A szerves kémia alapjai

Az előadások a következő témára: "A szerves kémia alapjai"— Előadás másolata:

1 A szerves kémia alapjai
1.félév

2 1.rész 1., 2. és 3. fejezet szeptember 11, 18 és 25
1. dolgozat: október 2 2. rész 4., 5., 6. és 7. fejezet október 9, 16 és 30 2. dolgozat: november 6

3 3.rész 8., 9., 10 és 11. fejezet november 13, 20 és 27 3. dolgozat: december 4 december 11 az utolsó dolgozat javítása jelentkezés vizsgára

4 Évközi dolgozatok 10 kérdés 20 pont Vizsga 4 kérdés 40 pont

5 Értékelés Évközben 3 x 20 = 60 Vizsgán 40 Jeles 80 Jó 60 Közepes 40
Elégséges

6 A szénvegyületek szerkezete
1.fejezet A szénvegyületek szerkezete

7 1.1. A szerves kémia kialakulása
A XIX. században az élő szervezet által termelt anyagokat tekintették szerves anyagoknak, míg az élettelen természet anyagai voltak a szervet-len anyagok. Wöhler német kémikus 1828-ban egy szervetlen sóból olyan vegyületet (a karbamidot) állított elő, amelyet addig csak az élő szervezet által előállítható anyagnak tekintettek. Ez a felfede-zés mutatott rá arra, hogy nincs alapvető kü-lönbség a szerves és a szervetlen anyagok kö-zött.

8 A mai értelemben vett szerves kémia a szénvegyületek kémiája
A mai értelemben vett szerves kémia a szénvegyületek kémiája. A szén képes arra, hogy sok szénatom összekapcsolódása révén hosszú láncokat, és ezáltal nagyon bonyolult mole-kulákat hozzon létre. Ez a bonyolultság és a lehetséges szerves vegyületek nagy száma indokolja a szénvegyületek különálló tárgyalását.

9 A fejlődés során különvált a szerves kémiától az élő szervezetekben lejátszódó folyamatokkal foglalkozó bio-kémia, amit elsősorban ezen folyamatok bonyolultsága indokol. Bonyolultságuk ellenére a biokémiai átalakulások szerves reakciók, így ezen folyamatok megértéséhez elengedhetet-lenek a szerves kémiai alapismeretek.

10 1.2. Az atompályák Egy atom magjában a rendszámmal azonos számú, pozitív töltésű proton és semleges neutronok találhatók. A protonok és a neutronok együttes száma az atom tömegszámát adja meg. A protonokkal azonos számú elektron elektronhéjakon helyezkedik el. Minél távolabb van egy héj a magtól, annál nagyobb energiájú.

11 Az egyes héjakon belül az elektronok atompályákon találhatók.
Az atompályák különböző alakúak lehetnek. Az s-pályák gömbszimmetrikusak, a p-pályák pedig súlyzó alakúak. A három p-pálya (a px, a py és a pz) a három tengely irányában helyezkedik el.

12

13 1.3. Az atomok elektronszerkezete
Az első héj csak egy s-pályából áll, a második héjon már egy s- és három p-pálya helyezkedik el. Egy pályán csak két elektron tartózkodhat, azok is ellentétes spinnel. Ennek megfelelően az első héjon csak kettő, a második héjon viszont már nyolc elektron fér el.

14 Az elektronok először mindig az alacsonyabb energiájú pályákra lépnek be.
Az azonos energiájú pályák (például a három p-pálya) esetében az elektronok úgy helyezkednek el, hogy a párosítatlan elektronok száma maximális legyen.

15

16 A szénatom elektroneloszlása tehát 1s22s22p2
A szénatom elektroneloszlása tehát 1s22s22p2. Mivel azonban a kémiai tulajdonságokat a vegyérték- elektronok (a le nem zárt héjak elektronjai) határozzák meg, csak a második héjat kell a kémiai tulajdonságok értelmezése céljából tekintetbe venni, így a szén vegyértékhéjának elektroneloszlása s2p2.

17 1.4. Az ionos kötés A nemesgázok (He, Ne) a legstabilabb atomok, mivel lezárt külső héjjal rendelkeznek. Stabilitásuk miatt a nemesgázok atomos formában fordulnak elő. Mivel minden rendszer az energiaminimum elérésére törekszik, a többi atom is igyekszik elérni a nemesgázokhoz hasonló lezárt vegyértékhéjat.

18 A lítium egy elektron leadásával egy olyan pozitív töltésű ionná (kationná) alakul, amely ugyanolyan lezárt vegyérté-héjjal rendelkezik, mint a hélium. A fluor viszont egy elektron fel-vételével olyan anionná alakul, amely a neonhoz hasonló lezárt vegyértékhéjjal bír.

19 A kialakuló kationok és anionok között elektrosztatikus kölcsönhatás alakul ki, és ez csökkenti a rendszer belső energiáját. Ezért az ionok ionrácsokat képeznek. Tipikus példája ennek a NaCl. Az ionrácsokat összetartó kötést ionos kötésnek nevezik.

20 1.5. A kovalens kötés Olyan esetekben, amikor azonos atomok (például két hidrogénatom) között alakul ki kötés, nincs lehetőség az ionos kötés kialakulására, hiszen a két atom elektronleadó vagy elektronfelvevő képessége azonos. A stabilabb állapot elérésére való törekvés miatt azonban ezek az atomok is molekulákat igyekeznek képezni.

21 A kötés kialakulása a két hidrogénatom között úgy mehet végbe, hogy mind a két atom egy-egy elektront ad a kötéshez, és ezek elektronok egy olyan pályán helyezkednek el, amelyik mindkét atommagot körülveszi. Az ilyen pályákat molekulapályáknak, az ilyen kötéseket pedig kovalens kötéseknek nevezik.

22 A kovalens kötések kialakulásának kvantumkémiai modellje szerint a molekulapályák az atompályák átlapolódása révén jönnek létre.

23 Egy molekulapályára ugyanazok a szabályok vonat-koznak, mint az atompályákra, azaz egy molekula-pályán is két elektron foglalhat helyet. Mivel a kötésben részt vevő mindkét elektron mind a két pozitív töltésű atommaggal kölcsönhatásba lép, a molekula kialakulása során nagy mennyiségű energia (435 kJ/mol) szabadul fel, és emiatt a rendszer alacsonyabb (azaz stabilabb) energiaállapotba kerül.

24 Minél nagyobb mértékű az átlapolódás (azaz minél kisebb a távolság a két atommag között), annál erősebb a kötés. Az így kialakuló molekulapályák a két atommag között helyezkednek el, ezért lokalizált molekulapályákról van szó. Ha a hidrogén-hidrogén kötést elmetsszük a kötéstengelyre merőleges síkkal, egy kör alakú metszetet kapunk, azaz a H-H kötés tengelyszimmetrikus.

25

26 Az ilyen kötést szigma-kötésnek nevezik.
A tengelyszimmetria miatt a szigma-kötéseknél az összekapcsolódó atomok a kötéstengely mentén szabadon elfordulhatnak anélkül, hogy ez a metszet méretét, és ezáltal az átlapolódást, azaz a kötés erősségét, befolyásolná.

