Alkanen
Nomenclatuur Bouw
Basis: Meth - Eth - Prop - But - Pent - Hex - Hept - Oct - Non - Decaan Methaan: sp3 gehybridiseerde C
Substituent: -aan → -yl Ethaan: verschillende conformaties
Voorvoegsel n- : onvertakt, eindstandig C aan hoofdketen 1) Staggered
Voorvoegsel iso- : < 6C, 1 vertakte C op voorlaatste plaats (vanaf hoofdketen) torsiehoek ϕ = 60*
Voorvoegsel sec- : < 6C, 1 vertakte C op 2de voorlaatste plaats (vanaf hoofdketen) 2) Eclipsed
Voorvoegsel tert- : < 6C, 2 vertakte C op voorlaatste plaats (vanaf hoofdketen) torsiehoek ϕ = 0*
Voorvoegsel neo- : < 6C, voorlaatste C (vanaf hoofdketen) gebonden aan 4 methylgroepen
Conformaties In gauche/eclipsed: CH3’s dicht bij elkaar → sterische hindering →
= rotatiebarrière < 100 kJ/mol repulsiekrachten → ↑E
Newman-projectie: kijken langs centraal C - bindingen voor tot middelpunt -
bindingen achter tot cirkel
Ethaan:
Staggered: CH bindingen verst van elkaar → min E
Eclipsed: CH bindingen dichtst bij elkaar → max E
Wisselt door rotatie rond C-C: rotatiebarrière 12kJ/mol → < 100 kJ/mol →
overwonnen bij kamer T. → vrije rotatie rond C-C
Propaan:
Rotatiebarrière = 13 kJ/mol
Geen grote sterisch hindering bij eclipsed: H,CH3 interactie > H,H bij eclipsed
Butaan:
C1-2 en C3-4 propaan
C2-3:
1) Staggered gauche: CH3’s onder 60* 3) Eclipsed: CH3, CH3 en H, CH3
2) Staggered anti: CH3’s onder 180*
1
,Fysische eigenschappen Reacties
Apolair: slecht oplosbaar in polaire oplosmiddelen, mengbaar met Weinig reactief: krachtige reactieomstandigheden
apolaire Geen atomen met vrije e--paren
Zwakke Van der Waalskrachten tussen alkaanmol
Breken σ-bindingen C-C en C-H → homolytisch (vorming radicalen)
Kookpunt: indicatie E nodig om VdW krachten te breken
Halogenering en oxidatie
↑ MM → ↑ VdW interactie → ↑ kookpunt Chlorering van methaan:
Lineaire mol: VdW interactie > vertakte mol
→ ↑ kookpunt n-alkanen dan vertakte
Smeltpunt: indicatie voor mate waarin molecule in kristalrooster passen
↑ symmetrie → ↑ smeltpunt
Pentaan,hexaan: laagkokend oplosmiddel voor apolaire verbindingen
Dichtheid << dichtheid water: bij extractie apo. verbindingen uit waterige
oplossing: bovenlaag: alkaan, onderlaag: water
Biologische eigenschappen
Paraffinen: weinig affiniteit om reacties aan te gaan
Weinig schimmels/bacteriën verteren alkanen
→ meeste org niet in staat om ze op te nemen en te verbranden
Hoogkokende zuivere alk (mineraal-olie) als laxeermiddel (gevaar:
oplossen van vet-oplosbare vitaminen)
Olie in milieu: traag afgebroken, schadelijk voor dieren
Oxidatie van alkanen:
Organisch materiaal van plantaardig/dierlijk afval Hoge activerings-E
Geen miljoenen jaren wachten tot olie/steenkool Alkaan/O2: explosieve reactie 5-80% alkaan
Omzetbaar tot methaan en andere org. verbindingen Radicaal-kettingreactie (•O-OH en •OH)
Bruikbare processen voor omzetting biomassa in E Halogeenalkanen als brandvertragers
2
,Petroleum, kolen en biomassa
Organische C-verbindingen: uit CO2 en H2O via fotosynthese (katalyse groen pigment chlorofyl en enzymen) met energie van zonlicht
Uit natuurlijk organisch materiaal opgehoopt in geologische formaties: via anaërobe bacteriën kws’en ontstaan (aardgas/olie)
Aardgas: vooral CH4, beetje ethaan, propaan, butaan
Aardolie: complex mengsel lineaire/vertakte alk, cycloalk en aromaten
gefractioneerde destillatie: #fracties ingedeeld volgens kookpunt
Benzine: belangrijke fractie met econ. belang → veel processen om andere fracties om te zetten naar benzine
Andere aardoliefracties: aanleveren grondstoffen voor synthetische vezels, plastics, detergentia, verf, geneesmiddelen …
Steenkool: omzetting opgehoopt org. mat. onder hoge druk in geologische formaties, complexer,
toepassing: verhitting zonder O2 → cokes en koolteer → destillatie: aromaten + andere
voor E productie via verbranding
Cycloalkanen .
