Alkany Flashcards
Konformacje
Konformacjami nazywamy różne układy przestrzenne atomów w cząsteczkach mogące się wzajemnie w siebie przekształcać w wyniku obrotu wokół wiązania pojedynczego.
-konformacja naprzeciwległa (eclipsed) i naprzemianległa (staggered)
-liczne konformacje pomiędzy tymi dwiema nazywamy konformacjami pośrednimi
Energia potencjalna cząsteczki jest najmniejsza w przypadku konformacji naprzemianległej, wzrasta w miarę obrotu i osiąga maksymalną wartość dla konformacji naprzeciwległej. Każda cząsteczka najdłużej istnieje w najtrwalszej konformacji.
-sposób przedstawiania: wzory Newmana (wzory projekcyjne)
Wiązanie C-C pozwala na swobodny obrót
Nazewnictwo: przedrostki n- oraz izo-
Przedrostek n- stosowany jest kiedy atomy węgla tworzą jeden ciągły łańcuch, a reszta cząsteczki jest połączona z ostatnim atomem węgla.
Natomiast izo- stosowany jest do oznaczania dowolnej grupy alkilowej (6 lub mniejszej liczby atomu węgla) która zawiera jeden C stanowiący odgałęzienie łańcucha przy przedostatnim atomie węgla, a reszta cząsteczki jest połączona z drugim końcem łańcucha.
Właściwości fizyczne alkanów
Cząsteczka alkanu zawiera tylko wiązania kowalencyjne które łączą dwa atomy tego samego pierwiastka, więc są niepolarne, albo łączą dwa atomy które różnią się nieznacznie elektroujemnością i wtedy są słabo polarne. Co więcej, wiązania ta są bardzo symetryczne tak że ich momenty dipolowe wzajemnie się równoważą.
Temperatura topnienia i wrzenia wzrasta w miarę zwiększania się liczby atomów węgla w cząsteczce. Z wyjątkiem alkanów o bardzo małych cząsteczkach, temperatura wrzenia podnosi się o 20-30 stopni na każdy dodatkowy atom węgla w łańcuchu. Wzrost temperatury topnienia nie jest tak regularny, ponieważ siły międzycząsteczkowe od wielkości cząsteczek ale także i od ich rozmieszczenia w sieci krystalicznej.
C1-C4 gazy
C5-C17 cieczy
>C17 ciała stałe
Izomer o rozgałęzionym łańcuchu ma niższą temperaturę wrzenia niż izomer o łańcuchu prostym (im większa liczba rozgałęzień tym niższa temperatura wrzenia).
Alkany są nierozpuszczalny w wodzie, rozcieńczonym roztworze kwasu i zasady oraz w stężonym kwasie siarkowym, a rozpuszczalny w rozpuszczalnikach niepolarnych (benzen, eter, chloroform), a ciekły alkany są stosowany jako rozpuszczalniki słabo polarnych związków.
Gęstość alkanów wzrasta ze wielkością ich cząsteczek, ale nigdy nie przekracza gęstość wody.
Przemysłowe otrzymywanie alkanów
Głównym źródłem alkanów jest ropa naftowa (zawiera także i cykloalkany/nafteny) oraz gaz ziemny.
Otrzymywanie alkanów
Alkany o małej masie cząsteczkowej, od metanu do n-pentanu i izopentanu można otrzymać w stanie czystym przez frakcyjną destylację ropy naftowej i gazu ziemnego. Neopentan nie występuje jako produkt naturalny.
- hydrogenacja alkenów
- redukcja halogenków alkilów
a) hydroliza odczynnika Grignarda
b) redukcja metalem w środowisku kwasowym - reakcja halogenków alkilów ze związkami metaloorganicznymi
Odczynnik Grignarda
Gdy roztwór halogenku alkilu w suchym eterze dietylowym (C2H5)2O pozostawi się nad opiłkami metalicznego magnezu, wówczas energicznie zachodzi reakcja, roztwór staję się mętny, zaczyna wrzeć i Mg stopniowo zanika.
Powstały roztwór jest znany jako odczynnik Grignarda o ogólnym wzorze RMgX (halogenek alkilomagnezowy.
Jest on przedstawicielem dużej klasy połączeń zwanych związkami metaloorganicznymi (atom węgla połączony jest z atomem metalu). Mogą służyć jako źródło atomów węgla wraz z ich pełnymi oktetami elektronów.
Odczynnik Grignarda jest bardzo reaktywny (reaguje z licznymi związkami nieorganicznymi oraz z większością różnych związek organicznych).
Reakcja Corey’a i House’s
- reakcja między dialkilomiedzianem litu R2CuLi i halogenkiem alkilu R’X
- halogenek alkilu R’X musi być halogenkiem pierwszorzędowym
- grupa R w związku metaloorganicznym może być pierwszorzędowa, drugorzędowa lub trzecierzędowa
Orientacja
Orientacja reakcji nie jest synonimem pojęcia kierunek reakcji, dotyczy ono stereo- i regioselektywności przemiany, natomiast kierunek oznacza drogę przebiegu reakcji.
Orientacja jest określana przez stosunek szybkości reakcji konkurencyjnych.
Trwałość wolnych rodników
Ilość energii potrzebna do utworzenia rodników o różnej rzędowości zmniejsza się w szeregu CH3.>1>2>3
Jeśli utworzenie jednego rodnika wymaga mniejszej energii, a innego większej, to oznacza że w odniesieniu do alkanu z którego powstał, pierwszy rodnik ma mniejszą energię od drugiego, czyli jest trwalszy. Rozważamy różnicę energii pomiędzy metanem a rodnikami metylowymi, etanem a rodnikami etylowymi itp.
Trwałość wolnych rodników względem alkanów z których każdy z nich powstał: 3>2>1>CH3.
Im trwalszy jest wolny rodnik tym łatwiej się tworzy.
Reaktywność i selektywność
Im mniej reaktywny jest reagent tym bardziej selektywnie atakuje cząsteczkę.
Piroliza
Rozkład związku wyłącznie pod wpływem ciepła znany jest jako piroliza. Piroliza alkanów, szczególnie zawartych w ropie naftowej znana jest pod nazwą krakingu. Z dużych cząsteczek alkanów tworzą się cząsteczki mniejsze, także cząsteczki alkenów i pewna ilość wodoru. Ten proces jest ważnym źródłem etylenu.
