1

A L K A N Y

glowodory, czyli po czenia zawieraj ce wy cznie atomy w gla i wodoru (C

n

H

m

) uwa ane

si za zwi zki macierzyste substancji organicznych, tzn. e mo na z nich wyprowadzi wszystkie
inne zwi zki organiczne, które mog by traktowane jako pochodne w glowodorów.

glowodory dziel si na alifatyczne (

cuchowe), cykliczne i aromatyczne. Po ród

alifatycznych i cyklicznych wyró nia si

glowodory nasycone, czyli alkany lub cykloalkany

oraz nienasycone, a po ród nich alkeny (w glowodory z podwójnym lub podwójnymi
wi zaniami) i alkiny (w glowodory z potrójnym lub potrójnymi wi zaniami) i odpowiednio
cykloalkeny i cykloalkiny.

alifatyczne cykloalifatyczne

GLOWODORY

alkany

(w. nasycone)

w. nienasycone w. aromatyczne

(areny)

alkeny alkiny

Rys. 2.1. Podzia w glowodorów

Alkany, czyli w glowodory nasycone o ogólnym wzorze C

n

H

2n+2

dziel si na w glowodory

nasycone prosto

cuchowe (alifatyczne, inaczej normalne dawniej znane jako parafiny),

glowodory rozga zione (izoalkany lub izoparafiny) oraz

glowodory pier cieniowe

(cykloalkany, cykloalifatyczne, dawniej zwane naftenami). Wszystkie atomy C maj w nich
hybrydyzacj sp

3

.

Alkany prosto

cuchowe nie s podobne do rozci gni tej nitki czy raczej prostego drutu

kolczastego ze stercz cymi jak kolce atomami wodoru. Tetragonalny k t pomi dzy wi zaniami
atomu w gla sp

3

wymusza zygzakowaty uk ad atomów C, a mo liwo swobodnego obrotu

wokó wi zania C

−

C powoduje, e cz steczki mog wyst powa w ró nej konformacji, tzn.

przyjmuj ró ne kszta ty.

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

metan,
CH

4

etan,
CH

3

CH

3

propan,
CH

3

CH

2

CH

3

Zarówno

etan

, jak i

propan

mog wyst powa w konformacjach naprzeciwleg ej i

naprzemianleg ej oraz po rednich. Wraz ze wzrostem d ugo ci

cucha w glowodorowego

ro nie mo liwo przyjmowania przez cz steczk jeszcze bardziej zró nicowanych kszta tów.
Taka ró norodno kszta tów wyst puje w roztworze i w stanie gazowym, przy czym najwi ksza
jest populacja konformerów najtrwalszych. W stanie krystalicznym cz steczki przyjmuj zwykle
jednolity kszta t.

H H H H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

butan,
CH

3

CH

2

CH

2

CH

3

w konformacji naprzemianleg ej (antiperiplanarnej) naprzeciwleg ej

2

Zwykle, pisz c, np. schematy reakcji nie ma potrzeby przedstawia wzorów w tak rozbudowanej
formie, korzystamy wówczas z zapisów uproszczonych; np. dla

n-heksanu

:

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

3

C

6

H

14

CH

3

-CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

2

(CH

2

)

4

CH

3

H H H H H H
I I I I I I
H-C-C-C-C-C-C-H
I I I I I I
H H H H H H

Rys. 2. 2. Uproszczone formy zapisu wzoru

heksanu

Wszystkie zwi zki organiczne ró ni ce si od innych jednostk

–CH

2

– nazywaj si

homologami. Homologi oczywi cie nale zawsze do tej samej grupy zwi zków. Wszystkie
alkany s homologami metanu i ka dego innego alifatycznego w glowodoru nasyconego.

Izolkany

– w glowodory nasycone rozga zione

W w glowodorach rozga zionych jeden lub wi cej atomów w gla czy si z wi cej ni z
jednym atomem w gla, w wyniku czego w takim miejscu

cucha w glowodorowego tworzy si

rozga zienie:

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Rys. 2. 3.

cuch zawieraj cy rozga zienia; dla uproszczenia podane s tylko wi zania C-C

Nomenklatura (nazewnictwo) alkanów

Dla pierwszych czterech alkanów – od C

1

÷

C

4

u ywa si nazw zwyczajowych:

metan etan propan butan

Nazwy alkanów od C

5

wzwy tworzy si poprzez dodanie ko cówki „n” do liczebników greckich

lub aci skich, np.:

pentan

(5);

heksan

(6);

heptan

(7),

oktan

(8);

nonan

(9);

dekan

(10);

undekan

(11);

dodekan

(12);

tridekan

(13);

tetradekan

(14) ...

ejkozan

(20);

henejkozan

(21);

dokozan

(22);

trikozan

(23) ...

triakontan

(30);

hentriakontan

(31);

dotriakontan

(32) ...

Wy ej podane nazwy odnosz si do alkanów prosto

cuchowych, czyli normalnych. Je eli

chcemy zaznaczy ten fakt to nazw poprzedzamy literk „n-„ pisan kursyw , np.:

n-butan

,

n-pentan

czy

n-nonan

. Przedrostek „n-„ mo e równie poprzedza wzór sumaryczny, np.:

n-

C

4

H

10

,

n-C

5

H

12

czy

n-C

9

H

20

.

CH

3

CH

2

CH

2

CH

3

CH

3

(CH

2

)

3

CH

3

CH

3

(CH

2

)

7

CH

3

butan (n-butan) pentan (n-pentan) nonan (n-nonan)

3

W

glowodorach rozga zionych podajemy nazwy

cuchów bocznych, które poprzedzaj

lokanty, czyli numery atomów w gla

cucha g ównego, z którymi zwi zane s

cuchy

boczne, np. nazwa

2-metylopropan

oznacza, e przy drugim atomie w gla propanu znajduje si

reszta metylowa, czyli CH

3

:

C

H

3

CH CH

3

CH

3

2-metylopropan

1

2

3

Izomery w glowodorów zawieraj cych do 5 atomów w gla mog by rozró niane za pomoc
specjalnych przedrostków: izo-, sec-, czy neo-, w skrócie i-, s- lub t-. Skrót izo- oznacza izomer
alkanu normalnego, sec- lub tert- odpowiednio obecno drugo- lub trzeciorz dowego atomu

gla, a neo-, „nowy” w stosunku do poprzednio znanego.

