ALKANYALKANY, Farmacja ŚUM, II ROK, Chemia organiczna, Chemia organiczna, Seminarium, I semestr
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
A L K A N Y :Ċglowodory , czyli poáączenia zawierające wyáącznie atomy wĊgla i wodoru (C n H m ) uwaĪane siĊ za związki macierzyste substancji organicznych, tzn. Īe moĪna z nich wyprowadziü wszystkie inne związki organiczne, które mogą byü traktowane jako pochodne wĊglowodorów. :Ċglowodory dzielą siĊ na alifatyczne ( áDĔcuchowe ), cykliczne i aromatyczne . PoĞród alifatycznych i cyklicznych wyróĪnia siĊ ZĊglowodory nasycone , czyli alkany lub cykloalkany oraz nienasycone , a poĞród nich alkeny (wĊglowodory z podwójnym lub podwójnymi wiązaniami) i alkiny (wĊglowodory z potrójnym lub potrójnymi wiązaniami) i odpowiednio cykloalkeny i cykloalkiny . :ĉGLOWODORY alkany (w. nasycone) w. nienasycone w. aromatyczne (areny) alifatyczne cykloalifatyczne alkeny alkiny Rys. 2.1. Podziaá wĊglowodorów Alkany , czyli wĊglowodory nasycone o ogólnym wzorze C n H 2n+2 dzielą siĊ na wĊglowodory nasycone prostoáDĔcuchowe ( alifatyczne , inaczej normalne dawniej znane jako parafiny ), ZĊglowodory rozgaáĊzione ( izoalkany lub izoparafiny ) oraz ZĊglowodory pierĞcieniowe ( cykloalkany , cykloalifatyczne , dawniej zwane naftenami ). Wszystkie atomy C mają w nich hybrydyzacjĊ sp 3 . Alkany prostoáDĔcuchowe nie są podobne do rozciągniĊtej nitki czy raczej prostego drutu kolczastego ze sterczącymi jak kolce atomami wodoru. Tetragonalny kąt pomiĊdzy wiązaniami atomu wĊgla sp 3 wymusza zygzakowaty ukáad atomów C , a moĪliwoĞü swobodnego obrotu wokóá wiązania C - C powoduje, Īe cząsteczki mogą wystĊpowaü w róĪnej konformacji, tzn. przyjmują róĪne ksztaáty. H metan, CH 4 H H etan, CH 3 CH 3 H H propan, CH 3 CH 2 CH 3 H H C H H C C H H H C C C H H H H H H Zarówno etan , jak i propan mogą wystĊpowaü w konformacjach naprzeciwlegáej i naprzemianlegáej oraz poĞrednich. Wraz ze wzrostem dáugoĞci áDĔcucha wĊglowodorowego roĞnie moĪliwoĞü przyjmowania przez cząsteczkĊ jeszcze bardziej zróĪnicowanych ksztaátów. Taka róĪnorodnoĞü ksztaátów wystĊpuje w roztworze i w stanie gazowym, przy czym najwiĊksza jest populacja konformerów najtrwalszych. W stanie krystalicznym cząsteczki przyjmują zwykle jednolity ksztaát. H H H H H H butan, CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 C C H H C C H H C C H C C H H H H H H H H H w konformacji naprzemianlegáej (antiperiplanarnej) naprzeciwlegáej 1 Zwykle, pisząc, np. schematy reakcji nie ma potrzeby przedstawiaü wzorów w tak rozbudowanej formie, korzystamy wówczas z zapisów uproszczonych; np. dla n -heksanu : C 6 H 14 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 H H H H H H I I I I I I H - C - C - C - C - C - C - H I I I I I I H H H H H H Rys. 2. 2. Uproszczone formy zapisu wzoru heksanu Wszystkie związki organiczne róĪniące siĊ od innych jednostką –CH 2 – nazywają siĊ homologami . Homologi oczywiĞcie naleĪą zawsze do tej samej grupy związków. Wszystkie alkany są homologami metanu i kaĪdego innego alifatycznego wĊglowodoru nasyconego. Izolkany – wĊglowodory nasycone rozgaáĊzione W wĊglowodorach rozgaáĊzionych jeden lub wiĊcej atomów wĊgla áączy siĊ z wiĊcej niĪ z jednym atomem wĊgla, w wyniku czego w takim miejscu áDĔcucha wĊglowodorowego tworzy siĊ rozgaáĊzienie: C C C C C C C C C C C C Rys. 2. 