şi structura - erasmus pulseorg1.chim.pub.ro/studenti/istrati_2013_anul_2/c6_alcani_1.pdfalcanii...
TRANSCRIPT
V.1.1 Definiţie, clasificare, nomenclatura, izomerieşi structura
♦ Definiţie
hidrocarburi saturate aciclice (parafine), parum affinis = putin inrudite, nereactive
au numai atomi de carbon hibridizaţi sp3
catene aciclice şi legături simple C – C şi C - H
Formula generală a alcanilor este: CnH2n+2
♦ Clasificare
Alcanii se clasifică în funcţie de tipul catenei în:
alcani cu catenă liniară: alcani normali sau n-alcani,
alcani cu catenă ramificată: izo-alcani.
Serie omoloagă
CnH2n+2
n=1: CH4 metan
n=2: C2H6 etan
n=3: C3H8 propan
n=4: C4H10 butan
n=5: C5H12 pentan
n=6: C6H14 hexan
n=7: C7H16 heptan
….etc
Catenele pot fi liniare sau ramificate:
C5H12
♦ Nomenclatura
Conform regulilor IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry):
1) primii 4 termeni ai seriei omoloage au denumiri tradiţionale: metan, etan, propan şi butan.
2) în continuare se denumesc utilizând numeralul din limba greacă, corespunzător cu n şi se adaugă sufixul “an”:
pentan, hexan, heptan, octan, nonan, decan, undecan, dodecan, tridecan, …., icosan(n=20), triacontan (n=30), …, hectan (n=100), dotriacontahectan (n=132), etc.
3) pt alcanii izomeri (izoalcani):
se alege catena liniară cea mai lungă indiferent de modul în care este scrisă formula de constituţie;
se numerotează catena cea mai lungă începând de la capătul la care se găseşte cea mai apropiată ramificaţie, indiferent dacă acesta este în partea stângă sau dreaptă a formulei;
dacă numerotări diferite conduc la catene cu număr egal de atomi de carbon, se alege catena cu numărul cel mai mare de ramificaţii (care se scriu ca radicali)
corect incorect
în cazul catenelor egale, numerotarea se face astfel ca suma poziţiilor de
ramificare sa fie cea mai mică posibil
substituenţii se scriu în ordine alfabetică
pentru cazurile în care sunt mai mulţi radicali identici se folosesc prefixele: di,
tri tetra, penta, etc. Pentru cazurile în care se repetă radicali complecşi se
folosesc (înaintea parantezelor) prefixele bis, tris, etc.
în cazul alcanilor substituiţi cu substituenţi ciclici saturaţi, se consideră
compus de baza hidrocarbura cu cel mai mare numar de atomi de carbon:
1-ciclopropil-pentan NU 1-pentil-ciclopropan
Denumirea radicalilor se face înlocuind sufixul “an” cu sufixul “il”
2-metil-hexan
3-etil-2,4,5-trimetil-heptan
3,3-dimetil-hexan
Izomerii C6H14
♦ Izomerie
compuşi cu aceeaşi formulă moleculară, care diferă prin modul de aranjare structurală a atomilor componenţi în moleculă şi care, funcţie de structură, diferăprin proprietăţile fizice şi/sau chimice
Alcanii – izomerie de catenă – izomerii diferă numai prin proprietăţile fizice
După numărul de atomi de carbon de care este legat, un atom de carbon poate fi:
primar (1o) – legat de un atom de carbon
secundar (2o) – legat de 2 atomi de carbon
terţiar (3o) – legat de 3 atomi de carbon
cuaternar (4o) – legat de 4 atomi de carbon4°
3°
2°
2°
2°
2°1°
1°
1°
1°
1°
1°1°
1°1°
♦ Structura
• toţi atomii de C sunt hibridizaţi sp3
• prezintă numai legături de tip σ, saturate
• atomii de C au configuraţie tetraedrică
• molecula este în zig-zag
• legăturile C – C – nepolare; legăturile C – H - practic nepolare
• moleculele nepolare şi au dipolmomentul zero.
• lungimea legăturilor: C – C - cca 1,54A ; C – H - cca 1,10A.
