Klara Kakučka profesor hemije Mačvanska srednja škola Bogatić UGLJOVODONICI Klara Kakučka profesor hemije Mačvanska srednja škola Bogatić

Definicija Organska jedinjenja koja sadrže samo ugljenik i vodonik (C i H)

ALKANI- AN Zasićeni ugljovodonici kod kojih svaki C atom ima 4 jednostruke veze Nemaju funkcionalnih grupa Svi C atomi su sp3 hibridizovani U molekulima se nalaze samo jednostruke veze Opšta formula CnH2n+2

Homologi niz alkana homologi niz je niz jedinjenja iste klase u kojem se svaki sledeći član razlikuje od prethodnog za –CH2 – grupu

Tipovi formula Molekulska formula C2H6 Strukturna formula Racionalna formula CH3-CH3

CH4 metan C2H6 CH3 – CH3 etan C3H8 CH3 – CH2 – CH3 propan C4H10 CH3 – (CH2)2 – CH3 butan C5H12 CH3 – (CH2)3 – CH3 pentan C6H14 CH3 – (CH2)4 – CH3 heksan C7H16 CH3 – (CH2)5 – CH3 heptan C8H18 CH3 – (CH2)6 – CH3 oktan C9H20 CH3 – (CH2)7 – CH3 nonan C10H22 CH3 – (CH2)8 – CH3 dekan

Alkani –osnove nomenklature IUPAC nomenklatura Jedno hemijsko jedinjenje jedinstven naziv 1. pronaći najduži niz 2. prebrojati C-atome 3. obeležiti račvanja brojem C atoma na kome je i naziv alkil grupe

Alkil grupe Alkil grupe su delovi molekula alkana bez jednog atoma vodonika.   Imenovanje alkil grupa - iz imena odgovarajućeg alkana sa istim brojem C-atoma oduzme nastavak -an i doda nastavak -il i reč grupa CH3 – CH3 – CH2 – metil grupa etil grupa CH3 – CH2 – CH2 – CH3 –CH – propil-grupa CH3 izopropil-grupa.

3-metilheksan 2,2,4-trimetilheptan

3-etil-3-metilheksan 3-etil-4-metilheksan

Izomeri Butan metilpropan Ista molekulska formula ali 2 različita jedinjenja C4H10 Butan metilpropan

Izomeri C5H12 pentan CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 n-pentan CH3 –CH2 – CH – CH3 2-metilbutan(izopentan) CH3 CH3 – C – CH3 2,2-dimetilpropan(neopentan)

Vrste C atoma primarni (1°) CH3- sekundarni (2°) –CH2- tercijarni (3°) –CH- kvaternerni (4°)-C-

Fizička svojstva 1-4 C atoma su gasovi, 5-17 su tečnosti, >17 su čvrste supstance- parafini Tključ i Ttoplj ravnog niza istog broja C-atoma je veća od istih račvastog niza Nepolarna su jedinjenja, Ne rastvaraju se u vodi a rastvaraju se u organskim rastvaračima Lakši su od vode

Hemijska svojstva Slabo reaktivni jer je σ- veza jaka Alkani reaguju samo na visokoj temperaturi i pod uticajem radijacija. 1. Slobodno – radikalska supstitucija ( zamena 1 ili više H atoma nekim drugim atomom ili grupom) Slobodni radikali su atomi ili atomske grupe sa nesparenim elektronima koji su veoma reaktivni CnH2n+2 + X2 hv CnH2n+1X + HX Supstitucija se može odvijati i dalje sve dok se ne zamene svi H atomi!

Supstitucija kod alkana Mehanizam slobodno – radikalske supstitucije: Inicijacija hv - svetlost X2 hv X• +X• Slobodni radikali X• i R • Propagacija R – H + X• R• + HX R• + X2 R – X + X •  Terminacija X• + X• X2 R• + X• →R – X R• + R• → R – R

Hemijska svojstva 2. Oksidacija svi ugljovodonici sagorevanjem daju CO2 i H2O i oslobađa se toplota CH4 + 2O2 CO2 +2H2O + toplota Piroliza – Krekovanje zagrevanje bez prisustva vazduha CnH2n+2 t>1200 ⁰C nC + (n+1)H2 CnH2n+2 t<600⁰C CnH2n+2 + CnH2n viši alkan niži alkan alken

ALKENI-EN Nezasićeni ugljovodonici sa dvostrukom vezom C=C σ+π Opšta formula alkena: CnH2n Ugljenikovi atomi povezani dvostrukom vezom su sp2 hibridizovani.

