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