27 Hasonló módon csak kovalens kötések alakulhatnak ki olyan esetekben is (például a C-H kötés esetében), amikor ugyan különböző atomok között alakul ki a kémiai kötés, de az összekapcsolódó atomok elektronleadó, illetve elektronfelvevő képessége nem különbözik olyan nagy mértékben, hogy ionos kötés ki tudna alakulni.

28 A kémiai kötés kialakításában csak a le nem zárt héjak elektronjai (a vegyértékelektronok) vesznek részt. A szerves kémia leggyakoribb elemei, a szén, az oxigén és a nitrogén esetében ez a második héj. A második héjon maximálisan 8 elektron helyezkedhet el (neon). Ezért a fenti atomok olyan molekulapályák kialakítására törekszenek, amelyeken nyolc elektron található (oktett-elv).

29 A fluor hét, az oxigén hat, a nitrogén pedig öt elekronnal rendelkezik a második héjon.
Ennek megfelelően a fluor egy, az oxigén kettő, a nitrogén viszont három kovalens kötés kialakulása után éri el a elektronoktettet. A kötésben részt nem vevő elektronpárokat nemkötő elektronpároknak nevezzük.

30 A szénatom vegyértékhéján négy elektron található, ezért négy kovalens kötésre van szükség ahhoz, hogy nyolc elektron helyezkedjen el a molekulapályán. Ez megfelel annak a tapasztalatnak, hogy a szénvegyü-letekben a szén négy vegyértékű. Alapállapotban azonban a szén csak két párosítatlan elektronnal rendelkezik. Mintegy 400 kJ/mol energia befektetése révén azonban egy elektron a 2s pályáról átmegy a magasabb energiájú 2pz pályára, így a gerjesztett állapotban sp3 elektroneloszlás alakul ki.

31

32 A négy párosítatlan elektron négy kovalens kötés kialakítására képes.
Négy kötés kialakulása a kettő helyett hozzá-vetőlegesen 800 kJ/mol energiacsökkenést jelent. Ez bőségesen fedezi a gerjesztéshez szükséges energiát, és összességében mintegy 400 kJ/mol értékkel kisebb energiaállapotba kerül a rendszer (azaz lényegesen stabilabb lesz), mintha csak két kötés alakulna ki.

33 1.6. A molekulák térszerkezete
A szigma-kötéseket tartalmazó molekulákban a kötésekben részt vevő elektronpárok taszítják egymás, ezért a molekula olyan térbeli alakzatot igyekszik felvenni, amelyben ezek az elektronpárok a lehető legtávolabb helyezkednek el egymástól. Ebben az esetben lesz ugyanis a taszítás a legkisebb, és ezáltal a molekula a legstabilabb.

34 Két egyes kötést tartalmazó molekula ( BeH2 ) esetében a lineáris molekula jelenti a legstabi-labb elrendeződést.

35 Három kovalens kötés ( BF3 ) esetében az a legstabi-labb elrendeződés, amikor a kötéseket létrehozó há-rom elektronpár azonos síkban helyezkedik el, és a kötések 120o-os szöget zárnak be.

36 Négy kovalens kötés (CH4) esetében az elektronpárok akkor vannak a legtávolabb egymástól, ha a négy kötés egy tetraéder négy csúcsának irányában helyezkedik el. Ha a tetraéderes szénatomot síkban ábrázolják, a szokásos vastagságú vonalak a papír síkjában lévő kötéseket jelölik, míg a vastag vonal a sík feletti, a szaggatott pedig a sík alatti kötést jelenti.

37 Nemkötő elektronpárokat tartalmazó molekulák esetében a nemkötő elektronpárok ugyanúgy a tetraéder csúcsainak irányában helyezkednek el, mint a kötésben lévő elektronpárok.

38 1.7. A metán és az etán kvantumkémiai modelljei
A metán esetében a kötések a szén és a hidrogén atompályáinak átlapolódása révén jönnek létre. A szén elektroneloszlása a gerjesztett állapotban sp3, ami azt jelenti, hogy a szén 1db s-, és 3db p-elektronjával képes részt venni a négy kovalens kötés kialakításában. Mivel ezek az elektronpályák nem azonos energiájúak, az lenne várható, hogy kétféle erősségű kötés alakul ki. Mivel az s- és p-pályák alakja is különböző, az is várható lenne, hogy a kétfajta kötés alakja sem lesz azonos.

39 Ezzel szemben minden kísérleti tapasztalat azt mutatta, hogy a metánban négy, teljesen azonos kötés található. Azért, hogy a matematikai modell megfeleljen a fenti kísérleti tapasztalatnak, azt kellett feltételezni, hogy a szén s- és p-pályái teljesen azonos pályákká alakul-nak át (pályakeveredés). Ezt az átalakulást nevezik hibridizációnak. Mivel ennek során az egy s- és a három p-atompálya négy sp3-pályává alakul át, sp3-hibridizációról szokás beszélni.

40

41 Mivel egy sp3-molekulapálya az s- és a p-atompályák keveredéséből alakul ki, az sp3-kifejezés arra utal, hogy a molekulapálya 25% s- és 75% p-jelleggel rendelkezik. A metánban található kötéseket tehát a szén egy sp3-elektronja és a hidrogén s-elektronja hozza létre. A hibridizáció eredményeként négy, azonos energiájú kötés tud kialakulni, és ezek a kötések a tetraéder négy csúcsának irányában helyezkednek el.

42 A kovalens kötéseket a kötéserősséggel (bond strenght), a kötéstávolsággal (bond lenght) és a kötésszöggel (bond angle) szokták jellemezni. A metán esetében a kötéserősség 434 kJ/mol (104 kcal/mol), a kötéstávolság 109,4 pm, a vegyérték-szög pedig 109,5o.

43 Az etánban a hat szén-hidrogén szigma-kötés mellett egy szén-szén szigma-kötés is található.
A szén-szén kötést a szénatom egy-egy sp3-elektronja hozza létre.

44

45 Az összekapcsolódó szénatomok a szén-szén szigma-kötés körül is szabadon elfordulhatnak.
A szabad elfordulás lehetősége miatt az etán olyan térhelyzetet igyekszik felvenni, ahol a hidrogénatomok a lehető legtávolabb vannak egymástól.

46

47 1.8. A kettős kötés A szerves kémiában gyakori, hogy a szénatom kettős kötéssel kapcsolódik egy másik atomhoz. Például szén-szén kettős kötés található az eténben.

48 A kettős kötés kialakulását úgy képzelik el, hogy a hibridzációban a szénatomnak csak három atompályája vesz részt, egy s- és két p-pálya, míg egy p-pálya változatlan marad. Mivel ebben a hibridizációban csak egy s- és két p-pálya vesz részt, az sp2-hibridizáció elnevezést alkalmazzák.

49

50 Az sp2-szénatom három szigma-kötést alakít ki két hidrogénnel és a másik szénatommal.
Ez a három kötés akkor van maximális távolságban egymástól, ha egy síkban helyezkednek, olyan módon, hogy a H-C-H atomok által alkotott vegyértékszög közel 120o.

