‹#›

RJC

Alkeny

Alkeny

Alkeny

Alkeny

Hybrydyzacja sp

Hybrydyzacja sp

2

2

Izomery geometryczne

Izomery geometryczne

Izomery geometryczne

Izomery geometryczne

cis vs trans & E vs Z

cis vs trans & E vs Z

Slides 1 to 36

‹#›

RJC

Alkeny

Alkeny

Alkeny

Alkeny –

– są to węglowodory, w których występuje

są to węglowodory, w których występuje

wiązanie podwójne węgiel

wiązanie podwójne węgiel--węgiel; alkeny

węgiel; alkeny

charakteryzują się wzorem ogólnym

charakteryzują się wzorem ogólnym

C

n

H

2n

‹#›

RJC

Toeria Orbitali i Hybrydyzacja

Toeria Orbitali i Hybrydyzacja

... pamiętajmy, że atomy węgla w alkanach (oraz

... pamiętajmy, że atomy węgla w alkanach (oraz

cyklalkanach) są zhybrydyzowane tetraedrycznie

cyklalkanach) są zhybrydyzowane tetraedrycznie

(czyli sp

(czyli sp

3

3

).

).

‹#›

RJC

Teoria Orbitali

Teoria Orbitali –

– Cztero

Cztero--wiązalność

wiązalność

Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego i

Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego i

stanu wzbudzonego.

stanu wzbudzonego.

stan podstawowy

stan podstawowy

stan wzbudzony

stan wzbudzony

węgiel

węgiel

1s

2s

2p

1s

2s

2p

‹#›

RJC

Hybrydyzacja: Tetraedryczna

Hybrydyzacja: Tetraedryczna

Po hybrydyzacji, atom węgla posiada cztery,

Po hybrydyzacji, atom węgla posiada cztery,

równe co do energii i kształtu orbitale sp

równe co do energii i kształtu orbitale sp

3

3

..

Stan wzbudzony

Stan wzbudzony

Stan po hybrydyzacji

Stan po hybrydyzacji

Atom węgla

Atom węgla

1s

2s

2p

1s

2sp

3

‹#›

RJC

A co w przypadku alkenów ?

A co w przypadku alkenów ?

Proces hybrydyzacji dotyczy jednego orbitalu s oraz

Proces hybrydyzacji dotyczy jednego orbitalu s oraz

dwóch orbitali p; w ten sposób powstają trzy orbitale sp

dwóch orbitali p; w ten sposób powstają trzy orbitale sp

2

2

i wtedy jeden orbital p pozostaje nie zhybrydyzowany.

i wtedy jeden orbital p pozostaje nie zhybrydyzowany.

Stan wzbudzony

Stan wzbudzony

Po hybrydyzacji

Po hybrydyzacji

2p

Atom węgla

Atom węgla

1s

2s

2p

1s

2sp

2

2p

‹#›

RJC

Geometria Orbitali sp

Geometria Orbitali sp

2

2

Orbitale sp

Orbitale sp

2

2

są rozłożone w jednej płaszczyźnie, a

są rozłożone w jednej płaszczyźnie, a

kąt pomiędzy nimi wynosi 120

kąt pomiędzy nimi wynosi 120

o

o

...

...

...niezhybrydyzowany orbital p jest zlokalizowany

...niezhybrydyzowany orbital p jest zlokalizowany

prostopadle do płaszczyzny.

prostopadle do płaszczyzny.

p

p

sp

sp

2

2

sp

sp

2

2

sp

sp

2

2

p

p

‹#›

RJC

Nakładanie Orbitali sp

Nakładanie Orbitali sp

2

2

Orbitale sp

Orbitale sp

2

2

są zorientowane w przestrzeni ...

są zorientowane w przestrzeni ...

...po nałożeniu tworzą silne wiązanie

...po nałożeniu tworzą silne wiązanie

σσ

..

σσ

‹#›

RJC

Wiązania

Wiązania

π

π

π

π

π

π

π

π

Nakładanie

Nakładanie niezhybrydyzowanych

niezhybrydyzowanych orbitali p z dwóch

orbitali p z dwóch

sąsiadujących atomów węgla tworzy wiązanie

sąsiadujących atomów węgla tworzy wiązanie

ππ

.

.

ππ

‹#›

RJC

Przykład Etylenu

Przykład Etylenu

Orbitale sp

Orbitale sp

2

2

przenikają się z orbitalami innego typu

przenikają się z orbitalami innego typu

dając wiązania C

dając wiązania C--C oraz C

C oraz C--H typu

H typu

σσσσσσσσ

...

...

...orbitale

...orbitale p

p przenikają się wzajemnie dając wiązanie

przenikają się wzajemnie dając wiązanie

C

C--C

C

ππ

..

H

H

H

H

‹#›

RJC

Energia Wiązania

Energia Wiązania

Energia wiązania ma związek z odległością

Energia wiązania ma związek z odległością

pomiędzy atomami.

pomiędzy atomami.

1.54 Å

1.33 Å

Im mniejsza odległość pomiędzy atomami, tym

silniejsze wiązanie.

