chemia notatki organiczna

1. WĘGLOWODORY
Podział węglowodorów
WĘGLOWODORY
ALIFATYCZNE
ALKANY ALKENY ALKINY CYKLICZNE WĘGLOWODORY
ALIFATYCZNE
AROMATYCZNE
(ARENY)

2. ALKANY
Najprostszy węglowodór - metan
H
H
HH
C H
H
H
H
C
H
H
HH
C
H
H
H
H
109,5o
0,11 nm

3. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE ALKANÓW
• Cząsteczka alkanu zawiera wyłącznie wiązania
kowalencyjne
• Cząsteczka alkanu jest niepolarna lub bardzo słabo
polarna
• Temperatura wrzenia i topnienia wzrasta w szeregu
homologicznym
• C1-C4 – gazy; C5-C17 – ciecze; C18-Cn – ciała stałe
• Rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych:
benzen, eter, chloroform
• Gęstość wzrasta ze wzrostem wielkości cząsteczki lecz
nie przekracza 0,8 g/cm3

4. SZEREG HOMOLOGICZNY ALKANÓW
1. metan CH4
2. etan C2H6
3. propan C3H8
4. butan C4H10
5. pentan C5H12
6. heksan C6H14
7. heptan C7H16
8. oktan C8H18
9. nonan C9H20
10. dekan C10H22
CH4
CH3 CH3
CH2 CH3CH3
CH2 CH3CH2CH3
CH2 CH3CH2CH2CH3
CH2 CH3CH2CH2CH2CH3
CH2 CH3CH2CH2CH2CH2CH3
CH2 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH2 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH2 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

5. Nazwy popularnych podstawników
alkilowych
a) H
CH H
H metan
H
CH
H
H
CH
H
rodnik
metylowy
grupa metylowa,
metyl
b)
etyl (1o
)
c) n-propyl (1o
)CH3 CH2 CH2CH3 CH2
CH3
CH
CH3
izopropyl (2o
)
d) CH3 CH2 CH2 CH2 n-butyl (1o
)
CH3 CH2 CH
CH3
sec-butyl (2o
)
CH3 CH CH2
CH3
izobutyl (1o
)
CH3
CCH3
CH3
tert-butyl (3o
)
e) H2C
H2C
CH
cyklopropyl (2o
)

6. Reguły nazewnictwa alkanów
1. Jako strukturę podstawową związku wybiera się najdłuższy ciągły
łańcuch, a następnie rozpatruje się związek jako pochodną tej struktury,
uzyskaną przez zastąpienie atomów wodoru różnymi grupami alkilowymi
2. Gdy jest to konieczne oznacza się kolejnym numerem atom węgla, do
którego przyłączona jest grupa alkilowa
3. Atomy węgla w łańcuchu podstawowym numeruje się tak, aby atom
węgla, przy którym znajduje się podstawnik, oznaczony był możliwie jak
najmniejszą liczbą
4. Jeżeli takie same grupy alkilowe występują w cząsteczce kilka razy jako
łańcuchy boczne, to liczbę tych grup określa się przedrostkiem di-, tri-,
tetra- etc. a pozycje każdej grupy wskazuje za pomocą odpowiednich
liczb
5. Jeżeli do łańcucha podstawowego dołączonych jest kilka różnych grup
alkilowych, wymienia się je kolejno w porządku alfabetycznym

7. Zasady nazewnictwa systematycznego alkanów
a)
CH3
CH2 CH2 CH
CH2
CH3
CH3
podstawnik: metyl
najdłuższy łańcuch:
6 atomów węgla heksan
właściwa numeracja atomów węgla
głównego łańcucha
4 3
2 1
5
6
3-metyloheksan
lokant
(położenie
podstawnika)
nazwa
podstawnika
rdzeń
(określa liczbę atomów
węgla w głównym łańcuchu)
końcówka
(oznacza typ związku: rodzaj wiązań w łańcuch
głównym i podstawową grupę funkcyjną)
kreska: zawsze międy
lokantem a nazwą
"o" łącznikowe

