CYKLOALKANY

Cyklopropan

 jest pod względem chemicznym bardzo reaktywny w odróżnieniu od 

innych cykloalkanów. 

Reaktywność 

cyklobutanu

 jest znacznie mniejsza.

W roku 1885 powstała teoria napięć Bayera:
”Cyklopropan jest związkiem nietrwałym, ponieważ pojawiają się napięcia na skutek 
odkształcenia kątów walencyjnych. Wartość normalna dla połączonych z sobą atomów  
C o hybrydyzacji sp

3

 to 109˚ 28’  ”

Wielkość odkształcenia kątów walencyjnych w 

•  cyklopropanie  24˚ 44’,

•  cyklobutanie      9˚ 44’,

•  cyklopentanie    0˚ 44’.

Pozostałe cykloalkany wykazują właściwości chemiczne podobne do alkanów.

Przykład

W  1890  roku  Sachse  stwierdził,  iż 
cyklo-alkany 

począwszy 

od 

cykloheksanu  są  wolne  od  napięć, 
ponieważ  ich  pierście-nie  nie  są 
płaskie lecz pofałdowane.

WĘGLOWODORY AROMATYCZNE   (ARENY)

Typowym przedstawicielem tej grupy związków jest benzen C

6

H

6

. 

Charakterystyczną  cechą    węglowodorów  aromatycznych  jest  niski 
procentowy udział
atomów H w cząsteczce (dla porównania alkan - C

6

H

14

, alken – C

6

H

12

) przy 

równo-
czesnym braku wyraźnie  nienasyconego charakteru. 

Benzen  jest w odróżnieniu od alkenów:

•  odporny na utlenianie nadmanganianem potasu, KMnO

4

•  nie przyłącza kwasu siarkowego
•  reakcje przyłączenia bromu i chloru zachodzą na świetle 
   lub w wysokiej temperaturze

•  ulega reakcji ozonowania (reakcja z ozonem)

C

6

H

6

  +  HOSO

3

H    C

6

H

5

SO

3

H  + H

2

0

• 

ulega  rekacji  substytucji  elektrofilowej,  S

E

,  do 

której należą: 

   a)  reakcja sulfonowania

   b)  reakcja nitrowania

c)  reakcja chlorowcowania

Według Kekulè’go benzen o wzorze                   powinien dawać dwa 

izomery                                             , jednak nie udało się ich otrzymać.

Wiązania podwójne w benzenie nie mają stałej lokalizacji, a strukturę 
benzenu przedstawiają dwa wzory znajdujące się w stanie równowagi.

Wiązania podwójne znajdują się w stanie ciągłej oscylacji.

Benzen  posiada  dwoisty  charakter,  to  jest  związku  nasyconego  i 
nienasyconego jednocześnie.

Zjawisko to tłumaczy teoria orbitali cząsteczkowych.

W benzenie: 

•  wszystkie atomy C znajdują się w stanie hybrydyzacji sp

2

.

•  wszystkie atomy C i H leżą w jednej płaszczyźnie.

•    niezhybrydyzowane  orbitale  typu  p  ustawiają  się  prostopadle  do 
płaszczyzny
   cząsteczki.

•  wiązania podwójne powstają przez boczne nakładanie się orbitali typu 
p (wszystkie
   nakładają się wzajemnie). Powstaje wspólny orbital cząsteczkowy typu 



, w obrębie 

      którego    swobodnie  przemieszcza  się  sześć  elektronów    (każdy 
pochodzi od innego 
      atomu  C).  Sekstet  elektronowy  krążący  po  wspólnym  orbitalu 
cząsteczkowym typu 



 

   warunkuje charakter aromatyczny benzenu. 

Przykładowe struktury mezomeryczne benzenu

Zamiast granicznych struktur mezomerycznych I i V (wzorów Kekulè’go) możemy 
zapisać   

W cząsteczce benzenu  nie występują typowe wiązania podwójne jak w 
alkenach. 
Wszystkie odległości między atomami C są jednakowe. 
Benzen  daje  reakcje  substytucji  elektrofilowej  oraz  niektóre  tylko 
reakcje addycji.
Benzen  posiada  energię  rezonansową,  ponieważ  jest  hybrydem 
mezomerycznym.  Energia  ta  wynosi 

151  kJ/mol

  (dla  porównania 

energia rezonansowa 1,3-butadienu wynosi 

14.7 kJ/mol

).

Nie  tylko  benzen,  ale  wszystkie  węglowodory  aromatyczne  tworzą 
układy trwałe ze względu na dużą wartość energii rezonansowej.

Teoria mówiąca, iż sekstet elektronów warunkuje właściwości 
aromatyczne związku została rozszerzona także na węglowodory 
policykliczne.

Reguła Hückel’a:

”Wszystkie  układy  cykliczne  o  budowie  płaskiej  i  posiadające 

4n  +  2

 



elektronów 

  wykazują charakter aromatyczny”

  n – liczba pierścieni 
W  myśl  tej  definicji  charakter  aromatyczny  posiada  każdy  płaski  układ 
cykliczny
 zawierający 6, 10, 14, 18 …  -elektronów.
Reguła  Hückel’a  jest  aktualna  także  dla  nieklasycznych  związków 
aromatycznych, 
jak na przykład 

Związki aromatyczne posiadają następujące wspólne cechy:

•  spełniają regułę Hückel’a

•  posiadają wysoką energię stabilizującą układ

•    łatwo  ulegają  reakcjom  substytucji  elektrofilowej  (nitrowania, 
sulfonowania, 
   halogenowania w obecności katalizatorów) 

              

WĘGLOWODORY AROMATYCZNE WIELOPIERŚCIENIOWE

Podział w zależności od sposobu łączenia się grup pierścieniowych

a)  węglowodory aromatyczne wielopierścieniowe o pierścieniach nieskondensowanych 

b

)    węglowodory  aromatyczne  wielopierścieniowe  o  pierścieniach 

skondensowanych
     (posiadają wspólne atomy C)

pierścienie 
mogą                
                         
                         
            łączyć 
się liniowo        
                         
                         
      lub kątowo

Węglowodory 

aromatyczne 

wielopierścieniowe 

o 

pierścieniach 

skondensowanych wykazują

•  osłabiony charakter aromatyczny w porównaniu z benzenem

•  większą podatność na reakcje utlenienia i redukcji

2 x C

6

H

6

 = 12 -elektronów

C

10

H

8

 = 10 -elektronów 

np.

Dlatego spada ich charakter aromatyczny w porównaniu z benzenem.

Energia  sprzężenia  naftalenu,  antracenu  i  fenantrenu  jest  niższa  od 
dwóch względnie trzech izolowanych pierścieni benzenowych.  

Osłabiony  charakter  aromatyczny  związków  wielopierścieniowych 
przejawia się w większej podatności tych węglowodorów na:
•  reakcje utlenienia,
•  reakcje redukcji.

Związe

k

Energia 

sprzężenia

benzen

naftale
n

antrace
n

fenantr
en

151 kJ/mol

255 kJ/mol

352 kJ/mol

385 kJ/mol

2  C

6

H

6

  =  302   

kJ/mol

3  C

6

H

6

  =  453   

kJ/mol

Graniczne struktury mezomeryczne naftalenu (niektóre):

Graniczne struktury mezomeryczne antracenu (niektóre):

Graniczne struktury mezomeryczne fenantrenu (niektóre):

Zapraszam na następny 
wykład