Inleiding
Kws met sp3-gehybridiseerde C atomen in ringstructuur
Benoemen: cyclo-, nummering begint bij meest gesubstitueerde C atoom
Meerdere ringen:
o 1 gemeenschappelijke C: spiro[#C afzonderlijke ringen](alkaan totaal #C)
o 2 gemeenschappelijke C: gecondenseerd ringsysteem
o > 2 gemeenschappelijke C: gebrugd ringsysteem → #C tussen bruggenhoofd tussen [ ]
Heterocyclisch ringsysteem = ≥ 1 C vervangen in cyclo
Bv. suikers: tetrahydropyraan en tetrahydrofuran
3
, Geometrische isomerie Cyclohexaan
2 substituenten: cis-trans-gesubstitueerd → verschillen = geometrische isomeren Niet-vlakke conformatie (vlak: eclipsed interacties)
Ringstructuur: geen volledig vrije draaibaarheid rond bindingen zonder breking 2 conformaties zonder hoekspanning (hoek 109*):
Glucose: naburige groepen trans
Galactose: C4 OH cis met C3/5 → andere eigenschappen (bv. zoetheid)
o boot-conformatie: hogere E aan C2-3 en C5-6 H’s eclipsed
sterische hinder binnenste H’s aan C1/4
Cyclopropaan, cyclobutaan, cyclopentaan o stoel-conformatie: stabielst want geen sterische hinder met
CH bindingen (staggered)
Cyclopropaan:
o vlakke driering: H atomen eclipsed (hoge E)
o bindingshoeken (60) wijken af van normale (109,5)
o Orbitalen CC niet optimaal lineair voor overlap
→ zwakkere binding: verlies bindingsE = hoekspanning → reacties tot
opengebroken ring Overgang:
Cyclobutaan: 6 CH loodrecht op ring = axiale bindingen
o bindingshoeken 90 (minder hoekspanning) 6 CH in het vlak = equatoriale bindingen
o HCH bindingshoek 112: niet geheel vlak axiale en equatoriale gaan over in elkaar via stoel boot
o gevouwen: vermijden eclipsed tussen CH en CC
→ 1 atoom 25* uit vlak conformatieverandering snel bij kamerT
→ 2 conformaties in snel evenwicht bij kamerT
Cyclopentaan:
o extra hoekverbuiging om eclipsed te mijden: 1 C uit vlak
→ envelop conformatie: bindingshoeken 105, tussen delen molecuul 30
o verbuiging loopt door hele ring: pseudorotatie
4
Nomenclatuur Bouw
Basis: Meth - Eth - Prop - But - Pent - Hex - Hept - Oct - Non - Decaan Methaan: sp3 gehybridiseerde C
Substituent: -aan → -yl Ethaan: verschillende conformaties
Voorvoegsel n- : onvertakt, eindstandig C aan hoofdketen 1) Staggered
Voorvoegsel iso- : < 6C, 1 vertakte C op voorlaatste plaats (vanaf hoofdketen) torsiehoek ϕ = 60*
Voorvoegsel sec- : < 6C, 1 vertakte C op 2de voorlaatste plaats (vanaf hoofdketen) 2) Eclipsed
Voorvoegsel tert- : < 6C, 2 vertakte C op voorlaatste plaats (vanaf hoofdketen) torsiehoek ϕ = 0*
Voorvoegsel neo- : < 6C, voorlaatste C (vanaf hoofdketen) gebonden aan 4 methylgroepen
Conformaties In gauche/eclipsed: CH3’s dicht bij elkaar → sterische hindering →
= rotatiebarrière < 100 kJ/mol repulsiekrachten → ↑E
Newman-projectie: kijken langs centraal C - bindingen voor tot middelpunt -
bindingen achter tot cirkel
Ethaan:
Staggered: CH bindingen verst van elkaar → min E
Eclipsed: CH bindingen dichtst bij elkaar → max E
Wisselt door rotatie rond C-C: rotatiebarrière 12kJ/mol → < 100 kJ/mol →
overwonnen bij kamer T. → vrije rotatie rond C-C
Propaan:
Rotatiebarrière = 13 kJ/mol
Geen grote sterisch hindering bij eclipsed: H,CH3 interactie > H,H bij eclipsed
Butaan:
C1-2 en C3-4 propaan
C2-3:
1) Staggered gauche: CH3’s onder 60* 3) Eclipsed: CH3, CH3 en H, CH3
2) Staggered anti: CH3’s onder 180*
1
,Fysische eigenschappen Reacties
Apolair: slecht oplosbaar in polaire oplosmiddelen, mengbaar met Weinig reactief: krachtige reactieomstandigheden
apolaire Geen atomen met vrije e--paren
Zwakke Van der Waalskrachten tussen alkaanmol
Breken σ-bindingen C-C en C-H → homolytisch (vorming radicalen)
Kookpunt: indicatie E nodig om VdW krachten te breken
Halogenering en oxidatie
↑ MM → ↑ VdW interactie → ↑ kookpunt Chlorering van methaan:
Lineaire mol: VdW interactie > vertakte mol
→ ↑ kookpunt n-alkanen dan vertakte
