2. Alkany, st. Biotechnologia podręczniki, Materiały

2. Alkany

2. Alkany, st. Biotechnologia podręczniki, Materiały - Biotechnologia

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
2. A L K A N Y
A. Kołodziejczyk Gdańsk 2007.12.
Węglowodory
, czyli połączenia zawierające wyłącznie atomy węgla i wodoru (
C
n
H
m
) uważane
się za
związki macierzyste
substancji organicznych, tzn. że można z nich wyprowadzić wszystkie
inne związki organiczne, a więc mogą one być traktowane jako pochodne węglowodorów.
Węglowodory dzielą się na
alifatyczne
(
łańcuchowe
),
cykliczne
i
aromatyczne
. Pośród
alifatycznych
i
cyklicznych
wyróżnia się
węglowodory nasycone
, czyli
alkany
lub
cykloalkany
oraz
nienasycone
, a pośród nich
alkeny
(węglowodory z podwójnym lub podwójnymi
wiązaniami) i
alkiny
(węglowodory z potrójnym lub potrójnymi wiązaniami) i odpowiednio
cykloalkeny
i
cykloalkiny
.
WĘGLOWODORY
alkany
(w. nasycone)
w. nienasycone w. aromatyczne
(areny)
alifatyczne cykloalifatyczne
alkeny alkiny
Rys. 2.1. Podział węglowodorów
Alkany
, czyli węglowodory nasycone o ogólnym wzorze
C
n
H
2n+2
dzielą się na węglowodory
nasycone
prostołańcuchowe
(
alifatyczne
, inaczej
normalne
dawniej znane jako
parafiny
),
węglowodory rozgałęzione
(
izoalkany
lub
izoparafiny
) oraz
węglowodory pierścieniowe
(
cykloalkany
,
cykloalifatyczne
, dawniej zwane
naftenami
). Wszystkie atomy
C
mają w nich
hybrydyzację
sp
3
.
Alkany prostołańcuchowe
nie są podobne do rozciągniętej nitki czy raczej prostego drutu
kolczastego ze sterczącymi jak kolce atomami wodoru. Tetragonalny kąt pomiędzy wiązaniami
atomu węgla
sp
3
wymusza zygzakowaty układ atomów
C
, a możliwość swobodnego obrotu
wokół wiązania
C
−
C
powoduje, że cząsteczki mogą występować w różnej konformacji, tzn.
przyjmują różne kształty.
H
metan,
CH
4
H
H
etan,
CH
3
CH
3
H
H
propan,
CH
3
CH
2
CH
3
H
H
C
H
H
C C
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
H
Zarówno
etan
, jak i
propan
mogą występować w konformacjach
naprzeciwległej
i
naprzemianległej
oraz pośrednich. Wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowodorowego
rośnie możliwość przyjmowania przez cząsteczkę jeszcze bardziej zróżnicowanych kształtów.
Taka różnorodność kształtów występuje w roztworze i w stanie gazowym, przy czym największa
jest populacja konformerów najtrwalszych. W stanie krystalicznym cząsteczki przyjmują zwykle
jednolity kształt.
H
H
H
H
H
butan,
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
H
C
C
C
C
H
H
H
H C C
H
C
C
H
H
H
H
H
H H H
H
w konformacji
naprzemianległej (antiperiplanarnej) naprzeciwległej
Zwykle, pisząc, np. schematy reakcji nie ma potrzeby przedstawiać wzorów w tak rozbudowanej
formie, korzystamy wówczas z zapisów uproszczonych; np. dla
n
-heksanu
:
1
C
6
H
14
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
(CH
2
)
4
CH
3
CH
3
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
3
H H H H H H
I
I I
I
I I
H
-
C
-
C
-
C
-
C
-
C
-
C
-
H
I
I I
I
I I
H H H H
H H
Wszystkie związki organiczne różniące się od innych jednostką
-CH
2
-
nazywają się
homologami
. Homologi oczywiście należą zawsze do tej samej grupy związków.
