Slajd 1

WĘGLOWODORY

ŁAŃCUCHOWE

(ALIFATYCZNE)

PIERŚCIENIOWE

NASYCONE

ALKANY

NIENASYCONE

Z JEDNYM

PODWÓJNYM

WIĄZANIEM

ALKENY

Z WIELOMA

WIĄZANIAMI

PODWÓJNYMI

Z JEDNYM

POTRÓJNYM

WIĄZANIEM

ALKINY

Z WIELOMA

WIĄZANIAMI

POTRÓJNYMI

AROMTYCZNE

JEDNO -

- PIERŚCIENIOWE

CYKLOALKANY

AROMATYCZNE

PIERŚCIENIE

SKONDENSOWANE

Alkany

Alkeny

Alkiny

Wzór ogólny

2n+2

2n-2

Budowa cząsteczki Wiązania C-C

pojedyncze typu σ,

Hybrydyzacja
węgla sp

budowa

przestrzenna

tetraedryczna ,
kąt 109

Jedno wiązanie

C=C podwójne - σ,

π. Hybrydyzacja

węgla przy

podwójnym
wiązaniu sp

budowa

trygonalna

(płaska),
kąt 120

Jedno wiązanie

C≡C potrójne - σ,

2 π
Hybrydyzacja

węgla przy

wiązaniu
potrójnym typu sp,
budowa liniowa

(płaska),
kąt 180

Nazewnictwo

Końcówka:

yn (in)

Właściwości
chemiczne

Łatwo palne;
Nieeaktywne –

odporne na

działanie kwasów,

zasad i silnych

utleniaczy.
Wchodzą z

fluorowcami w

reakcje

podstawiania.

Łatwo palne;
Znaczna

reaktywność -

wchodzą w reakcje

przyłączania

(addycji)
Reagują z silnymi

utleniaczami

(KMnO

)

Łatwo palne;
Największa

reaktywność --

wchodzą w reakcje

przyłączania

(addycji)
Reagują z silnymi

utleniaczami

(KMnO

)

Budowa cząsteczki



Atomy węgla w cząsteczkach alkanów połączone są ze sobą

wiązaniami pojedynczymi tworząc struktury łańcuchowe.
Węgiel wykazuje hybrydyzację

tetraedryczną - sp



Wiązania węgiel - węgiel, są wiązaniami o charakterze

kowalencyjnym.



Wiązania pomiędzy atomem węgla i atomem wodoru, są

minimalnie

spolaryzowane w kierunku do atomu węgla.



Wszystkie wiązania są typu

σ (sigma).



Alkany mają budowę przestrzenną.



Występuje rotacja dookoła wiązań

C−C

Szereg homologiczny alkanów

Liczba atomów wodoru w danym alkanie jest dwukrotnie
większa od liczby atomów węgla i powiększona jeszcze o dwa
atomy występujące na krańcach łańcucha.
Dla

liczby atomów węgla w cząsteczce alkanu liczba atomów

wodoru wynosi

2n+2

, a wzór ogólny alkanów można zapisać

następująco:

2n+2

ogólny wzór alkanów

Kolejny węglowodór różni się od swego poprzednika jednym
atomem węgla i dwoma atomami wodoru, mówimy że różnią
się grupą CH

(metylenową).

Związki różniące się tylko wielokrotnością grupy -CH

tworzą rodzinę zwaną

szeregiem homologicznym

Związki należące do tego samego szeregu homologicznego
(homologi) mają bardzo podobne właściwości
chemiczne.

Nazwa

Wzór sumaryczny

Wzór
półstrukturalny

Metan

Etan

Propan

Butan

Pentan

(CH

)

Heksan

(CH

)

Heptan

(CH

)

Oktan

(CH

)

Nonan

(CH

)

Dekan

(CH

)

Rzędowość atomu węgla

Z izomerią łańcuchową alkanów wiąże się pojecie rzędowości
węgla.

Rzędowość atomu węgla jest co do wartości równa ilości
atomów węgla bezpośrednio związanych z danym
atomem węgla w hybrydyzacji sp

Rzędowość atomu węgla

Z izomerią łańcuchową alkanów wiąże się pojecie rzędowości
węgla.

