2. Lífræn efnasambönd: Alkanar Based on McMurry’s Organic Chemistry, 6th edition, Chapter 2

2. Lífræn efnasambönd: Alkanar

• Based on

• McMurry’s Organic Chemistry, 6th edition, Chapter 2

• ©2003 Ronald Kluger

• Department of Chemistry

• University of Toronto

Hópar lífrænna efnasambanda

• Lífræn efnasambönd er hægt að flokka í nokkra hópa út frá byggingu þeirra

• We shall survey the nature of the compounds in a tour of the families in this course

• Þessi kafli fjallar um alkana, efnasambönd sem innihalda aðeins kolefni og vetni, öll tengd saman með einföldum tengjum

2.1 Virkir hópar

• Virkir hópar - safn atóma á ákveðnu mólikúli með algengu tengjamynstri

• Hópurinn hvarfast á dæmigerðan hátt, yfirleitt þannig að afgangur sameindarinnar verður ekki fyrir áhrifum

• Til dæmis hvarfast tvítengið í einföldum og flóknum alkenum við brómíð á sama hátt

Virkir hópar - yfirlit

• Tafla 2.1 útlistar fjölmarga virka hópa sem þú ættir að kynna þér

• Hóparnir verða teknir í hverjum kafla fyrir sig og því verður auðveldara að þekkja þá

• Virkir hópar hafa áhrif á efnahvörf, bygginguna og eðliseiginleika hvers efnis fyrir sig þar sem þeir koma fyrir

Gerðir virkra hópa: Fjöltengi C-C

• Alkenar hafa C-C tvítengi

• Alkýnar hafa C-C þrítengi

• Arenar hafa sérstök tengi sem eru táknuð með eintengjum og tvítengjum C-C sem skiptast á í sex kolefnahring

Virkir hópar með C tengt með einföldu tengi á rafneikvætt atóm

• Alkýl halíð: C tengd halógeni (C-X)

• Alkóhól: C tengt O á hýdroxýl hóp (C-OH)

• Eter: Tvö C tengt sama O (C-O-C)

• Amín: C tengt á N (C-N)

• Þíól: C tengt SH hóp (C-SH)

• Súlfíð: Tvö C tengt sama S (C-S-C)

• Tengin eru skautuð með jákvæða hluthleðslu á C (+) og neikvæða hluthleðslu () á rafneikvæða atómið

Hópar með C-O tvítengi (Karbónýl hópar)

• Aldehýð: eitt vetni tengt á C=O

• Ketón: tvö C tengd á C=O

• Karboxýlsýra: -OH tengt á C=O

• Ester: C-O- tengt á C=O

• Amíð: C-N tengt á C=O

• Sýruklóríð: Cl tengt á C=O

• Karbónýl C hefur jákvæða hluthleðslu (+)

• Karbónýl O hefur neikvæða hluthleðslu (-).

2.2 Alkanar og alkýlhópar: ísómerur

• Alkanar: Efnasambönd með aðeins C-C einföld tengi og C-H tengi (engir virkir hópar)

• Kolefni tengd saman geta myndað stórar og litlar sameindir

• Formúla alkana með engan hring er CnH2n+2 þar sem fjöldi C er n

• Alkanar eru mettaðir með vetni (ekki hægt að bæta við fleirum vetnum)

• Einnig kallaðir alifatísk (fita) efnasambönd

Alkan ísómerur

• CH4 = metan, C2H6 = etan, C3H8= própan

• Sameindarformúla alkana með fleiri en þrjú kolefni geta gefið fleiri en eina byggingu

• C4 (bútan) = bútan og ísóbútan
• C5 (pentan) = pentan, 2-metýlbútan og 2,2-dímetýlprópan

• Alkanar með C tengt á ekki fleiri en tvö önnur C eru beinkeðju eða normal alkanar

• Alkanar með eitt eða fleiri C tengt á þrjú eða fjögur önnur C eru greinóttir alkanar

Samsettar ísómerur

• Ísómerur sem eru mismunandi eftir því hvernig atómunum í keðjunni er raðað eru kallaðar samsettar ísómerur (constitutional isomers)

• Efnasambönd önnur en alkanar geta verið samsettar ísómerur of one another

• Þær verða að hafa sömu sameindaformúlu til að vera ísómerur

Þétt bygging alkana

• Hægt er að tákna alkana á stuttu formi eða í mörgum gerðum af löngu formi

• Þétt bygging sýnir ekki tengin en skráir atómin, t.d.

