
owy
kwas
etan
owy
GRUPY FUNKCYJNE
AMIDY KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
R
C
O
NH
2
R
C
O
NH
R'
R
C
O
N
R
2
CH
3
C
O
NH
2
CH
3
C
O
N
(CH
3
)
2
CH
3
C
O
NH
CH
3
acetamid
N-metylo
acetamid
N,N-
di
metylo
acetamid
GRUPY FUNKCYJNE
ESTRY KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
R'
C
O
O R
R’
COOR
R’
CO
2
R
CH
3
C
O
O CH
2
CH
3
octan etylu
6
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
ENERGIA DYSOCJACJI WIĄZANIA – ilość energii wydzielona
podczas tworzenia wiązania chemicznego lub niezbędna do jego
tworzenia
I – I
151 kJmol
-1
H – F 569 kJmol
-1
MOC WIĄZANIA
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
ENERGIA WIĄZANIA – jest wartością średnią
CH
4
→ C + 4H•
∆H = 1662 kJmol
-1
E
C–H
= 1662 : 4 = 415 kJmol
-1
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
HETEROLIZA WIĄZANIA
zawierającego atom węgla prowadzi do do powstania dwóch jonów
atom węgla miał cząstkowy ładunek dodatni
C Z
δ+
δ−
C
+ Z
KARBOKATION
atom węgla miał cząstkowy ładunek ujemny
C
+ Z
C Z
δ+
δ−
KARBOANION
7
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
HOMOLIZA WIĄZANIA
C
C
C
2
KARBORODNIK
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
JON – JON
TOPNIENIE
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
DIPOL – DIPOL
8
X H
H
X
δ+
δ−
δ−
δ+
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
WIĄZANIA WODOROWE
CH
3
CH
2
O H
O
H
CH
2
CH
3
WIĄZANIE WODOROWE – występuje, gdy atom wodoru znajdzie się
pomiędzy dwoma silnie elektroujemnymi atomami takimi, jak: tlen, fluor czy
azot
O
CH
3
CH
3
CH
3
CH
2
O
H
O
H
CH
2
CH
3
t
w
–24.9
°C
M
CZ
46
t
w
+78.5
°C
M
CZ
46
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
WIĄZANIA WODOROWE
(CH
3
)
3
C–OH
alkohol tert-butylowy
tt
+25°C
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
–OH
1-butanol
tt
-90°C
(CH
3
)
2
CHCH
2
–OH
izobutanol
tt
-108°C
tt
-114°C
CH
3
CH
2
CH
2
CH–OH
sec-butanol
CH
3
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
SIŁY
VAN DER
WAALSA
dipol – dipol indukowany
CH
4
METAN
t
w
-162°C
CH
3
CH
3
ETAN
t
W
-88.2°C
t
W
+174°C
CH
3
(CH
2
)
8
CH
3
DEKAN
siły van der Waalsa
M
CZ
oraz t
w
9
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
Temperatura wrzenia
ZWIĄZEK JONOWY
JONY
stan ciekły
stan stały
stan gazowy
wysoka temperatura
wrzenia
NaCl
t
w
1413°C
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
Temperatura wrzenia
ZWIĄZEK NIEJONOWY
CZĄSTECZKI
stan ciekły
oddziaływania
