Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
ALKANI
2
Alifatični ili aciklični
I. Klasifikacija organskih spojeva ugljovodonici Alifatični ili aciklični Ciklični i aromatični alkani alkeni alkini
3
II. Alkani Opšta formula: CnH2n + 2 Homologi niz: Nomenklatura(imena):
CH4 metan n-C11H24 undekan CH3CH3 etan n-C12H26 dodekan CH3CH2CH3 propan n-C13H28 tridekan CH3(CH2)2CH3 butan n-C14H30 tetradekan CH3(CH2)3CH3 pentan ¦ CH3(CH2)4CH3 heksan n-C20H42 ikosan n-C7H16 heptan n-C30H62 triakontan n-C8H18 oktan n-C40H82 tetrakontan n-C9H20 nonan ¦ n-C10H22 dekan itd.
4
Struktura metana kovalentna veza tetraedarski raspored, sp3 hibrid
konačni produkt anaerobnog raspadanja biljaka glavni sastojak zemnog plina (do 97%) “močvarni plin” Centar Tetraedar tetraedarska molekula
5
Orbitalni prikaz metana i etana
6
Ime Strukturna formula Kondezovana formula Model s kuglicama
i štapićima Metan Etan Propan Butan Figure Number: Title: Simple Alkanes Caption: Names, Kekulé structures, condensed structures, and ball-and-stick structures of molecules of the first four straight-chain alkanes. Notes: Simple alkanes have the general formula CnH2n+2.
7
Dužina veze i ugao veze metan etan propan
8
konstitucijski izomeri – razlikuju se po prirodi veze
i redosledu vezivanja n-butan izobutan izobutil- n-pentan izopentan neopentan neopentil-
9
Supstituirajuće grupe (ALKILI)
propan propil izopropil
10
butan butil- sec-butil-
izobutan izobutil - tert-butil-
11
Klasifikacija ugljenikovih i vodonikovih atoma
Tercijarni C atom Primarni C atom Primarni C atom Sekundarni C atom n-butil izobutil sec-butil tert-butil Sekundarni vodik Primarni vodik Tercijarni vodik Primarni vodik Sekundarni vodik Tercijarni vodik n-butil-alkohol izobutil-alkohol sec-butil-alkohol tert-butil-alkohol
12
III. Fizička svojstva rastvorljivost: hidrofobni, slabo polarni
slabe van der Waalsove veze gustina: manja od 1 g/mL, povećava s veličinom alkana Tk rastu s porastom broja C atoma povišenje tt zavisi od slaganja u kristalnoj rešetki izomer s ravnim lancem ima više tk od izomera s razgranatim lancem
13
C1-C4: gasovi (prirodni plin)
C5-C6: petroleter C6-C7: ligroin (laki benzin) C5-C10: prirodni benzin C12-C81: petrolej (kerozin) C12 i viši: plinsko ulje (dizelsko) C20-C34: maziva ulja
14
sirovo ulje toranj za destilaciju Prirodni plin Benzin sirovo ulje Kerozin Dizelska goriva Maziva ulja Asfalt grijući plamenik
15
Tk alkana razgranati alkani imaju manju dodirnu površinu
i slabije intermolekularne sile n-alkani temperatura (oC) izoalkani broj ugljenikovih atoma
16
Tt alkana razgranati su alkani bolje inkorporirani u kristalnu
rešetku pa imaju više tt paran broj C atoma temperatura (oC) neparan broj C atoma broj ugljenikovih atoma
17
IV. Konformacije alkana Konformacije etana
zvezdasta konformacija poseduje nižu energiju diedarski ugao = 60 o model H Newmanova projekcija perspektivna formula
18
Slobodna rotacija oko jednostruke veze C-C
19
Zadnji C Prednji C Pogled
20
Konformacije propana povećanje torzijske napetosti zbog veće metil grupe potencijalna energija diedarski ugao
21
Konformacije butana najviša energija kada su metil grupe zasenjene
steričke smetnje diedarski ugao = 0 o totally eclipsed potpuno zasenjena konformacija
22
Konformacije butana najniža je energija kada su metil grupe anti
diedarski ugao = 180 o anti
23
Konformacije butana antiklinalna (zasenjena)
više energije od iste zvezdaste diedarski ugao = 120 o zasenjena
24
Konformacijska analiza
sinperiplanarna zasenjena sinperiplanarna zasenjena antiklinalna zasenjena antiklinalna zasenjena sinklinalna gauche zvezdasta sinklinalna gauche zvezdasta potencijalna energija antiperiplanarna anti-zvezdasta najniža energija
25
V. Dobijanja alkana Redukcije Grinjarova sinteza Reakcije sparivanja
Hidrogenizacija alkena Hidrogenizacija alkina Redukcija alkil halogenida hidridima Redukcija alkil halogenida s Zn u kiseloj sredini Grinjarova sinteza Reakcije sparivanja Wurtz-ova reakcija Corey-House-ova reakcija sparivanja
26
Hidrogenacija alkena Hidrogenacija alkina
Redukcija Hidrogenacija alkena Hidrogenacija alkina
27
Redukcija Redukcija alkil halogenida hidridima
