1
ALCANI Definiţie
1.După regulile IUPAC: Primii patru termeni au denumiri proprii:
Sunt hidrocarburi aciclice saturate, în care toţi atomii de carbon sunt legaţi prin legături simple. Formula generală Cn
H2n+2
Nomenclatura
CH4metan
H3C CH3etan
C3H8propan
C4H10butan
Termenii
superiori se denumesc adăugând terminaţia “an” la numele grecesc al numărului atomilor de carbon din catenă
C5H12 C6H14pentan hexan
Pentru catenele normale se pune litera n
(de la normal) în faţa denumirii, iar pentru catenele ramificate se foloseşte prefixul izo
H3C CH2 CH2 CH3n-butan
H3C CH CH3izo-butan
CH3
2
ALCANI
Denumirile izoalcanilor se realizează astfel:- se alege catena cea mai lungă şi se numerotează cu cifre arabe din capătul cel
mai ramificat- catena liniară cea mai lungă dă numele hidrocarburii de bază-
poziţia ramificaţiilor pe catena principală se indică prin cifre arabe, respectând regula numerelor cele mai mici
-
radicalii se citesc în ordine alfabetică- dacă pe catenă sunt mai mulţi radicali identici, la numele radicalilor se
ataşează prefixele di, tri, tetra, etc. Exemple
H3C CH CH2izo-pentan
CH3
CH3
2-metil-butan
1 2 3 4H3C C CH3
2,2-dimetil-butan
CH3
CH2 CH3Neohexan
1 2
3 4
3
ALCANI
Îndepărtarea reală sau formală a unuia sau mai multor atomi de hidrogen din hidrocarburi saturate conduce la radicali alchil
-
prin pierderea unui atom de hidrogen se obţin radicalii monovalenţi, a căror denumire se face înlocuind sufixul “an”
din numele alcanului cu sufixul “il”-
pierderea a doi atomi de hidrogen conduce la radicali bivalenţi, pentru care terminaţia caracteristică este “ilen”
când cei doi atomi lipsesc de la acelaşi atom de C, sau “iliden” dacă lipsesc de la atomi de C vecini
-
prin îndepărtarea a trei atomi de hidrogen rezultă radicalii trivalenţi, a căror denumire se termină în “in”
CH3metil
H3C CH2etil
CH2metilen
H3C CHetilen
H2C CH2etiliden
CH
metin
H3C C
etin
4
ALCANI Structura
alcanilor
Atomul
de carbon din alcani se găseşte în stare de hibridizare sp3
şi formează numai legături covalente simple C-C
, C-H
.
Atomii de C sp3 adoptă o configuraţie tetraedrică, unghiul dintre valenţe fiind de 109o28’
C
H
H HH
109o28'1,1Å
C C
H
HH
H
HH
1,54Å
metan etan
Orientarea in zig-zag
a catenelor mai mari de 2 atomi şi adoptarea conformaţiilor intercalate.
CC
CC
C
2,54Å
5
ALCANI Proprietăţi fizice
Primii termeni ai seriei sunt gazoşi (T.f.CH4
=-164°C, T.f. C4
H10
=-0.5ºC) Odată cu creşterea masei moleculare, alcanii devin lichizi (C5
-C16
) şi apoi solizi (>C17
) T.f. şi T.t. cresc cu creşterea masei moleculare şi scad cu ramificareaalcani
< apă
Sunt insolubili în apă, fiind hidrofobi Alcanii inferiori se dizolvă în alcooli, cei superiori în eter şi derivaţi halogenaţi Uneori sunt solvenţi pentru compuşii organici nepolari lichizi şi solizi
Alcanii gazoşi sunt inodori, de aceea pentru a detecta scăpările de gaze se folosesc adaosuri de substanţe urât mirositoare (mercaptani).
6
ALCANI Proprietăţi chimice
Alcanii prezintă o foarte mare stabilitate chimică şi sunt foarte puţin reactivi Reactivitatea scăzută a alcanilor se reflectă în denumirea lor de “parafine”
(parrum
affinis = afinitate chimică mică)
1. Descompunerea termică
La încălzirea alcanilor la temperaturi de peste 450°C au loc ruperi ale legăturilor covalente C-H (dehidrogenare) şi C-C (cracare), cu formare de molecule mai mici de hidrocarburi saturate şi nesaturate
După temperatura la care are loc, descompunerea termică a alcanilor poate fi:a.
Proces de cracare –
decurge la 450-650°Cb.
Proces de piroliză –
decurge la 700-1500°C.