Wszystkie
alkany są homologami metanu
i każdego innego alifatycznego węglowodoru nasyconego.
Izoalkany –
węglowodory nasycone rozgałęzione
W węglowodorach rozgałęzionych jeden lub więcej atomów węgla łączy się z więcej niż z
dwoma atomami węgla, w wyniku czego w takim miejscu łańcucha węglowodorowego tworzy
się rozgałęzienie:
C C C
C
C C
C C
C
C
C
Łańcuch zawierający rozgałęzienia; dla uproszczenia podane są tylko wiązania C-C
C
Nomenklatura (nazewnictwo) alkanów
Dla pierwszych czterech alkanów – od C
1
-C
4
używa się nazw zwyczajowych:
metan etan propan butan
Nazwy alkanów od C
5
wzwyż tworzy się poprzez dodanie końcówki „
n
” do liczebników greckich
lub łacińskich, np.:
pentan
(5);
heksan
(6);
heptan
(7),
oktan
(8);
nonan
(9);
dekan
(10);
undekan
(11);
dodekan
(12);
tridekan
(13);
tetradekan
(14) ...
ejkozan
(20);
henejkozan
(21);
dokozan
(22);
trikozan
(23) ...
triakontan
(30);
hentriakontan
(31);
dotriakontan
(32) ...
Wyżej podane nazwy odnoszą się do alkanów prostołańcuchowych, czyli normalnych. Jeżeli
chcemy zaznaczyć ten fakt to nazwę poprzedzamy literką „
n
-„ pisaną kursywą, np.:
n
-butan
,
n
-pentan
czy
n
-nonan
. Przedrostek „
n
-„ może również poprzedzać wzór sumaryczny, np.:
n
-
C
4
H
10
,
n
-C
5
H
12
czy
n
-C
9
H
20
.
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
(CH
2
)
3
CH
3
CH
3
(CH
2
)
7
CH
3
butan (
n
-butan) pentan (
n
-pentan) nonan (
n
-nonan)
W
węglowodorach rozgałęzionych
podajemy nazwy łańcuchów bocznych, które poprzedzają
lokanty
, czyli numery atomów węgla łańcucha głównego, z którymi związane są łańcuchy
boczne, np. nazwa
2-metylopropan
oznacza, że przy drugim atomie węgla propanu znajduje się
reszta metylowa, czyli
CH
3
:
1
2
3
2-metylopropan
H
3
C
CH CH
3
CH
3
2
Izomery węglowodorów zawierających do 5 atomów węgla mogą być rozróżniane za pomocą
specjalnych przedrostków: izo-,
sec
-, czy
neo
-, w skrócie
i
-,
s
- lub
t
-. Skrót izo- oznacza izomer
alkanu normalnego,
sec
- lub
tert
- odpowiednio obecność drugo- lub trzeciorzędowego atomu
węgla, a
neo
-, „nowy” w stosunku do poprzednio znanego.
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
butan
(
n
-butan)
CH
3
CHCH
3
izobutan
(2-metylopropan)
CH
3
CH
3
(CH
2
)
3
CH
3
CH
3
CHCH
2
CH
3
CH
3
CH
3
CCH
3
CH
3
CH
3
pentan
(
n
-pentan)
izopentan
(2-metylobutan)
neopentan
(2,2-dimetylopropan)
Reszta
alkanu
po formalnym oderwaniu jednego atomu wodoru nosi nazwę
alkilu
lub grupy
(reszty alkilowej) –
to nie jest rodnik!
Rodnik zawiera niesparowany elektron; alkil może być
rodnikiem, jeżeli występuje w nim pojedynczy elektron, np.:
.
CH
3
–
rodnik metylowy
.