Homologi niz alkena Eten CH 2=CH2 Propen CH3−CH=CH2 Buten CH3 −CH2−CH=CH2 Penten CH3 −CH2− CH2 −CH=CH2

Izomerija položaja C4H8 CH2=CH−CH2−CH3 (1)-buten C4H8 CH3−CH=CH−CH3 Numerisanje počinje od kraja bližeg dvostrukoj vezi, a obeležava se prvi ugljenikov atom dvostruke veze

CH3−CH2−CH2−CH=CH2 1-penten 1 2 3 4 5 CH3−CH=CH−CH2−CH3 2-penten 5 4 3 2 1 CH3−CH2−CH2−CH=CH2 1-penten 1 2 3 4 5 CH3−CH=CH−CH2−CH3 2-penten 5 4 3 2 1 CH3−CH2−CH=CH−CH3 2-penten Položaj alkil-grupa vezanih za osnovni niz označava se brojem, kao i kod alkana CH3-C=CH-CH2-CH3 CH3 CH3-CH=CH-CH-CH3 2-metil-2-penten CH3 4-metil-2-penten

Dati nazive.... CH2=CH−CH−CH3 CH3 CH2=C−CH2−CH3

CIS –TRANS izomerija Geometrijska izomerija Nemogućnost rotacije oko dvostruke veze cis – sa iste strane dvostruke veze trans – sa različite strane dvostruke veze

Fizička svojstva Iste kao kod alkana, nepolarna jedinjenja, ne rastvaraju se u vodi, lakši od vode... cis izomeri su polarniji od trans izomera Zbog veće polarnosti cis izomeri imaju veće tačke ključanja Zbog manje simetrije cis izomeri imaju niže tačke topljenja

Hemijska svojstva Reaktivni su zbog prisustva dvostruke veze Najvažnije reakcije su: Reakcije adicije Reakcije oksidacije Reakcije polimerizacije

Reakcije adicije CH2 = CH2 + Br2 → CH2 − CH2 Br Br 1,2-dibrometan Dokazna reakcija za nezasićenu vezu - obezbojavanje bromne vode (smeđe).

Adicija HX CH3−CH = CH2 + HBr → CH3−CH−CH3 propen Br Markovnikovljevo poravilo: Pri adiciji HX na asimetričnu dvostruku vezu (različit broj H atoma)H se uvek vezuje za C atom sa više H atoma 2-brompropan

Stvara se što stabilniji karbonijum jon C+ 3o >2o >1o

Adicija vode Takođe važi Markovnikovljevo pravilo.HOH

Polimerizacija Reakcija adicije u kojoj se od malih molekula (monomera) gradi ogroman molekul (polimer) naziva se reakcija polimerizacije

PE

Polivinilhlorid PVC

Oksidacija sa KMnO4 Oksidacijom sa KMnO4 akleni daju susedne diole. Gubi se ljubičasta boja KMnO4- dokaz za dvostruku vezu

ALKINI-IN Alkini su nezasićeni ugljovodonici sa trostrukom vezom. Opšta formula CnH2n-2 C atomi trostruke veze sp- hibridizovani

Homologi niz i nomenklatura alkina Etin CH ≡CH Propin CH3−C≡CH Butin CH3−CH2−C≡CH Pentin CH3−CH2 −CH2 −C≡CH C4H6 HC≡C− CH2−CH3 butin izomerija položaja C4H6 CH3−C≡C−CH3 2- butin Pravila za nazive ista kao kod alkena, nastavak IN

Hemijska svojstva alkina Veoma reaktivna jedinjenja zbog trostruke veze Adicijom 2 molekula Br2 na etin dobija se 1,1,2,2-tetrabrometan

Delimična i potpuna adicija alkina H-C≡C-H +H-H→H-C=C-H etin H H eten H H H-C=C-H +H-H→H-C-C-H H H H H Eten etan

Dieni Dieni su ugljovodonici sa dve dvostruke veze. Mogu biti: Kumulovani: obe dvostruke veze na istom C atomu Konjugovani : dve dvostruke rastavljene jednom jednostrukom

Dieni Izolovani: rastavljeni sa više prostih veza

Konjugovani dieni Specifični jer su dve dvostruke veze rastavljene jednom jednostrukom i postoji bočno preklapanje i preko te jednostruke veze.