CH

3

CH

3

CH

2

CH

2

CH

3

CH

3

CHCH

3

butan
(n-butan)

izobutan
(2-metylobutan)

CH

3

CH

3

CCH

3

CH

3

CH

3

CHCH

2

CH

3

CH

3

CH

3

(CH

2

)

3

CH

3

pentan (n-pentan) izopentan (2-metylobutan) neopentan

(2,2-dimetylopropan)

Reszta alkanu po formalnym oderwaniu jednego atomu wodoru nosi nazw alkilu lub grupy
(reszty alkilowej) – to nie jest rodnik! Rodnik zawiera niesparowany elektron; alkil mo e by
rodnikiem je eli wyst puje w nim pojedynczy elektron, np.:

.

CH

3

–

rodnik metylowy

.

Nazw alkilu tworzy si z nazwy alkanu poprzez zamian przyrostku
„-an” na „-yl” lub „-il” (po spó

oskach g,k i l):

metyl

(CH

3

−

) od metanu,

etyl

(CH

3

CH

2

−

) od etanu,

propyl

(CH

3

CH

2

CH

2

−

) od propanu,

butyl

(CH

3

(CH

2

)

2

CH

2

−

) od

butanu,

izobutyl

[(CH

3

)

2

CHCH

2

−

] od izobutanu,

tert-butyl

od [(CH

3

)

3

C

−

] od tert-butylu,

I

pentyl

(CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

−

) od pentanu (nie zaleca si stosowanie dawnej nazwy

amyl

)

W nazwie

dekan

spó

oska „k” zostaje zamieniona na „c”, np.

decyl

(CH

3

(CH

3

)

8

CH

2

−

) od dekanu,

undecyl

(CH

3

(CH

3

)

9

CH

2

−

) od undekanu

Nomenklatura systematyczna wg IUPAC

Jednolite zasady nazywania zwi zków organicznych s bardzo wa ne, poniewa trzeba
jednoznacznie nazywa miliony indywiduów chemicznych. Tworzenie zasad nazewnictwa
(nomenklatury) zosta o powierzone Mi dzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej, w
skrócie IUPAC (ang. International Union of Pure and Appied Chemistry).

4

Propozycja ujednolicenia zasad nazewnictwa zwi zków organicznych zosta a wysuni ta ju w
1892 r. w Genewie, pó niej rozszerzona w 1930 r. w raporcie Komitetu Reformy S ownictwa
Chemii Organicznej przy Mi dzynarodowej Unii Chemii (IUP). Nad zasadami nomenklatury
zwi zków organicznych IUPAC pracuje w sposób ci

y. W Polsce Polskie Towarzystwo

Chemiczne (PTChem) powo

o w 1974 r. Komisj Nomenklaturow Chemii Organicznej,

której zadaniem jest dostosowanie polskich nazw do zasad IUPAC. Najwa niejsze ustalenia tej
Komisji zawarte s w opracowaniach pt.: Nomenklatura zwi zków organicznych, PTChem,
Warszawa 1992 i Przewodnik do nomenklatury zwi zków organicznych, PTChem, Warszawa
1994. Opublikowano te zalecenia tej komisji dotycz ce nazewnictwa wybranych grup
zwi zków, w tym w glowodanów, steroidów, rodników i jonów.

W nazwie zwi zku organicznego wyró nia si trzy cz ony

PRZEDROSTEK - RDZE - PRZYROSTEK

okre la: miejsce,liczb i liczb atomów C symbole grup funkcyjnych
nazw podstawnika (ów) w

cuchu g ównym

CH

3

-CH-CH-CH

2

-CH-CH

2

-OH

H

3

C

CH

2

CH

3

CH

3

6 5 4 3 2 1

rdze

grupa funkcyjna

podstawniki

lokanty

4-etylo-2,5-dimetyloheksa-1-ol

Nazwy podstawników znajduj si w przedrostku, a symbole grup funkcyjnych w przyrostku.

Nomenklatura alkanów rozga zionych wg IUPAC

Tworzenie nazwy rozga zionego alkanu rozpoczyna si od identyfikacji najd

szego

cucha,

który jako

cuch g ówny b dzie podstaw nazwy rdzenia.

CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

3

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

3

1 2 3 4 5 6

4 5 6 7 8

CH

3

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH

3

1 2 3

A

B

heksan oktan

A

i

B

nieprawid owo dobrane

cuchy g ówne

CH

3

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

3

4 3 2 1

5 6 7 8 9

C

prawid owo wybrany

cuch g ówny –

nonan

Rys. 2.4. Prawid owa nazwa w glowodoru

4-etylononan

5

Lokanty (liczby okre laj ce po

enie podstawników w

cuchu – numery atomów) nale y tak

przypisywa , eby podstawnik (grupa funkcyjna) otrzyma mo liwie najni sz warto . W
powy szym wzorze

C

, w którym numeracja atomów w gla jest prawid owa,

etyl

znajduje si

przy czwartym atomie w gla – lokant 4. Gdyby numeracj zacz

od drugiego ko ca, to

etyl

by by zwi zany z szóstym atomem w gla –

lokant 6

. Poniewa 4<6, to prawid owa nazwa tego

glowodoru brzmi

4-etylononan

, a nie

6-etylononan

.

Je eli w cz steczce wyst puj

rozga zienia drugiego i wy szych rz dów (rozga zienia z

rozga zie ), to te cz ci nazw podajemy w nawiasie lub kolejnych nawiasach, gdy rozga zie
jest wi cej:

H

3

C

CH

3

-CH-CH

3

CH

3

2 1

CH

3

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH-CH

2

CH

2

CH

2

-CH

3

H

3

C-CH-CH

2

-CH

2

CH-CH

2

-CH

3

CH

3

1 2 3 4 5 6 7 8

10 11 12 13

9

2

2 3

1

1

3

3-(1,1-dimetyloetylo)-6-(1-metylopropylo)-9-(3-metylobutylo)tridekan

Dla prostszych podstawników przyj to nazwy bez lokantów:

CH

3

-C-

CH

3

CH

3

CH

3

-CH-CH

3

CH

3

-CH-CH

2

-CH

3

CH

3

-CH-CH

2

-

CH

3

izopropyl

(

i-Pr

)

sec-butyl

(

sec-Bu izobutyl (izo-Bu

tert-butyl

lub

lub

s-Bu

)

lub

i-Bu

)

t-butyl, (t-Bu)

CH

3

-CH-CH

2

-CH

2

-

CH

3

CH

3

-C-CH

2

-

CH

3

CH

3

CH

3

-CH

2

-C-

CH

3

CH

3

izopentyl neopentyl

tert-pentyl

Stosuj c uproszczone nazwy krótkich rozga zionych grup alkilowych powy ej omawiany alkan
otrzymuje równie uproszczon nazw :