3 2 3 2 2 3
I
propanu,
butyl
(
CH
3
(CH
2
)
2
CH
2
-
) od butanu,
izobutyl
[
(CH
3
)
2
CHCH
2
-
] od izobutanu,
tert
-butyl
[
(CH
3
)
3
C-
] także od izobutanu,
pentyl
(
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
-
) od pentanu (nie zaleca się
stosowanie dawnej nazwy
amyl
)
W nazwie
dekan
spółgłoska „k” zostaje zamieniona na „c”, np.
decyl
(
CH
3
(CH
3
)
8
CH
2
−) od dekanu,
undecyl
(
CH
3
(CH
3
)
9
CH
2
−) od undekanu
Nomenklatura systematyczna wg IUPAC
Jednolite zasady nazywania związków organicznych są bardzo ważne, ponieważ trzeba
jednoznacznie nazywać miliony indywiduów chemicznych. Tworzenie zasad nazewnictwa
(
nomenklatury
) zostało powierzone
Międzynarodowej Unii Chemii
Czystej i Stosowanej
, w
skrócie
IUPAC
(ang.
International Union of Pure and Appied Chemistry
).
Propozycja ujednolicenia zasad nazewnictwa związków organicznych została wysunięta już w
1892
r. w Genewie, później rozszerzona w
1930
r. w raporcie Komitetu Reformy Słownictwa
Chemii Organicznej przy Międzynarodowej Unii Chemii (IUP). Nad zasadami nomenklatury
związków organicznych IUPAC pracuje w sposób ciągły. W Polsce
Polskie Towarzystwo
Chemiczne
(PTChem) powołało w
1974
r.
Komisję Nomenklaturową Chemii Organicznej
,
której zadaniem jest dostosowanie polskich nazw do zasad IUPAC. Najważniejsze ustalenia tej
Komisji zawarte są w opracowaniach pt.:
Nomenklatura związków organicznych
, PTChem,
Warszawa
1992
i
Przewodnik do nomenklatury związków organicznych
, PTChem, Warszawa
1994
. Opublikowano też zalecenia tej komisji dotyczące nazewnictwa wybranych grup
związków, w tym węglowodanów, steroidów, rodników i jonów.
3
Nazwę alkilu
tworzy się z nazwy
alkanu
poprzez zamianę przyrostku
„-an” na „-yl” lub „-il” (po spółgłoskach g,k i l):
metyl
(
CH
3
−) od metanu,
etyl
(
CH CH -
) od etanu,
propyl
(
CH CH CH -
) od propanu, izopropyl (
CH CHCH
3
) także od
W nazwie związku organicznego wyróżnia się trzy człony
PRZEDROSTEK - RDZEŃ - PRZYROSTEK
określa:
miejsce, liczbę i liczbę atomów
C
symbole grup funkcyjnych
nazwę podstawnika (ów) w łańcuchu głównym
rdzeń
6 5 4 3 2 1
lokanty
CH
3
-CH-CH-CH
2
-CH-CH
2
-OH
grupa funkcyjna
H
3
C CH
2
CH
3
CH
3
podstawniki
4-etylo-2,5-dimetyloheksa-1-ol
Nazwy podstawników znajdują się w przedrostku, a symbole grup funkcyjnych w przyrostku
.
Nomenklatura alkanów rozgałęzionych wg IUPAC
Tworzenie nazwy rozgałęzionego alkanu rozpoczyna się od identyfikacji najdłuższego łańcucha,
który jako
łańcuch główny
będzie podstawą nazwy rdzenia.
1 2 3 4 5 6
1 2 3
CH
3
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH
3
CH
3
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH
3
CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
3
CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
3
A
B
4 5 6 7 8
heksan
oktan
A
i
B
nieprawidłowo dobrane łańcuchy główne
4 3 2 1
CH
3
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH
3
CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
3
C
5 6 7 8 9
prawidłowo wybrany łańcuch główny –
nonan
Rys. 2.2. Prawidłowa nazwa węglowodoru
4-etylononan
Lokanty
(liczby określające położenie podstawników w łańcuchu – numery atomów) należy tak
przypisywać, żeby podstawnik (grupa funkcyjna) otrzymał możliwie najniższą wartość. W
powyższym wzorze
C
, w którym numeracja atomów węgla jest prawidłowa,
etyl
znajduje się
przy czwartym atomie węgla –
lokant 4
. Gdyby numerację zacząć od drugiego końca, to
etyl
byłby związany z szóstym atomem węgla –
lokant 6
. Ponieważ 4<6, to prawidłowa nazwa tego
węglowodoru brzmi
4-etylononan
, a nie
6-etylononan
.