8. Zasady nazewnictwa systematycznego alkanów
CH3
CH2
CH
CH2
CH
CH3
CH
CH3 CH3
CH3
b)
CH3
CH2
CH
CH2
CH
CH3
CH
CH3 CH3
CH3
błędny wybór łańcucha głównego
(6 atomów węgla, ale tylko dwa podstawniki)
właściwa numeracja
(2,3,5)
właściwy wybór łańcucha głównego
(6 atomów węgla, trzy podstawniki)
3-etylo-2,5-dimetyloheksan
podstawniki wymienione w kolejności
alfabetycznej
c) CH3 CH2 C CH2 CH2 CH2 CH CH3
Cl
Cl
Cl
1235678
1 2 3 4 5 6 7 8
4
błędna numeracja (3,3,7)
właściwa numeracja (2,6,6)
2,6,6-trichlorooktan
d)
CH CH2
CH
CH2CH2
H2C CH2 CH3
Br
1 2
3
45
6
e) CH2 CH2
CH2 CH
CH CH3
CH3
izopropylocyklobutan
lub:
(1-metyloetylo)cyklobutan
grupa
izopropylowa
jako
podstawnik
lub:
2-cyklobutylopropan
grupa cyklobutylowa
jako podstawnik
5
64
3
2
1

9. Przykład
CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH
CH
C
CH2
CH3
CH3 CH2
CH3
CH2 CH3
H3C CH3
123
456789
3,3-dietylo-5-izopropylo-4-metylononan
Liczba 1o
atomów węgla 7
Liczba 2o
atomów węgla 6
Liczba 3o
atomów węgla 3
1Liczba 4o
atomów węgla

10. IZOMERIA
• Izomery – związki, które zawierają taką samą liczbę i rodzaj atomów
w cząsteczce, ale różnią się sposobem ułożenia tych atomów.
Izomery konstytucyjne butanu
CH3 CH
CH3
CH3
2-metylopropan
CH3 CH2 CH2 CH3
n-butan

11. a) H
CH H
H
CH4
metan (t. wrz.= -161,6 o
C)
b) H
CH
H
C
H
H
H
etan (t.wrz.= -88,6 o
C)
CH3 CH3
c)
CH3 CH2 CH3
propan (t.wrz.= -42,2 o
C)
H
CH
H
C
H
H
C
H
H
H
d) CH3(CH2)2CH3 CH3 CH2 CH2 CH3
1o
2o
CH(CH3)3e) CH3 CH CH3
CH3
butan (t.wrz.= 0,5 o
C) zwyczajowo : izobutan (t.wrz.= -11,7 o
C)
systematycznie : 2-metylopropan
3o
IZOMERY SZKIELETOWE
(C4H10)
f) CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
pentan (t.wrz.= 36 o
C)
g)
CH3
CCH3
CH3
CH3
zwyczajowo : neopentan (t.wrz.= 9,5 o
C)
systematycznie : 2,2-dimetylopropan
IZOMERY SZKIELETOWE
(C5H12)
h)
C C
C
C
C
H
HH
H H
H
H
HH
H
CH2 CH2
CH2
CH2
H2C
cyklopentan
(C5H10)
4o
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H wzór taflowy
(projekcja Hawortha)

12. Liczba izomerów alkanów
Wzór Liczba
izomerów
C6H14 5
C7H16 9
C8H18 18
C9H20 35
C10H22 75
C15H32 4 347
C20H42 366 319
C30H62 4 111 846 763

13. Izomeria położeniowa w pochodnych
alkanów i cykloalkanów
a)
CH3 CH CH2 CH3
Cl
2-chlorobutan
CH2 CH2 CH2 CH3
Cl
1-chlorobutan
ten sam szkielet węglowy
butanu, lecz różnią się
położeniem podstawnika Cl
IZOMERY POŁOŻENIOWE
b)
Br
Br Br
Br
1,2-dibromocyklopentan 1,3-dibromocyklopentan
ten sam szkielet węglowy cyklopentanu, lecz
różnią się położeniem podstawnika Br
IZOMERY POŁOŻENIOWE

