P2-Alkani

1

Alkani

UgljovodoniciUgljovodoniciUgljovodonici

AromatičniAromatiAromatiččniniAlifatičniAliAlifatifatiččnini

Uvod

2


AromatičniAromatiAromatiččniniAlifatičniAliAlifatifatiččnini

AlkaniAlkanAlkanii AlkiniAlkAlkiinniiAlkeniAlkenAlkenii

Uvod


AlifatičniAliAlifatifatiččnini

AlkaniAlkanAlkanii

Uvod

� Alkani imaju jednostruke veze

CC CCHH HH

HH HH

HH HH

3



AlkeniAlkenAlkenii

Uvod

� Alkeni imaju dvostruku vezu

CC CC

HH HH

HH HH



AlkiniAlkAlkiinnii

Uvod

� Alkini imaju trostruku vezu

HCHC CHCH

4


AromatičniAromatiAromatiččnini

Uvod

� Obično imaju benzenov prsten

HH

HH

HH

HH

HH

HH

MetanMetan (CH(CH44) ) CHCH44

EtanEtan (C(C22HH66)) CHCH33CHCH33

PropanPropan (C(C33HH88)) CHCH33CHCH22CHCH33

tktk --160160°°CC tktk --8989°°CC tktk --4242°°CC

Najjednostavniji alkaniNajjednostavniji alkani

CCnnHH22nn+2+2

5

tetraedtetraedaarrskaska

uglovi vezauglovi veza = 109.5= 109.5°°

dudužžina vezaina veza = 110 pm= 110 pm

ali struktura ne odgovara ali struktura ne odgovara

elektronskoj konfiguraciji ugljenikaelektronskoj konfiguraciji ugljenika

StruStrukkturturaa mmetanetanaa

EleElektronskaktronska kkonfiguraonfiguracijacija ugljenikaugljenika

22ss

22ppsamo dva nesparena elektronasamo dva nesparena elektrona

trebalo bi da gradetrebalo bi da grade

samo dve samo dve σσ veze sa veze sa

dva vodonikadva vodonika

veze bi trebale da budu veze bi trebale da budu

pod pravim uglompod pravim uglom

6

22ss

22pp 22pp

22ss

spsp33 hibridizacijahibridizacija

22pp

22ss


KombinacijaKombinacija (h(hibridizacijaibridizacija) 2) 2s s

orbitalorbitalee i trii tri 22pp orbitalorbitalee

7

22pp

22ss


2 2 spsp33

4 e4 ekvivalentne kvivalentne orbitalorbitale su e su

u skladu sa u skladu sa

tetraedarskom tetraedarskom

geometrijomgeometrijom


E

8


StruStruktura etanaktura etana

CHCH33CHCH33

CC22HH66

tetraedtetraedaarrskaska geometrgeometrija na svakom C atomuija na svakom C atomu

CC——H H dudužžina vezaina veza = 110 pm= 110 pm

CC——C C dudužžina vezaina veza = 153 pm= 153 pm

9

σσ vezvezee kod etanakod etana

σσσσ veza

σσσσ veza

Izomerni alkani

nn--bbutanutan CHCH33CHCH22CHCH22CHCH33

iizzobutanobutan (CH(CH33))33CHCH

tktk --0.40.4°°CC tktk --10.210.2°°CC

CC44HH1010

10

CHCH33CHCH22CHCH22CHCH22CHCH22CHCH33

nn--ppentanentan

nn--hheeksksanan

CHCH33CHCH22CHCH22CHCH22CHCH33

CHCH33CHCH22CHCH22CHCH22CHCH22CHCH22CHCH33

nn--hheptaneptan

Viši n-alkani

nn--ppentanentan


izoizopentanpentan

(CH(CH33))22CHCHCHCH22CHCH33

nneopentaneopentan

(CH(CH33))44CC

C5H12 izomeri

11

Broj strukturnih izomera kod alkanaBroj strukturnih izomera kod alkana

CHCH44 11

CC22HH66 11

CC33HH88 11

CC44HH1010 22

CC55HH1212 33

CC66HH1414 55

CC77HH1616 99

Broj strukturnih izomera kod alkanaBroj strukturnih izomera kod alkana

CHCH44 11 CC88HH1818 1818

CC22HH66 11 CC99HH2020 3535

CC33HH88 11 CC1010HH2222 7575

CC44HH1010 22 CC1515HH3232 4,3474,347

CC55HH1212 33 CC2020HH4242 366,319366,319

CC66HH1414 55 CC4040HH8282 62,491,178,805,83162,491,178,805,831

CC77HH1616 99

12

�Zadržava se:

�metan CH4

�etan CH3CH3

�propan CH3CH2CH3

�butan CH3CH2CH2CH3

IUPAC nomenklatura alkana

� n-prefiks nije deo IUPAC-ovog naziva bilo

kog alkana

�Na primer: n-butan je “trivijalni naziv"

za CH3CH2CH2CH3; butan je "IUPAC naziv."

