Alkany (parafiny)

Otrzymywanie (przemysł)

   Metoda Fischera – Tropscha

CO + H

2

→ CH

4

+ H

2

O (kat., ∆T)

Wyższe alkany (C2-C4) spotykamy również w gazie ziemnym.

Alkany ciekłe są głównymi składnikami ropy naftowej, a alkany

stałe-wosku ziemneg towarzyszącego złożom ropy naftowej.

Wzór ogólny C

n

H

2n+2

; końcówka nazwy: -an

Ułożone są w szeregu homologicznym, różniącym się o stały element

–CH

2

–.

Otrzymywanie alkanów

(laboratorium)

1.    Uwodornienie alkenów

C

n

H

2n

+ H

2

→ C

n

H

2n+2

(katalizator)

2.    Reakcja Wurtza

2 R–X + 2 Na → R–R + 2 NaX

R = alkil (CH

3

–, C

2

H

5

–, …)

X = chlorowiec (Cl, Br…)

3.     Redukcja halogenków alkilów poprzez związki
metaloorganiczne
(odczynniki Grignarda)

R–X + Mg → R–MgX rozpuszczalnik Et-O-Et

R–MgX + H

2

O → R–H + Mg(OH)X

R–X + R’–X + 2 Na → R–R’ + 2 NaX

R’ = alkil (CH

3

-, C

2

H

5

-, …) różny od R

Reakcje alkanów

1.    Halogenowanie – najważniejsza reakcja alkanów, ma charakter
rodnikowy.

Promieniowanie ultrafioletowe dostarcza w niej energii niezbędnej

do

rozerwania wiązań.

X = chlorowiec. Reaktywność Cl

2

> Br

2

> J

2

.

Łatwość tworzenia rodników 3°>2°>1°

Cl

2

h

2 Cl•

inicjacja

propagacja

Cl• + CH

4

CH

3

Cl + H•

H• + Cl

2

HCl + Cl•

CH

4

+ Cl

2

h

CH

3

Cl + HCl

2.    Utlenianie

Np. metanu:

CH

4

+ O

2

→ CO

2

+ 2H

2

O

Alkeny(olefiny)

Węglowodory zawierające podwójne lub potrójne wiązanie w cząsteczce są to
węglowodory nienasycone. Węglowodory z wiązaniem podwójnym nazywamy
alkenami.
Wzór ogólny alkenów C

n

H

2n

(identyczny wzór mają również cykloalkany).

Słownictwo:

Podstawowy łańcuch węglowy zawiera zawsze wiązanie podwójne oznaczone
przyrostkiem –en
Lokant określający położenie podwójnego wiązania winien być najniższy.

CH

3

–CH–CH

2

–CH=CH–CH

3

(2-heksen , heks-2-en)

Wiązanie podwójne ma pierwszeństwo przed potrójnym. Gdy jest kilka wiązań
podwójnych

stosujemy

końcówkę -dien, -trien.

CH

2

=CH–C≡C–CH=CH

2

heksa-1,5-dien-3-yn (1,5-heksadien-3-yn)

Otrzymywanie alkenów

1. Eliminacja halogenków alkanów (E 2) (X-

chlorowiec):

C C

C C

X

H

KOH

etanol

HX

+

C C

C C

H

OH

H

2

O

+

T

katalizator

C C

C C

Pd lub Ni

H

2

2. Odwodnienie alkoholi:

3. Redukcja alkinów:

Reakcje alkenów

Najbardziej charakterystyczna dla alkenów jest reakcja

addycji

elektrofilowej.

Przebiega ona wg schematu:

C C

C

+

C

H

C C

X

H

H

+

X

W pierwszym etapie reakcji następuje przyłączenie do alkenu czynnika

elektrofilowego (protonu). Chmura elektronowa z wiązania podwójnego jest łatwo
dostępna. W wyniku tego wytworzone zostaje wiązanie CH.

Atom węgla, w którym występuje niedobór elektronów uzyskuje ładunek

dodatni – powstaje tzw. karbokation.

Jest to cząsteczka reaktywna, mało stabilna, w następnym etapie reakcji łatwo

przyłączalna. Łatwiej tworzą się karbokationy o wyższej rzędowości. Znalazło to
potwierdzenie w empirycznej regule Markownikowa.

W reakcjach jonowej addycji do podwójnych wiązań węgiel-węgiel alkenów, atom

wodoru przyłącza się do tego atomu węgla, z którym związana jest większa

liczba atomów wodoru.

Reakcje alkenów

Reguła Markownikowa

W reakcjach jonowej addycji do podwójnych wiązań węgiel-węgiel alkenów, atom

wodoru przyłącza się do tego atomu węgla, z którym związana jest większa

liczba atomów wodoru.

CH CH

2

C

H

3

HCl

CH CH

3

C

H

3

Cl

C CH

2

C

H

3

C

H

3

HBr

C CH

3

CH

3

Br

C

H

3

C CH

C

H

3

C

H

3

CH

3

HCl

CH

3

C CH

2

Cl

C

H

3

CH

3

Reakcje alkenów

Występują też odstępstwa od reguły Markownikowa.
Przy addycji związków HX, gdy reakcja katalizowana jest przez
nadtlenki (reakcja Kharascha), przyłączenie ma charakter
rodnikowy, a nie jonowy.
Dominuje przyłączenie przy pierwszym węglu alkenu.