• Unghiul dintre legaturi: 10905’
• energiile de legătură C – C - cca 81 kcal/mol; energiile legăturilor C – H depind
de tipul atomului de carbon, astfel:
CH3 H CH3 CH2 H (CH3)2CH H (CH3)3C H> > >
Kcal/mol: 102 98 94 90104 919598
• Stare de agregare: C1- C4 gazeC5 – C14 lichideC15 - solide
• Solubilitatea: insolubili în apă şi alcooli inferiori solubili in solvenţi nepolari: benzen, eter, tetraclorura de carbon
• Densitate: 0,6 – 0,8 g/cm3 < densitatea apei
• Puncte de topire: nu există o corelare între masa moleculară şi punctul de topirealcanii simetrici au p.t. > alcanii izomeri nesimetrici
• Punctele de fierbere cresc în seria omologă cu 20-30oC
ex.: C5: 36,1oC; C6: 68,8oC; C7: 98,4oC
Izoalcanii au p.f. mai mici decat n-alcanii corespunzatori:
ex.: n-pentan: 36,1oC, 2-metilbutan: 27,8oC si
2,2-dimetilpropan (neopentan): 9,5oC
V.1.2. Proprietăţi fizice
V.1.3. Stereoizomeria alcanilorIzomeri de conformaţie (conformeri)
Stereos – spaţiu stereoizomerie – aranjare spaţială a atomilor în moleculă
Rezultă în urma rotaţiei libere permise in jurul unei legaturi C – C
H
H H
H
H H
H
HH
HH
H
Conformerii posibili ai C2H6
(etanului)
Structura eclipsată Structura intercalată
H
H H
H
H H
H
H H
H
H H
Conformerii posibili şi variaţia energiei în timpul rotaţiei în jurul legăturii C2-C3 din butan
Conformerii posibili ai 1,2-dicloroetanului (CH2Cl-CH2Cl )
sin-eclipsat sin-intercalat (gauche)
anti-eclipsat anti-intercalat
Cl
H H
ClH
H
Cl
H H
Cl
HH
Cl
H H
HH
Cl
Cl
H H
H
H
Cl
Cl
H H
H
H
Cl
V.1.4. Sintezele alcanilor
Principalele surse naturale de alcani sunt petrolul şi gazele naturale.
Petrolul brut în stare naturală nu conţine hidrocarburi olefinice sau
acetilenice, în rest în componenţa acestuia există toate celelalte tipuri de
hidrocarburi.
n-Alcani au fost izolaţi şi identificaţi n-alcani începând de la metan
şi până la izomeri cu 70 de atomi de carbon.
izo-Alcanii greu de izolat şi identificat datorită numărului mare de
izomeri care creşte odată cu creşterea masei moleculare;
au fost izolaţi toţi izo-alcanii până la C8;
Dintre hidrocarburile ramificate cu peste 8 atomi de
carbon s-au izolat o serie de izomeri: 2-metil, 3-metil şi 4-metiloctan,
2,3-dimetil şi 3,6-dimetilheptan,
2,3,5-; 2,2,4- şi 2,2,5-trimetilhexan,
2,2,4,4-tetrametilpentan.
♦ Sinteze industriale
Distilarea fracţionată a petrolului
Varful coloanei - interval de distilare 30 - 150 °C - benzină uşoară (C5 – C6) şi gaze
între 140 – 190 °C - fracţiunea benzină grea, destinată obţinerii de carburant sau materie primă pentru procese de prelucrare secundară
Kerosen - între 190 – 270 °C, bază pentru producerea carburanţilor pentru reactoare, petrolului lampant şi a diverşilor solvenţi
fracţiune motorină - între 270 – 360 °C – bază pentru carburantul Diesel;
fracţiune ulei greu - între 360 – 450 °C
fracţiune asfalt - peste 450°C
Gazele naturale amestecuri de hidrocarburi parafinice având 1 până la 4 atomi
de carbon în care metanul este predominant (de la 70 la 99 % în volume).
ansamblul celorlalte hidrocarburi gazoase depăşeşte rar 15 %.
mai conţine: azot (care-i scade puterea calorifică), dioxid de carbon şi
hidrogen sulfurat. O serie de zăcăminte de gaz natural pot conţine cantităţi de heliu
(0,5 până la 1%), reprezentând o sursă pentru acest gaz.
♦ Sinteze de laborator
A. Formare de legături C-H prin reacţii de hidrogenare / reducere
A.1. Hidrogenarea alchenelor C C
R
R
R'
R'
H2/PtCH CH
R
R
R'
R'
R C C R'H2/Pt
R C
H
H
C
H
H
R'A.2. Hidrogenarea alchinelor
Catalizatori – metale tranziţionale (Ni, Pt, Pd) depuse pe cărbune
Mecanismul hidrogenării explică de ce se obţin numai izomerii cis
Etapa 1: H2 se absoarbe pe suprafaţa catalizatorului şi se leagă de
acesta prin chemosorbţie
H−H Pt+ Pt
H H
Etapa 2: Ambii atomi de hidrogen se adiţionează pe aceeaşi parte a dublei legături alchenice (adiţie syn)
H3C CH3
Pt
H HH H
CH3 CH3
Pt
Izomerulcis esteuniculprodus
A.3. Reducerea derivaţilor halogenaţi
cu hidrura de litiu-aluminiu în eter etilic anhidru
cu zinc şi acid clorhidric
R C
H
R'
X
LiAlH 4ether
R C
H
R'
X
Zn/H +
R C
H
R'
H
A.4. Reducerea compuşilor organo-magnezieni (Grignard)
derivat halogenat compus alcanorgano-magnezian
B. Formare de legături C-C
B.1. Sinteza Wurtz – obţinere de alcani simetrici din derivaţi halogenaţi
B.2. Sinteza Corey – obţinere de alcani simetrici din compuşi organo-litici-cuprici (reactivi Gilman)
reactiv Gilman