51 Az sp2-hibridizációból kimaradó p-pályák egy újabb szén-szén kötést alakítanak ki a sík alatt és felett.

52 Ezt a kötést nevezik pi-kötésnek (vagy -kötésnek)
Ezt a kötést nevezik pi-kötésnek (vagy -kötésnek). A kettős kötés tehát egy szigma- és egy pi-kötésből áll. A kettős kötés hossza az eténben 133 pm, azaz lényege-sen rövidebb, mint a szén-szén szigma-kötés az etánban (153,6 pm).

53 1.9. A hármas kötés A szénatomok hármas kötéssel is kapcsolódhatnak egy-máshoz. Szén-szén hármas kötés található például az acetilénben. Ez úgy jön létre, hogy a szén a szén egy s- és egy p-pályája vesz rész a hibridizációban. Az sp-molekulapálya két szigma-kötést hoz létre a másik szénnel és egy hidrogénnel. A négy kimaradó p-pálya egymással lapolódik át és két, egymásra merőleges pi-pályát hoz létre (sp-hibridizáció).A két kialakuló szigma-kötés akkor lesz maximális távolságban egymástól, ha a szigma-kötések egy egyenes mentén helyezkednek el. Ezért az acetilén lineáris molekula.

54

55 A fentiek szerint az etánban sp3, az eténben sp2, míg az acetilénben sp-hibridállapotú szénatomok találhatók. A hibridpályák s-jellege az sp3  sp2  sp sorrendben nő. Minél nagyobb az s-jelleg, annál rövidebb és erősebb kötésekről van szó.

56 Ez azzal értelmezhető, hogy az s-pályák közelebb vannak az atommaghoz és ezáltal erősebben kötött elektronokat jelentenek.

57 A fentiekhez hasonló módon alakul ki a kettős kötés a szén és az oxigén, illetve a kettős és a hármas kötés a szén és a nitrogén között is. Az eltérés az, hogy az oxigén esetében két, a nitrogénnél pedig egy nemkötő elektronpár vesz részt a molekula kialakításában a szigma-kötések helyett.

58 1.10. Poláros és apoláros kötések Ha egy kovalens kötésben különböző elektronegativitású (az- az különböző elektronvonzó képességű) atomok kapcsolód- nak egymáshoz, az elektronok eltolódnak a nagyobb elektro- negativitású atom (a jelen esetben a Y) irányába, és ezáltal az Y atom negatív töltést kap, míg a kisebb elektronegativitású atom pozitív töltésű lesz Ad+  Yd- Az ilyen kötéseket poláros kötéseknek nevezzük. Közel azonos elektronegativitású atomok esetén apoláros kötések alakulnak ki A — B

59 Néhány elem elektronegativitása
A szerves vegyületekben a szénhez a leggyakrabban a halogének, továbbá az oxigén és a nitrogén kapcsolódik.

60 Ezek a szénnél elektronegatívabb elemek, emiatt ezekben a kötésekben a szén pozitív töltést kap C d+  Y d- Ha azonban a szénhez kisebb elektronegativitású atomok kapcsolódnak, a szén negatív töltésűvé válik C d-  Mg d+ Ilyen kötés akkor alakulhat ki, ha a szénhez fématomok kapcsolódnak, ezért az ilyen molekulákat fémorganikus vegyületeknek nevezik.

61 A hidrogén is kisebb elektronegativitású, mint a szén, ezért a C-H kötésben a szén negatív, a hidrogén pedig pozitív töltést kap. C d-  H d+ A különbség azonban olyan kicsi, hogy a csak C-C és C-H kötéseket tartalmazó molekulák apoláros vegyü-leteknek tekinthetők.

62 A szigma-kötésekhez hasonlóan a kettős és a hármas kötések esetében is az elektronegatívabb atom negatív töltésre tesz szert.

63 A nagyobb polarizáltság általában nagyobb reakció-készséget is jelent.

64 1.11. Poláros és apoláros molekulák
Egyes molekulák az elektromos tér hatására elrendeződnek (ezek a poláros molekulák), míg a molekulák másik csoportjára nem hat az elektromos tér (ezek az apoláros molekulák).

65 Kétatomos molekulák esetében poláros a molekula, ha a kötés poláros, és apoláros a molekula, ha a kötés apoláros. Ad+  Y d A  B Többatomos molekulák esetében a helyzet már nem ilyen egyértelmű.

66 Poláros lesz a molekula, ha tartalmaz egy erősen poláros kötést, miközben a többi kötés csaknem apoláros.

67 Szimmetrikus molekulák esetében azonban apoláros kötések kioltják egymás hatását, ezért az ilyen vegyületek apoláros molekulák.

68 1.12. A molekulák kölcsönhatásai
A molekulák között vonzó kölcsönhatások alakulhatnak ki. Minél erősebbek ezek a kölcsönhatások, annál nehezebb a molekulákat szétválasztani, azaz annál magasabb a forráspont. A poláros molekulák között úgy alakul ki a vonzó kölcsönhatás, hogy a molekulák ellentétes töltésű felükkel fordulnak egymás felé.

69 Hasonló kölcsönhatás alakul ki a poláros molekulák és a poláros oldószermolekulák között is, ezért poláros molekulák poláros oldószerekben oldódnak. Hasonló jellegű vonzó kölcsönhatások miatt a poláros oldószerek az ionokat is stabilizálni tudják. Anionok a víz pozitív töltésű hidrogénjeivel létesítenek kapcsolatot.

70 A kationok viszont a víz a negatív töltésű oxigénjei felé fordulnak, ezért a víz anionok és kationok szolvatálására is alkalmas.

71 Az oxigén és a nitrogén sokkal elektronegatívabb, mint a hidrogén, ezért az O-H és az N-H kötésekben a hidrogén pozitív töltést kap. A pozitív hidrogénatom és egy másik oxigén vagy nitrogén nemkötő elektronpárja között hasonló kölcsönhatás alakulhat ki, mint a poláros molekulák között.

72 A kölcsönhatás erősebb annál, mint ami poláros molekulák között ki szokott alakulni, de sokkal gyengébb a kémiai kötéseknél (25 kJ/mol, míg egy kémiai kötés legalább 100 kJ/mol). Az is különbség, hogy ez a kötés specifikusan a hidrogén és az oxigén vagy a nitrogén nemkötő elektronpárja között alakul ki, míg a poláros molekulák közötti kölcsönhatások a két molekula között (és nem a molekulák meghatá-rozott atomjai között) jönnek létre. Specifikus jellege miatt ezt a kölcsönhatást hidrogén-kötésnek nevezik.

73 Az apoláros molekulákban nem válik szét a pozitív és a negatív töltés centruma. Azonban az elektronok ezekben a molekulákban sem mozdulatlanok, ezért időlegesen előfordulhat, hogy a molekula bizonyos részein a pozitív és a negatív töltés kis mértékben szétválik. Ez a szomszédos molekulában ellentétes irányú szétválást indukál és az időlegesen kialakuló poláros molekulák között gyenge vonzó kölcsönhatások alakulhatnak ki. Az apoláros molekulák közötti gyenge kölcsönhatást erősítheti, ha hosszú apoláros láncok tudnak egymás mellett elhelyezkedni.

74 Mivel a fenti kölcsönhatások apoláros molekulák között jönnek létre, az apoláros molekulák apoláros oldószerekben oldódnak. A polihalogénezett szénhidrogének is apoláros molekulák, ezért jó zsíroldószerek.

