ALKANY
Węglowodory:
- nasycone = alkany
- nienasycone (alkeny, alkiny)
CnH2n+2, brak gr. funkcyjnych.
Alkany:
- nierozgałęzione;
- rozgałęzione;
- cykliczne.
Związki homologiczne, -CH2-
Alkany rozgałęzione są izomerami konstytucyjnymi alkanów  normalnych .
n = 1 � 3 1 izomer
n = 4 2 izomery
n = 5 3 izomery
Grupy alkilowe:
metyl-, etyl-, propyl-, izopropyl-, butyl-, izobutyl-, sec-butyl-, tert-butyl-
1�-, 2�-, 3�- rzędowy atom C i H
Nazewnictwo:
1. Znajdz
najdłuższy łańcuch węglowy i nazwij go (wybierz ten, który ma pierwszy
podstawnik bliżej atomu krańcowego).
2. Nazwij wszystkie grupy przyłączone do łańcucha głównego.
3. Ponumeruj atomy zaczynając od końca bliższego pierwszemu podstawnikowi:
a. gdy dwa jednakowo odległe, decyduje pierwsza litera nazwy podstawnika;
b. gdy kilka, decyduje pierwszy lokant różnicujący ;
4. Zaaranżuj alfabetycznie wszystkie podstawniki dodając di- tri- - poprzedzając
lokantem oddzielonym myślnikiem (di-& nie liczy się, chyba, że w nazwie
podstawnika)
Właściwości fizyczne:
Związki niepolarne,systematyczne zmiany właściwości (temp. wrzenia,
topnienia, gęstości) w serii homologicznej.
Konformacje alkanów
Konformacja naprzeciwległa, naprzemianległa, " E = 3 kcal/mol (etan)
1
*
Projekcja Newmana (frontowy atom - punkt, tylny  kółko)
Energia potencjalna konformacji  różna.
Kąt torsyjny (Ś), stany przejściowe dla rotacji, energia aktywacji
*
Propan, Eakt.= 3.4 kcal/mol
Typy konformerów:
antyperiplanarny, Ś = 180�;
synperiplanarny, Ś = 0�;
synklinalny, Ś = 60�;
antyklinalny, Ś = 120�.
2
Reakcje alkanów
CH3  H CH3" + H" "H� = +105 kcal/mol
"H� = D Energia dysocjacji
CH3" + H" CH3  H "H� = -105 kcal/mol
ŁD �! "H (f. gazowa)
Energie dysocjacji:
" dotyczą tylko r. homolitycznych;
" zmiany D w szeregu R-X, X = F > Cl > Br > I;
" energie dysocjacji są największe gdy wiązania tworzą się przez nakładanie
orbitali zbliżonych kształtem i energią;
" są determinowane przez stabilność rodników:
CH3  H CH3" + H" D� = + 105 kcal/mol
R H R" + H" 1� D� = + 98 kcal/mol
2� D� = + 94.5 kcal/mol
3� D� = + 93 kcal/mol
Podobnie rozpad C  C
Rodniki alkilowe: 3� > 2� > 1� > CH3"
Badanie spektralne �! rodniki prawie płaskie (jak BH3)
Hiperkoniugacja  sprzężenie między nie w pełni zapełnionym orbitalem p
a wiążącą parą el. na
orbitalu � wiązania C-H.
*
Typy reakcji alkanów:
I. Piroliza (kraking)
CH3CH2CH2CH2CH2CH3 rozpad CH3 + CH2CH2CH2CH2CH3
C1-C2
rozpad C2-C3
rozpad C3-C4
3
a/ rekombinacja:
CH3" + " CH2CH3 CH3CH2CH3
b/ odrywanie H"
"
CH2CH3 + " CH2CH2CH3 CH3-CH3 + CH2=CHCH3
katalizatory  glinokrzemiany sodu (Zeolit)
Reforming  przekształcanie alkanów w zw. aromatyczne o podobnej M
CH3
Pt-SiO2-Ai2O3
+ 4H2
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
500deg, 20 atm
II. Halogenowanie alkanów
CH4, Cl2 > 300�C / h�
CH3-H + Cl-Cl CH3-Cl + HCl
D�
Cl  Cl 58 kcal/mol CH3-Cl 85 kcal/mol
CH3  H 105 kcal/mol H-Cl 103 kcal/mol
"H�
" �
" � = Ł D(wiązań zerwanych) - Ł D(wiązań tworzonych)
" �
"H� = 105 + 58  85  103 = -25 kcal/mol
Mechanizm:
1. Etap inicjacji:
Cl  Cl 2Cl " "H� = + 58 kcal/mol
2. Etap propagacji / rozwijania:
a/ Cl " + CH4 H  Cl + CH3" "H� = 105  103 = + 2 kcal/mol
b/ CH3" + Cl  Cl CH3  Cl + Cl" "H� = 58 - 85 = - 27 kcal/mol
3. Etap terminacji:
Cl" + Cl" Cl2
Cl" + CH3" CH3 - Cl
CH3" + CH3" CH3 - CH3
Inicjacja Propagacja Terminacja
X2 2X" X" + R-HHX + R" X" + X" X2
R" + X2 R-X + X" R" + X" RX
R" + R" R-R
Względna reaktywność:
F" > Cl" > Br" > I" Jod nie reaguje.