C4H10450-600oC
p=0.1-1.6 atAl2O3 sau SiO2-Al2O3
C1-C2 CH4 + CH2 CH CH3metan propena
H3C CH3+ H2C CH2etan etena
C2-C3
-H2H2C CH CH2 CH3+ H3C CH CH CH3
1-butena 2-butena
butan
Ex.: descompunerea termică a butanului
7
ALCANI2. Reacţii de substituţie –
decurg după un mecanism radicalic
înlănţuita. Halogenarea alcanilor:
R H + X2 sau h R X + HX
b. Sulfoclorurarea
alcanilor –
decurge fotochimic şi conduce la un amestec de izomeri clorsulfonici
cu importanţă practică
R CH2 H + SO2Cl2h
40-80oCROOR
R CH2 SO2Cl + HCl
R CH2 SO2Cl
+ H2O
+ NH3
R CH2 SO3H
R CH2 SO2NH2
acizi sulfonici
sulfamide
detergenți
medicamente
8
ALCANI3. Oxidarea alcanilor
a. Arderea completă. Stă la baza utilizării alcanilor lichizi şi gazoşi drept combustibili
CnH2n+2 + 3n+12 O2 n CO2+ (n+1)H2O +Q
b. Oxidarea catalitică a metanuluiCH4 + O2
400-600oCoxizi de azot
CH2O + H2O CH4 + 1/2 O2400oC150 atm
CH3OHaldehidaformica
metanol
c. Oxidarea parţială a metanuluiCH4 + O2
1000-1200oCoxizi de azot
C + 2H2Onegru de fum
850oC, Ni CO + 3H2CH4 + 1/2 O2gaz de sinteza
e. Oxidarea alcanilor superiori, C20
-C30
, prin suflarea aerului în parafină topită, la temperatura de 80-120°C, în prezenţa sărurilor de mangan, conduce la acizi graşi
d. Amonoxidarea
metanului
CH4 + NH3 + 1/2 O21000oC, Pt
HCN + 3H2O
R R'O2 R COOH + R' COOH
f. Oxidarea enzimaticăR H
enzime
C1-C8R OH
9
ALCANI Reprezentanţi
Metanul se găseşte în scoarţa terestră ca zăcământ curat sau în amestec. Se formează prin fermentarea cu bacterii a unor resturi animale şi vegetale, în condiţii anaerobe. Este un gaz combustibil cu putere calorică mare. Parafina este un amestec de n-alcani C20
-C28
. Gazolina este un amestec de n-alcani C6
-C12
. Kerosenul este un amestec de n-alcani C12
-C15.
Există numeroşi alcani în lumea vegetală şi animală (de exemplu suprafaţa frunzelor de varză conţine nanocosan C29
H60
).
10
CICLOALCANI Definiţie
Sunt hidrocarburi ciclice saturate, în care toţi atomii de carbon sunt legaţi prin legături simple. Formula generală Cn
H2n
Nomenclatura1.După regulile IUPAC: Cicloalcanii se denumesc adăugând prefixul ciclo la numele alcanului corespunzător
ciclopentanciclobutanciclopropan ciclohexan
CH CH
CH3 CH3
CH3
1,2-dimetil-propil-ciclohexan
Proprietăţi Sunt compuşi nepolari, relativ inerţi Au puncte de fierbere şi de topire dependente de masa moleculară Cei mai mulţi au proprietăţi asemănătoare cu omologii lor aciclici
11
CICLOALCANI Conformaţia cicloalcanilor
1.Ciclopentanul –
adoptă o conformaţie tip “plic”, neplană, care reduce tensiunile din ciclu
Conformaţia şi stabilitatea ciclurilor este influenţată de următoarele tensiuni: tensiunea angulară, tensiunea de torsiune, tensiuni sterice Pentru a reduce aceste tensiuni, cicloalcanii adoptă în general structuri neplanare, cu apariţia unor conformeri. Cicloalcanii cu cicluri normale sunt cei mai stabili
HH
HHH
H
H
HH
H
plic
2.Ciclohexanul –
nu are structură plană şi poate prezenta două conformaţii mai stabile –
“scaun”
şi baie”.
HH
HH
H
H
H
H
HH
H
H
HH
H
HH
H
H
HH
H
HH
conformatia "scaun" conformatia "baie"
Conformaţia scaun este mai stabilă Dacă am putea îngheţa ciclohexanul în conformaţia scaun, am putea vedea că există două tipuri diferite de legături C-H:
- 6 legături paralele cu axa ce mediază ciclul, orientate în sus şi în jos –
legături axiale
(a)- 6 legături paralele cu planul ciclului, orientate de-a lungul ecuatorului ciclului-
legături ecuatoriale (e)
a
aa
a
a
a
ee
e
e
ee
12
ALCHENE Definiţie
Sunt hidrocarburi nesaturate care conţin ca grupare funcţională o legătură dublă C=C. Se mai numesc şi olefine. Formula generală Alchene aciclice Cn
H2n Alchene ciclice Cn
H2n-2
Nomenclatura1. Denumiri IUPAC:
Se formează înlocuind terminaţia an
din alcani cu enă
sau ilenă În catene, se notează cu cifra cea mai mică poziţia dublei legături pe catena cea mai lungă.
