2. Alkaanit. Suoraketjuiset alkaanit: etuliite+aani Metaani, etaani... Dekaani (10), undekaani, dodekaani, tridekaani, tetradekaani, pentadekaani..

Transkriptio

1 2. Alkaanit SM -08 Kaikkein yksinkertaisimpia orgaanisia yhdisteitä. Sisältävät vain hiiltä ja vetyä ja vain yksinkertaisia - sidoksia. Yleinen molekyylikaava n 2n+2 Alkaanit voivat olla suoraketjuisia tai haaroittuneita. iillä voi olla paljon rakenneisomeereja (sama molekyylikaava, erilainen atomien sitoutumisjärjestys). Voivat olla myös syklisiä (yleinen molekyylikaava n 2n ). Pienimolekyyliset alkaanit ovat huoneenlämpötilassa ja normaalipaineessa kaasuja, 5-17 hiiltä sisältävät nesteitä ja suurempimolekyyliset yhdisteet vahamaisia Alkaaneja sanotaan tyydyttyneiksi hiilivedyiksi, koska hiiliatomeihin on liittynyt maksimimäärä vetyatomeita. Alkaaneja kutsutaan joskus myös alifaattisiksi yhdisteiksi.koska alkaaneissa on vain vahvoja, poolittomia sigmasidoksia, ne ovat epäreaktiivisia. Tyypillisiä reaktioita ovat palaminen ja radikaalireaktio kloorin kanssa. Alkaaneja esiintyy runsaasti luonnossa. Kaupallisesti tärkein lähde on maakaasu ja -öljy 2.1. Alkaanien nimeäminen Suoraketjuiset alkaanit: etuliite+aani Metaani, etaani... Dekaani (10), undekaani, dodekaani, tridekaani, tetradekaani, pentadekaani.. aaroittuneet alkaanit: sivuketjut+pääketju 1. Etsitään pisin yhteinäinen hiiivetyketju pääketju. Jos kaksi mahdollista, valitaan se, jossa useampia sivuketjuja 2. umeroidaan pääketju alkaen siitä päästä, joka on lähimpänä ensimmäistä sivuketjua 3. imetään ja numeroidaan sivuketjut. imi muodostetaan vastaavan alkaanin nimestä yyli-päätteellä (esim. metyyli, etyyli, isobutyyli ym) 4. Muodostetaan nimi: sivuketjut esitetään aakkosjärjestyksessä. Jos samanlaisia on useampia, käytetään etuliitteitä di-, tri, tetra- jne. Lopuksi pääketju alkaanina. Sykliset alkaanit: sivuketjut + sykloalkaani 1. yhdisteen perusnimi on sykloalkaani 2. substituentit numeroidaan niin, että numerot ovat mahdollisimman alhaiset 3. Jos substituentteja on kaksi, ne numeroidaan aakkosjärjestyksessä. Jos substituentteja on useampia, ne numeroidaan 2. säännön mukaisesti ja esitetään aakkosjärjestyksessä 4. Yhdiste, jossa on suoraketjuinen ja syklinen osa, nimetään sen osan mukaan, jossa on enemmän hiiliatomeja. 6

2 2.2. Alkaanien konformaatiot Alkaaneissa - sidokset ovat σ sidoksia, joiden poikkileikkaus ympyränmuotoinen sidosta voidaan kiertää ilman että sidos heikentyy Kohdakkaiskonformeeri Lomittaiskonformeeri Kun toinen metyyliryhmä pyörii, - sidokset joutuvat vuoroin kohdakkain ja lomittain ja puhutaan kohdakkais- ja lomittaiskonformaatioista. Konformeerit ovat toistensa stereoisomeereja eli niillä on sama molekyylikaava ja atomien sitoutumisjärjestys, mutta erilainen avaruudellinen suuntautuminen Kohdakkaiskonformaatiossa - sidokset ovat kohdakkain ja niiden elektronit hylkivät toisiaan kohdakkaiskonformeeri on siis epäpysyvämpi kuin lomittaiskonformeeri. Energiaero on pieni, n. 12 kj/mol ja pyöriminen voi tapahtua huoneenlämpötilassa. Konformeerit ovat tasapainossa keskenään. Tasapainoseoksessa 99% esim. etaanimolekyyleistä on lomittaiskonformaatiossa Sykloalkaanien konformaatiot. Myös sykloalkaaneissa hiilet ovat sp 3 - hybridisoituneita. Ideaalisesti sidokset ovat n. 109 kulmassa toisiinsa nähden ja vierekkäisten hiilien - sidokset pyrkivät lomittaiskonformaatioon. enkaan koosta riippuen syklinen rakenne rajoittaa näitä rakenteellisia tekijöitä. Tästä aiheutuu ns. rengasjännitys, joka koostuu erilaisista tekijöistä: Kulmajännitys tetraedrikulma ei mahdollinen Torsionaalinen jännitys Lomittaiskonformaatio ei mahdollinen Steerinen jännitys sivuketjut hylkivät toisiaan Sykloalkaanien pysyvimmissä konformaatioissa nämä tekijät on pyritty kokonaisuutena minimoimaan. Syklopropaanin kolme hiiltä ovat samassa tasossa ja -- sidoskulmat ovat 60. sp 3 -orbitaalien peitto on huono ja sidokset ovat heikompia kuin suoraketjuisissa alkaaneissa. - sidokset joutuvat rakenteessa kohdakkain suuri rengasjännitys. Syklobutaani ei ole tasomainen vaan yksi 2 -ryhmä on taipunut pois tasosta. Tämä lisää kulmajännitystä, mutta - sidokset ovat osittain lomittain saavuttaa näin pysyvämmän rakenteen 7

