2 ALIPHATIC HYDROCARBONS

2 ALIPHATIC HYDROCARBONS
2.1 CLASSIFICATION AND PHYSICAL PROPERTIES
HYDROCARBONS
ALIPHATIC & ALICYCLIC
(ACYCLIC & CYCLIC)
ALKANES ALKENES ALKYNES
Nonpolar, Water insoluble
C < 5 are gas in nature
AROMATIC
MONOCYCLIC POLYNUCLEAR

2.2 STRUCTURE AND NOMENCLATURE
ALKANES
-Saturated Hydrocarbons: (Containing only single bond)
C n
H 2n+2
C n
H 2n
Straight chain (Open chain or Acyclic)
Cyclic (Alicyclic)
H
C
~1.07A
~1.54A
H 3 C H CH 3

Carbon Skeletal Root Word
no. of carbon root word
no. of carbon root word
6 hex-
7 hept-
8 oct-
9 non-
10 dec-
1 meth-
2 eth-
3 prop-
4 but-
5 pentno.
of carbon root word
11 undec-
12 dodec-
13 tridec-
19 nonadec-
20 eicos-
e.g. CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 (CH 3 ) 2 CHCH 3
n-Butane Isobutane -Common name
Butane 2-Methylpropane -IUPAC name
Cyclopropane Cyclopentane Cyclohexane

-Types of carbon and hydrogen in alkanes
CH 3
CH 3 —CH—CH 2 —C—CH 3
CH 3 CH 3
CHIRALITY AND OPTICAL ACTIVITY
-Chirality (Tetracoordinated carbon)
H 3 C
OH Chiral center H
C* C* C*
CH=CH 2
H CH 2 CH 3 H
OH CH 2 CH 3
3 C
H
Br CH 3

ALKENES
-Unsaturated Hydrocarbons: (Containing at least one double
bond)
1.34A
H H
C=C 117 o
H H
1.10A
C n
H 2n
C n
H 2n-2
One double bond, Open chain (Acyclic)
One double bond, Cyclic (Alicyclic)
CH 2 =CH 2 CH 3 CH=CH 2 CH 3 CH 2 CH=CH 2
Ethylene Propylene Butylene

Cyclopropene Cyclobutene Cyclopentene Cyclohexene
GEOMETRICAL ISOMERISM
Geometric Isomers → Mainly for double-bonded compounds:
cis - trans isomers vs E - Z isomers
CH 3
CH 3
CH 3
H CH 3
CH 2 H
C=C C=C C=C
H H H CH 3
CH 3
H
cis or Z trans or E none

ALKYNES
-Unsaturated Hydrocarbons: (Containing at least one triple bond)
1.08A
1.21A
H—C≡C—H
180 o
C n
H 2n-2
C n
H 2n-4
One triple bond, Open chain (Acyclic)
One triple bond, Cyclic (Alicyclic)
HC≡CH CH 3 C≡CH CH 3 C≡CCH 3
Acetylene Methylacetylene
Dimethylacetylene

2.3 INDUSTRIAL SOURCES
-Sources
-From Fossil → Petroleum, Natural gas, and Coal
-From Animals & Plants
HYDROCARBON FUELS
-Composition of natural gas
Mainly methane, Ethane + Propane = 5 - 10 %
-Compositon of petroleum
Mainly alkanes + cycloalkanes = Naphthenes

Composition
Gas
Petroleum ether
Ligroin
(Light naphtha)
Natural gasoline
Kerosene
Gas oil
Lubricating oils
and greases
Asphalt or
petroleum coke
Boiling range
< 40
30 - 60
60 - 90
40 - 200
175 - 325
> 275
Non-volatile liquids
Non-volatile solids
Number of carbon
C 1
-C 5
C 5
-C 6
C 6
-C 7
C 5
-C 10
C 8
-C 14
C 12
-C 18
C 20
-C 34
Polycyclic structures
-Knocking → Octane number
-Leaded gasoline (Ethyl gasoline)

2.4 TYPICAL REACTIONS OF ALKANES
-Halogenation
CH 4 + Cl 2 /heat or light →
CH 3 Cl + HCl
-Mechanism of halogenation
-Free-radical reactions
-Initiated by heat or UV light
-Cl 2
is dissociated under UV light
-Chain reaction
-Inhibited by O 2
or other inhibitors