� Latinski ili Grčki prefiksi za broj C atoma

+ sufiks an

� Homologi niz ili serija – razlika članova za

–CH2- grupu (metilenska grupa)


13

�Broj C atoma Naziv Struktura

� 5 pentan CH3(CH2)3CH3

� 6 heksan CH3(CH2)4CH3

� 7 heptan CH3(CH2)5CH3

� 8 oktan CH3(CH2)6CH3

� 9 nonan CH3(CH2)7CH3

� 10 dekan CH3(CH2)8CH3



� 11 undekan CH3(CH2)9CH3

� 12 dodekan CH3(CH2)10CH3

� 13 tridekan CH3(CH2)11CH3

� 14 tetradekan CH3(CH2)12CH3

� 15 pentadekan CH3(CH2)7CH3

� 16 heksadekan CH3(CH2)8CH3


14


� 17 heptadekan CH3(CH2)15CH3

� 18 oktadekan CH3(CH2)16CH3

� 19 nonadekan CH3(CH2)17CH3

� 20 eikosan CH3(CH2)18CH3

� 25 pentakosan CH3(CH2)22CH3

� 30 triakontan CH3(CH2)28CH3


1. Naći i imenovati najduži niz u molekulu

najduži niz je osnovni niz

grupe vezane za osnovni niz su supstituenti


mmetetiilpentanlpentan

15


� Ukoliko molekul ima dva ili više nizova iste

dužine, onaj sa većim brojem supstituenta je

osnovni niz

heptanispravno

heptanpogrešno


2. Imenovati kao alkil-supstituente sve grupe vezane za najduži niz.

Ako je supstituent račvast primenjuju se ista pravila kao i za osnovni niz.