14. Izomeria konfiguracyjna cis-trans w
dipodstawionych cykloalkanach
CH3
CH3
CH3
CH3
grupy metylowe
po tej samej stronie pierścienia:
cis-1,2-dimetylocyklobutan
grupy metylowe
po przeciwnych stronach pierścienia:
trans-1,2-dimetylocyklobutan
a) b)
1. taka sama sama kolejność połączenia atomów,
lecz inne ułożenie przestrzenne;
nie przekształcają się w siebie wzajemnie
IZOMERY KONFIGURACYJNE
(STEREOIZOMERY)
IZOMERY cis-trans2. różnią się układem przestrzennym podstawników
przy pierścieniu
C
C
C
C
CH3
CH3
H
HH
H
H
H
C
C
C
C
CH3
H
CH3
HH
H
H
H

15. CYKLOALKANY
C
C
C
H
H
H
H
H
C
C C
CH
H
H
H H
H
H
H C
C
C
C
C
CH
H
H
H
H H
H
H
H
H
HH
C C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H H
H
H

16. Konformacje
Kształt molekuł nieustannie zmienia się wskutek m. in.:
• drgań rozciągających - polegających na niewielkich
zmianach długości wiązań ("ściskanie" i "rozciąganie"),
• drgań deformacyjnych - niewielkich zmian kątów
pomiędzy wiązaniami,
• obrotów fragmentów cząsteczki (grup atomów) wokół
wiązań pojedynczych.
Każdy kształt przestrzenny, jaki może przyjmować
cząsteczka bez rozrywania wiązań, a jedynie dokonując
obrotu wokół wiązań pojedynczych nazywamy
konformacją związku.

17. Konformacje etanu
C C
H H
HH HH
C C
H
HH
HH
H
H
H H
H
H
H H
H
HH
HH
A B
60o
konformacja naprzemianległa
projekcja
Newmana
projekcja
Newmana
konformacja naprzeciwległa

18. Diagram energetyczny przemian
konformacyjnych etanu
E
kąt obrotu
B - konformacje naprzeciwległeA - konformacje naprzemianległe
0o
60o
120o
180o
240o
300o
360o
13 kJ/mol
H
H
HH
HH
H
H H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H H
H
H
H H
H
HH
HH
H
H H
H
H
H
H
H
HH
HH
A B A AB B A

19. Konformacje butanu
Najtrwalsza konformacja antyperiplanarna
C C
C
C H
H
H
H
HH
H
H
H H
1
2
3
4
CH3
H H
H
CH3
H
projekcja
Newmana
grupa CH3
zapis
uproszczony

20. Diagram energetyczny przemian
konformacyjnych butanu
apacsc
(sp)
konformacja
synperiplanarna
konformacja
synklinalna
(sc)(ac)
konformacja
antyklinalna
konformacja
antyperiplanarna
(ap)
20,0 kJ/mol
3,3 kJ/mol
14,2 kJ/mol
E
kąt obrotu0o
60o 120o
180o
240o
300o
360o

21. Konformacje cykloalkanów
Na ostateczny kształt oraz trwałość cząsteczek cykloalkanów największy wpływ
mają tzw. naprężenia kątowe i naprężenia torsyjne.
Naprężenia kątowe wynikają z wymuszonych przez geometrię cząsteczki
odstępstw od optymalnej dla danej hybrydyzacji wartości kątów pomiędzy
wiązaniami.
Przykład
W cząsteczce cyklopropanu występuje pierścień trójczłonowy, w którym kąty
pomiędzy wiązaniami C-C-C muszą wynosić 60o. W przypadku atomów o
hybrydyzacji sp3, optymalna wartość kąta pomiędzy tworzonymi przezeń
wiązaniami wynosi 109,5o. W cyklopropanie występuje zatem olbrzymie
odchylenie od wartości optymalnej, co powoduje znaczne naprężenie
cząsteczki. To naprężenie kątowe odpowiedzialne jest za niezwykłą
reaktywność cyklopropanu i jego pochodnych.

