AZ ALKÁNOK KONFORMÁCIÓJA - ELTE Szerves Kémiai Tanszék

Homológ sor C nH 2n+2
Alapnevek metán
etán
propán
bután
pentán
hexán
heptán
oktán
nonán
dekán
ALKÁNOK
CH 4
CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3(CH2) 2CH3 CH3(CH2) 3CH3 CH3(CH2) 4CH3 CH3(CH2) 5CH3 CH3(CH2) 6CH3 CH3(CH2) 7CH3 CH3(CH2) 8CH3 Csoportnevek alkán alkil
CH 4
metán metil
CH 3CH 3
CH 3
CH 3CH 2
etán etil

Elágazó szénláncú alkánok
Konstitúciós izomerek
C 4H 10 CH 3CH 2CH 2CH 3 bután
C 5H 12
CH 3CHCH 3
CH 3
CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3
CH 3CHCH 2CH 3
CH 3
CH 3
CH 3CCH 3
CH 3
A szénatomok rendűsége
H 3C
H3C C CH CH2 CH3 H 3C
CH 3
tercier
kvaterner
szekunder
2-metilpropán
(izobután)
pentán
2-metilbután
(izopentán)
2,2-dimetilpropán
(neopentán)
primer

ELNEVEZÉS
7
6
5
CH 3CH 2CH 2CH 2CHCH 3
4
3
2CH2
1
CH3 1 2 3 4 5 6
CH 3CHCH 2CHCH 2CH 3
6
CH 3
5
CH 2CH 3
CH 3 CH CH 2 CH CH CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
3-metilheptán
CH3CH2CH2 CH3CHCH3 propil izopropil
4-etil-2-metilhexán
2,3,5-trimetilhexán
CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 butil szek-butil
CH 3CHCH 2
CH 3
4
3
2
CH 3CCH 3
CH 3
izobutil terc-butil
1

KÖTÉSRENDSZER
A szénatom elektronszerkezete
C
C(sp 3 )
Kötéstípusok
4H(s)
C(sp 3 )
1s
2s
H
H
H
2p x 2p y 2p z
H
C
H
H
H C C H
H H
tetraéderes konfiguráció
C(sp 3 σ
) H(s)
C(sp 3 ) C(sp 3 σ
)
109 pm
154 pm
Kötési energia C H 413 kJ/mol
C C 347 kJ/mol

AZ ALKÁNOK KONFORMÁCIÓJA
Etán
E
H
H
H
H
H
H
nyitott állás
fedő állás
12 kJ/mol
H
H
H
nyitott állás
H
H H
rotáció

E
Bután
a-k
16 kJ/mol
s-p
19 kJ/mol
a-p s-k s-k a-p
0° 60° 120° 180°
s
a
p
k
szin
anti
periplanáris
klinális
a-k
240° 300° 360°
[a-p]
[s-k] =2

Térszerkezet
H H
H
H H
H C C H
H C CH3 H C C H
H H
H H H
konstitúció konfiguráció konformáció
Nagyobb szénatomszámú alkánok konformációja
Szilárd halmazállapotban
Térbeli gátlás
C C C
C
(CH3)3C
C
C
C(CH 3) 3
C C(CH3)3
C(CH 3) 3
nem létezik

AZ ALKÁNOK SZTEREOIZOMÉRIÁJA
C 7H 16
CH 3
CH *
3CH2CHCH2CH2CH3 3-metilhexán
9 konstitúciós izomer
Et
kiralitás centrum, aszimmetria centrum
Optikai izoméria (királis térszerkezet)
Et
H
C
Pr
Me
Me
enantiomerek, optikai izomerek
Pr
Me
* C H
Pr
polarizátor minta analizátor
elforgatás iránya: (+), (-)
elforgatás mértéke: α
C
Et
H

Az enantiomerek elnevezése
Cahn, Ingold, Prelog (CIP szabály)
2-brómbután
CH 3
(1) (4)
Br C H
CH 2CH 3
(2 vagy 3)
(2 vagy 3)
H
(1)
Br
H
C
C
(3) (H,H,H)
H
(4)
H
H C H
CH 3
(2) (C,H,H)
4
H C
1
Br
2
Et
3
Me
1
Br
2
Et
3
Me
C
4
H
(R)-2-brómbután
(S)-2-brómbután
R:S = 1:1 racém elegy (racemát)