16

Metil- i etil-grupa

metilmetil

etiletil CC CCHH

HH HH

HH HH

CHCH33CHCH22

CCHH

HH

HH

CHCH33iliili

iliili

Grupe ravnog niza

naziv grupe se dobija tako što se od

naziva alkana oduzme sufiks -an

i doda sufiks -il

RRHHRR

bbututiill

CHCH33CHCH22CHCH22CHCH22CC CCHH

HH HH

HH HH

CC CC

HH HH

HH HH

iliili

17

hheeksiksillCHCH33(CH(CH22))44CHCH22

CHCH33(CH(CH22))55CHCH22

CHCH33(CH(CH22))1616CHCH22

hhepteptiill

okoktadectadeciill

Grupe ravnog niza

C3H7 alkil-grupe

CHCH33CHCH22CHCH22CC CCHH

HH HH

HH HH

CC

HH

HH

iliili

ii

CHCH33CHCHCHCH33CC CCHH

HH HH

HH

HHCC

HH

HH

iliili

18


HH HH

HH HH

CC

HH

HH

iliili

�IUPAC naziv: propil

�Trivijalni naziv: n-propil

C3H7 alkil-grupe

�Trivijalni naziv: izopropil

�IUPAC naziv: 1-metiletil


HH HH

HH

CC

HH

HH

iliiliHH

C3H7 alkil-grupe

19


HH HH

HH HH

CC

HH

HH

iliili

�Podela: Primarna alkil-grupa

�Alkil-grupe se dele prema C atomu preko

kojeg se uspostavlja veza

�C atom koji je direktno vezan za jedan C atom

je primarni, a H atomi vezani za primarni C atom

su primarni H atomi

C3H7 alkil-grupe

1o

�Podela: sekundarna alkil-grupa

�C atom koji je direktno vezan za dva C atoma

je sekundarni, a H atom vezan za sekundarni

C atom je sekundarni H atom


HH HH

HH

CC

HH

HH

iliiliHH

C3H7 alkil-grupe

2o

20

�IUPAC naziv: butil

�Trivijalni naziv: n-butil

�primarna alkil-grupa

CHCH33CHCH22CHCH22CHCH22CC CCHH

HH HH

HH HH

CC CC

HH HH

HH HH

iliili

C4H9 alkil-grupe

1o

�Trivijalni naziv: sek-butil

�IUPAC naziv: 1-metilpropil

�Sekundarna alkil-grupa

CHCH33CHCHCHCH22CHCH33CC CCHH

HH HH

HH

HHCC CC

HH HH

HH HH

iliili11 22 33

C4H9 alkil-grupe

2o

21

�Trivijalni naziv: izobutil

�IUPAC naziv: 2-metilpropil

�Primarna alkil-grupa

112233

CC

HH

CHCH22

CHCH33

CHCH33

C4H9 alkil-grupe

�Trivijalni naziv: terc-butil

�IUPAC naziv: 1,1-dimetiletil

�Tercijarna alkil-grupa

11 22CC CHCH33

CHCH33

CHCH33

C4H9 alkil-grupe

3o

22


3. Numerisati ugljenikove atome najdužeg niza

polazeći od onog kraja koji je najbliži

supstituentu

1 2 3 4

1 2 34ne

1 2 3

4

ne 1 2 3 4 5 6 7 8

56

7

8


� Ukoliko dva supstituenta mogu biti na istom

rastojanju od dva različita kraja niza,

osnovni niz se numeriše prema abecednom

redu. Prvi supstituent prema abecednom

redu se vezuje za ugljenik nižeg broja.

1

2 3

4

56

7

8

1

2

3

4

56

78

9

10

11

12

13

etil ima prednost nad metil butil ima prednost nad propil

23


4. Napisati ime alkana prvo uređujući sve supstituente po abecednom redu (svakom prethodi broj ugljenikovih atoma za koji je vezan), a zatim dodati ime osnovnog niza


� Ukoliko molekul sadrži više istih supstituenata, imenu alkil-grupe prethode prefiksi di-, tri-, tetra- itd. Ovi prefiksi kao i sek- i terc- ne

raspoređuju se po abecednom redu osim ako nisu deo složenog imena susptituenta.

24


� Primeri:

2-metilbutan 2,3-dimetilbutan 4-etil-2,2,7-trimetiloktan


� Primeri:

4-(1-etilpropil)-2,3,5-trimetilnonan

1

4 9

4-(1-metiletil)heptan(4-izopropilheptan)

25

Fizička svojstva

� zavise od jačine intermolekulskih privlačnih

sila (Van der Waals-ove sile)

� alkani su nepolarni, pa su dipol-dipol i dipol-

indukovani dipol sile odsutne

� samo sile između indukovanih dipola

(Londonove sile – elektronske korelacije)

++––++

–– ++––++ ––

� rastu sa porastom broja C atoma

� više atoma, više elektrona, višemogućnosti za indukovanje dipola

� opadaju sa granjanjem

� razgrananati molekuli se lošije pakuju -manja površina za kontakt sa drugim molekulima

Temperature ključanja i topljenja

26

Temperature ključanja

Broj C atoma

tk, oC

Alkani

Cikloalkani

Temperature topljenja

Broj C atoma

tt, oC

neparni

parni

27

Temperature ključanja i

topljenja

nn--ppentanentan


izoizopentanpentan

(CH(CH33))22CHCHCHCH22CHCH33

nneopentaneopentan

(CH(CH33))44CC

tk 36,1 oCtk 28 oC

tk 9,4 oC

tt -129.8 oC tt -159.9 oC

tt -16,8 oC

Konformacije etana

� energetska barijera je oko 12 kJ/mol-

rotacija je slobodna oko jednostruke veze

Njumanova projekciona

formula

diedralni ugao

60 o

28

Konformacije

E

Stepen rotacije

eklipsna

stepeničasta

-konformeri ili rotameri se

razlikuju po količini potencijalne

energije

-povećana repulzivna interakcija

H atoma na metil-grupama

dovodi do porasta Ep

-promena energije – rotaciona ili

torziona energija

-energija za prelazak potiče od

kretanja molekula

Konformacije butana

E

Stepen rotacije

antianti

goš(gauche-nezgodan)

sin

29

Konformacije butana

� sterna interakcija između metil-grupa – sterna smetnja – posledica veličine metil-grupe (zapremine) – van der Valsovo odbijanje

� torzioni napon – napon usled interne rotacije

Sirova naftaSirova nafta

Dobijanje alkana

Prirodni gasPrirodni gas

metan>>etan>propan

95 % - energija5 % - hem.ind.