X = F Cl Br I
"H�(etapu propagacji) -103 -25 -7 +13 kcal/mol
4
Chlorowanie wyższych alkanów:
h�
CH3CH2CH2CH3 + Cl2 CH3CHClCH2CH3 + CH3CH2CH2CH2Cl
A B
spodziewany stosunek A : B = 4 : 6 = 2 : 3
eksperymentalny stosunek A : B = 7 : 3
CH3
Cl
hv
CH3CCH3 + CH3CHCH2
CH3CHCH3 + Cl2
Cl
CH3
CH3
A B
spodziewany stosunek: A : B = 1 : 9
eksperymentalny stosunek: A : B = 36 : 64 = 5,06 : 9
Względna reaktywność w reakcji chlorowania:
R3CH > R2CH2 > RCH3
5.0 3.5 1
Selektywność halogenowania rodnikowego:
F2 + (CH3)3CH (CH3)3CF + FCH2CH(CH3)2 + HF
14% 86%
Br2 + (CH3)3CH (CH3)3CBr + BrCH2CH(CH3)2 + HBr
> 99% < 1%
Fluorowanie - drogie, agresywny F2 , r. niekontrolowane,
Jodowanie  niekorzystna termodynamika
Chlorowanie  tani substrat, konieczność separacji produktów (ewent. SO2Cl2 lub N-
chlorosukcynimid)
Bromowanie  selektywne, laboratoryjnie  met. z wyboru (Br2 lub N-
bromosukcynimid)
Otrzymywanie rozpuszczalników, halotanu (CF3CHBrCl)
III. Spalanie
2CnH2n +2 + (3n+1)O2 2nCO2 + (2n+2)H2O "H�spal.
"H�spal.  miarą zawartości energii
" �
" �
" �
Mę!, "H�spal.ę! "H�spal.= f (st.skupienia) EtOH(ciecz) =  327 kcal/mol
EtOH(gaz) =  336 kcal/mol
Izomery konstytucyjne `" "H�spal
5
ALKANY CYKLICZNE = cykloalkany, karbocykle, CnH2n
Nazewnictwo  podstawniki z ich lokantami poprzedzają cyklo- & . Mniejszy
fragment podstawnikiem większego.
CH(CH2)6CH3
Cl
CH2CH2CH3
H3C
nie 2-chloro-1-metylo-4-propylocyklopentan cykloheksylooktan
tylko: 1-chloro-2-metylo-4-propylocyklopentan
H3C
H3C
Cl Br
Cl
CH3
Br
CH3
cis- trans- cis- trans-
1,2-dimetylocyklopropan 1-bromo-2-chlorocyklobutan
Stereoizomery  związki o identycznych połączeniach między atomami, a różnym
ułożeniu przestrzennym (nie można ich wzajemnie przekształcić bez rozerwania
wiązań).
Właściwości cykloalkanów:
Temp. wrzenia, temp. topn., gęstość  wyższa niż normalne alkany (bardziej
sztywny i symetryczny układ).
Ciepło spalania miarą naprężenia w cykloalkanach:
"H�spal.
" �
" �
" �
CH3CH2CH3 - 530.6 kcal/mol
"H = 156.8
"
"
"
CH3CH2CH2CH3 - 687.4 kcal/mol
"H = 157.8
"
"
"
CH3(CH2)3CH3 - 845.2 kcal/mol
alkany: "H�spal.(CH2) = 157 kcal/mol
cykloalkany: "H�exper > " �
" � " �
" � "H�obl.
" � " �
"H�exper - "H�obl.  naprężenie pierścienia (N) �! N (CH2)
N (CH2)
Cn n = 3 9.2 kcal/mol
n = 4 6.6 Cykloalkany:
n = 5 1.3 1. małe pierścienie (C3, C4)
n = 6 0 2. zwykłe pierścienie (C5, C6, C7)
n = 7 0.9 3. średnie (C8  C12)
n = 8 1.3 4. duże (e" C13)
6
Naprężenia:
- kątowe;
- torsyjne (naprzeciwległe);
- steryczne (odpychanie Van der Waalsa).