88 kcal/mol

152 kcal/mol

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

‹#›

RJC

Jak silne jest wiązanie

Jak silne jest wiązanie

π

π

π

π

π

π

π

π

?

?

etylen (

σ

+

π

) 152 kcal/mol

etan (

σ

) 88 kcal/mol

etylen (

π

) 64 kcal/mol

‹#›

RJC

Rotacja Wokół Wiązania Pojedynczego (

Rotacja Wokół Wiązania Pojedynczego (

σσσσσσσσ

)

)

Rotacja wokół wiązania pojedynczego jest

Rotacja wokół wiązania pojedynczego jest

możliwa.

możliwa.

H

H

•

•

90

90°°

Konformery rotacyjne nie mają wpływu na

przenikanie orbitali oraz na siłę wiązania.

H

H

H

H

H

H

‹#›

RJC

Rotacja Wokół Wiązania Podwójnego (

Rotacja Wokół Wiązania Podwójnego (

σσσσσσσσ

+

+

ππππππππ

) ?

) ?

Rotacja wokół wiązania podwójnego nie jest

Rotacja wokół wiązania podwójnego nie jest

możliwa !

możliwa !

H

H

•

•

90

90°°

H

H

H

H

‹#›

RJC

Izomery Geometryczne

Izomery Geometryczne

Alkeny mogą występować w postaci izomerów

Alkeny mogą występować w postaci izomerów

geometrycznych, których istnienie wynika z braku

geometrycznych, których istnienie wynika z braku

rotacji wokół wiązania podwójnego C=C.

rotacji wokół wiązania podwójnego C=C.

cis-but-2-en

trans-but-2-en

CH

3

H

H

CH

3

CH

3

H

CH

3

H

‹#›

RJC

Nazewnictwo

Nazewnictwo Trans

Trans i

i Cis

Cis

Nazwy

Nazwy trans

trans i

i cis

cis rozróżniają izomery

rozróżniają izomery

geometryczne w oparciu o różne rozmieszczenie

geometryczne w oparciu o różne rozmieszczenie

podstawników wokół wiązania podwójnego C=C.

podstawników wokół wiązania podwójnego C=C.

trans = po przeciwnej

cis = po tej samej

CH

3

H

H

CH

3

CH

3

H

CH

3

H

‹#›

RJC

Nomenklatura

Nomenklatura E

E i

i Z

Z

Nazwy

Nazwy E

E i

i Z

Z rozróżnią się sposobem

rozróżnią się sposobem

rozmieszczenia podstawników, uporządkowanych

rozmieszczenia podstawników, uporządkowanych

wg kryterium ważności.

wg kryterium ważności.

E = po przeciwnej

Z = po tej samej

CH

3

H

CH

3

Br

CH

3

H

Br

CH

3

‹#›

RJC

Przypisanie Konfiguracji

Przypisanie Konfiguracji E

E vs

vs Z

Z

Stosując reguły

Stosując reguły Cahna

Cahna--Ingolda

Ingolda--Preloga

Preloga można

można

ustalić jaka jest orientacja podstawników

ustalić jaka jest orientacja podstawników

położonych przy wiązaniu podwójnym (‘ważny z

położonych przy wiązaniu podwójnym (‘ważny z

ważnym’ lub ‘ważny z mniej ważnym’).

ważnym’ lub ‘ważny z mniej ważnym’).

Ważny

Mniej ważny

Ważny

Mniej ważny

CH

3

H

CH

3

Br

‹#›

RJC

Przypisanie konfiguracji

Przypisanie konfiguracji E

E lub

lub Z

Z

Jeżeli podstawniki ‘ważne’ są po przeciwnej

Jeżeli podstawniki ‘ważne’ są po przeciwnej

stronie wiązania

stronie wiązania

ππ

to mamy do czynienia z

to mamy do czynienia z

izomerem

izomerem E

E; w przeciwnym razie opisujemy

; w przeciwnym razie opisujemy

izomer Z.

izomer Z.

Ważny

Mniej
ważny

Ważny

Mniej
ważny

Ważny

Mniej
ważny

Ważny

Mniej
ważny

(E)-2-bromo-but-2-en

(Z)-2-bromo-but-2-en

CH

3

H

H

3

C

Br

CH

3

H

Br

CH

3

‹#›

RJC

Nomenklatura IUPAC dla Alkenów

Nomenklatura IUPAC dla Alkenów

Zidentyfikuj macierzysty węglowodór (najdłuższy
nierozgałęziony łańcuch).

Ponumeruj atomy węgla w najdłuższym łańcuchu; atomy

Ponumeruj atomy węgla w najdłuższym łańcuchu; atomy
wiązania podwójnego powinny otrzymać możliwie niski numer.

Wskaż położenie wiązania podwójnego C=C przez podanie
numeru pierwszego atomu tworzącego to wiązanie.

‹#›

RJC

Nomenklatura IUPAC dla Alkenów

Nomenklatura IUPAC dla Alkenów

Jeżeli wiązanie podwójne jest podstawione
niesymetrycznie, dopisz odpowiednie oznaczenie
dla izomeru geometrycznego...