75 1.13. A delokalizált elektronok
A szigma-kötésekben az elektronpár a kötésben részt vevő két atom között található (lokalizált elektronok). Hasonló módon lokalizáltak a pi-elektronok is az alkénekben.

76 Egyes esetekben azonban az elektronok a molekulán belül elmozdulhatnak
Egyes esetekben azonban az elektronok a molekulán belül elmozdulhatnak. Ha például egy pozitív töltésű szénatomot 1 szigma-kötés választ el egy pi-kötéstől (ezt nevezik allil-helyzetnek, illetve allil-kationnak), a pi-elektronok a pozitív töltés felé áramlanak.

77 Az elektronáramlás azt eredményezi, hogy a pozitív töltés eloszlik a molekulában, ezáltal az stabilabbá válik. Az elektronáramlás következtében a korábban két szénatom között elhelyezkedő (lokalizált) elektronok három szénatom körül fognak elhelyezkedni. Az ilyen elektronokat nevezik delokalizált elektronoknak.

78 Delokalizációra a könnyen elmozduló elektronok (a pi-elektronok és a nemkötő elektronpárok) képesek, olyan esetekben, amikor ezeket az elektronokat 1 szigma-kötés választja el egymástól vagy töltéssel rendelkező atomoktól.

79 Az allilkationban három sp2-szénatom vesz részt a szigmaváz kialakításában. A váz kialakulása után három p-atompálya marad, amelyek közül az egyik üres. A három p-pálya átlapolódásával olyan molekulapálya jön létre, amelyik mind a három szénatomot magába foglalja.

80 1.14. A határszerkezeti formák
A szaggatott vonalakat használó képletek alkalmasak az elektronok delokalizációjának jelölésére, de nem adják meg a molekulában szereplő elektronok számát. Ezért a szerves kémikusok szívesebben alkalmazzák a vegyértékszabályoknak eleget tevő kémiai képleteket. Ezek a képletek azonban lokalizált kötéseket ábrázolnak, így önmagukban nem alkalmasak a delokalizált kötések leírására.

81 A delokalizált elektronokat tartalmazó vegyületek szerkezetének leírására szolgálnak a határszerkezeti formák. Ezek olyan, a vegyértékszabályoknak eleget tevő képletek, amelyek csak a könnyen mozgó elektronok (a pi-elektronok és a nemkötő elektronpárok) helyzetében különböznek egymástól.

82 Az egyes határszerkezeti formák önmagukban nem léteznek, csak a valóságos szerkezet leírására szolgálnak, azaz nem kémiai egyensúlyról van szó. Ezt fejezi ki az egyensúly jelölésére használt kettős nyíl helyett alkalmazott kétvégű nyíl.

83 A molekula valóságos szerkezete a két határszerkezeti forma között található, azaz azonos nagyságú töltés helyezkedik el mindkét szélső szénatomon és a két szén-szén kötés se nem egyes, se nem kettős kötés, ehelyett a kettő közötti szerkezettel rendelkezik.

84 1.15. A szerves vegyületek ábrázolása
A szerves vegyületek szokásos képleteiben a vonal felel meg a kötést létrehozó elektronpárnak.

85 A képletek rövidítése céljából sok esetben egyszerüsítéseket alkalmaznak. Így például nem írják ki az összes szénatomot, ehelyett sokszorozó utótagot használnak, vagy összegképletet írnak.

86 Me = metil Et = etil Pr = propil iPr = izoporopil Bu = butil
Bonyolultabb vegyületek esetében az alkilcsopor-tokat sokszor csak rövidítéssel jelölik. Me = metil Et = etil Pr = propil iPr = izoporopil Bu = butil

87 További lehetőség a képletek egyszerüsítésére a vonal-ábrák alkalmazása. Ezeknél a vonalábráknál:
a vonalak végei és a metszéspontok jelentik a szénatomokat a szénatomhoz kapcsolódó hidrogéneket nem tüntetik fel

88 - feltüntetik viszont a pi-kötéseket
- végül feltüntetnek minden atomot, a szénen és a hozzá kapcsolódó hidrogéneken kívül.

89 A szerves kémia rendszere
2. fejezet A szerves kémia rendszere

90 A vegyületek nagy száma miatt a szerves vegyületeket valamilyen módon csoportosítani kell.
Ennek leggyakoribb módja a szerkezet alapján történő csoportosítás. A csoportosítás során alapvegyületeknek választják azokat a molekulákat, amelyekben csak hidrogének kapcsolódnak egy el nem ágazó alapvázhoz, és a többi vegyületet az így definiált alapvegyületek származé-kainak tekintik.

91 2.1. Az alapvegyületek (i) az el nem ágazó alkánok
Az alkánok a legegyszerűbb összetételű szerves alapvegyületek, mivel csak szén-hidrogén és szén-szén szigma-kötéseket tartalmaznak. Általános összegképletük CnH2n+2, azaz maximális mennyiségű hidrogént található bennük, ezért az alkánokat telített szénhidrogéneknek is nevezik.

92 Ezekben a vegyületekben szénatomok kapcsolódnak egymáshoz
Ezekben a vegyületekben szénatomok kapcsolódnak egymáshoz. A propánban kétféle szénatomot lehet megkülönböztetni. Azokat az alkánokat, amelyek csak primer és szekunder szénatomokat tartalmaznak, el nem ágazó alkánoknak nevezzük. Az el nem ágazó alkánok a szerves kémia legegyszerűbb szerkezetű alapvegyületei.

93 (ii) az alkánok vázban helyettesített származékai
Ha egy el nem ágazó alkán két vagy több szekunder szénatomját más atomokkal helyettesítjük, olyan alapvegyületekhez jutunk, amelyek az alkánok vázban helyettesített származékainak tekinthetők. A helyettesítő atomokat nevezzük heteroatomoknak. Az oxigén, a nitrogén és a kén a leggyakoribb hetero-atomok. A primer szénatomok vagy csak egy szekunder szénatom heteroatomokkal történő helyettesítésével képződő moleku-lákat nem tekintjük alapvegyületeknek.

94 (iii) a gyűrűs alkánok A nyílt láncú alkánokból két hidrogént elvonva CnH2n összegképletű gyűrűs alkánok állíthatók elő. A gyűrűs alkánok szerkezetének leírására többnyire az egyszerűsített vonalábrákat szokták alkalmazni.

95 (iv) a gyűrűs alkánok vázban helyettesített származékai
Az el nem ágazó alkánokhoz hasonlóan a gyűrűs alkánok szénatomjai is helyettesíthetők heteroatomokkal (heterociklusos vegyületek).

96 (v) szenet nem tartalmazó alapvegyületek
A szén mellett más atomok (elsősorban a szilícium) is képes arra, hogy egymáshoz kapcsolódva láncokat képezzen. Ezeket a molekulákat is alapvegyületeknek szokás tekinteni.

97 2.2. Az alapvegyületek alkilszármazékai
Ha egy el nem ágazó alkánból eltávolítunk egy hidrogénatomot, egy olyan csoport jön létre, amely egy szabad vegyértékkel rendelkezik. Ezt a csoportot alkilcsoportnak nevezzük. alkán alkilcsoport Egy ilyen alkilcsoporttal helyettesítve az alapvegyületek hidrogénjeit, az alapvegyületek alkilszármazékai jönnek létre.