H

3

C

CH

3

-CH-CH

3

CH

3

2 1

CH

3

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH-CH

2

-CH

2

-CH-CH

2

CH

2

CH

2

-CH

3

H

3

C-CH-CH

2

-CH

2

CH-CH

2

-CH

3

CH

3

1 2 3 4 5 6 7 8

10 11 12 13

9

2

2 3

1

1

3

3-tert-butylo-6-sec-butylo-9-izopentylotridekan

6

Je eli we wzorze alkanu znajduje si kilka

cuchów bocznych, to atomy w gla w

cuchu

nale y tak ponumerowa , eby pierwsze rozga zienie otrzyma o najni szy z mo liwych
lokantów:

CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

3

5 6 7

CH

3

-CH

2

-CH-CH-CH

3

4

3

CH

2

2

1

CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

3

3 2 1

CH

3

-CH

2

-CH-CH-CH

3

4

5

CH

2

6

7

nieprawid owa

prawid owa

pierwsze rozga zienie
przy C4

pierwsze rozga zienie
przy C3

numeracja atomów C (przypisanie lokantów)

3-etylo-4-metyloheptan

Nazwy podstawników (

cuchów bocznych) zajmuj w nazwie zwi zku miejsca zgodnie z

kolejno ci alfabetyczn , przy czym bierze si pod uwag pierwsz liter podstawnika, a nie
liczebnika okre laj cego liczb tych podstawników, czy rz dowo atomów C, tzn.

etyl

b dzie

przed

dimetylem

, a

tert-butyl

przed

etylem

:

H

3

C-CH

2

-CH-CH-CH-CH

2

-CH

2

-CH-C(CH

3

)

3

CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

2

-CH

3

CH

3

5 6 7

9 10 11 12 13

8

2 3

4

1

CH

2

-CH

3

CH

3

8-tert-butylo-4-etylo-3,5-dimetylotridekan

Lokanty w prawid owo napisanej nazwie zwi zku umieszcza si przed nazw podstawnika. Po
lokancie lub przed i po, je eli znajduje si wewn trz nazwy, umieszcza si my lnik –

8-

, lub

-4-

.

Kolejne lokanty rozdziela si przecinkiem (

-3,5-

), a liczb takich samych podstawników okre la

si liczebnikiem aci skim (

di-

,

tri-

,

tetra-

,

penta-

,

heksa

-

, itd.).

ród a alkanów

ropa naftowa (du a ró norodno , od gazowych poprzez ciek e do sta ych);
gaz ziemny (metan – gaz suchy, metan + etan, propan i butan – gaz mokry);
hydrat metanu;

upki bitumiczne (zawieraj 10-15% zwi zków organicznych, wydobywa si je przez

wytlewanie);
produkty wytlewania w gla (niskotemperaturowa piroliza w gla kopalnego);
synteza chemiczna (dowolne w glowodory, stosowana w przemy le)

Frakcje ropy naftowej (tw.

o

C, zawarto atomów C w cz steczkach)

eter naftowy (30-40, C

5

-C

6

);

ligroina lub benzyna lekka (60-100, C

6

-C

7

)

benzyna lub gazolina (40-200, C

5

-C

10

); nafta lub paliwo odrzutowe (175-320, C

11

-C

18

)

olej nap dowy (paliwo dieslowe); olej lekki (o. opa owy) (>275, C

15

-C

25

)

mazut;

oleje smarowe (trudno lotne sk adniki); wosk parafinowy lub wazelina

asfalt lub gudron; koks naftowy

7

Emisja metanu (szacunkowa, mln ton)

Tabela 2.1.

ród a naturalne

ród a antropologiczne

torfowiska

i

mokrad a 100

byd o

i

inne

prze uwacze 75

oceany,

morza

i

jeziora 30

pola

ry owe

70

termity 30

przetwarzanie

biomasy 60

tundra

5

wysypiska

mieci

i

cieki 60

kopalnictwa

w glowe

30

gaz

ziemny

i

ropa

naftowa

(wydobycie i transport)

30

razem

165 (34%)

325 (66%)

CZNIE 490 mln ton

Hydrat metanu

Szcz tki organiczne s cz sto przetwarzane przez mikroorganizmy w

metan

. Ten proces zachodzi

w warunkach beztlenowych, np. na dnach zbiorników wodnych, takich jak stawy, mokrad a,
jeziora, morza i oceany. Na terenach podmok ych wydobywa si w postaci tzw. gazu b otnego.

Pod wysokim ci nieniem, np. na dnach oceanów na g boko ciach kilkuset metrów (w obszarach
umiarkowanych poni ej 500 m, w morzach arktycznych znacznie p ycej) CH

4

tworzy z wod

metastabilny, podobny do lodu

hydrat CH

4

.

6H

2

O

. Ocenia si , e z

a hydratu metanu zawieraj

oko o 15 mld ton metanu, tj. wi cej zwi zanego w gla ni z

a gazu ziemnego, ropy naftowej i

gla kamiennego razem wzi te. Pierwsz grudk hydratu metanu wydobyto na powierzchni z

dna oceanu w 1980 r., a dopiero w 1996 r. uda o si zgromadzi w termosach oko o 50 kg tej
substancji i podda j gruntownym badaniom.

Leki wzrost temperatury wody nad z

em

hydratu metanu

powoduje jego rozk ad i uwalnianie

gazowego

metanu

, który porywa ze sob kawa ki hydratu, przyspieszaj c jego rozk ad. Z 1 cm

3

hydratu metanu

wydobywa si 164 cm

3

gazowego

metanu

. Udokumentowano w druj ce ku

powierzchni bloki hydratu wielko ci samochodu. Gwa towny rozk ad du ych ilo ci hydratu
metanu mo e spowodowa ogromne fale tsunami. Oko o 8000 lat temu 5 600 km

3

brzegu

Norwegii osun o si do morza przypuszczalnie z powodu destabilizacji hydratu metanu
cementuj cego przybrze ne dno.

W wielu miejscach na dnach mórz i oceanów znajduj si ogromne kratery o powierzchni
kilkudziesi ciu km

2

i g boko ci kilkudziesi ciu metrów, powsta e w wyniku wybuchowego

rozk adu du ych pok adów hydratu metanu. Hydrat metanu jest równie istotn przyczyn
zwi kszania efektu cieplarnianego, poniewa metan jest 20 razy aktywniejszy ni CO

2

w

poch anianiu ciep a. S przypuszczenia, e okresowe, znaczne ocieplenia na ziemi mog y by
spowodowane uwolnieniem do atmosfery du ych ilo ci metanu z jego hydratu.