Több kiralitáscentrumot tartalmazó molekulák
CH3 CH3 CH3 CH2 * CH * CH CH2 CH3 3,4-dimetilhexán
Et
H C Me
Me C H
Et
Et
H C Me
Me C H
Et
Et
Me C H
H C Me
Et
Et
Me C H
H C Me
Et
Et
H C Me
H C Me
Et
Et
H C Me
H C Me
Et
C(H, Me, Et, s Bu)
C(H, Me, Et, s Bu)
=
Et
Me C H
Me C H
Et
Et
Me C H
Me C H
S,S R,R S,R R,S
enantiomerek optikailag inaktív; mezo alak
3 sztereoizomer
=
Et

CH3 CH3 CH *
3CH CH *
2
CH CH2CH2CH3 3,4-dimetilheptán
Et
H C Me
Me C H
Pr
Et
H C Me
Me C H
Pr
Et
Me C H
H C Me
Pr
Et
Me C H
H C Me
Pr
Et
H C Me
H C Me
Pr
Et
H C Me
H C Me
Pr
C(H, Me, Et, s Pe)
C(H, Me, Pr, s Bu)
Et
Me C H
Me C H
Pr
Et
Me C H
Me C H
S,S R,R S,R R,S
enantiomerek enantiomerek
4 sztereoizomer
diasztereomerek (eltérő tulajdonságok)
Enantiomerek szétválasztása: rezolválás
Pr

AZ ALKÁNOK FIZIKAI TULAJDONSÁGAI
CH 4
CH 3CH 3
CH 3CH 2CH 3
CH 3(CH 2) 2CH 3
CH 3(CH 2) 3CH 3
CH 3(CH 2) 8CH 3
CH 3(CH 2) 14CH 3
Op. (°C)
Fp. (°C)
Fp. - Op. (°C)
Oldhatóság
Dipólusmomentum
CH 3
CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 C CH3 -130
36
166
Op. (°)
-183
-172
-187
-138
-130
-30
18
Fp. (°)
-162
-88
-42
0
36
174
280
CH 3
-17
10
27

AZ ALKÁNOK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI
A metán klórozása
CH 4 + Cl 2
reaktánsok
szubsztrát reagens
Termodinamikai leírás
CH 4 + Cl 2
CH 3Cl + HCl (szubsztitúció)
termékek
főtermék melléktermék
K
CH 3Cl + HCl
lnK = -∆G/RT ∆G = ∆H − T∆S K ~ 10 18
Kinetikai leírás
[A B]
kinetikai szemlélet
A + B C + D
reaktánsok termodinamikai
szemlélet
termékek

Mechanizmus
kezdőlépés
láncreakció
H
H C
H
H
H C
H
zárólépések
H
H C
H
Cl Cl 2 Cl ∆H = 243 kJ/mol
H
H + Cl H C + H Cl 4 kJ/mol
+ Cl Cl H C Cl + Cl
+
Cl
láncvivő: Cl gyökös szubsztitúció (SR) H
H
H
H
H C
H
Cl Cl
+ Cl Cl
láncmechanizmus
Cl
-106 kJ/mol

H
Elemi lépés
CH 4
+
CH4 + Cl CH3 + HCl
Cl
H
H C
H
16 kJ/mol
Keveréktermék képződés
H Cl
+
CH 3
+
HCl
4 kJ/mol
reakciókoordináta
Cl2 Cl2 Cl2 Cl2 CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

Az alkánok klórozása
CH 3 CH 2 CH 3 + Cl 2
CH 3 CH 2 CH 3
hν
25°C
-H
Szabad gyökök relatív stabilitása
R
R C
R
R
45%
55%
410 kJ/mol
CH 3 CH 2 CH 2 Cl
CH 3 CH
Cl
CH 3 CH 2 CH 2
397 kJ/mol CH3 CH CH 3
> R C > H C >
H
R
H
CH 3
H
H C
tercier szekunder primer metil
H