98 Ha egy el nem ágazó alkán hidrogénjeit helyettesítjük alkilcsoportokkal, olyan vegyületek jönnek létre, amelyekben három vagy négy másik szénatom is kapcsolódhat egy szénatomhoz.

99 Ezeket a szénatomokat tercier vagy kvaterner szénatomoknak, az ilyen szénatomokat tartalmazó vegyületeket pedig elágazó alkánoknak nevezzük. Ehhez hasonló módon a többi alapvegyület hidrogénjeinek alkilcsoportokkal való helyettesítésével lehet eljutni az adott alapvegyület alkilszármazékaihoz.

100 2.3. A funkciós csoportok Az ismert szerves vegyületek száma már a 10 milliót is meghaladja. Ennyi vegyület kémiai viselkedésének egyenkénti leírása megoldhatatlan feladat lenne. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy a kémiai reakciók során a molekulának csak egy viszonylag jól körülhatárolható része szenved változást, míg a többi része változatlan marad. A molekulának azt a részét, amelyik egy adott reakció során átalakul, funkciós csoportnak nevezzük.

101 Egy adott funkciós csoport kémiai viselkedése általában független attól, milyen vegyületben fordul elő. Ennek megfelelően néhány tucat funkciós csoport kémiai viselkedésének ismeretében több millió szerves vegyület kémiai tulajdonságait vagyunk képesek viszonylag nagy biztonsággal megjósolni.

102 A szénhidrogének a legegyszerűbb összetételű szerves vegyületek, mivel ezekben csak szén-hidrogén és szén-szén kötések fordulnak elő. Mivel a szén és a hidrogén elektronegativitása közel azonos, ezekben a vegyületekben csak apoláros kötések találhatók. Az apoláros kötések kis reaktivitása miatt lehet az alkánokat és a cikloalkánokat olyan alapvegyüle-teknek tekinteni, amelyek nem tartalmaznak funkciós csoportokat.

103 Nagyon gyakoriak azok a funkciós csoportok, amelyekben a szénhez nálánál elektronegatívabb atom kapcsolódik. Mivel a kettős és a hármas kötésekben jelenlévő pí-kötések sokkal reaktívabbak a szigma-kötéseknél, ezeket a kötéseket is funkciós csoportoknak szokás tekinteni. Különösen nagy reaktivitású funkciós csoportok alakulnak ki akkor, amikor a két előbbi eset kombinációjaként a szénatomhoz egy elektronegatív atom kapcsolódik többszörös kötéssel.

104 (i) szén-szén többszörös kötéseket tartalmazó funkciós csoportok
A telítetlen szénhidrogének pi-kötéseket tartalmaznak. A pi-kötések jóval reaktívabbak, mint a szigma-kötések, ezért a szén-szén többszörös kötéseket funkciós csoportoknak szokás tekinteni.

105 A telítetlen szénhidrogének szénatomjait is helyettesít-hetik heteroatomok.
Ezek közül az aromás vegyületek heteroatomot tartalmazó származékai, a heteroaromás vegyületek a legfontosabbak.

106 Ezek a szerves kémia leggyakoribb funkciós csoportjai.
(ii) A szénhez szigma-kötéssel kapcsolódó elektronegatív atomok ( R-Y ) Ezek a szerves kémia leggyakoribb funkciós csoportjai.

107 A halogének az oxigén, a kén és a nitrogén a leggyakoribb elem ezekben a funkciós csoportokban.
halogének alkil-halogenidek oxigén alkoholok, éterek kén tiolok, tioéterek nitrogén aminok

108

109 (iii) a szénhez kettős kötéssel kapcsolódó elektronegatív atomok
Azok a funkciós csoportok, amelyekben a szénhez elektronegatív atom kapcsolódik többszörös kötéssel, a pí-kötésekre és a poláros kötésekre jellemző reaktivitással is rendelkeznek. Az ilyen típusú vegyületek közül a C=O kettős kötést tartalmazó molekulák a legfontosabbak.

110 A C=O kötést tartalmazó vegyületeket karbonilvegyü-leteknek nevezzük.

111 aldehid keton tioaldehid tioketon imin

112 (i) a karbonsavak és származékaik
Ezekben a vegyületekben a kettős kötésű oxigén mellett még egy elektronegatív atom (oxigén, nitrogén vagy halogén) kapcsolódik a karbonilcsoporthoz.

113 savklorid karbonsav észter amid
tioészter

114 (v) a szénsavszármazékok
Ezekben a vegyületekben a kettős kötéssel kapcsolódó oxigén mellett két másik elektronegatív atom (halogén, oxigén vagy nitrogén) kapcsolódik a szénhez egyes kötéssel. szénsavszármazék karbamid

115 Ezek a molekulák a szénsav OH-csoportjainak módo-sításával származtathatók, ezért ezeket a vegyületeket szén-savszármazékoknak nevezik. szénsav szénsavszármazék

116 (vi) a szénhez hármas kötéssel kapcsolódó elektronegatív
atom (CY) Azokat a vegyületeket, amelyekben egy primer szénatom három hidrogénjét egy nitrogénatom helyettesíti, nitrileknek nevezzük.

117 (vii) összetett funkciós csoportok
Ezekben a funkciós csoportokban a szénatomhoz kapcsolódó heteroatomhoz további heteroatomok is kapcsolódnak. Ilyen funkciós csoportok találhatók például a szulfon-savakban, illetve a nitrovegyületekben. szulfonsav nitrovegyület

118 2.4. Szén-fém kötést tartalmazó vegyületek
Ha a szénatomhoz kisebb elektronegativitású atomok kapcsolódnak, a szén negatív töltésűvé válik. A fématomok a szénnél kisebb elektronegativitásúak, ezért a fém-szén kötést tartalmazó vegyületek (fémor-ganikus vegyületek) más jellegű átalakulásokra képe-sek, mint azok a funkciós csoportok, amelyekben a szénhez elektronegatív atom kapcsolódik.

119 2.5. A funkciós csoportok és a kémiai reakciók
A szokásos feltételezés az, hogy egy kémiai reakció során csak a funkciós csoport változik, a molekula váza azonban változatlan marad. A közvetlenül a funkciós csoporthoz kapcsolódó szénatomokat (alfa-szénatom) célszerű megkülönböztetni a váz többi részétől.

120 Az elektronegatív atomok nemcsak az alkánok, hanem a telítetlen szénhidrogének hidrogénjeit is helyettesíthetik. aromás fenol aromás amin halogénvegyület

121 Ekkor a telítetlen szénhidrogén az alapváz és a poláros csoport a funkciós csoport.
Ezekben a molekulákban azonban a telítetlen szénhidrogén pi-kötései is reagálni tudnak, ezért az ilyen molekulák a mindkét funkciós csoportra jellemző átalakulásokra képesek. Ráadásul a két funkciós csoport kölcsönhatása változtatásokat okozhat mindkét csoport viselkedésé-ben.

