1

WĘGLOWODORY

WĘGLOWODORY

Związki  organiczne,  których  cząsteczki  zbudowane  są  wyłącznie  z 
atomów 

węgla

 i 

wodoru

.

1. 

Węglowodory 

łańcuchowe 

nasycone -ALKANY

Szereg  homologiczny  -  nieskończony  szereg  związków 
chemicznych,  których  cząsteczki  różnią  się  od  siebie 
dowolną liczbą grup atomów (np.: grup metylenowych —
CH

2

—  w  przypadku  alkanów),  przy  czym  związki  te  mają 

podobną  budowę,  a  wskutek  tego  podobne  własności 
chemiczne.

Między atomami węgla występują tylko wiązania 
pojedyncze: 

C—C

Wszystkie  alkany  mają  ogólny  wzór  sumaryczny: 

C

C

n

n

H

H

2n+2

2n+2

n - całkowita liczba naturalna
Tworzą tzw. szereg homologiczny

szereg homologiczny

2

Szereg homologiczny 

Szereg homologiczny 

alkanów

alkanów

 H   H

2. 

ETAN  

 

H—C—C—H  

CH

3

—CH

3

        

(C

2

H

6

)

 H   H

 

  

H

1. 

METAN

 

H—C—H

CH

4

 

  

H

 H    H    H

3. 

PROPAN

 

       

 

H—C—C—C—H

 H    H    H

CH

3

—CH

2

—CH

3

      (C

3

H

8

)

3

Szereg homologiczny 

Szereg homologiczny 

alkanów

alkanów

Począwszy  od  butanu  w  alkanach  występuje  zjawisko 
izomerii  strukturalnej  (szkieletowej),  związanej  są 
rozgałęzieniem łańcucha węglowego.

PENTAN

 -  C

5

H

12   

CH

3

—CH

2

— CH

2

— CH

2

— CH

3

    n-pentan

   

CH

3

—CH

2

— CH— CH

3                 

 CH

3

    

  

2-metylobutan

    CH

3

            CH

3

—C—CH

3

             dimetylopropan

                                        CH

3

Im  większa  jest  liczba  atomów  węgla  w  cząsteczce 
węglowodoru tym możliwa jest większa liczba izomerów 
strukturalnych:

8                         18

9                         35

10                       75

15                       4347

20                       336 319

25                    36 795 588

30                4 111 846 763

Liczba atomów węgla                                                      
liczba izomerów

4

Jest  to  część  cząsteczki  węglowodoru  mająca  określoną 
liczbę  wolnych  jednostek  wartościowości.  Nazwy  rodników 
ustala  się  wychodząc  z  nazw  odpowiednich  alkanów,  przy 
czym końcówkę zmienia się z -an na -yl. 

CH

3

— 

metyl        

CH

2

  

metylen

          CH

4

  metan

CH

3

—CH

2

—  

etyl

           CH

3

—CH  

etyliden

         CH

3

—CH

3

 etan

Rodniki węglowodorowe

Rodniki węglowodorowe

Rzędowość węgla organicznego-s

Rzędowość węgla organicznego-stopień podstawienia, czyli liczba 
grup alkilowych związanych z określonym atomem węgla.

węgiel

 czwartorzędowy

 

  

 

R

4

  

R

1

—

C

—R

3

  

 

R

2

R—

C

H

3

 

węgiel

pierwszorzędowy

R

1

—

C

H

2

—R

2

węgiel

 drugorzędowy

węgiel 
trzeciorzędowy

R

1

—

C

H—R

3

  

 

R

2

5

CYKLOALKANY

CYKLOALKANY

Cykloheksan

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

C

6

H

12

Nazwa

Wzór strukturalny

 Wzór

sumaryczny

Cyklopropan

Cyklobutan

Cyklopentan

   

CH

2

CH

2

CH

2

      

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

     

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

C

3

H

6

C

4

H

8

C

5

H

10

W 

nazwach 

stoso-wany  jest 
przedros-tek 
cyklo.

Przykłady najprostszych cykloalkanów:

Tworzą szereg homologiczny o wzorze:

C

n

H

2n

n - całkowita liczba naturalna

6

Własności chemiczne alkanów

Własności chemiczne alkanów

Przemiany 

chemiczne 

węglowodorów 

mogą 

zachodzić albo wskutek rozerwania wiązań C—C lub C
—H.  Następuje  wtedy  albo  rozpad  cząsteczki,  albo 
podstawienie  atomu  wodoru  innym  atomem  lub 
grupą atomów. 