Hydrat metanu jest palny. Pali si czerwonym p omieniem, a po spaleniu pozostaje woda. Ma
budow klastratu, zawieraj cego cz steczk metanu otoczonego 6 cz steczkami wody. W
hydracie obok metanu wyst puje w niewielkich ilo ciach siarkowodór (1-2%), etan i amoniak.

a hydratu metanu zasiedlone s mikroorganizmami, które przetwarzaj metan w CO

2

,

8

czerpi c z tego energi

yciow . Z CO

2

wytwarza si w glan wapnia inkrustuj cy z

a hydratu.

Zalegaj ce na dnach mórz i oceanów ska y w glanowe maj cz ciowo to samo pochodzenie.

Obecne mo liwo ci technologiczne nie pozwalaj na przemys owe pozyskiwanie metanu ze z
jego hydratu. ( wiat Nauki, 2000 (02) str. 38-47, (04) str. 13-14.

Synteza alkanów

Uwodornienie alkenów lub alkinów

kat. (Pt,Pd lubNi) kat.

C

n

H

2n

+ H

2

→

C

n

H

2n+2

C

n

H

2n-2

+ 2 H

2

→

C

n

H

2n+2

Hydroliza zwi zków Grignarda

eter HOH

CH

3

Cl + Mg

→

CH

3

MgCl

→

CH

4

chlorek metylu chlorek metylomagnezowy metan

Redukcja halogenków alkilowych

kat.

C

n

H

2n+1

Cl + H

2

→

C

n

H

2n+2

+ HCl C

n

H

2n+1

Cl + Zn + H

+

→

C

n

H

2n+2

+ Zn

+

+ Cl

-

Reakcja Wurtza

2 C

4

H

10

Cl + 2 Na

→

C

8

H

18

+ 2 NaCl

chlorek n-butylu

n-oktan

Wykorzystanie odczynników Gilmana

C

3

H

7

Cl + 2 Li

→

C

3

H

7

Li + LiCl

propylolit

C

6

H

13

Cl

2 C

3

H

7

Li + CuI

→

(C

3

H

7

)

2

CuLi

→

C

9

H

20

+ C

3

H

7

Li + LiCl

propylolit dipropylomiedzian(I) litu nonan

(odczynnik Gilmana)

Redukcja aldehydów i ketonów

a/ reakcja Clemmensena

b/ reakcja Wolffa-Ki nera

H

+

/HOH KOH

RCOR + Zn(Hg)

→

RCH

2

R

RCOR + H

2

NNH

2

→

RCH

2

R + N

2

+ HOH

9

ciwo ci fizyczne alkanów

Temperatura wrzenia (tw.)

Alkany od C

1

÷

C

4

i rozga ziony

neopentan

– (CH

3

)

4

C – s gazami w temperaturze pokojowej;

ich tw. s nast puj ce [

o

C]:

metan

−

-162;

etan

−

-88,5;

propan

−

-42;

izobutan

−

-12;

butan

– 0;

neopentan

– 9, 5

Alkany od

n-pentanu

(tw. 36

o

C) i

izopentanu

(tw. 28

o

C) do

n-hepta-dekanu

(tw. 302

o

C, a tt.

22

o

C) s cieczami. Rozga zienia obni aj temperatur wrzenia izomerów.

Za wyj tkiem kilku ni szych alkanów temperatury wrzenia w glowodorów zwi kszaj si o
oko o 20

÷

30

o

C przy wzro cie

cucha o grup CH

2

.

Temperatura topnienia alkanów ro nie wraz z ich mas cz steczkow , ale nie tak regularnie jak
temperatura wrzenia. Rozga zienia obni aj tt. izomerów. Równie domieszki innych zwi zków
obni aj tt. w glowodorów. Od

n-oktadekanu

(tt. 28

o

C) zaczynaj si cia a sta e. Sta e

glowodory to parafina, a wy sze ciek e – olej parafinowy.

Temperatury topnienia i wrzenia wybranych alkanów Tabela 2.2.

Nazwa alkanu

Wzór

tt. [

o

C]

tw.

[

o

C]

metan

CH

4

-183

-162

etan

CH

3

CH

3

-172

-88,5

propan

CH

3

CH

2

CH

3

-187

-42

n-butan

CH

3

(CH

2

)

2

CH

3

-138

0

izobutan

(CH

3

)

2

CHCH

3

-159

-12

n-pentan

CH

3

(CH

2

)

3

CH

3

-130

36

izopentan

(CH

3

)

2

CHCH

2

CH

3

-160

28

neopentan

(CH

3

)

4

C

-17

9,5

n-heksan

CH

3

(CH

2

)

4

CH

3

-95

69

izoheksan

(CH

3

)

2

CH(CH

2

)

2

CH

3

-154

60

3-metylopentan

CH

3

CH

2

CH(CH

3

)CH

2

CH

3

-118

63

2,2-dimetylobutan

(CH

3

)

3

CCH

2

CH

3

-98

50

2,3-dimetylobutan

(CH

3

)

2

CHCH(CH

3

)

3

-129

58

n-heptan

CH

3

(CH

2

)

5

CH

3

-90,5

98

n-oktan

CH

3

(CH

2

)

6

CH

3

-57

126

n-nonan

CH

3

(CH

2

)

7

CH

3

-54

151

n-dekan

CH

3

(CH

2

)

8

CH

3

-30

174

n-undekan

CH

3

(CH

2

)

9

CH

3

-26

196

n-dodekan

CH

3

(CH

2

)

10

CH

3

-10

216

n-tridekan

CH

3

(CH

2

)

11

CH

3

-6

234

n-tetradekan

CH

3

(CH

2

)

12

CH

3

5,5

252

n-pentadekan

CH

3

(CH

2

)

13

CH

3

10

266

n-heksadekan

CH

3

(CH

2

)

14

CH

3

18

280

n-heptadekan

CH

3

(CH

2

)

15

CH

3

22

292

n-oktadekan

CH

3

(CH

2

)

16

CH

3

28

308

n-nonadekan

CH

3

(CH

2

)

17

CH

3

32

320

n-ejkozan

CH

3

(CH

2

)

18

CH

3

36

220

30mmHg

10

Rozpuszczalno
Alkany s bardzo hydrofobowe, nie mieszaj si z wod , nie s zwil ane przez wod i s w niej
nierozpuszczalne. atwo rozpuszczaj si w niepolarnych, niskopolarnych i redniopolarnych
rozpuszczalnikach organicznych. W metanolu rozpuszczaj si w ograniczonym zakresie; przy
wi kszych st eniach nast puje rozdzielenie si warstw. W etanolu ni sze alkany rozpuszczaj
si

atwo, wy sze s abiej. Mieszanki paliwowe zawieraj ce etanol jako dodatek (biopaliwo)

rozwarstwiaj si pod wp ywem wody, dlaczego?

sto
sto alkanów waha si oko o 0,8 g/cm

3

, s wi c l ejsze od wody.