Redukcija alkil halogenida s Zn u kiseloj sredini eter
28
Grinjarova sinteza eter Alkil halogenid Grinjarov reagens Alkan
29
Reakcije sparivanja Wurtz-ova reakcija simetrični alkani
30
Corey-House sparivanje (Gilman-ov reagens)
Reakcije sparivanja Corey-House sparivanje (Gilman-ov reagens) organobakreni Gilman-ov reagens
31
VI. Reakcije alkana Sagorevanje Piroliza: krekovanje Halogenovnje t
katalizator alkani dugih lanaca alkani kratkih lanaca Halogenovnje t ili svetlo
32
Reaktivnost alkana tzv. parafini ( koji poseduju niski afinitet prema drugim) jer su vrlo nereaktivni halogenovranje je pri povišenoj temperaturi i prisutnosti svetla obično nekontrolisano
33
Radikalske reakcije Halogenovanje alkana
supstituisanjem samo jednog H atoma halogenom u molekulu dolazi do monohalogenovanja ukoliko je upotrebljen višak halogena postoji mogućnost zamene ne samo jednog H atoma već više njih monohalogenovanje je moguće eksperimentalno postići dodavanjem halogena X2 u višku alkena 1 H supstituisan 2 H supstituisana H supstituisana H supstituisana
34
Mehanizmi hlorovanja i bromovanja alkana
mehanizam monohlorovanja metana Inicijacijski ili početni stupanj Propagacijski ili napredni stupanj metilni radikal Terminacijski ili završni stupanj
35
Energija halogenovranja
Prelazno stanje [1] hν ili Δ Prelazno stanje [2] Energija ΔH ukupna Reakciona koordinata
36
Prelazno stanje kod halogenovanja
što je radikal stabilniji, Eakt. je manja, prelazno stanje je stabilnije u prelaznom je stanju već delimično nastala veza između vodika i halogena, a ona između ugljenika i halogena delimično je prekinuta faktorii koji stabilizuju slobodni radikal snizavaju energiju nastajućeg slobodnog radikala u prelaznom stanju Prelazna su stanja za obe reakcije približno iste energije što je razlog nastajanja oba radikala Energija manje stabilni 1o radikal stabilniji 2o radikal Reakcijska koordinata Reaktanti halogen poseduje nespareni elektron Prelazno stanje ugljenikov atom prima karakter slobodnog radikala Produkti atom ugljenika poseduje nespareni elektron
37
Brzina hlorovanja porast brzine nastajanja radikala
relativne brzine nastajanja alkilnih radikala pomoćuhlor radikala pri sobnoj temperaturi porast brzine nastajanja radikala tercijarni sekundarni primarni tert-butil slobodni radikal izopropil slobodni radikal etil slobodni radikal
38
Energija hlorovanja računajući H0 pomoću energije disocijacije pokazuje da je privlačenje 10 i 20 H atoma pomoću Cl• egzotermna reakcija 1o radikal 1o C – H veza pukla nastala veza egzotermna reakcija nastala veza 2o radikal 2o C – H veza pukla
39
Tok reakcije Tok reakcije razlika u Ea manja od 1 kcal razlika u Ea
oko 1,5 kcal alkan + Cl. potencijalna energija potencijalna energija kloriranje je egzotermna reakcija prijelazno stanje slično reaktantu bromiranje je endotermna reakcija prijelazno stanje slično produktu alkan + Br. Figure Number: 09-01a,b Title: Figure 9.1 Caption: Reaction coordinate diagrams for the abstraction of primary, secondary, and tertiary hydrogens by chlorine and bromine atoms. Notes: Since the chlorine abstractions are exothermic, their transition states resemble reactants, and their relative stabilities do not fully reflect the relative stabilities of the product alkyl radicals. The bromine abstractions are endothermic, so the bromine-abstraction transition states resemble product alkyl radicals. Thus, the relative stabilities of the bromine-abstraction transition states resemble the relative stabilities of the alkyl radical products. Thus, the activation energies (and relative speeds) of bromine-abstraction reactions more closely reflect alkyl radical stabilities than do the activation energies of chlorine-abstraction reactions. Tok reakcije Tok reakcije
40
Energija bromovanja. Reaktivnost i selektivnost
brom je u reakcijama sa alkanima znatno selektivniji od hlora znatno je manje reaktivan od hlora reagens je selektivniji što je manje reaktivan računajući H0 pomoću energije disocijacije pokazuje da je privlačenje 10 i 20 H atoma pomoću Br• endotermna reakcija lakše nastaje 20 radikal nego primarni 1o radikal 1o C – H veza pukla nastala veza endotermna reakcija nastala veza 2o C – H veza pukla stabilniji 2o radikal