 Ulegają  najczęściej  reakcji  podstawiania  - 

substytucji

.

 Alkany są odporne na działanie kwasów i 

zasad oraz reduktorów.

1.  Ulegają  spalaniu  -  przy  czym  produktami  są 

albo  CO

2

,  CO  lub  C  (sadza)  w  zależności  od 

ilości tlenu biorącego udział w reakcji.     

                        C

4

H

10

 + 6,5 O

2

 = 4 CO

2

 + 5 H

2

O

   C

4

H

10

 + 4,5 O

2

 = 4 CO + 5 H

2

O

C

4

H

10

 + 2,5 O

2

 = 4 C + 5 H

2

O

Utlenienie

Utlenienie

7

1.  CHLOROWCOWANIE

CHLOROWCOWANIE

  -  podstawianie  atomów 

wodoru chlorowcem.  
Np. chlorowcowanie metanu:
CH

4

 + Cl

2

 = HCl + CH

3

Cl         jednochlorometan

CH

3

Cl + Cl

2

 = HCl + CH

2

Cl

2

   dichlorometan

CH

2

Cl

2

 + Cl

2

 = HCl + CHCl

3

   trichlorometan-

chloroform
CHCl

3

 + Cl

2

 = HCl + CCl

4

        tetrachlorometan-

czterochlorek węgla Jest to reakcja łańcuchowa - 
zachodzi wg mechanizmu podstawiania 
rodnikowego.

Reakcja podstawiania

Reakcja podstawiania

I  etap  -  rozpad  wiązania  atomowego  Cl—Cl  pod  wpływem 
energii świetlnej lub cieplnej:

Cl—Cl 

    Cl

*

  + Cl

*

        chlor rodnikowy

lub temp.

II  etap  -  wytworzenie  rodnika  węglowodorowego  działaniem 

chloru rodnikowego:

CH

4 

 + Cl

*

  CH

3

*

 + HCl        rodnik metylowy

III  etap  -  działanie  rodnika  węglowodorowego  na  chlor 
cząsteczkowy:

 

CH

3

*

 + Cl

2 

 CH

3

Cl + Cl

*

         itd.

Reakcja  z  innymi  chlorowcami  przebiega  podobnie,  przy  czym 
reaktywność chlorowców maleje w szeregu:      F > Cl > Br > I

8

Węglowodory 

Węglowodory 

nienasycone

nienasycone

W 

cząsteczkach 

węglowodorów 

nienasyconych 

występują:

Wiązania  podwójne:               

C=C     

 

ALKENY

ALKENY 

(Olefiny)

Wiązania  potrójne: 

                  CC      

ALKINY

ALKINY 

(Acetyleny)

ALKENY

ALKENY  tworzą  szereg  homologiczny  o  ogólnym 
wzorze:C

C

n

n

H

H

2n

2n

1. 

ETEN

   C

2

H

4, 

  

(etylen)

CH

2

CH

2

2. 

PROPEN

  C

3

H

6

,  

(propylen)

CH

2

CH CH

3

4

3. 

BUTEN

  CH

8

CH

2

=

CH—CH2—CH3

1-buten

CH3

—CH=CH—CH3 2-buten

   izobuten

metylopropen

3

 

CH

2

=C—CH3

  

 CH

Występuje  izomeria  związana  z  położeniem 
wiązania podwójnego.
Również  izomeria  szkieletowa  związana  z 
rozgałęzieniem łańcucha.

9

Występuje wiązanie potrójne:

—C

 

C—






ALKINY

ALKINY tworzą szereg homologiczny o ogólnym wzorze:

C

C

n

n

H

H

2n-2

2n-2

1. 

ETYN

 - ACETYLEN    C

2

H

2

    H—CC—H

CHCH

2. 

PROPYN

C

3

H

4

CH

3

—CCH

3. 

BUTYN

C

4

H

6   

CHC—CH

2

—CH

3

  1-butyn

CH

3

—CC—CH

3

    2-butyn

 CHC—CH

2

—CH

2

—CH

3

 1-pentyn

             CH

3

—CC—CH

2

—CH

3

    2-pentyn

                               CHC—CH—CH

3   

3-metylo-1-butyn

                                              

         CH

3

4. 

PENTYN

 C

5

H

8

Występuje izomeria związana z położeniem wiązania 
podwójnego.
Również 

izomeria 

szkieletowa 

związana 

z 

rozgałęzieniem łańcucha.