122 2.6. A szerves vegyületek elnevezésének alapelvei
Abból a célból, hogy egy szerves vegyületet azonosítani lehessen, valamilyen nevet kell neki adni. Az a célszerű, ha a név egyértelmű kapcsolatban van a vegyület szerkezetével, mert ebben az esetben a névből viszonylag könnyen levezethető a vegyület szerkezete. Ez akkor lehetséges, ha a névalkotás megfelelő szabályok alapján történik. A szabályosan képzett neveket szisztematikus neveknek hívjuk.

123 A szisztematikus nevek mellett azonban a szerves vegyületek elnevezésére gyakran alkalmazzák a triviális neveket is. Ezek régi elnevezések és sok esetben már a köznapi nyelvben is használatosak, így a tudományos nyelvből sem zárhatók ki. További előnyük az, hogy általában rövidek, viszont nagy hátrányuk, hogy nincsenek kapcsolatban a vegyület szerkezetével. Ezért ma már a nevezéktan csak korlátozott mértékben engedélyezi a triviális nevek használatát.

124 (i) az alapvegyületek nevei
Az el nem ágazó alkánok a legegyszerűbb szerkezetű alapvegyületek. A négy, legkisebb szénatomszámú alkán nagyon közismert vegyület, ezért elnevezésükre a triviális neveiket használjuk. metán etán propán bután

125 pentán hexán dekán dodekán
Öt szénatomtól kezdődően az el nem ágazó alkánok el-nevezésére már a szisztematikus neveket használják, azaz a megfelelő görög számnevet az -án végződéssel látják el. pentán hexán dekán dodekán

126 Az alkánok szénvázban helyettesített származékait alkánszármazékként nevezhetjük el.
A heteroatomok jelölésére az "a" végű előtagokat használjuk. 1. oxigén oxa 2. kén tia 3. nitrogén aza 4. szilicium szila

127 2,4,8-trioxaundekán A lánc számozását arról az oldalról kezdjük, amelyikhez közelebb van az első heteroatom.

128 A legegyszerűbb alapvegyületek azok a molekulák, amelyekben a hidrogén mellett egy elem egyetlen atomja található (például a metán). Ezek szabályos elnevezése úgy történik, hogy a megfelelő elem „a” végződésű nevében a végződést „án” végződére cseréljük

129

130 Az el nem ágazó alkánok elnevezésére a tradicionális neveket használjuk
metán etán propán bután pentán hexán dekán dodekán

131 diazán hidrazin pentaszilán

132 előtag - alapnév - utótag
(ii) a funkciós csoportokat tartalmazó vegyületek nevei A bonyolultabb vegyületek úgy származtathatók, hogy az alapvegyület egy vagy több hidrogénjét más csoportokkal helyettesítjük. Az ilyen, funkciós csoportokat is tartalmazó szerves vegyületek szisztematikus neve általában három részből, az előtagból, az alapnévből és az utótagból áll. előtag - alapnév - utótag

133 előtag - alapnév - utótag
A középen elhelyezkedő alapnév az alapvegyületnek tekintett molekula neve. A helyettesítő csoportok neveit és helyzetüket az alapnév előtt álló előtagokkal, vagy az utána álló utótaggal fejezzük ki. Ezért hívják az így képzett neveket szubsztitúciós (helyettesítéses) neveknek. A szokásos eljárás az, hogy a molekula jellemző funkciós csoportjának nevét és helyét adjuk meg az utótagban, míg az összes többi szubsztituenst előtagként soroljuk fel.

134 2.7. A szerves reakciók alaptípusai.
A szerves vegyületeket a bennük szereplő funkciós csoportok alapján szokás csoportosítani. A kémiai reaktivitás is a funkciós csoportokhoz kapcsolódik. Egy adott funkciós csoport azonban többféle átalakulásra is képes lehet, illetve egy adott típusú szerves reakció több funkciós csoport esetében is végbemehet. Ezért a szerves reakciókat olyan módon célszerű csoportosítani, hogy a hasonló jellegű átalakulások egy csoportba kerüljenek.

135 2.7.1. Csoportosítás az összegképletek alapján
Ez a fajta csoportosítás azt adja meg, milyen viszonyban vannak egymással a kiindulási molekulák és a termékek összegképletei. Ennek alapján addíciós, eliminációs, szubsztitúciós és átrendeződési reakciókat szokás megkülönböztetni.

136 A + B  C (i) Addíciós reakciók.
Az addíciós reakcióknál két reaktáns egyesülé-sével alakul ki a termék. A + B  C

137 A  B + C Az elimináció az addíció fordítottja.
(ii) Eliminációs reakciók. Az elimináció az addíció fordítottja. A  B + C

138 AB + C  AC + B (iii) Szubsztitúciós reakciók.
A szubsztitúciós reakció során a reagens (C) helyet cserél a kiindulási molekula egyik csoportjával. AB + C  AC + B

139 (iv) Átrendeződési reakciók.
Az átrendeződési reakciók során a kötések helyeződnek át egy molekulán belül (intramolekulás reakció). A  B

140 2.7.2. Csoportosítás az oxidációs szám változása alapján
Az egyszerű ionok töltésszáma megegyezik oxidációs számukkal. Az alábbi reakcióban például a Cu(I) oxidációs száma nő (oxidálódik), míg az Fe(III) oxidációs száma csökken (redukálódik).

141 A szerves reakciókban azonban poláros kötések szoktak reagálni.
Egy kötésben lévő atom oxidációs száma úgy kapható meg, hogy a kötő elektronokat az elektronegatívabb atomhoz rendeljük.

142 Ha egy kémiai reakció során a szénatom oxidációs száma nő, oxidációról, ha csökken, redukcióról beszélünk. redukció

143 Ha egy kémiai reakcióban több szénatom is részt vesz, az oxidációs számok összegét vesszük tekintetbe.

144

145 2.7.3. Csoportosítás a mechanizmusok alapján
Ahhoz, hogy a hasonló reakciók ugyanabba a csoportba kerüljenek, azt is tekintetbe kell venni, milyen módon megy végbe a régi kötések hasadása és az új kötések kialakulása. Ezt szokás a reakció mechanizmusának nevezni.

146 Kovalens kémiai kötések kétféle módon hasadhatnak fel
Kovalens kémiai kötések kétféle módon hasadhatnak fel. A homolitikus kötéshasadásnál az elektronpárból mindkét fragmensnek jut egy-egy elektron, míg a heterolitikus bomlásnál az egyik fragmens tartalmazza mindkét elektront. A : B  A. + B. A : B  A+ + :B-

147 A homolitikus hasadás fordítottja a gyökös, a heterolitikus hasadásé pedig az ionos kötésképződés.
A gyökös reakciónál mindkét reakciópartner egy-egy elektront ad a kötés kialakulásához, míg az ionos reakcióknál a kötést kialakító elektronpárt az egyik reagáló molekula szolgáltatja. A. + B .  A : B A+ + :B-  A : B

148 Azaz a kötések hasadása, illetve az új kötések kialakulása alapvetően kétféle módon, gyökös vagy ionos mechanizmussal mehet végbe. Az apoláros vegyületekre a gyökös, a poláros molekulákra pedig az ionos mechanizmus a jellemző.

