2. Lífræn efnasambönd: Alkanar

Based onMcMurry’s Organic Chemistry, 6th edition, Chapter 2©2003 Ronald KlugerDepartment of ChemistryUniversity of Toronto

2

Hópar lífrænna efnasambanda

Lífræn efnasambönd er hægt að flokka í nokkra hópa út frá byggingu þeirra

We shall survey the nature of the compounds in a tour of the families in this course

Þessi kafli fjallar um alkana, efnasambönd sem innihalda aðeins kolefni og vetni, öll tengd saman með einföldum tengjum

3

2.1 Virkir hópar

Virkir hópar - safn atóma á ákveðnu mólikúli með algengu tengjamynstri

Hópurinn hvarfast á dæmigerðan hátt, yfirleitt þannig að afgangur sameindarinnar verður ekki fyrir áhrifum

Til dæmis hvarfast tvítengið í einföldum og flóknum alkenum við brómíð á sama hátt

4

Virkir hópar - yfirlit

Tafla 2.1 útlistar fjölmarga virka hópa sem þú ættir að kynna þér

Hóparnir verða teknir í hverjum kafla fyrir sig og því verður auðveldara að þekkja þá

Virkir hópar hafa áhrif á efnahvörf, bygginguna og eðliseiginleika hvers efnis fyrir sig þar sem þeir koma fyrir

5

Gerðir virkra hópa: Fjöltengi C-C

Alkenar hafa C-C tvítengi

Alkýnar hafa C-C þrítengi

Arenar hafa sérstök tengi sem eru táknuð með eintengjum og tvítengjum C-C sem skiptast á í sex kolefnahring

6

Virkir hópar með C tengt með einföldu tengi á rafneikvætt atóm Alkýl halíð: C tengd halógeni (C-X) Alkóhól: C tengt O á hýdroxýl hóp (C-OH) Eter: Tvö C tengt sama O (C-O-C) Amín: C tengt á N (C-N) Þíól: C tengt SH hóp (C-SH) Súlfíð: Tvö C tengt sama S (C-S-C) Tengin eru skautuð með jákvæða hluthleðslu á C (+)

og neikvæða hluthleðslu () á rafneikvæða atómið

7

Hópar með C-O tvítengi (Karbónýl hópar) Aldehýð: eitt vetni tengt á C=O Ketón: tvö C tengd á C=O Karboxýlsýra: -OH tengt á C=O Ester: C-O- tengt á C=O Amíð: C-N tengt á C=O Sýruklóríð: Cl tengt á C=O Karbónýl C hefur jákvæða hluthleðslu (+) Karbónýl O hefur neikvæða hluthleðslu (-).

8

2.2 Alkanar og alkýlhópar: ísómerur

Alkanar: Efnasambönd með aðeins C-C einföld tengi og C-H tengi (engir virkir hópar)

Kolefni tengd saman geta myndað stórar og litlar sameindir Formúla alkana með engan hring er CnH2n+2 þar sem fjöldi

C er n Alkanar eru mettaðir með vetni (ekki hægt að bæta við

fleirum vetnum) Einnig kallaðir alifatísk (fita) efnasambönd

9

Alkan ísómerur

CH4 = metan, C2H6 = etan, C3H8= própan Sameindarformúla alkana með fleiri en þrjú kolefni

geta gefið fleiri en eina byggingu C4 (bútan) = bútan og ísóbútan C5 (pentan) = pentan, 2-metýlbútan og 2,2-

dímetýlprópan Alkanar með C tengt á ekki fleiri en tvö önnur C eru

beinkeðju eða normal alkanar Alkanar með eitt eða fleiri C tengt á þrjú eða fjögur

önnur C eru greinóttir alkanar

10

Samsettar ísómerur

Ísómerur sem eru mismunandi eftir því hvernig atómunum í keðjunni er raðað eru kallaðar samsettar ísómerur (constitutional isomers)

Efnasambönd önnur en alkanar geta verið samsettar ísómerur of one another

Þær verða að hafa sömu sameindaformúlu til að vera ísómerur

11

Þétt bygging alkana

Hægt er að tákna alkana á stuttu formi eða í mörgum gerðum af löngu formi

Þétt bygging sýnir ekki tengin en skráir atómin, t.d. CH3CH2CH3 (própan)

CH3(CH2)2CH3 (2,2-dímetýlprópan)

12

Nafngiftir stuttra kolvetna

Kolefnafjöldi Nafn formúlu (CnH2n+2)