typu dipol – dipol
CH
4
t
w
– 161.5°C
siły van der Waalsa
H–Cl t
w
– 85°C
POLARNOŚĆ
TEMPERATURA WRZENIA
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
Temperatura wrzenia
ZWIĄZEK NIEJONOWY
CIECZE ZASOCJOWANE – cząsteczki połączone są wiązaniami
wodorowymi międzycząsteczkowymi
H–Cl t
w
– 85°C
H–F t
w
+ 15°C
H
2
S t
w
– 60°C
H
2
O t
w
+ 100°C
Dla porównania
10
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
ROZPUSZCZALNOŚĆ
ZWIĄZEK JONOWY
JON SOLWATOWANY
ROZPUSZCZALNIKI
POLARNE
ROZPUSZCZALNIKI PROTONOWE – zawierają w swojej cząsteczce atom
wodoru połączony z atomem tlenu lub azotu, tzw. ‘protony ruchliwe’;
stabilizują aniony, lecz ograniczają ich reaktywność, np. zmniejszają ich
zasadowość czy nukleofilowość
ROZPUSZCZALNIKI APROTONOWE – nie zawierają w swojej cząsteczce
‘protonów ruchliwych’; silnie solwatują kationy, praktycznie nie oddziałują z
anionami – zwiększają ich zasadowość czy nukleofilowość
H
O
CH
3
H
O
H
S
O
CH
3
CH
3
DMSO
N
C
CH
3
CH
3
O
H
DMF
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
–
OH
DEKANOL
fragment hydrofobowy
fragment hydrofilowy
11
CH
4
·······CH
4
dipole chwilowe
słabe
siły van der
Waalsa
–X
⋅⋅⋅⋅ H–X–
wiązanie
wodorowe
średnie
→ słabe
(1–9 kcal/mol)
dipol - dipol
Na
+
w wodzie
średnie
jon – dipol
H – H 104 kcal/mol
CH
3
– CH
3
88 kcal/mol
I – I 36 kcal/mol
wiążąca para
elektronowa
mocne
(36–125 cal/mol)
wiązanie
kowalencyjne
sieć krystaliczna LiF
bardzo mocne
jon – jon
przykład
typ
moc
rodzaj
ODDZIAŁYWANIA
δ+
δ−
δ+
δ−
δ+
δ−
δ+
δ−
δ+
δ−
δ+
δ−
δ+
δ−
δ−
H
O
H
3
C
H
O
CH
3
CH
3
Cl
CH
3
Cl
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
KWASY
I
ZASADY
wg BRØNSTED – LOWRY’EGO
KWAS – donor protonu
ZASADA – akceptor protonu
+
+
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONY
KWAS
ZASADA
KWAS
SPRZĘŻONA
ZASADA
H
– A
|A
|B
H
– B
+
H
2
O
+
CH
3
C
O
O
H
KWAS OCTOWY
CH
3
C
O
O
-
OCTAN
H
3
O
+
JON
HYDRONIOWY
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONY
KWAS
ZASADA
KWAS
SPRZĘŻONA
ZASADA
12
+
+
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONY
KWAS
ZASADA
KWAS
SPRZĘŻONA
ZASADA
JON
HYDROKSYLOWY
OH
-
H
2
O
METYLONAMINA
CH
3
NH
2
JON
METYLOAMMONIOWY
CH
3
NH
3
+
+
+
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONA PARA
SPRZĘŻONY
KWAS
ZASADA
KWAS
SPRZĘŻONA
ZASADA
JON
HYDROKSYLOWY
OH
-
H
2
O
H
3
O
+
JON
HYDRONIOWY
H
2
O
H – Cl + H
2
O Cl
-
+ H
3
O
+
H – A + H
2
O A
-
+ H
3
O
+
K
K =
[H
2
O][HA]
[H
3
O
+
][A
-
]
Jeżeli
[H
2
O] = const.