149 A szerves vegyületek körében kétfajta poláros kötés fordul elő.

150 Elektrofil szénatom nukleofil reagenssel
A szerves kémiában azok a legfontosabb átalakulások, amelyekben legalább az egyik reagáló centrum szénatom. A szénatomot tartalmazó molekulát szokás kiindulási vegyületnek, míg a másik molekulát reagensnek tekinteni. Elektrofil szénatom nukleofil reagenssel Nukleofil szénatom elektrofil reagenssel

151

152 Addíciós reakciók Elektrofil reagens (H+) elektrofil addíció
Nukleofil reagens (-OH) nukleofil addíció

153 Alkánok és cikloalkánok Gyökös reakciók
3. fejezet Alkánok és cikloalkánok Gyökös reakciók

154 3.1. Az elágazó alkánok elnevezése
A primer és a szekunder szénatomok mellett olyan szénatomok is léteznek, amelyekhez három (tercier) vagy négy (kvaterner) szénatom kapcsolódik. A tercier és kvaterner szénatomot is tartalmazó alkánokat elágazó alkánoknak hívják.

155 A nevezéktan megengedi egyes elágazó láncú alkánok esetében a triviális név használatát:
izobután izopentán neopentán

156 A többi elágazó alkán elnevezésére a szisztematikus neveket kell használni. A szisztematikus névhez a következő szabályok alapján lehet eljutni: 1. Kijelöljük a molekulában a leghosszabb szénláncot. Ez a jelen esetben hat (és nem öt) szénatomból áll, azaz az alap-váz hexán.

157 2. Két, azonos hosszúságú lánc közül azt választjuk ki, amelyiknél több az elágazás. Jelen esetben azt, ahol két elágazás található. két elágazás egy elágazás

158 3. Megszámozzuk a szénlánc szénatomjait, arról az oldalról kezdve, amelyikhez közelebb van elágazás. Az egyik számozás szerint a 4., a másik szerint viszont a 3. szénatomon van az első elágazás. 4. Minden elágazáshoz azt a számot rendeljük, amelyik szénatomhoz kapcsolódik. A fenti molekulánál ez a 3-as és a 4-es szénatom.

159 5. Az elágazásokat alkilcsoportoknak tekintjük
5. Az elágazásokat alkilcsoportoknak tekintjük. Egy alkilcso- port úgy származtatható, hogy az alkánból egy láncvégi hidro-génatomot távolítunk el és az -án végződést -il végződésre változtatjuk.

160 Az alkilcsoportokat szubsztituenseknek tekintjük, amelyek az alapvegyület egy-egy hidrogénjét helyettesítik. Az ilyen módon képzett szisztematikus neveket szubszti-túciós neveknek hívják. A nevezéktan a szubsztitúciós nevek használatát részesíti előnyben.

161 6. A szubsztituenseket betűrendben soroljuk fel
6. A szubsztituenseket betűrendben soroljuk fel. Ha egy csoport többször is előfordul, ezt a csoport neve elé írt sokszorozó előtaggal (di, tri, tetra, penta, hexa, stb.) fejezzük ki. A sokszorozó előtagokat az alfabetikus sorrend megállapításánál nem vesszük figyelembe. 4-etil-2,2-dimetilheptán

162 7. Ha az elágazások azonos távolságra vannak a szénlánc végeitől, azt a számozást választjuk, amelyik kisebb szám-okhoz vezet a további alkilcsoportok esetében. 2,2,4-trimetilpentán (és nem 2,4,4-trimetilpentán)

163 Ezek a szabályok annak az általános elvnek felelnek meg, hogy a szubsztituensek jelölésére mindig a lehető a legkisebb helyzetszám-készletet kell használni. Ez azt a készletet jelenti, amelyikben, ha a helyzetszámokat növekvő sorrendbe rakjuk és más helyzetszám-készletekkel hasonlítjuk össze, az első különbség elérésekor a legkisebb számhoz jutunk. 2,2,4-trimetilpentán 2,4,4-trimetilpentán

164 9. Két, azonos távolságban lévő alkilcsoport esetén a felsoro-lásban előrébb álló kapja a kisebb számot. 3-etil-5-metilheptán

165 9-(1,3-dimetilpentil)-4-etilpentadekán
9. Elágazó alkilláncok esetében az elágazás elnevezésére ugyanazokat a szabályokat alkalmazzuk, mint a főlánc ese-tében. Az elágazáson belüli számozásnál a főlánchoz kap-csolódó szénatom kapja az 1-es számot. Az így kapott nevet zárójelbe tesszük. A sorrend megállapításánál a zárójelben lévő teljes név első betűjét vesszük figyelembe. 9-(1,3-dimetilpentil)-4-etilpentadekán

166 10. Ha ugyanabból az összetett alkilcsoportból több fordul elő a molekulában, ezt a bisz, trisz, stb. előtagokkal fe-jezzük ki. 5,5-bisz(1-etil-1-metilpropil)dekán

167 11. Amennyiben a molekula bonyolultsága azt megköveteli, egy zárójelen belül újabb zárójeleket alkalmazhatunk. Belülről kifelé haladva a gömbölyű zárójelet a szögletes, majd azt a kapcsos zárójel követi. Ha szükséges, ezután ismét a gömbölyű zárójellel folytatjuk.

168 3.2. Az alkánokból levezethető csoportok nevei
Az elágazó alkánok szisztematikus neveinek képzésénél az elágazásokat alkilcsoportoknak tekintettük. Az alkilcsoportokat az alkánokból úgy képeztük, hogy egy hidrogént vontunk el az egyik primer szénatomról. Jelölésükre az R szimbólumot szokás használni. Ha az egyértékű csoport úgy jön létre, hogy az el nem ágazó alkán egyik láncvégi hidrogénjét távolítjuk el, akkor a csoport nevét úgy képezzük, hogy az alkán án végződését il végződésre változtatjuk.

169 Mivel az ilyen nevek esetében a szabad vegyértékű csoport mindig a lánc végén található és az 1-es helyzetszámot kapná, a névben ezt nem kell külön jelezni.

170 Az elágazó alkilcsoportok neveit ugyanúgy képezzük az el nem ágazó alkilcsoportok nevéből, ahogy az elágazó alkánok neveit képeztük az el nem ágazó alkánok neveiből.

171 A kisebb molekulájú elágazó alkilláncok esetében a triviális nevekből képzett neveket is alkalmazni lehet.

172 3.3. A sztereoizomerek Az azonos összegképletű, de eltérő szerkezetű vegyü-leteket izomereknek nevezzük. A bután és az izobután összegképlete (C4H10) azonos, de az atomok kapcsolódási sorrendje a két molekula esetében eltérő (szerkezeti izomerek). bután izobután

173 Vannak azonban olyan izomerek is, amelyekben az atomok kapcsolódási sorrendje is azonos és csak térbeli elrendeződésükben különböznek egymástól. Az ilyen molekulákat sztereoizomereknek nevezzük.

174 3.4. A rotációs izomerek Egy szén-szén szigma-kötés mentén szabad a rotáció. Az etán emiatt két térhelyzet vehet fel, amelyek 60o-os elforgatással alakulhatnak egymásba. Az egyikben a hidrogének közel vannak egymáshoz (ez a fedő állás), a másikban pedig távol (nyitott állás).

175 nyitott állás fedő állás
A sztereoizoméria ezen fajtáját konformációs izomériának, a két térhelyzetet pedig konformereknek nevezzük.