Palno
Wszystkie w glowodory, a wi c i alkany s

atwopalne. Gazowe w glowodory i pary

glowodorów tworz mieszanki wybuchowe z powietrzem.

Zapach
Gazowe i lotne ciek e alkany maj zapach benzynowego rozpuszczalnika do farb i lakierów.
Benzyna – paliwo silnikowe ma zapach zmieniony obecno ci dodatków uszlachetniaj cych.
Sta e i wysokowrz ce ciek e w glowodory s bez zapachu i bez smaku.

ciwo ci chemiczne alkanów

(reaktywno )

Alkany s ma o reaktywne. W pewnych warunkach mog jednak reagowa gwa townie.

Reakcje alkanów:

spalanie;
z fluorem reaguj wybuchowo (nawet w ciemno ciach i w niskich temperaturach);
chlorowanie i bromomowanie wymaga inicjacji;
rozk adaj si pod wp ywem wysokiej temperatury (piroliza, kraking, izomeryzacja),
sulfonowanie, nitrowanie,
wchodz tak e w reakcj z bardzo reaktywnymi odczynnikami, takimi jak HF

.

SbF

5

czy

FSO

3

.

SbF

5

(kwas magiczny).

Spalanie

C

n

H

2n+2

+ O

2

(nadmiar)

→

n CO

2

+ (n + 1) HOH

n-C

5

H

12

+ 8 O

2

→

5 CO

2

+ 6 HOH - 3 538 kcal

Pó spalanie

CH

4

+ O

2

+ HOH

→

2 CO + H

2

gaz syntezowy

Zamiast metanu u ywa si olei odpadowych, wy szych frakcji naftowych, mazutu, asfaltu, a nawet w gla
kamiennego czy koksu.

Niepe ne spalanie

CH

4

+ 1,5 O

2

→

HCOOH + HOH

kwas mrówkowy

11

4 CH

4

+ O

2

→

C

2

H

2

+ 2 CO + 7 H

2

etyn

(g ówna frakcja)

Bromowanie

CH

3

CH

2

CH

3

+ Br

2

h

ν

lub

∆

CH

3

CHBrCH

3

+ HBr

Kraking termiczny

450

o

C

RCH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

3

→

RCH

2

CH

3

+ CH

2

=CHCH

3

katalizator glinokrzemianowy

Hydrokraking

450

o

C

C

14

H

30

+ H

2

→

C

9

H

20

+ CH

4

+ C

2

H

6

+ C

3

H

8

+ ..........

15 Mpa, kat. glinokrzem

.

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

(CH

2

)

5

CH

3

90-120

o

C

2 Mpa, AlCl

3

CH

3

-CH-CH-CH

3

n-heptan

2,2,3-trimetylobutan

Izomeryzacja

CH

3

CH

2

CH

3

+ HNO

3

CH

3

CH

2

CH

2

NO

2

(25%)

+

CH

3

CHNO

2

CH

3

(40%)

+

CH

3

CH

2

NO

2

(10%)

+

CH

3

NO

2

(25%)

Nitrowanie

1-nitropropan

2-nitropropan

nitroetan

nitrometan

Chlorosulfonowanie

15-35

o

C 80

o

C

Alk-H + SO

2

+ Cl

2

→

Alk-SO

2

Cl

→

Alk-SO

3

Na

- HCl NaOH/HOH

mersole mersolany

Sulfoutlenianie

25-30

o

C

C

n

H

2n+1

CH

2

CH

2

C

m

H

2m+1

+ SO

2

+ 0,5 O

2

→

C

n

H

2n+1

CHCH

2

C

m

H

2m+1

h

ν

, 300 nm

I

SO

3

kwas alkanosulfonowy

12

Cykloalkany

(w glowodory alicykliczne)

cuchy w glowodorowe mog zamyka si w pier cienie tworz c zwi zki cykliczne.

Cykloalkany niepodstawione z

one s z powtarzaj cych si elementów –CH

2

-, tak wi c ich

wzór sumaryczny mo na przedstawi jako (CH

2

)

n

lub C

n

H

2n

, przy czym literk „c” zaznaczmy,

e s to zwi zki cykliczne: c(CH

2

)

n

. Cz sto przedstawiane s one za pomoc wieloboków

foremnych:

cyklopropan cyklobutan cyklopentan cykloheksan cykloheptan

Rys. 2. 5. Wzory cykloalkanów; w ka dym w le znajduje si element –CH

2

–

Nomenklatura

Nazwy cykloalkanów tworzy si od nazw alkanów zawieraj cych tak sam liczb atomów

gla przez dodanie przedrostku „cyklo”, np.

cyklopropan

,

cyklobutan

, ...

cyklodekan

, itd. W

nazwie wymienia si podstawniki przy czone do pier cienia zaznaczaj c miejsca przy cze
mo liwie najni szymi lokantami, przy czym suma lokantów powinna przyjmowa najni sz z
mo liwych warto :

CH

2

CH

C

H

2

CH

3

C

H

2

C

H

2

C

H

2

C

H

CH

2

C

H

C

4

H

9

C

2

H

5

CH

3

C

2

H

5

C

3

H

7

metylocyklopropan 2-etylo-1-metylo-3- 1-butylo-3-etylo-

-propylocyklopentan cykloheksan

Znane s cykloalkany dicykliczne i policykliczne. Ich nazwy zaczynaj si od podania liczby
pier cieni: bicyklo-, tricyklo-, itd. Nast pnie w nawiasach kwadratowych podaje si liczby
atomów w gla (oddzielone kropkami, np. [2.2.1]) w poszczególnych mostkach, tj.

cuchach

glowych od mostka do mostka (pomi dzy atomami przyczó kowymi), po czym znajduje si

nazwa rdzenia wynikaj ca z liczby atomów w gla tworz cych cz steczk :

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

8

bicyklo[2.2.1]heptan bicyklo[2.2.2]oktan tricyklo[2.2.2.0

2,6]

heptan

(

norbornan

) (

nortricyklan

)

Uk ad numeruje si zaczynaj c od jednego atomu przyczó kowego, przez najd

szy mostek do

drugiego atomu przyczó kowego, nast pnie z powrotem do pierwszego atomu przyczó kowego
przez kolejny najd

szy jeszcze nie numerowany mostek; te dwa mostki s uznawane za g ówny

13

pier cie uk adu (na Rys. od C1-C6). Nazw ko czy przypisanie lokantów kolejnemu mostkowi
– 0

2,6

. Dla tego mostka numeracj zaczyna si te od pierwszego atomu przyczó kowego.