10

Otrzymywanie

Otrzymywanie

1. Acetylen otrzymuje się z karbidu (CaC

2

) działając 

na niego wodą:CC  +  2H

2

O    CHCH  +  Ca(OH)

2

             Ca

      acetylen

Karbid  można  otrzymać  przez  ogrzewanie  wapna 
palonego  w  temp.  2500  C  z  węglem:CaO    +    3C    =   

CaC

2

  +  CO

CH

2

—CH

2

           

Br

 Br

       1,2-dibromoetan

+ 2KOH  =  CHCH + 2KBr + 2H

2

O

2.  Eliminacja  chlorowcowodorów  z  jedno-  lub 

dichlorowco-pochodnych alkanów:

CH

2

CH

2

Br

H

CH

2

CH

2

+   KOH

eten

bromoetan

+  KBr  +  H2O

etyn

Reakcja eliminacji dotyczy także alkoholi i alkanów

11

WŁASNOŚCI CHEMICZNE

1.

 

Spalanie

 - podobnie jak alkany

2. Reakcja przyłączania

Najbardziej charakterystyczna reakcja alkenów i alkinów.
Polegające  na  przyłączeniu  atomu  lub  grupy  atomów  do 
wiązań wielokrotnych między atomami węgla.
Wiązanie    zostaje  zastąpione  przez  dwa  nowo 

utworzone wiązania :

C

C

+  A

B





C

C







 B

A

alken

C

C

+  2 A





B

alkin

alkan lub jego pochodna

 (B)

(A)

Jest to tzw. przyłączenie elektrofilowe, czyli alken 
(alkin) reaguje z atomem lub grupą atomów w postaci 
kationu lub z dodatnim biegunem dipola.

12

 Przyłączenie chlorowców

Przyłączenie chlorowców

:

Chlorowce (szczególnie Cl

2

 i Br

2

) przyłączają się łatwo do 

podwójnego i potrójnego wiązania:

C H2

C H

C H

2

C H

2

C l

C l

+  Cl2

1,2-dichloroetan

2

eten

CHCH  +  2Br

2

    Br—CH—CH—Br     1,1,2,2,-tetrabromoetan

                

        Br     Br

etyn

Przyłączenie chlorowcowodorów

Przyłączenie chlorowcowodorów

CH

2

=CH

2

 + HI  CH

3

—CH

2

—I    jodoetan

           CH

3

—CH

2

    +   I   

   

CH

3

—CH

2

—I

CH

2

=CH

2

  H  — I

  

-

 

+

 

+

  

-





    etylokarbokation

13

CHCH  +  HCl        CH

2

=CH—Cl  chloroeten;  chlorek 

winylu
CH

2

=CH      rodnik winylowy

Nadmiar HCl:
CH

2

=CH—Cl  +  HCl    CH

3

—CHCl

2          

1,1-dichloroetan

Chlorek  winylu  służy  do  otrzymywania  polimeru  - 
poli(chlorku winylu)

Jeżeli  alken  jest  niesymetryczny  możliwe  są  dwa 
produkty reakcji, Np.:

    CH

3

—CH=CH

2

  +  HBr

CH

3

—CH

2

—CH

2

—Br

1-bromopropan

(nie powstaje)

    

 

2-bromopropan

CH

3

— CH—CH

Br

Kierunek  takiego  przyłączania  określa  reguła 
Markownikowa: wodór przyłącza się do węgla, 
który  związany  jest  z  większą  liczbą  atomów 
wodoru.

14

Przyłączenie wody

Przyłączenie wody

    CHCH  +  H

2

O    CH

2

=CH—OH  CH

3

—C

              alkohol winylowy (nietrwały)

W przypadku alkinów powstaje aldehyd octowy 
- reakcja Kuczerowa.

W  obecności  mocnych  kwasów  (H

2

SO

4

)  woda 

przyłącza się do alkenów tworząc alkohole.

CH

2

=CH

2

 + H

2

O   CH

3

—CH

2

—OH  

alkoholetylowy

 Uwodornienie:

Uwodornienie:

     alkiny   alkeny    alkany

CH

3

—CCH  +  H

2

    CH

3

—CH=CH

2

    propyn   

 propen

CH

3

—CH=CH

2

  +  H

2

    CH

3

—CH

2

—CH

3

   

   propan

H

= O

15

WĘGLOWODORY 

WĘGLOWODORY 

AROMATYCZNE

AROMATYCZNE

ARENY

ARENY

Należą do grupy węglowodorów cyklicznych.
Szczególny rodzaj wiązania występujący w benzenie.