41
Reakcijska koordinata
42
Energetski profil bromovanja
stabilnije prelazno stanje manje stabilno prelazno stanje manje stabilan 1o radikal stabilniji 2o radikal Energija sporija reakcija brža reakcija Reakcijska koordinata
43
slab karakter radikala
δ. δ. niska reaktivnost visoka selektivnost Prelazno stanje Postignuto kasno Jak karakter radikala δ. δ. visoka reaktivnost niska selektivnost Prelazno stanje Postignuto rano slab karakter radikala pri napadu slabo reaktivnog atoma broma prelazno se stanje postiže kasno u toku reakcije, kada je alkil grupa tek razvila svoj karakter radikala. pri napadu jako reaktivnog hlora, prelazno se stanje postiže rano, kada je alkilna grupa tek počela dobijati karakter radikala
44
Stereohemija halogenovanja
halogenovanje simetričnog polaznog materijala poput CH3CH2CH2CH3 daje dva konstitucijska izomera zamenom 10 ili 20 H atoma novi sterogeni centar produkt dva enantiomera 1-hlorbutan ne poseduje asimetrični centar pa je molekul simetričan u 2-hlorbutanu nastaje asimetrični centar, te halogenovanjem nastaje racemična smesa (smesa dva enantiomera)
45
Stereohemija halogenovanja
rezultat halogenovanja alkana je racemična smesa budući da u propagaciji nastaje planarni sp2 hibridizovani radikal molekul Cl2 može prići planarnom radikalu s obe strane planarni radikal (S)-2-hlorbutan enantiomeri butan Cl2 može napasti s obe strane planarnog radikala (R)-2-hlorbutan
46
Stereohemija halogenovanja
radikalski intermedijer
47
Prelazno stanje Polazni materijal Metil radikal HCl
48
konfiguracija produkata
asimetrični C atom konfiguracija produkata par enantiomera klinaste formule Figure Number: Title: Stereochemistry of Radical Substitution Reactions Caption: If a reactant does not have an asymmetric carbon, and a radical substitution reaction forms a product with an asymmetric carbon, a mixture of enantiomers is produced. Notes: In a radical substitution reaction, a radical intermediate is produced which can abstract atoms to form a new bond from either of two possible orientations, giving rise to either of two possible enantiomers. par enantiomera Fischerove formule
49
Halogeni Figure Number: 09-01-03UN Title: Halogen Molecules
Caption: Space-filling models of diatomic halogen molecules. Notes: As the halogen atoms grow in size, they form longer, weaker bonds with carbon atoms and other halogen atoms. Halogeni
50
Halogenovanje alilnog ugljenika
vodonikovi atomi, vezani na ugljenikovim atomima u susedstvu dvostruke veze, poznati kao alilni vodonici, lakše se otcepljuju nego tercijarni vodonici homolizom alilne C—H veze u propenu nastaje alilni radikal koji poseduje nespareni elektron na ugljenikovom atomu susednom dvostrukoj vezi alilni radikal alilna C – H veza energija disocijacije veze za ovu reakciju je manja nego za disocijaciju 30 C—H veze (91 kcal/mol). to je pokazatelj da je alilni radikal stabilniji od 30 radikala. najmanje stabilan najstabilniji alilni radikal rast stabilnosti radikala
51
MO alilnog radikala
52
Stabilnost alilnog radikala
alilni je radikal rezonantni hibrid dve strukture nespareni je elektron delokaliziran, tj. podjednako raspodeljen na oba krajnja C kada se molekul može prikazati s dve ili više struktura koje se razlikuju samo po raspodeli elektrona, tj. struktura koje imaju isti raspored atomskih jezgara, govorimo o rezonanciji. molekul je hibrid svih tih struktura i ne može biti dovoljno tačno prikazan bilo kojom od njih pa se kaže da strukture sudeluju u izgradnji hibrida rezonancija je značajna kada su sve strukture približno jednako stabilne (tj. kad imaju jednak sadržaj energije) rezonantni hibrid je stabilniji od bilo koje strukture koja je prisutna to povećanje stabilnosti se zove ENERGIJA REZONANCIJE hibrid dvije rezonantne strukture alilnog radikala
53
Stabilizacija radikala
Relativna stabilnost radikala benzilni radikal alilni radikal tercijarni radikal sekundarni radikal primarni radikal vinil radikal metil radikal povećanje stabilnosti
Similar presentations