30

Sirova naftaSirova nafta

Rafinerijski gasRRaafinerfinerijskiijski gasgas CC11--CC44

Petroletar

(tk: 20-60 °C)

PetroletarPetroletar

((tktk: 2: 200--6060 °°C)C)

CC55--CC1212

Benzin

(tk 40-200 °C)

BenzinBenzin

((tktk 4040--200200 °°C)C)Kerozin

(tk: 150-260 °C)

KeroKerozinzin

((tktk: 150: 150--22660 0 °°C)C)

CC1111--CC1133

Gasno ulje

(tk: >260 °C)

GasGasnono uljeulje

((tktk: : >>22660 0 °°C)C)

CC1133--CC1717

OstatakOstatakOstatak

Dobijanje alkana

Maziva

(tk: >400 °C)

MazivaMaziva

((tktk: : >>400400 °°C)C) CC1188--CC2525

CC55--CC66

Prerada nafte

� primarna prerada

� frakciona destilacija

(atmosferska i vakuum)

� sekundarna prerada

� termički postupci

(krekovanje)

� katalitički postupci

(krekovanje, reformiranje)

31

Laboratorijsko dobijanje

� Hidrogenovanje alkena i alkina

� Redukcija alkil-halogenida

� Vircova (Würtz) reakcija

Hidrogenovanje alkena i alkina

alken alkan

alkanalkin

ili

32

Redukcija alkil-halogenida

� hidroliza Grinjarovog (Grignard) reagensa

� redukcija pomoću metala i kiseline

Hidroliza Grinjarovog reagensa

R-X + Mg R-MgX R-HH2O

alkil-halogenid Grinjarov reagens alkan

metil-jodid metilmagnezijum-jodidmetan

CH3-I + Mg CH3-MgI CH3-HH2Oapsolutni

etar

33

Grinjarov reagens

R:Mg+

:X:..

..

+R-M R-MgX

δ δ δδ- - +

kovalentna veza

jonska veza

polarna veza

M=Li, K, Na, Zn, Hg, Pb...

_

Grinjarov reagens

� Grinjarov reagens je veoma reaktivan

� Reaguje sa neorganskim jedinjenjima (H2O,

CO2, O2) i organskim jedinjenjima – sinteza

organskih jedinjenja

RMgX + HOH R-H + Mg(OH)X

jača kiselina

slabijakiselina

34

Grinjarov reagens

� alkani su tako slabe kiseline da ih mogu

istisnuti i jedinjenja koja nisu kisela

RMgX + NH3 R-H + Mg(NH2)X

RMgX + CH3OH R-H + Mg(OCH3)X

voda je ipak najpodesnija (pristup i rukovanje)!

Redukcija pomoću metala i kiseline

2-brombutan butan

35

Vircova reakcija

R-X + 2Na + R-X R-R + 2NaX

CH3CH2CH2Br CH3CH2CH2CH2CH2CH3

Na

1-brompropan heksan

ograničenje – samo jedan alkil-halogenid kao polazni molekul se može koristiti!u suprotnom će se dobiti smeša proizvoda

Reakcije

Parafini (lat. parum affinis –bez dovoljno afiniteta) – mala reaktivnost

� Oksidacija

� Halogenovanje

� Piroliza

36

Oksidacija

CH4 + O2 CO2 + 2H2O + toplota

CH CHCH4 + O2 + 2CO + 10H2 21500 oC

•sagorevanje OJ do CO2 i H2O je karakteristična reakcija – za određivanje C i H

•sagorevanje ugljovodonika se odvija samo na visokoj temperaturi

Oksidacija

� toplota sagorevanja je količina toplote oslobođena po molu ugljovodonika

� toplota sagorevanja raste sa brojem C atoma

� toplota sagorevanja se smanjuje sa račvanjem

� toplota sagorevanja ukazuje na stabilnost molekula

CnH2n+2 + višak O2 nCO2 + (n+1)H2O∆H=toplotasagorevanja

37

4817 kJ/mol4817 kJ/mol





heptanheptan

ookktantan

nonannonan

Toplota sagorevanja

8CO8CO22 + 9H+ 9H22OO




5466 kJ/mol5466 kJ/molOO22

++2525

22

OO22++

2525

22 OO22++

2525

22 OO22++

2525

22

38

Halogenovanje

DHo=energija disocijacije veze

DHo

hlormetan

(raskinutih veza) (stvorenih veza)

uvedena energija-oslobođena energija

ili

Halogenovanje

� reakcija ide dalje – nastaje smeša

� za monohlorovanje je potreban veliki višak

metana

CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

Cl2, hν Cl2, hν Cl2, hν Cl2, hν

dihlormetan(metilenhlorid)

hloroform ugljentetrahlorid

39

Halogenovanje

� bromovanje se teže odvija od hlorovanja

� metan ne reaguje sa I2, a sa F2 reaguje i u

mraku na sobnoj temperaturi

CH4 CH3Br CH2Br2 CHBr3 CBr4

Br2, hν Br2, hν Br2, hν Br2, hν

metilbromid dibrommetan bromoform ugljentetrabromid

relativna reaktivnost halogena F2>Cl2>Br2>(I2)

