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