Rzędowość atomu węgla jest co do wartości równa ilości
atomów węgla bezpośrednio związanych z danym
atomem węgla w hybrydyzacji sp

Rodnik alkilowy (grupa alkilowa)

Jednowartościowy rodnik powstały przez odjęcie
jednego atomu wodoru od węglowodoru alifatycznego

(metyl, etyl, izopropyl ...) -CH

; -C

2n+1

Rodnik alkilowy (grupa alkilowa)

Jednowartościowy rodnik powstały przez odjęcie
jednego atomu wodoru od węglowodoru alifatycznego

(metyl, etyl, izopropyl ...) -CH

; -C

2n+1

Nazewnictwo alkanów



Pierwsze cztery węglowodory w szeregu homologicznym

noszą nazwy zwyczajowe ( metan, etan, propan, butan).



Nazwy kolejnych składają się z przedrostka ( będącego

liczebnikiem greckim, określającym ilość atomów węgla w
cząsteczce)
i końcówki

– an

Przyjęto dodatkowe określenia zwyczajowe charakteryzujące
budowę łańcucha: n – łańcuch prosty, izo – jednoatomowe
rozgałęzienie, neo – jeden atom węgla związany jest z
czterema podstawnikami



Przyjęto dodatkowe określenia zwyczajowe charakteryzujące

budowę łańcucha: n – łańcuch prosty, izo – jednoatomowe
rozgałęzienie, neo – jeden atom węgla związany jest z
czterema podstawnikami



1.Wybiera się najdłuższy łańcuch węglowy (łańcuch

główny) i nadaje mu nazwę zależną od liczby atomów węgla.



2. Nazywa się wszystkie podstawniki (łańcuchy boczne)

połączone z łańcuchem głównym (nazwy grup alkilowych).



3. Atomy węgla w łańcuchu głównym numeruje się, czyli

przypisuje się im tzw. lokanty. Należy wybrać taki kierunek
numeracji, aby położenie pierwszego podstawnika (łańcucha
bocznego) zostało oznaczone najmniejszym lokantem.



4.Nazwy alkanów o łańcuchu rozgałęzionym tworzy się

wymieniając w kolejności alfabetycznej nazwy grup
alkilowych (łańcuchów bocznych) przed nazwą najdłuższego
łańcucha węglowego. Położenie grup alkilowych w łańcuchu
głównym określa się podając właściwy lokant przed nazwą
danej grupy.



5. Obecność kilku identycznych podstawników zaznacza się

podając przed nazwą przedrostek di-, tri-, tetra-, itp.
określający ich krotność, a odpowiednie lokanty przedziela się
przecinkami.

Nazewnictwo alkanów o łańcuchach rozgałęzionych

Właściwości fizyczne alkanów



Cząsteczki alkanów nie są polarne, przyciągają się do

siebie bardzo słabymi siłami van der Waalsa.



Wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego n-alkanów

zmieniają się ich właściwości fizyczne. Pierwsze cztery
węglowodory nasycone (metan, etan, propan, butan) są gazami.
Alkany zawierające w swej cząsteczce od 5 do 16 atomów węgla
to ciecze, zaś wyższe alkany są ciałami stałymi.



Alkany są nierozpuszczalne w wodzie (brak polarności),

natomiast rozpuszczają się w eterze, benzenie i innych
rozpuszczalnikach organicznych. Między sobą mieszają się bez
ograniczeń.



Temperatury wrzenia wzrastają wraz ze wzrostem łańcucha

węglowego.



Najwyższe temperatury topnienia i wrzenia mają

węglowodory o łańcuchach prostych, temperatury te
maleją u węglowodorów z rozgałęzionymi łańcuchami.

Właściwości chemiczne alkanów



Alkany są związkami biernymi chemicznie.



Nie odbarwiają wody bromowej, nie są utlenianie przez

roztwór nadmanganianu potasu KMnO



Są palne i w zależności od dostępu powietrza zachodzi:

- całkowite spalanie: CH

+ 2O

→ CO

+ 2H

- półspalanie:

2CH

+ 3O

→ 2CO + 4H

-spalanie niecałkowite : CH

+ O

→ C + 2H



- niepełne spalanie: 2CH

+ O

→ 2CO + 4H

( gaz

syntezowy )



Wchodzą w reakcje z fluorowcami. Reakcja przebiega przy

udziale energii świetlnej.



Jest to reakcja

substytucji wolnorodnikowej.