-Rates of halogenation
-Ease of hydrogen abstraction: 3 o > 2 o > 1 o > CH 4
-Energy for R o formation: o CH 3
> 1 o > 2 o > 3 o
-Reactivity of halogens toward alkanes:
F > Cl > Br > I
-Orientation of halogenation
-Relative rate of chlorination of
3 o H : 2 o H : 1 o H = 5.00 : 3.75 : 1.00
-Relative rate of bromination of
3 o H : 2 o H : 1 o H = 1600 : 82 : 1

CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + X 2
X
→ CH 3 CH 2 CHCH 3 + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 X
X = Cl light/25 o 72% 28%
Br light/127 o 98% 2%
(CH 3 ) 2 CHCH 3 + X 2 → (CH 3 ) 3 C-X + (CH 3 ) 2 CHCH 2 X
X = Cl light/25 o 36% 64%
Br light/25 o 99% 1%
-Combustion
Main products are CO 2
& H 2
O
By product is energy in different forms
-Pyrolysis
Main products are smaller molecules

2.5 TYPICAL REACTIONS OF ALKENES
-Addition of hydrogens - syn mode
CH 3 CH=CH 2 + H 2 → CH 3 CH 2 CH 3
-Addition of halogens - anti mode
CH 3 CH=CH 2 + X 2
→ CH 3 CHX-CH 2 X
-Addition of hydrogen halides -Markovnikov
(CH 3 ) 2 C=CH 2 + HX → (CH 3 ) 2 CX-CH 3
(Stability of carbocation and Peroxide effects)

-Addition of sulfuric acid
CH 2 =CH 2 + H 2 SO 4 → CH 3 CH 2 OSO 3 H
-Addition of water
(CH 3 ) 2 C=CH 2 + H 2 O/H + → (CH 3 ) 3 COH
-Halohydrin formation
CH 3 CH=CH 2 + X 2 /H 2 O →
CH 3 CH(OH)CH 2 X
-Oxymercuration-Demercuration
CH 3 CH=CH 2 + Hg(OAc) 2 /H 2 O then NaBH 4 → (CH 3 ) 2 CHOH

-Hydroboration-Oxidation
CH 3 CH=CH 2 + (BH 3 ) 2 then H 2 O 2 /OH - → CH 3 CH 2 CH 2 OH
-Hydroxylation (Baeyer test)
CH 2 =CH 2 + dil KMnO 4 → HOCH 2 CH 2 OH
CH 2 =CH 2 + per acid, then H 2 O/H + → HOCH 2 CH 2 OH
-Addition of carbenes
CH 2 =CH 2 + CH 2 N 2 /UV → Cyclopropane

-Addition of alkenes
2 Me 2 C=CH 2 + H 2 SO 4 → Me 2 C=CHCMe 3 + CH 2 =C(Me)CH 2 CMe 3
-Addition of alkanes
(CH 3 ) 2 C=CH 2 + Me 3 CH + H 2 SO 4 → Me 2 CHCH 2 CMe 3
-Halogenation (Substitution reaction)
CH 3 CH=CH 2 + X 2 /gas phase → XCH 2 CH=CH 2
-Ozonolysis
CH 3 CH=CH 2 + O 3 then H 2 O/Zn → CH 3 CHO + CH 2 O

2.6 TYPICAL REACTIONS OF ALKYNES
-Addition of hydrogen
CH 3 C≡CH + H 2 /Pt → CH 3 CH 2 CH 3
-Addition of halogens
CH≡CH + 2 X 2 → X 2 CH-CHX 2
-Addition of hydrogen halides
CH 3 C≡CH + 2 HX → CH 3 CX 2 CH 3
-Formation of metal acetylides
CH 3 C≡CH + CuNO 3 → CH 3 C≡CCu

2.7 PREPARATIONS AND ANALYSES
ALKANES
-From Natural Sources
-From Organohalogen Compounds
(CH 3 ) 2 CHCH 2 Br + Mg/ether then H 2 O → (CH 3 ) 2 CHCH 3
C 6 H 5 Li + C 6 H 5 CH 2 Cl → (C 6 H 5 )CH 2 + LiCl
ALKENES
(CH 3 ) 2 CHCH 2 Br + KOH/ethanol → (CH 3 ) 2 C=CH 2
CH 3 C≡CCH 3 + HCl → CH 3 CH=C(Cl)CH 3
CH 3 CH(OH)CH 3 + H + → CH 3 CH=CH 2