BENZEN C

BENZEN C

6

6

H

H

6

6

 - posiada raczej własności nasycone

Związki aromatyczne  - benzen i jego pochodne

.

Budowa 

Budowa 

benzenu

benzenu

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

lub

Kekulé wysunął hipotezę, że benzen 
jest cykloheksatrienem

Taka  struktura  nie  tłumaczyła  braku  własności 
nienasyconych układu aromatycznego.

16

Budowa benzenu

Budowa benzenu

Na 

podstawie 

badań 

rentgenograficznych 

i 

spektroskopowych  ustalono,  że 
cząsteczka  benzenu  tworzy  układ 
płaski,  w  którym  atomy  węgla 
tworzą sześciokąt foremny. 

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

1,09A

1,39A

120

120

Szkieletowy 
model
cząsteczki 
benzenu

Wszystkie  wiązania  między  atomami 
węgla są 

równocenne

 i nie występują na 

przemian 

wiązania 

pojedyncze 

i 

podwójne.

pozostałych 

sześć 

elektronów 

jest 

zdelokalizowanych 

symetrycznie 

na 

skutek 

nałożenia  się  orbitali  p

z

  sześciu  atomów  węgla. 

Elektrony zajmujące zdelokalizowane orbitale benzenu 
stanowią  tzw.  sekstet  elektronowy  zaznaczany 
symbolicznie:

lub

17

Nazewnictwo i izomeria węglowodorów 

Nazewnictwo i izomeria węglowodorów 

aromatycznych

aromatycznych

Benzen

Benzen

: C

6

H

6

Toluen

Toluen

 - metylobenzen:C

6

H

5

—CH

3

CH

3

Etylobenzen

Etylobenzen

:C

6

H

5

—C

2

H

5

                            C

8

H

10

CH

2

CH

3

CH

CH

2

winylobenzen (styren)

winylobenzen (styren)

izopropylobenzen (kumen)

izopropylobenzen (kumen)

CH

2

CH

3

CH

2

CH

CH

3

CH

3

Propylobenzen

Propylobenzen

Rodnik fenylowy

18

IZOMERIA

IZOMERIA

 Jednopodstawione

  pochodne  benzenu  nie 

posiadają izomerów, 

 Dwupodstawione

  benzenu  istnieją  w  trzech 

odmianach izomerycznych: 1,2-;  1,3-  i 1,4-.

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

CH

3

1,2-dimetylobenzen

orto-dimetylobenzen

o-ksylen

1,3-dimetylobenzen

meta-dimetylobenzen

m-ksylen

1,4-dimetylobenzen

para-dimetylobenzen

p-ksylen

19

Węglowodory aromatyczne

Węglowodory aromatyczne

o pierścieniach 

o pierścieniach 

skondensowanych

skondensowanych

Znane 

są 

węglowodory 

aromatyczne 

zawierające  kilka  pierścieni  skondensowanych 
(sąsiadujące  ze  sobą  pierścienie  mają  po  dwa 
wspólne atomy węgla):

naftacen (

żółty)

C

18

H

12

pentacen (niebieski)

C

22

H

14

  piren

C

16

H

10

chryzen

C

18

H

12

naftalen

 C

10

H

8

antracen

 C

14

H

10

fenantre
n

 C

14

H

10

20

Jednopodstawione 

pochodne 

naftalenu 

mają dwa izomery:  (alfa) i  (beta):

CH

3

CH

3

- metylonaftalen

- metylonaftalen



















Na przykład

:

Jednopodstawione 
pochodne 

antracenu 

mają trzy izomery: 
, , .

CH

3

CH

3

CH

3

- metyloantracen

- metyloantracen

- metyloantracen



























Na przykład: 3 izomery 
metyloantracenu:

21

Własności chemiczne węglowodorów 

Własności chemiczne węglowodorów 

aromatycznych

aromatycznych

Sumarycznie:

C

6

H

6

  +  Z

+

       [C

6

H

6

Z]

+

      C

6

H

5

—Z  + H

+

H

Z

(+)

(-)

+  Z

+

polarna cząstka

aromatyczna

kation przejściowy



+



+

 

+

+

Mechanizm:
I  Etap:  Kation  Z

+

  wiąże  się  z  atomem  węgla  o  największym 

ładunku  ujemnym    kation  przejściowy  o  dużej  energii  - 

stan  nienasycony.  II  Etap:  Odszczepienie  kationu   

przejście nienasyconego kationu w cząstkę aromatyczną:

Z

+   
H

+

REAKCJE PODSTAWIANIA ELEKTROFILOWEGO.