Smeltpunt: indicatie voor mate waarin molecule in kristalrooster passen
↑ symmetrie → ↑ smeltpunt
Pentaan,hexaan: laagkokend oplosmiddel voor apolaire verbindingen
Dichtheid << dichtheid water: bij extractie apo. verbindingen uit waterige
oplossing: bovenlaag: alkaan, onderlaag: water
Biologische eigenschappen
Paraffinen: weinig affiniteit om reacties aan te gaan
Weinig schimmels/bacteriën verteren alkanen
→ meeste org niet in staat om ze op te nemen en te verbranden
Hoogkokende zuivere alk (mineraal-olie) als laxeermiddel (gevaar:
oplossen van vet-oplosbare vitaminen)
Olie in milieu: traag afgebroken, schadelijk voor dieren
Oxidatie van alkanen:
Organisch materiaal van plantaardig/dierlijk afval Hoge activerings-E
Geen miljoenen jaren wachten tot olie/steenkool Alkaan/O2: explosieve reactie 5-80% alkaan
Omzetbaar tot methaan en andere org. verbindingen Radicaal-kettingreactie (•O-OH en •OH)
Bruikbare processen voor omzetting biomassa in E Halogeenalkanen als brandvertragers
2
,Petroleum, kolen en biomassa
Organische C-verbindingen: uit CO2 en H2O via fotosynthese (katalyse groen pigment chlorofyl en enzymen) met energie van zonlicht
Uit natuurlijk organisch materiaal opgehoopt in geologische formaties: via anaërobe bacteriën kws’en ontstaan (aardgas/olie)
Aardgas: vooral CH4, beetje ethaan, propaan, butaan
Aardolie: complex mengsel lineaire/vertakte alk, cycloalk en aromaten
gefractioneerde destillatie: #fracties ingedeeld volgens kookpunt
Benzine: belangrijke fractie met econ. belang → veel processen om andere fracties om te zetten naar benzine
Andere aardoliefracties: aanleveren grondstoffen voor synthetische vezels, plastics, detergentia, verf, geneesmiddelen …
Steenkool: omzetting opgehoopt org. mat. onder hoge druk in geologische formaties, complexer,
toepassing: verhitting zonder O2 → cokes en koolteer → destillatie: aromaten + andere
voor E productie via verbranding
Cycloalkanen .
Inleiding
Kws met sp3-gehybridiseerde C atomen in ringstructuur
Benoemen: cyclo-, nummering begint bij meest gesubstitueerde C atoom
Meerdere ringen:
o 1 gemeenschappelijke C: spiro[#C afzonderlijke ringen](alkaan totaal #C)
o 2 gemeenschappelijke C: gecondenseerd ringsysteem
o > 2 gemeenschappelijke C: gebrugd ringsysteem → #C tussen bruggenhoofd tussen [ ]
Heterocyclisch ringsysteem = ≥ 1 C vervangen in cyclo
Bv. suikers: tetrahydropyraan en tetrahydrofuran
3
, Geometrische isomerie Cyclohexaan
2 substituenten: cis-trans-gesubstitueerd → verschillen = geometrische isomeren Niet-vlakke conformatie (vlak: eclipsed interacties)
Ringstructuur: geen volledig vrije draaibaarheid rond bindingen zonder breking 2 conformaties zonder hoekspanning (hoek 109*):
Glucose: naburige groepen trans
Galactose: C4 OH cis met C3/5 → andere eigenschappen (bv. zoetheid)
o boot-conformatie: hogere E aan C2-3 en C5-6 H’s eclipsed
sterische hinder binnenste H’s aan C1/4
Cyclopropaan, cyclobutaan, cyclopentaan o stoel-conformatie: stabielst want geen sterische hinder met
CH bindingen (staggered)
Cyclopropaan:
o vlakke driering: H atomen eclipsed (hoge E)
o bindingshoeken (60) wijken af van normale (109,5)
o Orbitalen CC niet optimaal lineair voor overlap
→ zwakkere binding: verlies bindingsE = hoekspanning → reacties tot
opengebroken ring Overgang:
Cyclobutaan: 6 CH loodrecht op ring = axiale bindingen
o bindingshoeken 90 (minder hoekspanning) 6 CH in het vlak = equatoriale bindingen
o HCH bindingshoek 112: niet geheel vlak axiale en equatoriale gaan over in elkaar via stoel boot
o gevouwen: vermijden eclipsed tussen CH en CC
→ 1 atoom 25* uit vlak conformatieverandering snel bij kamerT
→ 2 conformaties in snel evenwicht bij kamerT
Cyclopentaan:
o extra hoekverbuiging om eclipsed te mijden: 1 C uit vlak
→ envelop conformatie: bindingshoeken 105, tussen delen molecuul 30
o verbuiging loopt door hele ring: pseudorotatie
4
