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 název sumární vzorec racionální vzorec 1  methan 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   Názvy postranních řetězců vzniknou odtržením jednoho či více vodíkových atomů uhlovodíku, v názvech změna zakončení na - yl. CH3- methyl CH3CH2- ethyl CH3CH2CH2- propyl (CH3)2CH- isopropyl CH3CH2CH2CH2- butyl CH3C*HCH2CH3 sek. butyl (CH3)3C- terc. butyl -CH2- methylen -CH2CH2- ethylen -CH2CH2CH2- propylen

Násobné prefixy 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- 100 dodeka- 12

Vlastnosti alkanů

Struktura Tvořeny jen uhlíkem a vodíkem Možné vazby: C-C 154 pm 376 kJ/mol C-H 110 pm 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. C4H10 C5H12

Typy atomů uhlíku Primární: atom uhlíku je vázán jen k jednomu dalšímu atomu uhlíku Sekundární: atom uhlíku je vázán ke dvěma dalším atomům uhlíku Terciární: atom uhlíku je vázán ke třem dalším atomům uhlíku Kvartérní: atom uhlíku je vázán ke čtyřem dalším atomům uhlíku

Fysikální vlastnosti Skupenství: Teploty tání a varu: C1 – C4 g C5 – C15 l Více jak C16 s Teploty tání a varu: Rostou s délkou řetězce Klesají s větvením řetězce

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° Torsní pnutí: způsobné zákrytovým uspořádáním substituentů Sterické pnutí: vyvolané odpudivými interakcemi atomů v zájemné blízkosti

Cyklopropan a cyklobutan 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 154 pm 376 kJ/mol C-H 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 435 565 431 364 297 498 448 CH3 440 460 356 239 389 335 CH3CH2 410 285 222 385 322 CH3CH2CH2 339 381 326 (CH3)2CH 395,7 444 (CH3)3C 280 218

Radikálová substituční reakce - halogenace Celková reakce: 1) Iniciace: 2) Propagace: 3) Terminace:

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 (CH3)2CH – CH2 – H (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 Bromace 6300 250

Další reakce alkanů Eliminace: Krakování: Hoření: Teplota nad 600 °C Katalysator – Pt, Pd, Ni Krakování: Štěpení uhlíkového řetězce za vzniku kratších alkanů a alkenů za vysokých teplot Zpracování ropných frakcí Hoření: Spalování, prudká oxidace kyslíkem