Czynnikiem  atakującym  ujemny  biegun  cząsteczki 
układu  aromatycznego  jest  kation  lub  dodatni 
biegun  spolaryzowanej  cząsteczki  odczynnika, 
przy czym podstawieniu ulega atom wodoru związany 
z węglem pierścienia aromatycznego.

22

CHLOROWCOWANIE

CHLOROWCOWANIE

Polega  na 

podstawieniu

  atomem 

chlorowca

  atomu 

wodoru

 

związanego 

z 

węglem 

pierścienia 

aromatycznego.

Stosuje  się  katalizator  w  postaci  halogenków 
żelazowych  FeX

3

.  Ułatwiają  one  powstawanie 

kationów chlorowcowych:

X

2

  +  FeX

3

    [FeX

4

]

-

     +  X

+

H

X

+   H

+

X

+   X

+

chlorowcobenzen

 

+

 

 



+

 

+

+

Sumarycznie:
X

2

 + Ar—H  Ar—X + HX

H

+

 +  [FeX

4

]

-

   FeX

3

  +  HX

Kation chlorowcowy atakuje cząsteczkę związku 
aromatycznego zgodnie z mechanizmem:

23

C l

+  Cl

2

FeCl

3

+  HCl

chlorobenzen

Przykłady
:

CH

3

CH

3

Br

CH

3

Br

+  Br

2

FeBr

3

+

+ HBr

p-bromotoulen

toulen

o-bromotoulen

CH

3

CH

2

Cl

+   Cl

2

światło

+   HCl

chlorek benzylu

Bez  użycia 
katalizator
a:

Br2

Br

1-bromonaftalen

(-bromonaftalen)

naftale
n

24

NITROWANIE

NITROWANIE

Polega  na  podstawieniu  atomu  wodoru  układu 
aromatycznego grupą nitrową - NO

2

Nitrowanie wykonuje się tzw. mieszaniną nitrującą:
2H

2

SO

4

  +  HONO

2 

   2HSO

4

   +  H

3

O   +  NO

2

+

H

NO

2

+ H

+

NO

2

+ NO

2

 

+

 

+

 

+

+

+

Nitrowanie 
benzenu:

Sumarycznie:Ar—H  +   HNO

3

    Ar—NO

2

  +  H

2

O

Nitrowanie 
toluenu

:

25

SULFONOWANIE

SULFONOWANIE

Polega 

na 

wprowadzeniu 

do 

pierścienia 

aromatycznego  grupy  sulfonowej  -  SO

3

H  w 

miejsce atomu wodoru.

Grupa  sulfonowa  jest  resztą  kwasu  siarkowego  i 
zachowuje własności tego kwasu:

H

S O

3

H

+ H

S O

3

H

+   S O

3

H

kwas

benzenosulfonowy

 

+

 

+

 

+

 

+

 

+

 

+

Ogólnie:

H

2

SO

4

  +  Ar—H    H

2

O  +  Ar—SO

3

H

Reakcja sulfonowania jest reakcją odwracalną.

26

Reakcje przyłączenia 

Reakcje przyłączenia 

węglowodorów 

węglowodorów 

aromatycznych.

aromatycznych.

Znane  są  reakcje  przyłączenia  do  arenów 
(przebiegają  trudniej  niż  do  węglowodorów 
nienasyconych).
Uwodnienie  benzenu  -  przebiega  wobec  niklu 
jako  katalizatora  oraz  przy  podwyższonym 
ciśnieniu.

benzen

+   3H

2

Ni

cykloheksan

Jeżeli  mieszanina  benzenu  i  chloru  są 
naświetlane 

promieniowaniem 

ultrafioletowym 

następuje 

przyłączenie 

chloru:

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

+   3Cl

2

h

heksachlorocykloheksan

27

UTLENIENIE 

UTLENIENIE 

Utlenieniu  łatwo  ulega  łańcuch  boczny  w 
węglowodorach  aromatycznych  do  grupy 
karboksylowej:  

—COOH.

COOH

CH

2

CH

2

CH

3

[O]

n-propylobenzen

kwas benzoesowy

CH

3

COOH

metylobenze
n

[O]

kwas 
benzoesowy