Mehanizam halogenovanja

� inicijacija

� propagacija

� terminacija

lančana reakcija – serija stupnjeva, u svakom se stvara reaktivna čestica za sledeći stupanj

40

Inicijacija

� homolitičko raskidanje veze

atom hlora

mali broj inicijacija je potreban da bi se svi reaktanti preveli u proizvode !

ili

Propagacija 1

metil-radikal

Reakciona koordinata

za Br2

∆∆∆∆Ho=16 kcal/molEact=18 kcal/mol

•Eact – minimalna energija koja se mora dovesti sudarom da bi došlo do reakcije•Hemijska reakcijazahteva sudare dovoljne energije ipravilne orijentacije

δ δ. .

41

Struktura metil-radikala

metil-radikal HCl

prelazno stanje

Propagacija 2

42

Propagacija

propagacija 1 propagacija 2

r.k.

Terminacija

inhibitori-supstance koje usporavaju ili zaustavljaju reakciju čak i u maloj količini

CH3 + O2

.CH3-O-O

.

manje reaktivan od metil-radikala

43

Opšti mehanizam

inicijacija propagacija terminacija

Halogenovanje alkana

.

CH3CH3

XCH3CH2

.CH3CH2-X

etil-radikal

44


� orijentacija je određena relativnom brzinom izdvajanja vodonika, odnosno relativnom reaktivnošću

43 % 57%

1 o 2 o

1-hlorpropan 2-hlorpropan

ekvivalentni


r.k.

relativna reaktivnost 2o : 1o = 4 : 1 na 25 oC za hlorovanje

45


1-hlor-2-metilpropan 2-hlor-2-metil-propan

relativna reaktivnost 3o : 1o = 5 : 1 na 25 oC za hlorovanje

relativna reaktivnost 3o : 2o : 1o = 5 : 4 : 1 na 25 oC za hlorovanje

hlor je neselektivan !


2-brom-2-metilpropan 1-brom-2-metilpropan

relativna reaktivnost 3o : 2o : 1o = 1600 : 82 : 1 na 127 oC za bromovanje

brom je selektivan !

46


r.k.

� Brom pokazuje veliku selektivnost zato što se prelazna stanja kasno postižu i po strukturi su slična radikalu koji nastaje

Stabilnost radikala

� Energija disocijacije veze kod alkana opada u sledećem nizu:

� metan>1o>2o > 3o

C-H jača veza Manje stabilan radikal

CH3-H � CH3� + H� DH0 = 105 kcal mol-1

CH3CH2-H � CH3CH2 � + H� DH0 = 101 kcal mol-1

(CH3)2CH-H � (CH3)2CH� + H� DH0 = 98.5 kcal mol-1

(CH3)3C-H � (CH3)3C� + H� DH0 = 96.5 kcal mol-1

C-H slabija veza Stabilniji radikal

47

Stabilnost radikala

� Stabilnost radikala raste (energija potrebna za njihovo stvaranje opada):

� metil< 1o < 2o < 3o

1o 2o 3o

Stabilnost radikala

� Relativna stabilnost alkil-radikala se može objasniti preklapanjem orbitale koja sadrži nesparen elektron (p orbitala) i orbitale na susednom C atomu (sp3 orbitala).

� Ovo preklapanje se zove hiperkonjugacija.

� Hiperkonjugacija dozvoljava vezujućem paru elektrona u σ vezi da se delokalizuje u delimično praznoj p orbitali.

� Stabilizacija radikala rezonancijom (uključuje u delokalizaciju π orbitale) je mnogo veća.

� Još jedan faktor kod stabilizacije je smanjenje sternih smetnji zbog sp2 hibridizacije.

� Faktori koji stabilizuju radikal stabilizuju i prelazno stanje

48

Stabilnost radikala

1o 2o 3o

porast hiperkonjugacije

Piroliza

� zagrevanjem alkana na visokoj temperaturi

dolazi do raskidanja C-H i C-C veza u

odsustvu O2

� pri tom nastaju viši i niži alkani i alkeni

heksanraspad

49

Piroliza

propen

eten

kombinacija radikala

apstrakcija vodonika

Documents

P2-Alkani