C CH

2

C

H

3

C

H

3

HBr

RO•

C

H

3

CH CH

2

C

H

3

Br

Przyłączenie wody:

Przyłączenie halogenu
(chlorowca):

C C

C C

X

X

X

2

C C

C C

H

OH

H

2

O

H

+

Reakcje utlenienia i redukcji

W wyniku reakcji uwodornienia powstają

alkany.

Reakcja utlenienia alkenów prowadzi do różnych produktów w zależności
od zastosowanych odczynników.

Do reakcji utlenienia zaliczamy również proces ozonolizy.

C C

C C

O

H

OH

KMnO

4

H

2

O

KOH

MnO

2

+

+

+

+

3

2

3

2

2

4

Reakcja ta służy w analizie organicznej do wykrywania związków z
wielokrotnymi wiązaniami (tzw. test Bayera – odbarwienie roztworu KMnO

4

pod

wpływem

alkenów).

Dalsze utlenianie prowadzi do rozpadu cząsteczki:

C C

C

H

3

C

H

3

CH

3

H

KMnO

4

C O

C

H

3

C

H

3

O C

CH

3

OH

+

C C

C

H

3

C

H

3

CH

3

H

O

3

C O

C

H

3

C

H

3

O C

CH

3

H

+

Izomeria

Podstawowe rodzaje izomerii to:
1.  Izomeria strukturalna

• Izomeria łańcuchowa, polegająca na różnym ukształtowaniu szkieletów

węglowych w cząsteczce

• Izomeria położenia podwójnego wiązania

2.    Stereoizomeria (izomeria przestrzenna), tzw. izomeria cis-trans

Izomerią nazywamy zjawisko występowania związków, które

mimo identycznego składu pierwiastkowego i identycznej masy

cząsteczkowej różnią się właściwościami fizycznymi,

chemicznymi i biologicznymi.

C C

H

C

H

3

H

CH

3

C C

H

C

H

3

CH

3

H

cis (Z)

trans (E)

Ma to miejsce w przypadku, gdy każdy z atomów węgla tworzących
podwójne wiązanie połączony jest z dwoma różniącymi się od siebie
podstawnikami.
Wówczas dla każdej pary podstawników (związanych z tym samym
atomem węgla) wybieramy podstawnik preferowany, zgodnie z
regułami Cohna, Ingolda, Preloga.

Stereoizomeria

Reguły Cohna, Ingolda,

Preloga

Jeśli atomy podstawników połączone z węglami wiązania podwójnego
różnią się masą atomową, pierwszeństwo ma ten o większej masie:

I > Br > Cl > S > O > N > C > H

COOH > CH=O > CH

2

OH > C



N > CH

2

NH

2

> C



CH > CH=CH

2

>

CH

2

CH

3

C

O

H

C O

O

H

C



C C H

C C H

C

C

C

C



C N

C N

N

N

C

C



Jeśli atomy podstawników połączone z węglami wiązania podwójnego są
identyczne, rozpatruje się kolejno dalsze sąsiedztwo:

CH

2

Br > CHCl

2

> CH

2

OH > CH

2

NH

2

> C(CH

3

)

3

> CH(CH

3

)

2

> CH

2

CH

3

>

CH

3

Wiązanie podwójne traktujemy w świetle reguł pierwszeństwa jako dwa
wiązania pojedyncze C–C:

Typy odczynników chemicznych

odczynnik elektrofilowy - odczynnik, który w reakcji chemicznej pobiera
elektrony z zewnątrz lub tworzy wiązanie kowalencyjne z atomem kosztem
pary elektronów tego atomu. Odczynnik elektrofilowy może być:

a) anionem, który w reakcji chemicznej pobiera jeden lub dwa elektrony z

zewnątrz

S

2

O

8

2–

+ 2e

–

 2SO

4

2–

[Fe(CN)

6

]

3–

+ e

–

 [Fe(CN)

6

]

4–

C O

–

+

C N

–

+

O

N

O

–

+

b) elektrycznie obojętną cząsteczką, posiadającą na jakimś atomie lukę

elektronową (typowy kwas Lewisa) np.:AlCl

3

, FeBr

3

, BF

3

c) elektrycznie obojętną, spolaryzowaną cząsteczką, przy czym

centrum elektrofilowe tej cząsteczki stanowi dodatnio naładowany koniec
dipola. Są to związki zawierające w cząsteczce spolaryzowanej wiązanie
wielokrotne.

d) kationem może być proton H

+

lub kation metalu np.: Ag

+

, Li

+

ewentualnie jon kilkuatomowy np.: jon nitoniowy NO

2

+

ArH + NO

2

+

 Ar–NO

2

+ H

+

Typy odczynników chemicznych

odczynnik nukleofilowy - odczynnik, który w reakcji chemicznej oddaje
elektrony do centrum atakowanego lub tworzy z tym centrum wiązanie
kowalencyjne kosztem własnych elektronów.

a) cząsteczki, w których atomy piątej lub szóstej grupy układu okresowego

posiadają wolne pary elektronów, takie jak np.: aminy, fosfiny, alkohole,
etery i merkaptany

R

H

N

H

R

H

O

R

R

O

R

H

S

b) jony ujemne, np.: X

–

, OH

–

, RO

–

, S

2–

, karboaniony

c) cząsteczki, w których orbitale cząsteczkowe typu [



] tworzą wiązanie

wielokrotne pomiędzy atomami węgla np.: alkeny, alkiny, węglowodory
aromatyczne.