nomenklatur von alkanen benennung: wortstamm = griechisches zahlwort entsprechend der zahl der...
Post on 05-Apr-2015
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Nomenklatur von Alkanen
Benennung: Wortstamm = griechisches Zahlwort entsprechend der Zahl der C-Atome und Anhängen der Silbe „-an“.
Bindet jedes C-Atom höchstens zwei andere, so entstehen unverzweigte Ketten.
Unverzweigte Alkane
werden durch ein vorgesetztes n- als normal gekennzeichnet.
verzweigte Alkane
„Hauptname“ der Verbindung: entsprechend der längsten unverzweigten Kette: [z.B. 8 C-Atome in der längsten Kette: -octan]
bei Verzweigung am zweiten C-Atom der Kette: durch vorgestelltes „iso“ bei Butan, Pentan und Hexan
Die abzweigenden Seitenketten werden als Substituenten aufgefasst; Bezeichnung mit Namen des Alkans gleicher C-Zahl und Anhängung
von „yl“
für CH3- Methyl-
für CH3-CH2- Ethyl-
allgemein „Alkyl-“
als Substituent auch BezeichnungIsopropyl- möglich
Vor jeden Substituenten Nummer des jeweiligen Verzweigungs-C-Atoms angeben, so dass Verzweigungsstelle niedrigst mögliche Nummer erhält.
Bei mehreren gleichlangen Substituenten: durch Zahlwörter (aus dem griechischen abgeleitet) angeben (2 = di, 3 = tri, 4 = tetra, 5 = penta, 6= hexa)
Reihenfolge der Substituenten im Namen: in alphabetischer Reihenfolge angeben
CH3 CH
CH3
H3C CH2 CH CH2 CH2 CH3
CH3
3-Methylhexan
CH3 CH
CH3
C CH2
CH3
CH3
CH2 CH3
primäres C-Atom
sekundäres C-Atom
tertiäres C-Atom
quartäres C-Atom
2,3,3-Trimethylhexan
H3C CH CH2 CH2 CH2 CH3
CH3
2-Methylhexan oder Isoheptan
Isomerie
gleiche Summenformel, aber unterschiedliche
Anordnung der Atome
• Konstitutionsisomerie (Strukturisomerie)
• Konformationsisomerie: Molekülformen, die durch Rotation um Einfachbindungen ineinander übergehen können
• Konfigurationsisomerie: gleiche Konstitution, können aber nicht durch Rotation um Einfachbindungen ineinander übergehen
Konformationsisomerie bei Alkanen
gestaffelt:
energetisch günstiger
ekliptisch
C CH
H
H
H
H
H
z.B. bei Ethan:
C CH
H
H
H
H
C
H
H
HC
C
HH
HC
H HH
HH
Bei n-Alkanen gestaffelte Konformation bevorzugt
z.B. Propan:
Bei höheren Homologen: Zickzackketten
z.B.: n-Decan (C10H22)
C
C
CC
C
C
CC C
C
C
CC
C
C
C
CC C C
C
C
CC
C
C
C CC C
C
C
C CC C
CC
n-Verbindung isomere Verbindungen
C4H10
C-C-C-Cn-Butan
2-Methylpropan;Isobutan
C5H12
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
n-Pentan2,2-Dimethylpopan
2-Methylbutan;Isopentan
C6H14
C-C-C-C-C-Cn-Hexan
2,2-Dimethylbutan
3-Methylpentan
2,3-Dimethylbutan
2-Methylpentan;Isohexan
Strukturisomere bei Alkanen
C C C C
C
C C C C
C
C
Mit der Größe der Moleküle wächst die Zahl der
möglichen Strukturisomeren, bei Eicosan (C20H42) gibt
es bereits 366319 Strukturisomere
Siedepunkte von verzweigten KW niedriger als von
geradkettigen!
z.B.: n-Butan -0,5°C
iso-Butan -11,7°C
„Van der Waalsche Kräfte“
Kohlenwasserstoffe: lipophil, daher mit Wasser nicht mischbar. Stets leichter als Wasser, schwimmen auf der Wasseroberfläche
in der Atmosphäre unterschiedliche Wirkungen: "Treibhaus-Gase", d.h. sie absorbieren infrarotes Licht → Erwärmung der Atmosphäre. Reaktion auch mit Ozon, das dabei zersetzt wird.Jährliche Kohlenwasserstoff-Emission: ca. 5-10·108 Tonnen geschätzt. 95% davon sind Methan.
Halogenierung von Alkanen Reaktionsmechanismus: Radikalische Substitution „SR“
(Substitution = Austausch eines Atoms oder einer Atomgruppe an einem C-Atom gegen einen anderen Substitutenten)
hier Austausch von H-Atomen gegen Halogen-Atome
Beispiel: Chlorierung von Methan
Startreaktion:Homolytische Spaltung von Chlor durch Lichteinwirkung
Kettenfortpflanzung:
Methylchlorid Chlormethan)
Radikalbildung!
[Radikal: Atom oder Atomgruppe mit einsamem (ungepaartem) Elektron, sehr reaktiv, kurzlebig]
Cl Cl Cl + Cl
CH4 + Cl HCl + CH3
Cl Cl CH3+ CH3Cl + Cl
Auf Grund der hohen Reaktivität der Radikale könnenviele verschiedene Kettenfortpflanzungsreaktionenstattfinden Bildung uneinheitlicher Produktgemische
Abbruchreaktionen:
Cl Cl+ Cl2
Cl CH3+ CH3Cl
CH3 CH3+ CH3 CH3
u. v. m.