Jeżeli w cząsteczce występują
rozgałęzienia drugiego i wyższych rzędów
(rozgałęzienia z
rozgałęzień), to te części nazw podajemy w nawiasie lub kolejnych nawiasach, gdy rozgałęzień
jest więcej:
4
H
3
C
CH
3
1
2
1
2 3
CH
3
-CH-CH
3
CH-CH
2
-CH
3
9
CH
3
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH-(CH
2
)
4
-CH
3
1 2 3 4 5 6 7 8
10 - 13 14
H
3
C-CH-CH
2
-CH
2
3
2 1
CH
3
9-(3-metylobutylo)- 3-(1,1-dimetyloetylo)- 6-(1-metylopropylo)tetradekan
Dla prostszych podstawników przyjęto nazwy bez lokantów:
CH
3
CH
3
CH
3
-CH-CH
3
CH
3
-CH-CH
2
-CH
3
CH
3
-CH-CH
2
-
CH
3
-C-
izopropyl
(
i
-Pr
)
sec
-butyl
(
sec
-Bu
lub
s
-Bu
)
izobutyl (
izo
-Bu
lub
i
-Bu
)
tert
-butyl
lub
t
-butyl, (
t
-Bu)
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
-CH-CH
2
-CH
2
-
CH
3
-C-CH
2
-
CH
3
-CH
2
-CH
izopentyl
CH
3
neopentyl
CH
3
tert
-pentyl
Stosując uproszczone nazwy krótkich rozgałęzionych grup alkilowych powyżej omawiany
alkan
otrzymuje również uproszczoną nazwę:
H
3
C
CH
3
1
2
1
2 3
CH
3
-CH-CH
3
CH-CH
2
-CH
3
9
CH
3
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH-CH
2
-CH
2
-CH-(CH
2
)
4
-CH
3
1 2 3 4 5 6 7 8
10 - 13 14
H
3
C-CH-CH
2
-CH
2
3
2 1
CH
3
3-
tert
-butylo-6-
sec
-butylo-9-izopentylotetradekan
Jeżeli we wzorze
alkanu
znajduje się kilka łańcuchów bocznych, to atomy węgla w łańcuchu
należy tak ponumerować, żeby pierwsze rozgałęzienie otrzymało najniższy z możliwych
lokantów:
7
CH
3
1
CH
3
nieprawidłowa
prawidłowa
2
6
CH
2
CH
2
pierwsze rozgałęzienie
przy
C4
4
4
pierwsze rozgałęzienie
przy
C3
CH
3
-CH
2
-CH-CH-CH
3
CH
3
-CH
2
-CH-CH-CH
3
5
3
CH
2
-CH
2
-CH
3
CH
2
-CH
2
-CH
3
7
3
2
5
6
numeracja atomów
C
(przypisanie lokantów)
3-etylo-4-metyloheptan
Nazwy podstawników
(łańcuchów bocznych) zajmują w nazwie związku miejsca zgodnie z
kolejnością alfabetyczną, przy czym bierze się pod uwagę pierwszą literę podstawnika, a nie
liczebnika określającego liczbę tych podstawników, czy rzędowość atomów
C
, tzn.
etyl
będzie
przed
dimetylem
, a
tert
-butyl
przed
etylem
:
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Linki

: 3. rany, ratownictwo medyczne, Ratownictwo Medyczne - materiały

: 3. Farmakodynamika, medycyna zabrze SUM lekarski, FARMAKOLOGIA - PRZYDATNE MATERIAŁY, Farmakokinetyka i farmakodynamika opracowanie