*
Cyklopropan:
naprężenia kątowe, torsyjne �! słabe wiązanie C-C
(D�=65 kcal/mol)
+ H2 Pd
CH3CH2CH3 "H�spal = -37.6 kcal/mol
Cyklobutan
Zmniejszenie napięć �! konformacja zgięta
+ H2 Pd
CH3CH2CH2CH3
Cyklopentan
Gdyby płaski  ą = 108�, naprężenia torsyjne �!
konformacja kopertowa konformacja półkrzesłowa
Brak nietypowych reakcji C3, C4.
Cykloheksan
*
Konformacja krzesłowa  beznapięciowa
Mniej stabilne: łódkowa, skręcona
7
Steryczne oddziaływanie 1,4 (transanularne) + nap. torsyjne �! skręcenie
*
ax eq
*
Inwersja pierścienia 
100 000/ s
Oddziaływania 1,3-
diaksjalne �!
�! podstawniki
�!
�!
konkurują o pozycję ekwatorialną.
Metylocykloheksan  oddziaływania 1,3-diaksjalne �! Eax `" Eeq
Gax - Geq = 1.7 kcal/mol �! ax : eq = 5 : 95
tert  butylocykloheksan "G(ax eq) = ok. 5 kcal/mol�! ax : eq = 1 : 10 000
CH3
CH3
CH3
H3C
" � = 0 kcal/mol (cis)
"G�
" �
" �
8
CH3
H3C
CH3
CH3
Izomery cis i trans "G�
" �
" � = + 3.4 kcal/mol
" �
F
CH3
CH3
F
"G� = - 1.45 kcal/mol
Większe cykloalkany (do C12)  małe naprężenia (kombinacja nap. torsyjnego I
kątowego).
Alkany policykliczne
" skondensowane
" mostkowe
" spiro
Karbocykliczne produkty naturalne
" terpeny (związki zapachowe)
" steroidy
Terpeny:
- monoterpeny (C10); monoterpenoidy
- seskwiterpeny (C15);
- diterpeny (C20).
mentol kamfora �! 2-metylo-1,3-butadien (izopren)
CH3
H3C CH3
O
CH3
OH
O O
CH3 Substrat terpenów, steroidów:
H3C
pirofosforan 3-izopentylu
CCH2CH2O P P O
2HC
CH3 O O
9
Steroidy: sterole, witamina D, kwasy żółciowe, kortykosteroidy, hormony płciowe,
saponiny...
R2 R3
12
podstawiony perhydrocyklopentanofenantren
17
11
13
OH w C3  sterole
16
R1 C
D
14
9
R2  zwykle CH3 R3  zróżnicowany
15
1
2 10 8
B i C oraz C i D  trans
A B
3 5 A i B może być cis/trans seria 5ą, 5�
7
4 6
�
ą
H
CH3
HO
CH3
H
CH3
COOH
12
CH3
17
11
13
16
CH3
CH3 H
14
9
15
CH3
12
1
17
11 13
2 10 8
CH3
H14 16
H H
9
15 3 5
7
1
4 6
2 10 8
HO OH
H
H
H
3 5
7
4 6
HO
cholesterol (�-sterol) kwas cholowy (kw.żółciowy)
O
Cholesterol  najbardziej
rozpowszechniony steroid; człowiek  200-
CH2OH
CH3
300g;
O
12
OH
prekursor hormonów i kwasów żółciowych.
17
11
13
16
CH3 H
14
9
15
1
2 10 8
H H
3 5
7
4 6
O
kortyzon
Kortyzon  jeden z hormonów kortykosteroidowych (kora nadnercza)
odpowiedzialnych za gospodarkę wodno-elektrolitowa i metabolizm białek i cukrów.
- mineralokortykosteroidy;
- glikokortykosteroidy.
10
Hormony płciowe:
" androgeny: testosteron, analogi anaboliki (leczenie niedorozwojów
mięśniowych, nadużywanie rak wątroby, choroba wieńcowa, bezpłodność..)
" estrogeny: estradiol &
" progestageny (progestany): progesteron&
O
OH
CH3
CH3 OH
CH3 CCH3
12
12
12
17
11 13
17
11
13 17
11
13
16
CH3 H
16
H 16
14 CH3 H
9
14
15 14
9
9
15
15
1
1
1
2 10 8
2 10 8 2 10 8
H H
H H H H
3 5
7 3 5 3 5
7 7
4 6
4 6 4 6
O
HO O
testosteron estradiol progesteron
17-�-hydroxy-4-androsten-3-on 1,3,5(10)-estratrien-3,17-�-diol 4-pregnene-
3,20-dione
11