oraz
[H
2
O] = 55.6 mol/l
, to
K
a
= K [H
2
O] =
[HA]
[H
3
O
+
][A
-
]
STAŁA KWASOWOŚCI K
a
13
pK
a
= – log K
a
moc kwasu
Cl
-
-7.0
H
Cl
NO
3
-
-1.3
H
NO
3
F
-
3.45
H
F
CH
3
COO
-
4.76
CH
3
COO
H
CN
-
9.31
H
CN
HO
-
15.74
H
2
O
CH
3
CH
2
O
-
16.0
CH
3
CH
2
O
H
SPRZĘŻONA
ZASADA
pK
a
KWAS
SILNA
ZASADA
SŁABA
ZASADA
SŁABY
KWAS
MOCNY
KWAS
CH
3
COOH + OH
-
H
2
O + CH
3
COO
-
pK
a
= 4.76
pK
a
= 15.74
STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH
KWASY I
ZASADY
wg LEWISA
KWAS – akceptor pary elektronowej
ZASADA – donor pary elektronowej
F
B
F
F
KWAS LEWISA
+
O
CH
3
CH
3
F
B
F
F
CH
3
CH
3
O
ZASADA LEWISA
KOMPLEKS ETERU
DIMETYLOWEGO Z
TRIFLUOROBOREM
Cl H
δ−
δ+
H
CH
3
O
+
Zn
+2
KWAS LEWISA
ZASADA LEWISA
H
CH
3
O
Zn
2
O
H
H
+
+
Cl
-
ZASADA LEWISA
KWAS LEWISA
H
O
H
H
14
KWASY LEWISA:
donory protonów, np. H
2
O, HCl, H
2
SO
4
, RCOOH, PhOH, ROH
kationy, np. Li
+
, Mg
+2
, Br
+
związki metali
•
grupy IIIA BF
3
, AlCl
3
•
przejściowych, np. TiCl
4
, FeCl
3
, ZnCl
2
, SnCl
4
ZASADY LEWISA:
R – OH, R – O – R, R – C – H, R – C – R
O
O
R – C ,
O
Cl
R – C ,
O
OH
R – C ,
O
OR’
R – C ,
O
NH
2
R – S – R , R – NH
2
R – C
+
BF
3
R – C
O
H
O
H
BF
3
C
n
H
2n+2
ALKANY
336 319
ejkoz
an
CH
3
(CH
2
)
18
CH
3
C
20
H
42
72
dek
an
CH
3
(CH
2
)
8
CH
3
C
10
H
22
35
non
an
CH
3
(CH
2
)
7
CH
3
C
9
H
20
18
okt
an
CH
3
(CH
2
)
6
CH
3
C
8
H
18
9
hept
an
CH
3
(CH
2
)
5
CH
3
C
7
H
16
5
heks
an
CH
3
(CH
2
)
4
CH
3
C
6
H
14
ciecze
3
pent
an
CH
3
(CH
2
)
3
CH
3
C
5
H
12
2
but
an
CH
3
(CH
2
)
2
CH
3
C
4
H
10
1
prop
an
CH
3
CH
2
CH
3
C
3
H
8
1
et
an
CH
3
CH
3
C
2
H
6
gazy
1
met
an
CH
4
CH
4
Stan skupienia
Liczba
izomerów
konsty-
tucyjnych
Nazwa alkanu
prostego
Wzór strukturalny
Wzór
sumaryczny
15
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE ALKANÓW
NIE REAGUJĄ Z KWASMI I ZASADAMI
REAKCJA UTLENIANIA – SPALANIE W ATMOSFERZE TLENU
CIEPŁO SPALANIA
– ilość ciepła wydzielonego podczas spalania 1 mola
węglowodoru do dwutlenku węgla i wody
-892 kJmol
-1
CH
4
+ O
2
CO
2
+ H
2
O + Q
CH
2
X
2
CHX
3
+ HX
X
2
CHX
3
CX
4
+ HX
X
2
REAKCJA HALOGENOWANIA ALKANÓW
CH
4
CH
3
X + HX
X
2
CH
3
X CH
2
X
2
+ HX
X
2
X
2
: F
2
> Cl
2
> Br
2
> I
2
REAKTYWNOŚĆ CHLOROWCA
MECHANIZM REAKCJI HALOGENOWANIA ALKANÓW
1. ETAP – INICJACJA REAKCJI
Cl
2
Cl
Cl
2 Cl + Cl
h
ν
Cl
Cl
∆H
°
= E* = +58 kcalmol
-1
E
p