• CH3CH2CH3 (própan)
• CH3(CH2)2CH3 (2,2-dímetýlprópan)

Nafngiftir stuttra kolvetna

Alkýlhópar

• Alkýlhópar – fjarlægið eitt H frá alkan

• Skammstöfunin “R” (stendur fyrir “restinni” á sameindinni, ónákvæmur alkýlhópur)

• Nafn: í staðinn fyrir –an endingu hjá alkönum á að breyta því í –ýl endingu

• CH3 er “metýl” (frá metan)
• CH2CH3 er “etýl” (frá etan)

• Sjá töflu 2.3

Gerðir alkýl hópa

• Flokkun út frá tengistað

• kolefni á endakeðju (eingreindur (primary) alkýl hópur)
• kolefni á miðri keðju (tvígreindur (secondary) alkýl hópur)
• Kolefni með þrjú kolefni tengd á sér (þrígreindur (tertiary) alkýl hópur)

2.3 Nafngiftir greinóttra alkana

• Efnasambönd eru gefin kerfisbundin nöfn með ferli sem notar:

• Forskeyti-Rót-Viðskeyti

• Eftirfarandi reglum er beytt:

• Lengstu mögulegu keðju er gefið nafn
• Kolefnin í þeirri keðju eru númerið í röð
• Hliðarhópar eru númeraðir eftir því hvar þeir eru staðsettir á aðalkeðju
• Nafn efnisins er skrifað í einu orði

• Sjá dæmi í bók

2.4 Eiginleikar alkana

• Kallaðir paraffins (low affinity compounds) vegna þess að þeir hvarfast ekki eins og flest efni

• Alkanar brenna í loga og mynda koldíoxíð, vatn og hita, CnH2n+2 + O2 → CO2 + H2O + hiti

• Þeir hvarfast við Cl2 í návist ljóss og skipta á H við Cl (ekki hægt að stoppa)

Eðliseiginleikar

• Suðumark og bræðslumark hækka eftir því sem stærð alkananna eykst

• Kraftar milli mólikúlanna (temporary dipoles, dispersion) eru veikir

2.5 Stellingar etans

• Conformers interconvert rapidly and a structure is an average of conformers

• Módel eru þrívíddarform sem auðvelda okkur að sjá út stellingar

• Representing three dimensional conformers in two dimensions is done with standard types of drawings

Representing Conformations

• Sawhorse representations sýnir atómin frá hornumshow molecules at an angle, showing a molecular model

• C-C bonds are at an angle to the edge of the page and all C-H bonds are shown

• Newman myndir sýna hvernig C-C tengið liti út enda á milli á pappír

• Bonds to front carbon are lines going to the center
• Bonds to rear carbon are lines going to the edge of the circle

2.7 Sýklóalkanar

• Sýklóalkanar eru alkanar sem hafa kolefnisatómin tengd í hring

• Einfaldir sýklóalkanahringir hafa -CH2- einingar, (CH2)n, eða CnH2n

• Byggingin er sýnd sem reglulegur fjölflötungur með eitt kolefni á hverju horni

Flóknir sýklóalkanar

• Náttúruleg efni innihalda sýklóalkana byggingu

• Dæmi: chrysanthemic sýra (sýklóprópan), prostaglandín (sýklópentan), steróíð (sýklóhexan og sýklópentan)

Nafngiftir sýklóalkana

• Teljið fjölda kolefnisatóma í hringnum og fjölda lengstu hliðarkeðjunnar. Ef fjöldi kolefnisatóma í hringnum er jafn eða meiri en fjöldi hliðarkeðjunnar skal efnasambandið nefnt sem alkýl-sýklóalkan

• Fyrir alkýl- eða halógen-tengd sýklóalkana, byrjið þá á því að númera kolefnið á hringnum tengt hliðarhópnum sem C1 þannig að annar hliðarhópur keðjunnar fái sem lægst númer.

• Númerið hliðarhópana og skrifið nafnið

2.8 Cis-Trans ísómerur í sýklóalkönum

• Snúningur um C-C tengin í sýklóalkönum er heftur af hringbyggingunni

• Hringir hafa tvö “faces” og substituents are labeled as to their relative facial positions

• Það eru til tvær mismunandi 1,2-dímetýl-sýklóprópan ísómerur, ein með metýlhópanna á sömu hlið (cis) á hringnum og ein með metýlhópanna á sitt hvorri hlið (trans)

Rúmísómerur (stereoisomers)

• Efnasambönd með atóm tengt í sömu röð en með mismunandi þrívíddarbyggingu eru rúmísómerur

• Hugtakið “cis” og “trans” þarf að nota til að ákvarða rúmísómerur hringbygginga

• Recall that constitutional isomers have atoms connected in different order