Zwi zki policykliczne s tak fascynuj ce, e zsyntezowano wiele specyficznych struktur, których
nazwy oddaj ich kszta t, np.:

kuban adamantan basketan

Wyst powanie i otrzymywanie

Cykliczne alkany raczej nie wyst puj w naturze, natomiast w wielu zwi zkach naturalnych
znajduj si alicykliczne ugrupowania:

CH

3

H

H

C

H

3

COOH

COOH

NH

2

CH

2

CH

COOH

NH

2

CH

hipoglicyna A

kwas chryzantemowy

wyst puje w owocach

kw. 1-aminocyklopropano-

naturalny pestycyd

karboksylowy

, prekursor etenu,

czynnika przyspieszaj cego
dojrzewanie owoców

Pi ciocz onowe pier cienie znajduj si w prostaglandynach (hormonach tkankowych) i
hormonach p ciowych, np. w

estrodiolu

:

OH

O

OH

H

H

OH

H

O

O

H

H

OH

H

H

Rys. 1.

Prostaglandyna E

1

(PGE

1

)

estradiol

Otrzymywanie cykloalkanów

Naj atwiej otrzymuje si pi ciocz onowe i sze ciocz onowe cykliczne zwi zki organiczne, w tym
cykloalkany. Zarówno mniejsze (trój- i czterocz onowe), jak i wi ksze (od siedmiocz onowego w
wzwy ) powstaj z mniejsza wydajno ci .

Cyklizacja dihalogenoalanów

(eliminacja halogenów z oligometylenów za pomoc metali)

CH

2

Cl

CH

2

Cl

CH

2

CH

2

H

2

C

H

2

C

+ Zn

CH

2

-CH

2

-Br

CH

2

-CH

2

-Br

H

2

C

+

2

Na

1,3-dichloropropan

cyklopropan 1,5-dibromopentan

cyklopentan

14

Znane s sposoby otrzymywania pochodnych cykloalkanów, które nast pnie mo na
przeprowadzi w w glowodory. Sole wapniowe kwasów 1,6-heksanowego lub 1,7-heptanowego
w trakcie dekarboksylacji przekszta caj c si w odpowiednie ketony. Ketony redukuje si do
alkanów znanymi metodami, np. metod Clemmensena). W ten sposób nie da si otrzyma trój-
ani czterocz onowych pier cieni.

CH

2

-CH

2

-COO

CH

2

-CH

2

-COO

O

H

2

C

-

-

Ca

2+

Zn(Hg)

+

H

3

O

∆

pimelinian wapnia cykloheksanon cykloheksan

ciwo ci fizyczne

Cyklopropan

i

cyklobutan

w temperaturze pokojowej s gazami; ich temperatury wrzenia

wynosz odpowiednio – 33,3 i 12,9

o

C. Od

cyklopentanu

do

cyklodekanu

to ciecze, a wy sze

cia a sta e. Podobnie jak alkany s hydrofobowe, tworz mieszanki wybuchowe z powietrzem i
nale do substancji atwopalnych.

ciwo ci chemiczne

Cyklopropan
Cyklopropan

i

cyklobutan

ró ni si reaktywno ci od wy szych homologów cykloalkanów.

ciwo ci chemiczne od

cyklopentanu

wzwy s bardzo zbli one do alkanów, natomiast

cyklopropan

i

cyklobutan

zachowuj si w niektórych reakcjach jak zwi zki nienasycone, tzn.

ulegaj reakcjom addycji z równoczesnym otwarciem pier cienia:

Y

Y

CH

2

-CH

2

CH

2

Z

Y

CH

2

-CH

2

CH

2

Z

Y

H

2

C

CH

2

CH

2

Z

addycja
elektrofilowa

addycja
rodnikowa

H

2

C

CH

2

CH

2

Z

Rys. 2.6. Addycja do cyklopropanu z równoczesnym rozerwaniem pier cienia mo e biec mechanizmem
elektrofilowym, np. z Cl

2

/FeCl

3

lub rodnikowym, np. z chlorem czy bromem w obecno ci wiat a

Do rodnikowego przy czenia bromu dochodzi pod wp ywem wiat a:

+ Br

2

h

ν

Br-CH

2

-CH

2

-CH

2

-Br

1,3-dibromopropan

Elektrofilowe przy czenie chloru dokonuje si w obecno ci chlorku elaza:

+ Cl

2

FeCl

3

Cl-CH

2

-CH

2

-CH

2

-Cl

1,3-dichloropropan

15

Addycja jodowodoru nast puje w podwy szonej temperaturze:

+ HI

∆

I-CH

2

-CH

2

-CH

2

-I

1,3-dijodopropan

Cyklopropan

rozrywa si równie pod wp ywem kwasu siarkowego:

+ H

2

SO

4

CH

3

-CH

2

-CH

2

-OH

n-propanol

st

ony

Uwodornienie

cyklopropanu

równie otwiera pier cie :

+ H

2

CH

3

-CH

2

-CH

3

80

o

C

Ni

n-propan

Cyklobutan

jest mniej aktywny w tego typu reakcjach, nie ulega rozerwaniu pod wp ywem

chloru, bromu ani halogenowodorów. Jego uwodornienie nast puje dopiero w temperaturze
120

o

C. Jeszcze mniej reaktywne s wy sze cykloalkany;

cyklopentan

otwiera si w reakcji z

wodorem dopiero powy ej 300

o

C.