3 Syklopentaanin pysyvin konformaatio on ns. kirjekuorikonformaatio, jossa yksi kulma on neljän hiilen muodostaman tason ulkopuolella. äin - sidokset asettuvat lomittain, mutta kulmajännitys lisääntyy hieman tasomaiseen molekyyliin verrattuna. 6-jäseniset renkaat pystyvät saavuttamaan konformaation, joka on lähes vapaa rengasjännityksestä. Siksi luonnossa esiintyy eniten 6-jäsenisiä syklisiä yhdisteitä. Sykloheksaanin tuolikonformaatio. - sidokset ovat joko renkaan tasoa vasten kohtisuorassa (aksiaalisia) tai tason suunnassa (ekvatoriaalisia). Tuolikonformaatioita on kaksi, jotka ovat keskenään nopeassa tasapainossa. Kun konformeeri muuttuu toiseksi, aksiaaliset sidokset joutuvat ekvatoriaaliseen asemaan ja päinvastoin. Sykloheksaanin tuolikonformaatiot ovat yhtä pysyvät Metyylisykloheksaanin tapaksessa toinen konformeereista (metyyliryhmä ekvatoriaalinen) on selvästi pysyvämpi (95 vs 5 %). Tämä johtuu siitä, että aksiaalisessa asemassa ollessaan metyyliryhmä hylkii aksiaalisessa asemassa olevia vetyjä 3 3 uolimatta pysyvyyserosta, tasapaino konformeerien välillä on nopea, eikä eri konformeereja voida erottaa. Sykloalkaaneilla ei tapahtua kiertymistä - sidosten ympäri vapaasti kuten suoraketjuisilla alkaaneilla tapahtuu hiiliatomit määrittävät tason ja substituoiduilla sykloalkaaneilla tason eri puolet ovat erilaiset cis trans -isomeria cis-1,2-dimetyylisykloheksaani trans-1,2-dimetyylisykloheksaani Isomeerit eivät voi muuttua toisikseen sidosten katkeamatta kaksi eri yhdistettä, joilla on erilaiset ominaisuudet 8

4 3. Funktionaaliset ryhmät rgaaniset molekyylit voivat sisältää monenlaisia funktionaalisia ryhmiä Erilaisten yhdisteiden määrä on suuri Funktionaaliset ryhmät sisältävät useimmiten poolisia sidoksia ja ne ovat siksi reaktiivisempia kuin hiilivetyrunko. Tietty funktionaalinen ryhmä reagoi yleensä samankaltaisesti molekyyliympäristöstä riippumatta yhdisteiden luokittelu mahdollista Alkeenit ja alkyynit: Kaksois- ja kolmoissidokset alidit Alkoholit Eetterit l S S Amiinit Tiolit ja tioeetterit Aldehydit ja ketonit X 2 Karboksyylihapot ja johdannaiset, esterit, happoanhydridit, happohalidit ja amidit itriilit 9

5 Funktionaalisten ryhmien prioriteettijärjestys (IUPA). Kun nimetään monimutkaisempia orgaanisia yhdisteitä, joissa on useita funktionaalisia ryhmiä, nimi muodostetaan korkeimman prioriteetin omaavan funktionaalisen ryhmän mukaan. Muut funktionaaliset ryhmät mainitaan substituentteina Taulukko 1. Funktionaalisten ryhmien prioriteettijärjestys IUPA:in mukaan yhmä yhmän nimi substituenttina 1. Karboksyylihappo, - Karboksi 2. Sulfonihappo, -S 3 Sulfo 3. Esteri, - Alkoksikarbonyyli 4. appohalogenidi, -X alogeeniformyyli 5. appoamidi, - 2 Karbamoyyli 6. Aldehydi, - Formyyli 7. Ketoni, -- kso 8. Alkoholi, - ydroksi 9. Tioli, -S Merkapto 10. Amiini, - 2 Amino 11. Eetteri, - Alkoksi 12. Sulfidi, -S Alkyylitio 10