postęp reakcji
2 Cl
∆H° = +58 kcal/mol
16
MECHANIZM REAKCJI CHLOROWANIA ALKANÓW
2. ETAP
+
Cl
H CH
3
CH
3
+ HCl
3. ETAP
CH
3
Cl
Cl
Cl +
Cl
CH
3
+
∆H° = +1kcal/mol
∆H° = -25.5 kcal/mol
MECHANIZM REAKCJI CHLOROWANIA ALKANÓW
Br
2
E* = +18.6 kcalmol
-1
Cl
2
E* = +3.8 kcalmol
-1
2. ETAP
MECHANIZM REAKCJI CHLOROWANIA ALKANÓW
4. ETAP – REKOMBINACJA RODNIKÓW
CH
3
Cl
+
Cl
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
+
H
3
C
+
Cl
Cl
Cl
Cl
E
p
postęp reakcji
∆H° = -83.5 kcal/mol
∆H° = -58 kcal/mol
∆H° = -88 kcal/mol
17
IHIBITORY REAKCJI RODNIKOWYCH
Substancje, które dodane do mieszaniny
reakcyjnej nawet w małych ilościach powodują
widoczne zmniejszenie szybkości procesu
CH
3
+
O
O
CH
3
O
O
CH
3
CHCH
2
H
H
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
CHCH
3
+
H
+
H
CH
3
C
H
3
C
CH
2
H
H
+
H
+
H
CH
3
CH
H
3
C
CH
2
CH
3
C
H
3
C
CH
3
CH
3
CH
2
CH
3
CH
3
CHCH
3
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
+
H
CH
3
CHCH
3
+
H
+
H
CH
3
C
H
3
C
CH
3
+
H
CH
3
CH
H
3
C
CH
2
∆H° = +98 kcal/mol
∆H° = +94 kcal/mol
∆H° = +98 kcal/mol
∆H° = +91 kcal/mol
C
C
C
C
C
CH
C
C CH
2
CH
3
>
>
>
STABINOŚĆ KARBORODNIKÓW
3°
2°
1°
ENERGIA DYSOCJACJI C – H
18
REASUMUJĄC – szybkość reakcji halogenowania alkanów zależy od:
1. rzędowości atomu węgla powiązanego z reagującym atomem wodoru
CH
3
CH
H
3
C
CH
3
CH
3
C
H
3
C
CH
3
Cl
CH
3
CH
H
3
C
CH
2
Cl
+
+
HCl
Cl
2
, h
ν
48%
29%
2-metylopropan
1-chloro-2-metylopropan
2-chloro-2-metylopropan
2. rodzaju halogenu
>99%
ślady
2-metylopropan
1-
bromo
-2-metylopropan
2-
bromo
-2-metylopropan
CH
3
CH
H
3
C
CH
3
CH
3
C
H
3
C
CH
3
Br
CH
3
CH
H
3
C
CH
2
Br
+
+
H
Br
Br
2
, h
ν
KONFORMACJE ALKANÓW
KONFORMACJE
– różne układy przestrzenne w cząsteczkach, które mogą się
wzajemnie w siebie przekształcać w wyniku swobodnego obrotu wokół wiązania
pojedynczego
θ
kąt torsyjny
C
C
H
H
H
H
H
H
C
C
H
H
H
H
H
H
θ = 0°
θ = 180°
NAPRZECIWLEGŁA
ANTIPERIPLANARNA
NAPRZEMIANLEGŁA
SYNPERIPLANARNA
KONFORMACJE ETANU
θ = 180°
ANTIPERIPLANARNA
NAPRZEMIANLEGŁA
θ = 0°
NAPRZECIWLEGŁA
SYNPERIPLANARNA
19
KONFORMACJE BUTANU
C
CH
3
H
CH
3
H
H
H
CH
3
H
11kJ/mol
2
× 4kJ/mol
CH
3
H
H
H
H
H
3
C
4kJ/mol
2
× 6kJ/mol
ST
A
B
IL
N
IE
JS
ZA
K
O
N
FIR
M
A
C
JA
KONFORMACJE BUTANU
KONFORMACJE BUTANU
ANTIPERIPLANARNA
ANTIPERIPLANARNA
SYNKLINALNA
typu Gauche
SYNPERIPLANARNA