+ Cl

→ CH

Cl + HCl

Cl + Cl

→ CH

+HCl



Pirolizacja ( kraking). W temp. 500 – 800

C prowadzi do rozpadu

na niższe węglowodory nasycone, wodór, węglowodory
nienasycone.

Mechanizm halogenowania alkanów (

substytucji

wolnorodnikowej)

Inicjowanie: w pierwszym etapie chlor, najczęściej pod
wpływem promieniowania UV, ulega rozpadowi na wolne rodniki,
inicjujące łańcuch reakcji.

→ Cl· + Cl·

Propagacja: wolne rodniki chloru reagują z metanem, tworząc
rodnik metylowy, który następnie w reakcji z wolnym chlorem
tworzy produkt (jeden z wielu) chlorowania i kolejny wolny rodnik
zdolny do dalszych reakcji:

+ Cl· → CH

· + HCl

· + Cl

→ CH

Cl + Cl·

Cl + Cl· → CH

Cl· + HCl

Cl· + Cl

→ CH

+ Cl· itd.

Chlorowanie przebiega do mono- i wielopodstawionych
chloropochodnych metanu CH

Cl, CH

, CHCl

oraz CCl

Otrzymywanie alkanów

Dla metanu:
 synteza metanu z pierwiastków w ściśle określonych warunkach:

C + 2 H

→

 otrzymywanie metanu z gazu syntezowego: CO + 3 H

→ CH

+ H

 hydroliza węgliku glinu: Al

+ 12 H

O → 3 CH

+ 4 Al(OH)

 reakcja węgliku glinu z kwasem solnym:

+ 12 HCl → 4 AlCl

+ 3 CH

 stapianie octanu sodu z wodorotlenkiem sodu:

COONa + NaOH → CH

 przeróbka ropy naftowej i gazu ziemnego.
Dla innych alkanów:
 o parzystej liczbie atomów węgla można otrzymać w wyniku elektrolizy wodnych

roztworów soli kwasów karboksylowych. Reszta kwasowa utleniana jest na anodzie do
tlenku węgla(IV) i alkanu:

 reakcja Würtza, czyli działanie metalicznym sodem (lub litem, cynkiem,

magnezem) na halogenki alkilowe:

- jeżeli substratami są różne halogenki alkilowe to powstaje mieszanina
produktów.
- jeżeli substratem jest określony halogenek alkilu to powstaje jeden alkan
posiadający zawsze parzystą liczbę atomów węgla w cząsteczce.

 katalityczne uwodornienie alkenów lub alkinów:

Budowa cząsteczki - wiązanie podwójne

 W cząsteczce alkenu występuje jedno wiązanie podwójne

pomiędzy atomami węgla.

 Charakteryzuje się ono nierównocennością obu par

elektronowych tworzących wiązanie.

 Jedno wiązanie jest typu

σ sigma

- ma charakter wiązania

pojedynczego w alkanach - jest trwałe, zaś drugie wiązanie
typu

π pi

- wiązanie nietrwałe, decydujące o

łatwości alkenów do ulegania reakcjom chemicznym.

 W hybrydyzacji biorą udział dwa orbitale p i jeden orbital s.

Hybrydyzują w sumie trzy orbitale, więc powstają także trzy
hybrydy sp. Ustawiają się one w przestrzeni (zgodnie z
teorią VSEPR) na płaszczyźnie, w narożach trójkąta
równobocznego. Hybrydyzację

nazywamy trójkątną

płaską (trygonalną).

 Występuje rotacja dookoła wiązań C−C.

 Brak rotacji dookoła wiązania C=C.

Przedstawiciele alkenów ( olefin )

Alkeny, podobnie jak alkany, tworzą szereg homologiczny.

Wzór ogólny alkenów:

Nazwa

systematyczna

Wzór

Nazwa odpowiedniego

alkanu

etan

prop

propan

but

butan

pent

pentan

heks

heksan

hept

heptan

okt

oktan

non

nonan

dek

dekan

Nazewnictwo alkenów



Zasada tworzenia nazwy taka jak dla alkanów, przy czym

zmianie ulega końcówka nazwy z

-an na końcówkę –en



Jako strukturę podstawową wybiera się najdłuższy

ciągły łańcuch, który zawiera wiązanie nienasycone



położenie wiązania nienasyconego w podstawowym

łańcuchu oznacza się pisząc cyfrę arabską za rdzeniem
nazwy przed końcówką charakteryzującą rodzaj wiązań.