1,4 adicija CH2=CH-CH=CH2 + 1 Br2→ CH2-CH=CH-CH2 | | Br Br | | Br Br Adicijom 1 mola broma vezje se na krajevima konjugaacije a dvostruka veza premešta u sredinu konjugacije.

Prirodna guma Guma ili kaučuk (Prirodna guma, Indijska guma) je elastomer (elastični ugljovodonični polimer) koji je originalno izveden iz lateksa, mlečnog koloida koga proizvode neke biljke. Na biljkama se napravi zarez u kori. Lepljivi, mleku slični lateks se sakuplja i potom prerađuje u gumu. Prečišćena forma kaučuka je polizopren, koji se može proizvesti i sintetičkim putem. Prirodna guma se ekstenzivno koristi u mnogobrojnim proizvodima. Ona je normalno veoma rastegljiva, fleksibilna i izuzetno vodootporna

Veštačka guma Veštačka guma je guma koja se dobija preradom nafte Sintetička guma je bilo koji tip veštačkog elastomera. Elastomer je materijal sa takvim mehaničkim osobinama da može podneti veće elastične deformacije a da se vrati na početno stanje bez permanentne deformacije. Sintetička guma služi kao zamena prirodne u mnogim slučajevima, posebno kada su poboljšane osobine neophodne.

Polimerizacija izoprena

Vulkanizacija Vulkanizacija je reakcija sa sumporom pri čemu se linearni molekuli povezuju i umrežavaju pomoću sumpora. Što je umreženija, guma je tvrđa.

Sintetski kaučuk 1) Polimeri i kopolimeri butadiena 2) Polimeri hloroprena 3) Polimeri izobutilena 4) Polisulfidni kaučuk

CIKLIČNI UGLJOVODONICI CIKLOALKANI su alkani zatvoreni u prsten Zato imaju dva H atoma manje i opštu formulu kao alkeni CnH2n Nazivi kao alkani sa istim brojem Catoma sa prefiksom ciklo na pr ciklobutan

Hemijske osobine cikloalkana Pokazuju karakteristične reakcije alkana, supstitucija i sagorevanje. Osim ciklopropana i ciklobutana. Zašto? Postojanje napona u prstenu. U zasićenim alkanima hibridizacija C atoma je sp3 i ugao hibridnih orbitala je 1090 i 26′ U ciklopropanu je 60o a u ciklbutanu 90 o ugao veza , tako da je preklapanje malo.

Uglovi i odstupanja od sp3- hibridizacije C atoma

Ciklopropan

Ciklobutan Malo savijen

Ciklopentan Jedan C atom nije u ravni – „otvoreno pismo“ Nema napona u prstenu

Cikloheksan 2 C atoma nisu u ravni Stoličasta konformacija- stabilnija Krevetasta ili konformacija lađe, manje stabilna.

Čamac i stolica

Aksijalne i ekvatorijalne veze Aksijalne veze normalne na ravan 4 C atoma, iznad i ispod ravni naizmenično Ekvatorijalne veze pod malim uglom na ravan iznad i ispod naizmenično

Aromatični ugljovodonici-Areni Aromatični ugljovodonici su ciklični ugljovodonici , jako nezasićeni a ponašaju se kao zasićeni- supstitucija umesto adicije Karakteristična struktura je šestočlani prsten sa tri konjugovane dvostruke veze. Osnovni je benzen C6H6

Struktura benzena Kekile 1835 god. Naizmenične dvostruke veze, koje se premeštaju

Struktura benzena C6H6 6 C atoma grade pravilan šestougao C atomi su sp2 hibridizovani i za treću vezu vezan je po 1 H

π- elektronski oblak Na svakom C atomu ostaje po 1 p orbitala koja nije hibridizovana i normalna je na ravan prstena One se bočno preklapaju sa susednim C atomima i grade neprekidni π- elektronski oblak iznad i ispod prstena 6 elektrona se kreću po π- elektronskm oblaku –delokalizacija elektrona Energija molekula delokalizacijom se smanjuje i benzen je stabilniji

Pravilo aromatičnosti Aromatična heterociklična jedinjenja Zadovoljavju pravilo aromatičnosti 4n+2 π elektrona Moraju biti ciklična i planarna Svaki atom mora imati p-orbitalu koja je normalna na ravan prstena

Pravilo aromatičnosti

Homolozi benzena ksileni Toluen- toluol

Reakcije benzena Veoma stabilni i podležu reakcijama elektrofilne aromatične supstitucije

Mehanizam nitrovanja

Halogenovanje

Sulfonovanje