1 Metan CH4

2 Etan C2H6

3 Própan C3H8

4 Bútan C4H10

5 Pentan C5H12

6 Hexan C6H14

7 Heptan C7H16

8 Oktan C8H18

9 Nónan C9H20

10 Dekan C10H22

13

Alkýlhópar

Alkýlhópar – fjarlægið eitt H frá alkan Skammstöfunin “R” (stendur fyrir “restinni” á

sameindinni, ónákvæmur alkýlhópur) Nafn: í staðinn fyrir –an endingu hjá alkönum á að

breyta því í –ýl endingu CH3 er “metýl” (frá metan) CH2CH3 er “etýl” (frá etan)

Sjá töflu 2.3

14

Gerðir alkýl hópa

Flokkun út frá tengistað kolefni á endakeðju (eingreindur (primary) alkýl hópur) kolefni á miðri keðju (tvígreindur (secondary) alkýl

hópur) Kolefni með þrjú kolefni tengd á sér (þrígreindur

(tertiary) alkýl hópur)

15

2.3 Nafngiftir greinóttra alkana

Efnasambönd eru gefin kerfisbundin nöfn með ferli sem notar: Forskeyti-Rót-Viðskeyti

Eftirfarandi reglum er beytt: Lengstu mögulegu keðju er gefið nafn Kolefnin í þeirri keðju eru númerið í röð Hliðarhópar eru númeraðir eftir því hvar þeir eru

staðsettir á aðalkeðju Nafn efnisins er skrifað í einu orði

Sjá dæmi í bók

16

2.4 Eiginleikar alkana

Kallaðir paraffins (low affinity compounds) vegna þess að þeir hvarfast ekki eins og flest efni

Alkanar brenna í loga og mynda koldíoxíð, vatn og hita, CnH2n+2 + O2 → CO2 + H2O + hiti

Þeir hvarfast við Cl2 í návist ljóss og skipta á H við Cl (ekki hægt að stoppa)

17

Eðliseiginleikar

Suðumark og bræðslumark hækka eftir því sem stærð alkananna eykst

Kraftar milli mólikúlanna (temporary dipoles, dispersion) eru veikir

18

2.5 Stellingar etans

Conformers interconvert rapidly and a structure is an average of conformers

Módel eru þrívíddarform sem auðvelda okkur að sjá út stellingar

Representing three dimensional conformers in two dimensions is done with standard types of drawings

19

Representing Conformations

Sawhorse representations sýnir atómin frá hornumshow molecules at an angle, showing a molecular model C-C bonds are at an angle

to the edge of the page and all C-H bonds are shown

Newman myndir sýna hvernig C-C tengið liti út enda á milli á pappír Bonds to front carbon are

lines going to the center Bonds to rear carbon are

lines going to the edge of the circle

20

2.7 Sýklóalkanar

Sýklóalkanar eru alkanar sem hafa kolefnisatómin tengd í hring

Einfaldir sýklóalkanahringir hafa -CH2- einingar, (CH2)n, eða CnH2n

Byggingin er sýnd sem reglulegur fjölflötungur með eitt kolefni á hverju horni

sýklóprópanSýklóhexansýklópentan

sýklóbútan

21

Flóknir sýklóalkanar

Náttúruleg efni innihalda sýklóalkana byggingu Dæmi: chrysanthemic sýra (sýklóprópan),

prostaglandín (sýklópentan), steróíð (sýklóhexan og sýklópentan)

22

Nafngiftir sýklóalkana

Teljið fjölda kolefnisatóma í hringnum og fjölda lengstu hliðarkeðjunnar. Ef fjöldi kolefnisatóma í hringnum er jafn eða meiri en fjöldi hliðarkeðjunnar skal efnasambandið nefnt sem alkýl-sýklóalkan

Fyrir alkýl- eða halógen-tengd sýklóalkana, byrjið þá á því að númera kolefnið á hringnum tengt hliðarhópnum sem C1 þannig að annar hliðarhópur keðjunnar fái sem lægst númer.

Númerið hliðarhópana og skrifið nafnið

23

2.8 Cis-Trans ísómerur í sýklóalkönum

Snúningur um C-C tengin í sýklóalkönum er heftur af hringbyggingunni

Hringir hafa tvö “faces” og substituents are labeled as to their relative facial positions

Það eru til tvær mismunandi 1,2-dímetýl-sýklóprópan ísómerur, ein með metýlhópanna á sömu hlið (cis) á hringnum og ein með metýlhópanna á sitt hvorri hlið (trans)

24

Rúmísómerur (stereoisomers) Efnasambönd með atóm tengt í sömu röð en með mismunandi

þrívíddarbyggingu eru rúmísómerur Hugtakið “cis” og “trans” þarf að nota til að ákvarða rúmísómerur

hringbygginga Recall that constitutional isomers have atoms connected in

different order