Numerację łańcucha rozpoczyna się od tego końca,

bliżej którego znajduje się wiązanie nienasycone.



Położenie grup alkilowych przyłączonych do łańcucha

podstawowego oznacza się odpowiednimi cyframi
arabskimi

Właściwości fizyczne alkenów



Zawierające od (1-4) at. C są gazami, od pentenu C

oktadekenu C

cieczami, a od nonadekenu C

ciałami

stałymi.



Właściwości fizyczne alkenów są jakościowo podobne do

właściwości alkanów.



Wszystkie są bezbarwne, nierozpuszczalne w wodzie.



Temperatury wrzenia alkenów są niższe niż

odpowiadających im alkanów.



Mają intensywny zapach.

D) Reakcja

uwodornienia

E) Reakcja

polimeryzacji

F) Reakcje identyfikujące - z KMnO

i Br

aq (odbarwienie)

3 CH

═ CH

+2KMnO

+ 4H

O → 3 C

(OH)

+ 2MnO

+ 2KOH

Jeżeli cząsteczka jest niesymetryczna np. woda,
chlorowcowodór przyłącza się do wiązania wielokrotnego, w
którym przy węglach jest różna liczba wodorów, to zgodnie z
regułą Markownikowa wodór zawsze przyłącza się do węgla,
który był związany z większą ilością wodorów

Nazewnictwo alkinów



Nazwy alkinów są tworzone z nazw odpowiednich alkanów. Z

nazwy alkanu posiadającego ten sam szkielet węglowy usuwa się
końcówkę "-

an"

i dodaje końcówkę

"-yn" (lub "-in")

, przed którą

umieszcza się lokant, wskazujący przy którym atomie węgla
występuje potrójne wiązanie np: oktan i okta -2-yn.



Łańcuch główny (od którego pochodzi główny człon nazwy) musi

zawierać wiązanie potrójne i być najdłuższy z możliwych.



Atomy węgla numeruje się tak, aby wiązanie potrójne miało

jak najmniejszy numer, bez względu na inne podstawniki.

Właściwości fizyczne alkinów



Alkiny są związkami słabo polarnymi.



Wykazują podobne właściwości fizyczne jak alkany i alkeny.



Są nierozpuszczalne w wodzie, całkowicie rozpuszczają się w

ogólnie stosowanych rozpuszczalnikach organicznych o małej
polarności.



Temperatury topnienia i wrzenia alkinów są wyższe od

temperatur topnienia i wrzenia analogicznych alkenów.
Wartości temperatury wrzenia alkinów wzrastają wraz ze wzrostem
liczby atomów węgla w cząsteczce.

Właściwości chemiczne alkinów

Właściwości chemiczne alkinów są pod wieloma względami

podobne do właściwości alkenów, a to podobieństwo
wynika z obecności wiązań wielokrotnych.
Charakterystyczną reakcją dla obu grup jest addycja
elektrofilowa.

Reakcje charakterystyczne:

 Addycja wodoru( kat. Ni):

CHΞCH + H

→ CH

=CH

+ H

→ CH

-CH

 Addycja wody bromowej ( fluorowców):

CHΞCH + Br

→ CHBr=CHBr

CHBr=CHBr + Br

→ CHBr

-CHBr

 Addycja fluorowcowodoru:

CHΞC-CH

+ HBr → CH

=CBr-CH

+ HBr → CH

-CBr

-CH

 Addycja wody:
CHΞCH + H

O --

HgSO

, H

[CH

=HC-OH]  CH

-CHO

aldehyd

octowy

-CΞCH + H

O --

HgSO

, H



-CO-CH

aceton

 Polimeryzacja:

CHΞCH + CHΞCH  CH

=CH-CΞCH (liniowa)

 C

– benzen (polimeryzacja

cykliczna)
 Rozszczepienie pod wpływem utleniaczy:
R

– C≡C – R

 R

– COOH + R

– COOH

(w obecności

KMnO

lub O

)

R – C≡C – H R – COOH + CO

(w obecności KMnO

lub

ozonu O

)

 Reakcja z nadmanganianem potasu - odbarwienie
fioletowego roztworu KMnO

3 C

+ 8 KMnO

 8 MnO

↓ + 2 KOH + 3 (COOK)

+ 2

Reakcje identyfikujące - z KMnO

i Br

aq (odbarwienie)