Alkene (ungesättigte, acyclische KW) (Trivialname: Olefine)
Charakteristisch: mind. eine Kohlenstoff-Kohlenstoff- Doppelbindung
Für ein Alken mit nur einer Doppelbindung ergibt
sich wegen des formalen Fehlens zweier H-Atome
die Bruttoformel CnH2n
Nomenklatur: Name des entsprechenden Alkans,
aber die Endung "en" statt "an".
Lage der Doppelbindung wird durch die Nummer des
C-Atoms, von dem die Doppelbindung ausgeht,
festgelegt. Sind mehrere Doppelbindungen anwesend,
wird dies durch die entsprechenden griechische
Zahlwörter angegeben.
(„di“ für zwei, „tri“ für drei Doppelbindungen)
C CH
H H
H
Ethen
CH3C
CC
H
HCH3 CH CH2
Propen
oder
Beispiele:
CH2 CH CH2 CH3
Buten-(1)
CH3 CH CH CH3
Buten-(2)
CH2 CH CH CH2
Butadien-(1,3)
CH2 CH CH2 CH2CH
CH2 CH CH CH CH3
CH2 C CH CH3CH2
Pentadien-(1,2) [instabil]
Pentadien-(1,3)
Pentadien-(1,4)
kumulierte Doppelbindungen
konjugierte Doppelbindungen
isolierte Doppelbindungen
Physikalische Eigenschaften
ähnlich wie bei Alkanen; da Doppelbindungen geringfügig
polarisiert, höhere Schmelz- und Siedepunkte.
Chemische Eigenschaften
Durch Doppelbindung etwas reaktiver als Alkane
Konfiguration der Valenzelektronen der an der Doppel-
Bindung beteiligten C-Atome:
3 einfach besetzte 2sp²-Orbitale
1 einfach besetztes 2p-Orbital
Energie
2 sp²2 p
Dabei bleibt an jedem C-Atom ein p-Orbital mit einem Elektron übrig.Diese p-Orbitale stehen senkrecht zur Molekülebene und können gleichfalls überlappen:
neue, zusätzliche Bindung, die sog. -Bindung.
die durch Überlappung von sp2-Hybridorbitalen zustande kommenden Bindungen werden als σ-Bindungen bezeichnet.
Eine σ- und eine -Bindung bilden gemeinsam eine C=C-Doppelbindung.
freie Rotation um C=C-Doppelbindung nicht möglich; Systeme mit Doppelbindungen sind relativ starr; alle Substituenten in einer Ebene.
s + 2p
Durch p-Molekülorbitale relativ hohe Elektronendichte oberhalb und unterhalb der Ebene der Doppelbindung
Angriff von elektrophilen (=elektronenarmen) Reagenzien begünstigt
Typische Reaktion: elektrophile Additionsreaktion (AE -Reaktion)
• Addition von Brom an Ethen:
C
C
H H
HH
+ Br BrC
C
H H
HH
-Br Brδδ δ
-+
Annäherung des Br2 an die - Elektronen-wolke des Ethens
gegenseitige Polarisierung
+ -δδ
δ Br Br-C
C
H H
HH
C
C
H H
HH
Br+ + Br-
Bildung eines -Komplexes
+BrC
C
H H
HH
CH
H
Br
CH
H
+
CH
H
CH
H
Br +
Carbenium-Ion Bromonium-Ion
Ausbildung kovalenter Bindung(-Komplex) zu Carbenium-Ion, mesomer mit Bromoniumion
Mesomerie: Elektronenverteilung zwischen mehreren Grenzstrukturen (mesomere Strukturen, Resonanzstrukturen, Grenzstrukturen; Bindungsverhältnisse nicht durch eine einzige Strukturformel darstellbar)
CH
H
Br
CHH
+
Br-
CH
H
Br
CBr
H
H
Addition des Bromid-Ions
Bildung von 1,2-Dibromethan
Elektronegativitätswerte nach Pauling
H 2,1 C 2,5 F 4,0
N 3,0 Cl 3,0
O 3,5 Br 2,8
S 2,5 I 2,4
Induktiver Effekt
Praktisch alle Substituenten üben aufgrund ihrer jeweiligen Elektronegativität einen induktiven Effekt (I-Effekt) aus:
(Elektronegativität: Bestreben eines Atoms innerhalb eines Moleküls Bindungselektronen zu sich heran zu ziehen)
Elektronenanziehende Substituenten (Elektronenakzeptoren)
wie Halogenatome ziehen das
bindende Elektronenpaar etwas weiter zu sich; sie erhalten
selbst eine negative Partialladung (symbolisiert durch δ-)
Substituenten mit negativem induktiven Effekt (-I - Effekt).
F > NO2 > Cl > Br > I > OH > C6H5 > H
Elektronenreiche Substituenten (Elektronendonatoren) wie
Alkylgruppen stoßen das bindende Elektronenpaar von
sich ab;
sie selbst nehmen eine positive Partialladung (δ+) an
Substituenten mit positivem induktiven Effekt (+I - Effekt).
(CH3)3C- > (CH3)2CH- > CH3-CH2- > CH3 > H
CH 3 C CH 2
CH 3
z.B.:
δ+
δ -
• Addition von Wasser:
CH3 C CH2
CH3
2-Methylpropen
+ CH3 C
CH3
CH3
CH3 C
CH3
CH3+ O
H H
δ
δ +
-
CH3 C
CH3
CH3
OHH
CH3 C
CH3
CH3
OHH
CH3 C
CH3
CH3
OH
2- -2-Hydroxy methylpropan
.-tert Butanol
H
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