Jaka jest przyczyna takich ró nic w reaktywno ci podobnych zwi zków? Wed ug starszej
hipotezy utworzenie pier cieni trój- i czterocz onowych wymaga zniekszta cenia wi za ,
wygi cia ich w taki sposób, e k t tetraedryczny (109,5

o

), typowy dla atomów C

zhybrydyzowanych sp

3

, zostaje zmniejszony odpowiednio do 60

o

lub 90

o

. Taka zmiana wymaga

energii, o warto której zmniejsza si energia wi za . Obrazowo takie wi zania nazywane s
napr onymi (od napr onej spr yny). Os abione wi zania atwiej ulegaj rozerwaniu, a do
uwolnionych atomów C przy cza si reagent.

H

H

H

H

H

H

60

o

H

H

H

H

H H

H

H

90

o

C

H

3

CH

3

H

H

C

109,5

o

Rys. 2. 7. Utworzenie mniejszych pier cieni wymaga zmniejszenia k ta tetraedrycznego pomi dzy wi zaniami C

−

C,

a to obni a energi tych wi za

Zgodnie z teori orbit molekularnych (MO) w ma ych pier cieniach energia wi za C

−

C jest

mniejsza poniewa orbitale atomowe tworz ce wi zanie

σ

nie nak adaj si osiowo, lecz pod

pewnym pod k tem, a tym samym stopie na

enia (ca ka pokrycia) jest mniejsza.

Rys. 2. 8. Osiowe nak adanie si orbital sp

3

(a) i pod zmniejszonym k tem w cyklopropanie (b)

Energia wewn trzna

cyklopropanu

obliczona na podstawie ciep a spalania jest o 8,8

kcal/równowa nik –CH

2

– wy sza ni w strukturze ca kowicie beznapi ciowej –

cykloheksanie

czy w alkanach alifatycznych. Ze spalanie równowanika –CH

2

– niezale nie z jakiego

glowodoru pochodzi uzyskuje si mol CO

2

i mol HOH, ró nica warto ci wydzielonego ciep a

16

spalania (

∆

H) odzwierciedla energi wewn trzn cz steczki ulegaj cej spalaniu. Im wi ksza

warto

∆

H, tym mniejsza energia wewn trzna cz steczki (zwi zek bardziej stabilny), a to

oznacza, e wi zania C-C (g ównie) s silniejsze.

–CH

2

– + 3/2 O

2

→

CO

2

+ HOH + ciep o

(

∆

H

CH2

dla uk adu beznapi ciowego = 157,4 kcal)

Tabela 2.3.

Alkan

wzór

∆

H,

kcal/mol

∆

H

CH2

,

kcal/mol

∆

H

CH2

– 157,4

Ró nica energii

wew. kcal/mol

cyklopropan

c(CH

2

)

3

499,8 166,6

9,2

27,6

cyklobutan

c(CH

2

)

4

655,8 163,9

6,5

26,0

cyklopentan

c(CH

2

)

5

793,6 158,7

1,3

6,5

cykloheksan

c(CH

2

)

6

944,5 157,4

0

0

n-heksan

CH

3

(CH

2

)

4

CH

3

944,4 157,4

0

0

cykloheptan

c(CH

2

)

7

1108

158,3

0,9

6,3

cyklooktan

c(CH

2

)

8

1268,8 158,6

1,2

9,6

cyklononan

c(CH

2

)

9

1428,3 158,7

1,3

11,7

cyklodekan

c(CH

2

)

10

1586

158,6

1,2

12,0

cyklopentadekan

c(CH

2

)

15

2362

157,5

0,1

~ 0

cykloheptadekan

c(CH

2

)

17

2672

157,2

-0,2

~ 0

Konformacja

cyklopropanu

jest ustalona i nie ulega przemianom podobnym jak zwi zkach

cuchowych, gdzie mo liwy jest swobodny obrót wokó pojedynczych wi za C

−

C. W

cyklopropanie

obrót wokó takiego wi zania spowodowa by jego rozerwanie.

Rys. 2. 9. Modele cz steczki

cyklopropanu

(a) i jej Modele cz steczki cyklobutanu (a) i jej rzuty. Konformacja

rzuty (b i c). U

enie atomów wodoru na s siadu- cz steczki

cyklobutanu

jest ustalona. Atomy wodoru na

cych atomach w gla jest naprzeciwleg e (c); s siaduj cych atomach w gla uk adaj si naprzemianlegle

W

cyklopentanie

t wewn trzny pi cioboku foremnego (108

o

) ma warto zbli on do warto ci

ta tetraedrycznego, tak wi c p aska cz steczka

cyklopentanu

powinna by bez napi ciowa.

Jednak ciasno upakowane atomy w cz steczce cyklopentanu odpychaj si , deformuj j . Przez
to nie jest ona zupe nie p aska, ale za to energia wewn trzna cyklopentanu jest tylko o 1,3
kcal/równowa nik –CH

2

– wy sza ni w strukturach ca kowicie beznapi ciowych.

Cykloheksan

ciwo ciami chemicznymi przypomina raczej alkany alifatyczne ni ni sze

cykloalkany. Jego pier cie nie jest p aski. Dzi ki mo liwo ci zachowania swobodnego obrotu

17

wokó wi za C

−

C cz steczka przyjmuje konformacje zapewniaj ce k t tetraedryczny pomi dzy

wi zaniami poszczególnych atomów w gla. Takich konformacji mo e by bardzo du o. Po ród
nich wyró nia si konformacje kra cowe: krzes ow , pó krzes ow , ódkow i skr conej ódki.
Ró ni si one trwa

ci . Najbardziej trwa a (o najni szej energii) jest konformacja

ódkowa (schemat). Rzeczywista cz steczka

cykloheksanu

jest mieszanin konformerów

cych w stanie równowagi dynamicznej. Udzia ich w ca ej populacji jest proporcjonalny do

ich trwa

ci. Przej cie pomi dzy poszczególnymi konformerami dokonuje si poprzez obrót

wokó C

−

C wi za .

Schemat 2. 10. Zale no energii potencjalnej cykloheksanu od konformacji cz steczki

Wzór szkieletu w glowego konformeru krzes owego

cykloheksanu

przedstawiany jest tak jak na

schemacie lub (cz ciej) w uk adzie przypominaj cym krzes o z oparciem i podnó kiem:

Rys. 2. 11. Schematycznie przedstawiony szkielet w glowy cz steczki cykloheksanu w konformacji krzes owej

Rys. 2. 12 Modele cz steczki cykloheksanu Rys. 2. 13. W cz steczce

cykloheksanu

mo na wyró ni

dwa elementy n-butanowe o konformacji synklinalnej:
C6, C1, C2, C3 i drugi C3, C4, C5 i C6.