Otrzymywanie alkinów

Dla acetylenu (etynu):

 reakcja karbidu (węgliku wapnia) z wod

ą:

CaC

+ 2 H

O  C

+ Ca(OH)

 piroliza (rozkład wysokotemperaturowy) metanu

2 CH

 C

+ 3 H

(temperatura ok. 1200 º C)

Dla pozostałych alkinów:

 eliminacja chlorowcowodorów

HX z dihalogenków alkilowych

w obecności etanolu:
R

– CHCl - CHCl – R

+ 2KOH  R

– C≡C – R

+ 2KCl + 2H

– CH

– CCl

– R

+ 2 KOH  R

– C≡C – R

+ 2 KCl + 2

 eliminacja chlorowców X

z tetrahalogenków alkilowych:

– CCl

- CCl

-– R

+ 2Zn R

– C≡C – R

+ 2ZnCl

Budowa cząsteczki benzenu:

120

wiązanie
zdelokalizowane

Benzen jest związkiem cyklicznym. Jego cząsteczka ma
kształt sześciokąta foremnego i jest płaska. Wiązania
między atomami węgla są jednakowej długości. Kąty między
wiązaniami wynoszą 120 stopni. Atomy węgla tworzące
pierścień benzenowy połączone są wiązaniami pojedynczymi
oraz jednym wspólnym wiązaniem, które swym zasięgiem
obejmuje wszystkie sześć atomów węgla (

sekstet

elektonowy

) i nazywane jest wiązaniem zdelokalizowanym.

Właściwości chemiczne arenów:

Pierścień aromatyczny benzenu wykazuje wyjątkową
trwałość, dlatego benzen

nie ulega łatwo reakcjom addycji

Ulega natomiast reakcjom :

 podstawienia (substytucji

elektrofilowej)

, w których

atom wodoru zostaje zastąpiony innym atomem lub grupą
atomów

 spalania

 w wyjątkowych warunkach addycji
Reakcje substytucji przebiega wg mechanizmu
elektrofilowego;
katalizator potrzebny jest do wytworzenia elektrofila – jonu
przyciaganego przez sekstet elektronowy pierścienia
aromatycznego:

Reakcja identyfikująca - z mieszaniną nitrującą (stężone
HNO

i H

– żółta barwa, zapach migdałów związków

nitrowych.

Reakcje substytucji dla arenów



reakcja nitrowania

(elektrofil: NO

(+)

)

 reakcja fluorowcowania

(elektrofil-Cl

(+)

lub Br

(+)

)

 alkilowanie

(elektrofil -R

(+)

)

sulfonowanie

(elektrofil - SO

(+)

)

HNO





 





+ CH

AlCl

+ HCl

HBr

FeBr





 





+ H

Reakcje substytucji dla arenów

 Reakcja Wűrtza-Fittiga syntezy alkiloarenów :

 Jeśli pierścień aromatyczny posiada już podstawniki, kierują one

kolejne podstawniki na da sposoby:

X +

Podstawniki

Rodzaje podstawników

Kierują w

położenie:

I rodzaju

(zwykle

aktywizują

pierścień)

OH –grupa hydroksylowa

R – grupy alkilowe (CH

, C

itp.)

- grupa aminowa

X – fluorowce (F, Cl, Br, I)

orto- i para-

(2 produkty)

II rodzaju

(zwykle

dezaktywują
pierścień)

-grupa nitrowa

COOH- grupa karboksylowa
CHO – grupa aldehydowa

COOR- grupa estrowa

meta-

(1 główny produkt)

Inne reakcje arenów

 siln e utlen iacze utlen iają alkiloaren y do k wasów; r ozerwaniu ulega zawsze wiązan ie C-C w pozycji C1‑C2.

 na świetle lub w obecn ości nadtlen ków n astępuje wolnor odnik owa addycja do wiązań C=C.

 reak cja uwodor nien ia (addycja) zachodzi pod wpływem promien i UV:

 jeżeli w pierścien iu obecn y jest podstawn ik alk ilowy, to na świetle następuje substytucja woln orodnik owa fluorowca w pozycji ben zylowej. X = Cl, Br

katalizato









COOH

KMnO

/ H

+ CH

-CH

-COOH

+ Cl

h

H Cl

-CH

+ X

h

CHX-CH

+HX

Document Outline