22. Uprzywilejowane konformacje
wybranych cykloalkanów
konformacja krzesłowakonformacja kopertowa
H
CH2
H
CH2
H
H
CH2
H
H CH2
H
H
CH2
H
H
H
H
konformacja motylkowa
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
60o 90o
108o
120o
b)
a)

23. Przemiany konformacyjne cykloheksanu i jego prostych pochodnych
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
konformacja łódkowa:a)
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
b)
H
H
H
H
H
H
H
H
H
CH3
H
H
H
H
H
CH3
H
H
H
H
H
H
H
H
inwersja
pierścienia
mniej trwała
o ok. 7,2 kJ/mol ze względu
na oddziaływania
1,3-diaksjalne CH3 H (1,3-da)
1,3-da
1,3-da
c)
(i inne nietrwałe konformacje -
-półkrzesła, skręconej łódki)konformacja krzesłowa A konformacja krzesłowa B
konformacje krzesłowe metylocykloheksanu:
grupa metylowa
w pozycji ekwatorialnej
grupa metylowa
w pozycji alsjalnej
aksjalny
ekwatorialny
trójkrotna oś
symetrii

24. SUBSTYTUCJA
WOLNORODNIKOWA
STRUKTURA
WOLNYCH
RODNIKÓW

25. Reakcja wyczerpującego chlorowania metanu
a) CH4 Cl2
hν CH3Cl HCl
b) CH3Cl
Cl2, hν
- HCl
CH2Cl2 CHCl3 CCl4
chlorometan
(chlorek metylu)
- HCl
Cl2, hν
metan
dichlorometan
(chlorek metylenu)
trichlorometan
(chloroform)
czterochlorometan
(czterochlorek węgla)
- HCl
Cl2, hν

26. Mechanizm reakcji substytucji wolnorodnikowej
a) inicjacja: Cl Cll l
ll
ll
hν
ll
ll
lCl Cll
b) propagacja:
1 - etap wolny:
H
C
H
H H lCl
ll
H
C
H
H
ll
lH Cl
rodnik metylowy
H
C
H
H2 - etap szybki: ll
ll
llCl Cl
H
C
H
H Cll
ll
lCl
ll
chlorometan
(chlorek metylu)
etapy powtarzają się
wiele tysięcy razy!
c) zakończenie, np.:
CH3 CH3
CH3 Cll
ll
CH3 CH3
CH3 Cl
ll
l
Cll
ll
ll
lCl
ll
ll
llCl Cl

27. Czynniki determinujące kierunek
substytucji
1. Trwałość rodników
maleje w szeregu:
2. Rozkład statystyczny
przykład – propan: 6 pierwszorzędowych
atomów wodoru i 2 drugorzędowe.
Ar3C Ar2CH ArCH2 R2C C CH2 R3C R2CH RCH2 CH3> > > > > > >

28. Porównanie reakcji chlorowania i bromowania
alkanów
CH3 CH CH3
CH3
Cl2, hν
- HCl
grupy
równocenne
a) CH3 CH CH2Cl
CH3
CH3 C CH3
CH3
Cl
ok. 65 % ok. 35 %
1-chloro-2-metylopropan
(chlorek izobutylu)
2-chloro-2-metylopropan
(chlorek tert-butylu)
2-bromo-2-metylopropan
(bromek tert-butylu)
1-bromo-2-metylopropan
(bromek izobutylu)
> 95 %< 5 %
CH3 C CH3
CH3
Br
CH3 CH CH2Br
CH3
- HBr
Br2, hν
CH3 CH CH3
CH3
b)
2-metylopropan
(reakcja znacznie wolniejsza niż chlorowanie!)

29. Kierunek substytucji wolnorodnikowej
lBrBrl
ll
ll
hν
ll
ll
llBr Bra) inicjacja:
CH3 C CH2
CH3
H H
b) propagacja:
llBrl
- HBr
- HBr
A
B
A
B
CH3 CH CH2Br
CH3
CH3 C CH3
CH3
Br
CH3 C CH3
CH3
rodnik 3o
, trwalszy
łatwiej powstaje
CH3 CH CH2
CH3
rodnik 1o
, mniej trwały
trudno powstaje
+ Br2
ll
Brl-
- lBr
ll
+ Br2
c) zakończenie, np.:
CH3 C CH3
CH3
ll
Brl CH3 C CH3
CH3
Br

30. Reakcje otrzymywania alkanów
a) reakcje uwodornienia związków nienasyconych
CH3 CH CH CH3
H2 / Pt
CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 C C CH3
H2 / Pd
but-2-en but-2-ynbutan
H2 / Pd
wysokie
ciśnienie
b) reakcja Wurtza:
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3CH3 CH2 CH2 Br2 2 Na 2 NaBr