Warto zwróci uwag na dwie po ówki cz steczki

cykloheksanu

, maj one taka sam

konformacj jak konformer synklinalny

n-butanu

. Jest to widoczne na rysunku:

Atomy wodoru zwi zane z tym samym atomem w gla w cz steczce cykloheksanu nie s
równocenne; wi zanie jednego jest osiowe (równoleg e do pionowej osi cz steczki), a drugiego
jest lekko odchylone od p aszczyzny cz steczki. Ten pierwszy atom wodoru nazywa si
aksjalnym, za ten drugi ekwatorialnym. W cz steczce cykloheksanu znajduje si 6 aksjalnych i
6 ekwatorialnych atomów wodoru.

18

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

cz steczki

aksjalny

ekwatorialny

Rys. 2. 14. Aksjalne i ekwatorialne atomy wodoru

Wi kszy podstawnik ni atom wodoru (np. metyl) zajmuj cy pozycj aksjaln odpycha si
wzajemnie nawet z atomami wodoru, przez co konformer, w którym wi kszy podstawnik
zajmuje pozycj aksjaln jest mniej trwa y od tego z du ym podstawnikiem w pozycji
ekwatorialnej. Oba konformery znajduj si w równowadze dynamicznej.

CH

3

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

CH

3

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Rys. 2. 15. Równowaga dynamiczna pomi dzy konformerami krzes owymi z grup metylow w po

eniu

aksjalnym (a) i ekwatorialnym (e)

Du y podstawnik w pozycji akcjalnej odpycha si równie z grup –CH

2

– przy C3. Jest to

podobny destabilizuj cy uk ad jak w synklinalnej konformacji

n-butanu

.

CH

3

C

H

3

CH

3

CH

3

1

2

3

4

5

6

1

3

5

6

grupa metylowa aksjalnie

n-butan

w konformacji

zwi zana z

cykloheksanem

synklinalnej

CH

3

C

H

3

CH

3

CH

3

1

2

3

4

5

6

1

3

5

6

grupa metylowa ekwatorialnie

n-butan

w konformacji

zwi zana z

cykloheksanem

naprzemianleg ej

Rys. 2. 16. Porównanie konformacji cz steczek

cykloheksanu

i

n-butanu

Izomeria cis-trans dipodstawionych cykloalakanów

Dipodstawione cykloalkany niezale nie od wielko ci pier cienia mog wyst powa w postaci
dwóch izomerów cis lub trans. W izomerze cis oba podstawniki znajduj si po tej samej stronie
pier cienia, a w trans po stronach przeciwnych. W pier cieniach p askich (3-5 cz onowych) nie
ma problemu z okre leniem izomeru.

19

H

C

H

3

H

CH

3

H

H

C

H

3

H

CH

3

H

C

H

3

H

H

H

CH

3

C

H

3

H

H

H

CH

3

H

H CH

3

H

H

CH

3

H

H CH

3

H

CH

3

H

3

C

H

3

C

H

3

C

H

3

C

1,2-dimetylocyklopropan 1,3-dimetylocyklobutan

cis trans cis tras

Rys. 2. 17. Stereoizomery

1,2

-

dimetylocyklopropanu

i

1,2

-

dimetylocyklobutanu

H

CH

3

H

H

H

H

H

H

C

H

3

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

H

3

CH

3

cis-1,2-dimetylocyklopentan

trans-1,2-dimetylocyklopentan

tw. [

o

C] 99,5 91,9

Rys. 2. 18. Stereoizomery

1,2-dimetylocyklopentanu

Stereoizomery cis-trans s ró nymi zwi zkami, ró ni si w

ciwo ciami fizycznymi i

chemicznymi. W tabeli 1. podane s temperatury wrzenia i topnienia czterech izomerów

dimetylocykloheksenu

i dwóch izomerów

1,2-dichlorocykloheksenu

.

Wybrane w

ciwo ci fizyczne niektórych dipodstawionych izomerów cykloheksanu Tabela. 2. 3.

Pochodne cykloheksanu

Stereoizomer

tt. [

o

C]

tw. [

o

C]

1,2-dimetylo-

cis

-50

130

1,2-dimetylo-

trans

-89

124

1,3-dimetylo-

cis

76

120

1,3-dimetylo-

trans

-90

123

1,2-dichloro-

cis

-6

93

22 a

1,2-dichloro-

trans

-7

75

16 a

a

– ci nienie w mm s upa Hg, przy jakim oznaczono temperatur wrzenia

Cz steczka

cykloheksanu

nie jest p aska, dlatego te zaliczenie jego dipochodnych do izomeru

cis lub trans mo e pocz tkowo sprawia trudno ci. Jako odniesienie trzeba bra p aszczyzn
pier cienia przechodz

przez jego rodek – p aszczyzn prostopad do pionowej osi

cz steczki. W pochodnych

dicykloheksanu

rozró nia si takie, w których podstawnik

przy czony jest akcjalnie (a) lub ekwatorialnie (e). Dipodstawione pochodne cykloheksanu
mog by zatem zwi zane w sposób a,a lub e,e (izomery trans) oraz a,e lub e,a (izomery cis).
Izomery a,a i e,e s z sob w stanie równowagi dynamicznej, podobnie jak izomery a,e i e,a.

20

H

CH

3

H

CH

3

CH

3

H

H

C

H

3

H

CH

3

CH

3

H

H

CH

3

H

C

H

3

cis-1,4-dimetylocykloheksan

konformer

a,e (aksjalno-ekwatorialny) e,a (ekwatorialno-aksjalny)

trans-1,4-dimetylocykloheksan

konformer

a,a (diaksjalny) e,e (diekwatorialny)

Rys. 2. 19. Równowaga konformacyjna dipochodnych cykloheksanu

Du e podstawniki, takie jak brom czy tert-butyl z regu y zajmuj pozycje ekwatorialn ,
wymuszaj c w ten sposób konformacj pier cienia cykloheksanowego.

CH

3

H

H

H

H

H

H

H

(CH

3

)

3

C

H

H

H

H

H

H

H

H

CH

3

H

H

H

H

H

(CH

3

)

3

C

cis: ekwatorialno-akcjalna akcjalno-ekwatorialna

H

H

H

H

H

H

CH

3

H

(CH

3

)

3

C

H

H

H

CH

3

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

(CH

3

)

3

C

trans: ekwatorialno-ekwaterialna akcjalno-aksjalna

Rys. 2. 20. Stabilna konformacja

1-tert-butylo-4-metylocykloheksanu