3. àDĔcuch zawierający rozgaáĊzienia; dla uproszczenia podane są tylko wiązania C-C Nomenklatura (nazewnictwo) alkanów Dla pierwszych czterech alkanów – od C 1 ‚C 4 uĪywa siĊ nazw zwyczajowych: metan etan propan butan Nazwy alkanów od C 5 wzwyĪ tworzy siĊ poprzez dodanie koĔcówki „n” do liczebników greckich lub áaciĔskich, np.: pentan (5); heksan (6); heptan (7), oktan (8); nonan (9); dekan (10); undekan (11); dodekan (12); tridekan (13); tetradekan (14) ... ejkozan (20); henejkozan (21); dokozan (22); trikozan (23) ... triakontan (30); hentriakontan (31); dotriakontan (32) ... WyĪej podane nazwy odnoszą siĊ do alkanów prostoáDĔcuchowych, czyli normalnych. JeĪeli chcemy zaznaczyü ten fakt to nazwĊ poprzedzamy literką „ n -„ pisaną kursywą, np.: n -butan , n -pentan czy n -nonan . Przedrostek „ n -„ moĪe równieĪ poprzedzaü wzór sumaryczny, np.: n - C 4 H 10 , n -C 5 H 12 czy n -C 9 H 20 . CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3 butan ( n -butan) pentan ( n -pentan) nonan ( n -nonan) 2 W ZĊglowodorach rozgaáĊzionych podajemy nazwy áDĔcuchów bocznych, które poprzedzają lokanty , czyli numery atomów wĊgla áDĔcucha gáównego, z którymi związane sąáDĔcuchy boczne, np. nazwa 2-metylopropan oznacza, Īe przy drugim atomie wĊgla propanu znajduje siĊ reszta metylowa, czyli CH 3 : 1 2 3 2-metylopropan H 3 C CH CH 3 CH 3 Izomery wĊglowodorów zawierających do 5 atomów wĊgla mogą byü rozróĪniane za pomocą specjalnych przedrostków: izo-, sec -, czy neo -, w skrócie i -, s - lub t -. Skrót izo- oznacza izomer alkanu normalnego, sec - lub tert - odpowiednio obecnoĞü drugo- lub trzeciorzĊdowego atomu ZĊgla, a neo -, „nowy” w stosunku do poprzednio znanego. CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 butan ( n -butan) CH 3 CHCH 3 izobutan (2-metylobutan) CH 3 CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 CH 3 CHCH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CCH 3 CH 3 CH 3 pentan ( n -pentan) izopentan (2-metylobutan) neopentan (2,2-dimetylopropan) Reszta alkanu po formalnym oderwaniu jednego atomu wodoru nosi nazwĊ alkilu lub grupy (reszty alkilowej) – to nie jest rodnik! Rodnik zawiera niesparowany elektron; alkil moĪe byü rodnikiem jeĪeli wystĊpuje w nim pojedynczy elektron, np.: . CH 3 – rodnik metylowy . NazwĊ alkilu tworzy siĊ z nazwy alkanu poprzez zamianĊ przyrostku „-an” na „-yl” lub „-il” (po spóáJáoskach g,k i l): metyl ( CH 3 -) od metanu, etyl ( CH 3 CH 2 -) od etanu, propyl ( CH 3 CH 2 CH 2 -) od propanu, butyl ( CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 -) od butanu, izobutyl [ (CH 3 ) 2 CHCH 2 -] od izobutanu, tert -butyl od [ (CH 3 ) 3 C -] od tert -butylu, I pentyl ( CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -) od pentanu (nie zaleca siĊ stosowanie dawnej nazwy amyl ) W nazwie dekan spóáJáoska „k” zostaje zamieniona na „c”, np. decyl ( CH 3 (CH 3 ) 8 CH 2 -) od dekanu, undecyl ( CH 3 (CH 3 ) 9 CH 2 -) od undekanu Nomenklatura systematyczna wg IUPAC Jednolite zasady nazywania związków organicznych są bardzo waĪne, poniewaĪ trzeba jednoznacznie nazywaü miliony indywiduów chemicznych. Tworzenie zasad nazewnictwa ( nomenklatury ) zostaáo powierzone MiĊdzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej , w skrócie IUPAC ( ang . International Union of Pure and Appied Chemistry). 