Föreläsning 3
• Kolvätens egenskaper!
• Kapitel 3 och 4
1)
2)
3)
4)
5)
Introduktion!
Mättade kolväten!
Konformationsanalys!
Omättade kolväten!
Reaktivitet!
1. Introduktion
• Vad händer egentligen här?!
• Vad har det att göra med kolväten?
2. Mättade kolväten
• Alkaner har bara σ-bindningar
•exempel: metan!
•σ-bindning
kol, sp3-hybridiserat
bindning bakåt
bindning i
papprets plan
H
H
Väteatomer
C
H
H
bindning framåt
2.3
2. Mättade kolväten
4.3
• Fysikaliska egenskaper
•kokpunkten för ogrenade alkaner ökar med ökande molmassa!
!
•ju längre kolkedja desto !
starkare van der Waals-!
attraktioner!
!
δ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
2. Mättade kolväten
4.3
• Fysikaliska egenskaper
•kokpunkten för grenade alkaner ökar med ökande molmassa!
!
•ju längre kolkedja desto !
starkare van der Waals-!
attraktioner!
!
2. Mättade kolväten
• Fysikaliska egenskaper
•kokpunkten för grenade alkaner varierar !
!
68°C
63°C
50°C
•ju mer kompakt desto mindre van der Waalsattraktioner!
!
4.3
2. Mättade kolväten
• Fysikaliska egenskaper
•smältpunkten för ogrenade alkaner ökar med ökande
molmassa!
!
•ju längre kolkedja desto !
starkare van der Waals-!
attraktioner!
!
•varför är smältpunktskurvan !
hackig?!
!
4.3
2. Mättade kolväten
• Fysikaliska egenskaper
•smältpunkten för grenade alkaner varierar!
!
2,2,4-trimetylpentan
smältpunkt -107 °C
kokpunkt 99 °C
oktan
smältpunkt -57 °C
kokpunkt 125 °C
2,2,3,3-tetrametylbutan
smältpunkt 101 °C
kokpunkt 106 °C
•ju mer symmetrisk desto bättre passar den in i
kristallstrukturen!
!
4.3
2. Mättade kolväten
• Fysikaliska egenskaper
•alkaner har låg densitet!
•oftast omkring 0,6-0,7 g/cm3!
•alkaner flyter på vatten!!
•alkaner löser sig inte i vatten!
!
•alkaner är lösliga i varandra!
!
!
”lika löser lika”-regeln
4.3
3. Konformationsanalys
4.4
• Enkla kolväten
•σ-bindningar har fri rotation!
•Newmanprojektioner!
!
H
H
H
H
H
H
kryssform
H
H
H
ekliptisk form
(vätena ligger
rakt bakom
varandra)
3. Konformationsanalys
4.4
• Enkla kolväten
•σ-bindningar har fri rotation!
•olika konformationer !
har olika energi!
!
energi
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
0°
ekliptisk
form
60°
kryssform
H
H
H
120°
180°
ekliptisk
form
kryssform
3. Konformationsanalys
H
• Enkla kolväten
•gaucheinteraktion!
!
H
H
H
H
Me
H
Me
energi
H
Me
Me
H
Me
HMe
Me
H
Me
20 kJ/mol
16 kJ/mol
3,5 kJ/mol
Me
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Me
Me
H
Me
-120°
kryssform
anti
ekliptisk
form
-60°
kryssform
gauche
H
H
H
H
H
Me
Me
-180°
Me
H
0°
60°
ekliptisk kryssform
form
gauche
Me
120°
180°
ekliptisk
form
kryssform
anti
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•generell formel CnH2n!
•cykloalkaner har ringspänning!
•hur mäter man ringspänning?!
förening ringspänning
C
117 kJ/mol
C
110 kJ/mol
C
27 kJ/mol
C
0
C
27 kJ/mol
C
42 kJ/mol
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•vad är ringspänning?!
vinkelspänning
•vinklarna avviker från 109° !
•dåligt orbitalöverlapp!
ringspänning
vridspänning
•ekliptiska grupper!
! HH
CH2
HH
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•varför har inte cyklohexan ringspänning?!
120°
109°
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•ritteknik!
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•cyklohexan har flera möjliga konformationer!
45 kJ/mol
stol
halvstol
23 kJ/mol
tvistform
30 kJ/mol
båt
tvistform
halvstol
stol
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•varför är stolformen betydligt stabilare än båtformen?!
båtform!
•eklipsad konformation!
•flaggstångsväten
H
H
CH2
CH2
H
H
H
H
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•substituenter kan vara axiella eller ekvatoriella!
Ha
He
He
Ha
Ha
He
He
He
Ha
Ha
He
Ha
ekvatoriella positioner
axiella positioner
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•substituenter vill helst vara ekvatoriella!
1,3-diaxiella !
interaktioner
CH3
H 3C
H
gaucheinteraktion
H
CH3
H
H
CH2
H
H
CH2
H
H
H
H
H
H 3C
CH2
H
H
CH2
H
H
H
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•inget hålrum innan C18!
cyklohexan
cykloeikosan
4.4
3. Konformationsanalys
• Cykliska alkaner
•med stora ringar är det möjligt att göra katenaner!
4.4
3. Konformationsanalys
• Polycykliska alkaner
•flera ringar kan kopplas ihop!
dekalin
adamantan
diamant
4.4
3. Konformationsanalys
• Polycykliska alkaner
•flera ringar kan kopplas ihop!
diamant
4.4
3. Konformationsanalys
• diamanter består bara av kol
C + O2
CO2!
Lavoisier, 1774
4.4
3. Konformationsanalys
• Polycykliska alkaner
•flera ringar kan kopplas ihop!
kuban
dodekahedran
4.4
4. Omättade kolväten
3.2
• Dubbelbindningar har stereoisomeri
•samma summaformel!
•bundna till samma atomer!
•olika riktning i rymden!
!
smältpunkt: -106°C
smältpunkt: -138°C
4. Omättade kolväten
• Namngivning
•cis/trans!
•äldre sätt att namnge som fortfarande används!
•om lika grupper är på samma sida av dubbelbindningen
kallas det cis; annars trans!
!
3.2
4. Omättade kolväten
• Namngivning
•E/Z!
•det moderna sättet att namnge dubbelbindningar!
!
Gör så här:!
1) Bestäm vilken grupp på varje kolatom
som är viktigast. Detta baseras bara på
atomvikt. Om det inte är någon skillnad så
gå vidare utåt i kedjan till dess en skillnad
uppkommer!
2) Om de två viktigaste grupperna är på
samma sida kallas det Z (zusammen);
annars E (entgegen)
3.2
4. Omättade kolväten
• Namngivning
•E/Z!
•det moderna sättet att namnge dubbelbindningar!
!
3.2
4. Omättade kolväten
• Namngivning
3.2
4. Omättade kolväten
3.2
• Varför är olivolja flytande medan margarin är
fast?
O
O
O
O
O
vätgas! O
katalysator
O
O
O
O
10.2
O
O
5. Kemi och biologi
4.6
• Mättade kolväten är inte särskilt reaktiva
•det finns inget handtag!
•förbränning!
•radikalhalogenering!
H2CO
HO2
CO
CH3
C2H6
OH
H
O3
CH
C2
H2
H2O2
CH2
CH4
Cl2
CH3Cl
HCl
5. Kolvätens reaktioner
• Mättade kolväten är inte särskilt reaktiva
•det finns inget handtag!
4.6