E

lub

Z

.

Oznaczenie izomeru poprzedza nazwę IUPAC i
zostaje podane w nawiasach ...

(E)

or

(Z)

.

Jeżeli potrzeba podać nazwę dokładniejszą to
oznaczenie zostaje poprzedzone lokantem ...

(2E)

or

(2Z)

.

‹#›

RJC

Nazwy IUPAC dla Alkenów

Nazwy IUPAC dla Alkenów

Dodaj końcówkę:

Dodaj końcówkę:

-ene

dla jednego wiązania C=C

-diene

dla dwóch wiązań C=C

-triene

dla trzech wiązań C=C

‹#›

RJC

Przykładowo … alkeny C

Przykładowo … alkeny C

4

4

H

H

8

8

(E)-but-2-en

(Z)-but-2-en

but-1-en

2-metylo-prop-1-en

‹#›

RJC

Przykładowo ... alkeny C

Przykładowo ... alkeny C

3

3

H

H

5

5

Br

Br

Br

Br

(E)-1-bromo-prop-1-en

(Z)-1-bromo-prop-1-en

2-bromo-prop-1-en

3-bromo-prop-1-en

Br

Br

‹#›

RJC

Przykładowo ... dieny C

Przykładowo ... dieny C

5

5

H

H

8

8

(E)-pentan-1,3-dien

(Z)-pentan-1,3-dien

pentan-1,4-dien

2-methyl-butan-1,3-dien

‹#›

RJC

Przykładowo ... 1

Przykładowo ... 1--bromo

bromo--pentan

pentan--1,3

1,3--dieny

dieny

Br

Br

(1E,3E)-1-bromo-pentan-1,3-dien

(1Z,3E)-1-bromo-pentan-1,3-dien

(1E,3Z)-1-bromo-pentan-1,3-dien

(1Z,3Z)-1-bromo-pentan-1,3-dien

Br

Br

‹#›

RJC

Względne Energie ...

Względne Energie ... E

E vs

vs Z

Z

W izomerze geometrycznym

W izomerze geometrycznym Z

Z występują większe

występują większe

naprężenia steryczne; dlatego jest on mniej trwały

naprężenia steryczne; dlatego jest on mniej trwały

niż izomer

niż izomer E

E.

.

W sprzyjających warunkach (fotoliza, termoliza)

izomer Z ulega przekształceniu w izomer E.

H

+

CH

3

H

CH

3

H

CH

3

H

H

CH

3

‹#›

RJC

Sprzężone Wiązania Podwójne

Sprzężone Wiązania Podwójne

Przylegające do siebie wiązania podwójne

Przylegające do siebie wiązania podwójne

(przedzielone jednym wiązaniem pojedynczym) są

(przedzielone jednym wiązaniem pojedynczym) są

określane jako wiązania sprzężone.

określane jako wiązania sprzężone.

‹#›

RJC

Konformery w Sprzężonych Dienach

Konformery w Sprzężonych Dienach

Konformery, które umożliwiają sprzężenie

Konformery, które umożliwiają sprzężenie

pomiędzy wiązaniami

pomiędzy wiązaniami

π

π

posiadają niższą energię

posiadają niższą energię

(niż te, które nie umożliwiają sprzężenia).

(niż te, które nie umożliwiają sprzężenia).

‹#›

RJC

Wiązania Podwójne Nie

Wiązania Podwójne Nie--sprzężone

sprzężone

(Izolowane)

(Izolowane)

Jeżeli wiązania podwójne są przedzielone atomem

Jeżeli wiązania podwójne są przedzielone atomem

C

C

sp3

sp3

, to nie ma pomiędzy nimi sprzężenia i takie

, to nie ma pomiędzy nimi sprzężenia i takie

dieny nazywamy ’dienami izolowanymi’.

dieny nazywamy ’dienami izolowanymi’.

‹#›

RJC

Izomery Geometryczne w Naturze

Izomery Geometryczne w Naturze

Pomarańczowy barwnik

Pomarańczowy barwnik

ββ

--karoten,

karoten,

rozpowszechniony w warzywach, w organizmach

rozpowszechniony w warzywach, w organizmach

ż

ywych jest przekształcany w Vitaminę

ż

ywych jest przekształcany w Vitaminę--A.

A.

CH

2

OH

‹#›

RJC

Vitamina

Vitamina--A i 11

A i 11--cis

cis--Retinal

Retinal

Enzymy obecne w wątrobie przeprowadzają

Enzymy obecne w wątrobie przeprowadzają

Vitaminę

Vitaminę--A w 11

A w 11--cis

cis--Retinal.

Retinal.

CH

2

OH

E

Z

CHO

‹#›

RJC

Podsumowanie

Podsumowanie

Alkeny

Orbitale zhybrydyzowane sp

2

Wiązania

σ

vs

π

, siła wiązania

Wiązania

σ

vs

π

, siła wiązania

Nazewnictwo IUPAC dla alkenów

Izomery strukturalne, izomery geometryczne

Rotacja wokół wiązań

cis vs trans, Z vs E

Podwójne wiązanie sprzężone vs niesprzężone