CH2 CH2etena
CH3 CH CH CH
CH3
CH CH3
CH34,5-dimetil-2-hexena ciclopentena
Structura
Atomii
de carbon ai dublei legături a alchenelor se găsesc în stare de hibridizare sp2
şi formează legături covalente simple C-C
, C-H
şi o legătură . geometria moleculei este plană cu unghiuri de valenţă de 120o
C CH
H
H
H
1.33Å1.09Å
Izomeria Alchenele prezintă izomerie de catenă, de poziţie, de funcţiune (cu cicloalcanii) şi izomerie geometrică
13
ALCHENE Proprietăţi fizice
Primii termeni ai seriei sunt gazoşi, termenii mijlocii sunt lichide iar cei superiori solide T.f. ale izomerilor cis
sunt puţin mai mici decât cele ale izomerilor trans
alchene
apă
(0.6-0.7 g/cm3)
Proprietăţi chimice
1. Adiţia electrofilă
la alchene
Alchenele sunt mult mai reactive decât alcanii corespunzători
După această reacţie generală au loc următoarele reacţii de adiţie:
C C + X Y C C
X
+
ion de carboniuY
C C
X Y
14
ALCHENE
C C
H X
C CH X
X=Cl, Br, I aditia hidracizilor
X X C CX X
X=Cl, Br aditia halogenilor
H H
CCl4
C CH H
aditia hidrogenului
H OH C CH OH
aditia apei
derivati halogenati
alcooli
alcani
derivati dihalogenati
alchena
H OSO3HC CH OSO3H
aditia acidului sulfuric
sulfati acizi de alchil
HO XC CX OH
aditia acizilor hipohalogenati
halohidrine
X=Cl, Br
15
ALCHENE2. Reacţii de oxidare ale alchenelor
În funcţie de natura agentului oxidant, se poate rupe numai legătura
sau şi legătura si legătura a. Epoxidarea
alchenelor –
decurge cu ruperea legăturii se realizează cu peracizi, obţinuţi in situ, din acizi organici şi conduce la trans-dioli
C Calchena
+ RCOOH C CO
epoxid
H+, HOHC C
OH
OH
trans-diolb. Reacţia de hidroxilare
–
decurge sub acţiunea permanganatului de potasiu conducând la cis-dioli
şi serveşte la recunoaşterea dublei legături (are loc cu decolorarea soluţiei de permanganat).
C C3 + 2 KMnO4 + 4 H2O C C
OH OH
+ MnO2 + 2 KOH
cis-diolc. Oxidarea energică –
se realizează cu agenţi oxidanţi (K2
Cr2
O7
, KMnO4
/H2
SO4
sau CrO3
/CH3
COOH la cald) şi decurge cu scindarea legăturii duble, conducând la compuşi carbonilici sau acizi carboxilici. Reacţia este folosită la determinarea structurii compuşilor organici
R CH CH R'K2Cr2O7/H+
RCOOH + R'COOH
R2C CH R'K2Cr2O7/H+
R2C O + R'COOH
R CH CH2K2Cr2O7/H+
RCOOH + CO2 + H2O
16
ALCHENE3. Reacţii de substituţie în poziţie alilică
a. Halogenarea în poziţie alilică
–
se realizează cu halogeni, la temperatură ridicată şi întuneric, după un mecanism radicalic
CH2 CH CH3+ Cl2500oC CH2 CH CH2 Cl
clorura de alilpropena
b. Autooxidarea
în poziţie alilică
–
se realizează cu oxigen din aer sau cu peroxizi şi conduce la hidroperoxizi.
R CH CH
H
CH2 + O2 R CH CH
O
CH2
OHhidroperoxid
4. Reacţia de polimerizare
În condiţii radicalice
sau ionice, alchenele (numite monomeri) dau reacţii de poliadiţie, formând polimeri
(compuşi macromoleculari cu aceeaşi compoziţie elementară) prin desfacerea legăturilor .nA An
monomer polimer
grad polimerizare
În macromolecule se repetă o anumită unitate structurală de un număr mare de ori, numit grad de polimerizare (n) Cunoscând masa moleculară M
a macromoleculei şi masa moleculară m
a monomerului se poate afla gradul de polimerizare
M=nm
17
ALCHENE În reacţiile de polimerizare se utilizează monomeri vinilici de tipul:
HC CH2
RCH2 CH2
etenaHC CH2
CH3propena
HC CH2C6H5stiren
HC CH2
Clclorura de vinil
HC CH2CN
acrilonitril
HC CH2OCOCH3acetat de vinil
HC CH2COOCH3
acrilat de metil
CH2 CR
R
CH2 CCH3
C6H5metil-stiren
CH2 CCH3
CH3izobutena
CH2 CCH3
COOCH3metacrilat de metil
Reprezentanţi. Utilizări
Etena se obţine prin piroliza alcanilor inferiori şi este utilizată în sinteza organică pentru obţinerea polietilenei, etilenoxidului, alcoolilor superiori, etc. De asemenea este folosită ca substanţă de coacere pentru fructe si legume Propena este utilizată pe scară largă la fabricarea polipropilenei şi a acrilonitrilului. Butenele sunt comonomeri
pentru cauciucuri. Stirenul şi -metil-stirenul sunt monomeri pentru fabricarea polistirenului şi a cauciucurilor sintetice. Legătura dublă o regăsim şi în compuşi naturali de tipul hormonilor şi vitaminelor