ALKYNES
NH 3
(l)
HC≡CNa + CH 3 CH 2 CH 2 Br ⎯⎯→
KOH/(alc)
CH 3 CH(Br)CH 2 Br ⎯⎯⎯⎯→
NaNH 2
/NH 3
(l)
CH 3 CH=CHBr ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ CH 3 C≡CH
CH 3 CH 2 CH 2 C≡CH
CH 3 CH=CHBr
Analysis of Alkanes -Test for unsaturation (Negative test),
Chemically inert, Insoluble in water, acid, base, etc.
Analysis of Alkenes -Test for unsaturation (double bonds), Br 2
/CCl 4
,
KMnO 4
, soluble in H 2
SO 4
, O 3
/Zn-H 2
O, H 2
/catalyst
Analysis of Alkynes -Test for unsaturation (triple bonds), Br 2
/CCl 4
,
KMnO 4
, soluble in H 2
SO 4
, O 3
/Zn-H 2
O (alkynes give acids),
H 2
/catalyst, heavy metal acetylides e.g. Ag + , Cu + (for terminal
alkynes)

Question 1. จงเขียนโครงสรางของอัลเคนตอไปนี้:
(ก) 2-Methyl-3-ethylpentane
(ข)
(ค)
(ง)
1,3-Dimethylcyclohexane
2,3-Dimethyl-2-butene
4-Methyl-2-pentyne
(จ) จงเขียนโครงสรางไอโซเมอรทั้งหมดของสูตร C 7 H 14
Question 2. จงเขียนชื่อ IUPAC ของสารตอไปนี้:
(ก) (C 2 H 5 ) 2 C(CH 3 )CH 2 CH 3
(ข) (CH 3 ) 3 CCH=CHC(CH 3 ) 3
(ค) CH 3 CH 2 C≡CCH 2 CH 2 C(CH 3 ) 3

Question 3. สารตอไปนี้ตัวใดเปนไครัล และ/หรือสเตอริโอไอโซเมอรเรขาคณิต
(ก) CH 3 CH 2 CH(OH)CH 2 CH 3
(ข) CH 2 =CHCHClCH 3
(ค) PhCH(OH)CH 3
(ง) 3-Chloro-2-butanol
Question 4. จงเขียนโครงสรางและชื่อของผลผลิตที่สําคัญที่คาดหวังจากปฏิกิริยาในแตละขอตอไปนี้
(ก) Cyclopropane + Cl 2 /FeCl 3
(ข) Cyclopropane + conc.H 2 SO 4
(ค) Cyclopenatane + Cl 2 (300 o C)
(ง) 2-Methyl-1-butene + HCl
(จ) 1-Butyne + HCl

Question 5. จงเขียนโครงสรางของผลผลิตทั้งหมดที่คาดหวังจากการทําโมโนคลอริเนชันที่อุณหภูมิหองของ
สารตอไปนี้
(ก)
(ข)
Isopentane (4 ตัว)
n-Pentane (3 ตัว)
Question 6. 2,5-Dimethyl-1,1-cyclopentanedicarboxylic acid (I) เตรียมได 2 ไอโซเมอร (A และ B) โดยที่ทั้ง
คูไมเปนสารกัมมันตภาพเชิงแสงแตมีจุดหลอมเหลวตางกัน เมื่อใหความรอนพบวา A จะให 2,5-
Dimethylcyclopentanecarboxylic acids (II) 2 ไอโซเมอร สวน B จะใหเพียงไอโซเมอรเดียว จงแสดง
โครงสรางของสารทั้ง A และ B
Question 7. Question 7. เมื่อ Ethylene ถูกอัลคิเลตดวย Isobutane โดยมีกรดอยูดวย ผลผลิตที่ไดนอกจาก Neohexane แลว
ยังมี 2,3-Dimethylbutane เกิดขึ้นเปนสวนใหญ จงแสดงรายละเอียดของการเกิดผลผลิตเหลานี้

Question 8. ไฮโดรคารบอนที่มีสูตร C 10 H 16 ดูดกลืนไฮโดรเจนไดเพียง 1 mol เทานั้น และจากการทําโอโซโน
ลิซิสของสารนี้ให 1,6-Cyclodecanedione จงหาสูตรโครงสรางของไฮโดรคารบอนนี้
Question 9. จงแสดงขั้นตอนตาง ๆ ในการสังเคราะหสารแตละตัวตอไปนี้จาก Acetylene โดยใชรีเอเจนต
อินทรียหรืออนินทรียตามความจําเปน
(ก)
(ข)
Ethylene
2-Butyne
Question 10. จงบอกวิธีทดสอบทางเคมีที่งาย ๆ ที่สามารถบอกความแตกตางระหวางสารตอไปนี้:
(ก) 1,3-Pentadiene และ n-Pentane
(ข)
2-Pentene และ 1-Pentyne