3 Propozycja ujednolicenia zasad nazewnictwa związków organicznych zostaáa wysuniĊta juĪ w 1892 r. w Genewie, póĨniej rozszerzona w 1930 r. w raporcie Komitetu Reformy Sáownictwa Chemii Organicznej przy MiĊdzynarodowej Unii Chemii (IUP). Nad zasadami nomenklatury związków organicznych IUPAC pracuje w sposób ciąJáy. W Polsce Polskie Towarzystwo Chemiczne (PTChem) powoáDáo w 1974 r. KomisjĊ Nomenklaturową Chemii Organicznej , której zadaniem jest dostosowanie polskich nazw do zasad IUPAC. NajwaĪniejsze ustalenia tej Komisji zawarte są w opracowaniach pt.: Nomenklatura związków organicznych , PTChem, Warszawa 1992 i Przewodnik do nomenklatury związków organicznych , PTChem, Warszawa 1994. Opublikowano teĪ zalecenia tej komisji dotyczące nazewnictwa wybranych grup związków, w tym wĊglowodanów, steroidów, rodników i jonów. W nazwie związku organicznego wyróĪnia siĊ trzy czáony PRZEDROSTEK - RDZEē - PRZYROSTEK okreĞla: miejsce,liczbĊ i liczbĊ atomów C symbole grup funkcyjnych nazwĊ podstawnika (ów) w áDĔcuchu gáównym rdzeĔ 6 5 4 3 2 1 lokanty CH 3 -CH-CH-CH 2 -CH-CH 2 -OH grupa funkcyjna H 3 C CH 2 CH 3 CH 3 podstawniki 4-etylo-2,5-dimetyloheksa-1-ol Nazwy podstawników znajdują siĊ w przedrostku, a symbole grup funkcyjnych w przyrostku . Nomenklatura alkanów rozgaáĊzionych wg IUPAC Tworzenie nazwy rozgaáĊzionego alkanu rozpoczyna siĊ od identyfikacji najdáXĪszego áDĔcucha, który jako áDĔcuch gáówny bĊdzie podstawą nazwy rdzenia. 1 2 3 4 5 6 1 2 3 CH 3 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 A B 4 5 6 7 8 heksan oktan A i B nieprawidáowo dobrane áDĔcuchy gáówne 4 3 2 1 CH 3 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 C 5 6 7 8 9 prawidáowo wybrany áDĔcuch gáówny – nonan Rys. 2.4. Prawidáowa nazwa wĊglowodoru 4-etylononan 4 Lokanty (liczby okreĞlające poáRĪenie podstawników w áDĔcuchu – numery atomów) naleĪy tak przypisywaü, Īeby podstawnik (grupa funkcyjna) otrzymaá moĪliwie najniĪszą wartoĞü. W powyĪszym wzorze C , w którym numeracja atomów wĊgla jest prawidáowa, etyl znajduje siĊ przy czwartym atomie wĊgla – lokant 4 . Gdyby numeracjĊ zacząü od drugiego koĔca, to etyl byáby związany z szóstym atomem wĊgla – lokant 6 . PoniewaĪ 4<6, to prawidáowa nazwa tego ZĊglowodoru brzmi 4-etylononan , a nie 6-etylononan . JeĪeli w cząsteczce wystĊpują rozgaáĊzienia drugiego i wyĪszych rzĊdów (rozgaáĊzienia z rozgaáĊzieĔ), to te czĊĞci nazw podajemy w nawiasie lub kolejnych nawiasach, gdy rozgaáĊzieĔ jest wiĊcej: H 3 C CH 3 1 2 1 2 3 CH 3 -CH-CH 3 CH-CH 2 -CH 3 9 CH 3 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 CH 2 CH 2 -CH 3 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 H 3 C-CH-CH 2 -CH 2 3 2 1 CH 3 3-(1,1-dimetyloetylo)-6-(1-metylopropylo)-9-(3-metylobutylo)tridekan Dla prostszych podstawników przyjĊto nazwy bez lokantów: CH 3 CH 3 CH 3 -CH-CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 3 CH 3 -CH-CH 2 - CH 3 -C- CH 3 izopropyl ( i -Pr ) sec -butyl ( sec -Bu izobutyl ( izo -Bu tert -butyl lub lub s -Bu ) lub i -Bu ) t -butyl, ( t -Bu) CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 - CH 3 -C-CH 2 - CH 3 -CH 2 -C- CH 3 CH 3 izopentyl neopentyl tert -pentyl Stosując uproszczone nazwy krótkich rozgaáĊzionych grup alkilowych powyĪej omawiany alkan otrzymuje równieĪ uproszczoną nazwĊ: H 3 C CH 3 1 2 1 2 3 CH 3 -CH-CH 3 CH-CH 2 -CH 3 9 CH 3 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 CH 2 CH 2 -CH 3 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 H 3 C-CH-CH 2 -CH 2 3 2 1 CH 3 3- tert -butylo-6- sec -butylo-9-izopentylotridekan 5 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Podobne
|