176 A Newman-féle ábrázolás.

177 A konformerek térbeli elrendeződésükben (konformáció-jukban) különböznek egymástól. A nyitott állás a stabilabb, mivel itt a legkisebb a taszítás a hidrogének között, ezért az etánmolekulák legnagyobb része ebben a konformációban található. Hasonló a helyzet a többi alkán esetében is.

178 3.5. Az alkánok kémiai tulajdonságai
Az alkánok nem tartalmaznak poláros kötéseket, azért nem reaktív vegyületek és csak erélyes körülmények között reagálnak és reakcióik gyökös mechanizmussal mennek végbe. Így például a szénhidrogének csak kellően magas hőmérsékleten reagálnak az oxigénnel (égés).

179 Hasonló módon a metán és a klór elegyében csak akkor megy végbe reakció, ha az elegyet UV fénnyel sugároz-zuk be. Ilyen körülmények között a metán már reagál a klórral metil-klorid keletkezik.

180 A metán klórozása gyökös szubsztitúciós reakció.
Az UV fény hatására a viszonylag gyenge klór-klór kötés elbomlik és klóratomok képződnek.

181

182

183

184 3.6. A gyűrűs alkánok A gyűrűs alkánok elnevezése úgy történik, hogy a gyűrű szénatomszámát kifejező elnevezés elé a ciklo-előtagot tesszük. Ezért általánosságban ezeket a vegyületeket cikloalkánoknak nevezik.

185 A telített biciklusos gyűrűrendszereknél a számozást az egyik hídfőatomon kezdjük, a leghosszabb hídon át a másik hídfőatomig folytatjuk, majd továbbhaladunk a második leghosszabb hídon az első hídfőatomig. Ezután az első hídfőatomtól indulva a legrövidebb hidat számozzuk meg.

186 A vegyületet szénhidrogénként nevezzük el és a biciklo előtagot írjuk elé, a hidakat alkotó vázatomok számát pedig szögletes zárójelben soroljuk fel, csökkenő sorrendben, pontokkal elválasztva. biciklo[3.2.2]nonán

187 A szubsztituált származékoknál a gyűrűs vegyületet tekintjük alapvegyületnek. Két szubsztituens esetén a betűrendben előrébb álló kapja at 1-es számot. A számozást úgy folytatjuk, hogy a második szubsztituens a lehető legkisebb számot kapja. metilciklopentán izopropil-3-metilciklopentán

188 Kettőnél több szubsztituens esetén a számozást úgy kell végezni, hogy az első különbség elérésénél a kisebb számot kapjuk. Az egyes szubsztituensek felsorolása betűrendben történik. 4-etil-2-izopropil-1-metilciklohexán

189 A cikloalkánokból képezhető csoportok hasonló módon nevezhetők el, mint azt az alkánok esetében láttuk, azaz az án végződés il végződésre történő cseréjével.

190 3.7. A csoportnevek képzésének általános módszere
Az alkilcsoportok neveit az án végződés il végződésre történő cseréjével képeztük. Ez a módszer azonban csak az alkánok és az egy gyűrűs cikloalkánok esetében használható. Egy másik, minden alapvegyület esetében (így természetesen az alkánoknál is) alkalmazható módszer szerint az egy hidrogén elvonásával kialakult csoport nevét úgy képezzük, hogy az il végződést nem az án végződés helyett, hanem a végződés után írjuk.

191 Ilyen esetekben azonban mindig meg kell adni a helyzetszámot is.
propán-1-il propán-2-il metilpropán-2-il

192 A módszer könnyen alkalmazható a több hidrogén elvonásával képezhető csoportok elnevezésére is (-diil, -triil stb). propán-1,3-diil propán-1,1-diil

193 Kettős kötéssel kapcsolódó csoportoknál az ilidén, hármas kötéssel kapcsolódóknál az ilidin utótagot írjuk az án végződés után. Az ilidin helyzetszáma csak 1-es lehet, ezért ezt külön nem kell kiírni. propán-2-ilidén propilidin

194 3.8. A ciklohexán konformációs izomerjei
A ciklohexán esetében két sztereoizomert lehet megkülön-böztetni, a székformát és a kádformát. szék kád

195 A székformából a kötésszögek megváltoztatásával lehet a kádformába eljutni. Ez analóg a rotációs izomériával, ezért ezek a formák is konformerek. Általános megfogalmazás szerint a konformerek olyan sztereoizomerek, amelyek kötéshasadás nélkül tudnak egymásba alakulni. Mivel ez az átalakulás nagyon könnyen végbemegy és a konformerek könnyen egymásba alakulhatnak, szétválasztásuk általában nem valósítható meg.

196 A kádformában a hidrogének közel kerülnek egymáshoz és a köztük fellépő taszítás megnöveli a molekula belső energiáját. Emiatt a ciklohexán legnagyobb része szék-konformációban található.

197 A ciklohexánban kétféle C-H kötést lehet megkülönböztetni.
Az axiális kötések párhuzamosak a tengellyel (axis).

198 Az ekvatoriális kötések viszont az egyenlítő (equator) síkjában helyezkednek el

199 axiális  ekvatoriális
A gyűrű átfordulásakor az axiális szubsztituensekből ekvatoriálisak, az ekvatoriálisakból axiálisak lesznek. axiális  ekvatoriális ekvatoriális  axiális

200 A nagyobb térkitöltésű csoportok ekvatoriális helyzetet igyekeznek elfoglalni, mert axiális helyzetben közel kerülnek a hidrogénekhez. A metilciklohexánban például a metilcsoport 95%-ban ekvatoriális helyzetben található.

201 3.9. A diszubsztituált cikloalkánok sztereokémiája
Ha két szubsztituens kapcsolódik egy cikloalkánhoz, akkor ezek kétféle módon helyezkedhetnek el. Az egyik lehetőség az, hogy mind a két szubsztituens a gyűrű ugyanazon oldalán helyezkedik el, a másik pedig, hogy a két szubsztituens a gyűrű ellentétes oldalain található.

202 transz-1,2-dimetilciklopentán cisz-1,2-dimetilciklopentán

203 Az ilyen sztereoizomerek két dimenziós ábrázolásánál a vastag vonalak a sík feletti, míg a szaggatottak a sík alatti kötéseket jelölik. transz cisz

204 A cisz-transz izomerek olyan sztereoizomerek, amelyek csak kötéshasadással tudnak egymásba alakulni.
Az ilyen szereoizomereket konfigurációs izomereknek nevezzük. Mivel a kötéshasadás nagy energiabefektetést igényel, a konfigurációs izomerek szétválaszthatók.

205 3.10. A cikloalkánok kémiai tulajdonságai.
A ciklohexánban a vegyértékszög megegyezik a tetraéderes vegyértékszöggel, a ciklopentánban pedig csak kis mértékben tér el tőle. Ennek megfelelően a fenti két cikloalkán kémiai viselkedése is hasonló az alkánokhoz. A ciklobutánban és a ciklopropánban azonban jóval kisebb a vegyértékszög, mint a tetraéderes, ezért ezek a molekulák feszült gyűrűket tartalmaznak. A feszülés következtében ezek a gyűrűk könnyen felhasadnak, ezért a három- és a négytagú cikloalkánok reaktívabbak, mint az alkánok.