Kohlenwasserstoffe. sp 3 -Orbitale. Alkane. Alkene. sp 2 - Orbitale p z - Orbital. sp -Orbitale p y, p z - Orbitale. Alkine

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1 Kohlenwasserstoffe sp 3 -Orbitale Alkane sp 2 - Orbitale p z - Orbital Alkene sp -Orbitale p y, p z - Orbitale Alkine

2 Offenkettige Alkane 4 4 than "Erdgas" Ethan Propan Bei Raumtemperatur gasförmig Butan Pentan Bei Raumtemperatur flüssig exan n 2n+2

3 Produktverteilung einer typischen Rohöldestillation nge (in % Siedepunkt Zahl der Kohlenstoffatome Produkte Volumenanteil) 1-2 < Erdgas, than, Propan, Butan, Flüssiggas Petrolether, Ligroin, Benzin Kerosin, eizöl Gasöl, Dieselöl, Schmieröl, Wachs, Aspalt 8-70 > 400 > 1 Paraffinwachse, Aspalt (Teer)

4 Physikalische Eigenschaften Unlöslich in Wasser (Alkane unpolar, Wasser polar) Leichter als Wasser Mischbar mit Fetten und Ölen (lipophil, hydrophob) Pflanzen bilden Schutzschichten aus Alkanen um Wasserverluste zu verhindern. Äpfel: 27 / 29 n-alkane; Bienenwachs: hochmolekulare, unverzweigte Alkane. Siedepunkte und Schmelzpunkte steigen mit der Kettenlänge Siede- und Schmelzpunkte sind niedriger als bei anderen organischen Verbindungen gleicher Molmasse.

5 Unverzweigte und verzweigte Alkane Drei Isomere des Pentans n-pentan 2-thylbutan 2,2-Dimethylpropan Kp:

6 Alkylsubstituenten 4 than 3 thylgruppe Kurzzeichen: Ethan 3 Ethylgruppe Kurzzeichen: Et n 2n+2 Alkan n 2n+1 Alkylgruppe Kurzzeichen: R primäre Gruppen primäres -Atom 3 l allgemein: 3 2 X sekundäre Gruppen sekundäres -Atom 3 3 l R R X 3 R tertiäre Gruppen tertiäres -Atom 3 3 l R R X

7 Regel für die Nomenklatur verzweigter Alkane 1.Suchen Sie die längste Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül und benennen Sie diese: Oktan Nonan

8 2. Bestimmen Sie die Namen der an die längste Kette gebundenen Alkylreste thyl Pr Ethyl thyl Oktan Nonan Et

9 3. Numerieren Sie die Kohlenstoffatome der längsten Kette von dem Ende her, das einem Substituenten am nächsten liegt. thyl Pr Ethyl thyl Oktan Nonan Et

10 4. Schreiben Sie den Namen des Alkans, indem Sie zunächst die Seitenketten (Alkylsubstituenten) in alphabetischer Reihenfolge ordnen. Jedem geht die Nummer des Kohlenstoffatoms, an das es gebunden ist und ein Bindestrich voraus. (Sind mehrere gleiche Substituenten vorhanden, so wird das durch ein griechisches Zahlwort angegeben.) Fügen Sie zum Schluss den Namen des Stammalkans an. thyl Pr Ethyl thyl Et 2,2-Dimethyl-5-ethyloktan 4-(1-Ethylpropyl)-2,3,5-trimethyl nonan

11 Sterische Darstellung des Ethanmoleküls 2 Konformere Blickrichtung gestaffelte (straggered) Konformation verdeckte (eclipsed) Konformation Keilschriftformel Newman-Projektion

12 ycloalkane n 2n (n = 3,4,5...) yclopropan yclopentan yclobutan yclohexan

13 Konformationen des yclohexans (5%) (95%) ΔG = -7 kj/mol Sesselkonformation 1 thylgruppe axial Sesselkonformation 2 thylgruppe äquatorial Boot- (oder Wannen-) Konformation Twist-Konformation

14 is-trans-isomerie des yclohexan Sesselkonformation 1 thylgruppen äquatorial (e,e) Sesselkonformation 2 thylgruppen axial (a,a) trans-1,2-dimethylcyclohexan 3 3 Sesselkonformation 1 thylgruppen e,a 3 3 cis-1,2-dimethylcyclohexan Sesselkonformation 2 thylgruppen a,e

15 Konstitution, Konfiguration und Konformation von 1,4-Dimethylcyclohexan Konstitution (Art der Verknüpfung der Atome) Konfiguration (Räumliche Anordnung der Atome ohne Berücksichtigung der Rotation der Atome um Einfachbindungen) ,4-Dimethylcyclohexan 3 cis trans Konformation (Räumliche Anordnungen eines Moleküls definierter Konfiguration, die durch Rotation um Einfachbindungen erzeugt werden) trans (a,a) 3 trans (e,e)

16 Reaktion der Alkane 1. Pyrolyse von Alkanen ( racken des Erdöls) 2. Verbrennung von Alkanen (Energiegewinnung aus Erdöl und Erdgas) 3. Radikalische alogenierung der Alkane

17 Pyrolyse (rack-prozess) Pyrolyse von exan exan 400 Katalysator Rekombination von Radikalen Propan Oktan Praktisches Beispiel: , 2 min Zeolith % 31% 23% 18%

18 Verbrennung der Alkane O O 2 O O 2 O O 2 n 2n+2 + (3n+1) O 2 2n O 2 + (2n+2) 2 O Formel Name Verbrennungsenthalpie Δ (kj/mol) Δ (kj pro mol O 2 ) 4 than Ethan exan O Ethanol O 11 Rohrzucker

19 Radikalische alogenierung (hlorierung) von Alkanen hν R + l l R l + l + l l l l 2 l l l l l l l l l l hlormethan Dichlormethan Trichlormethan Tetrachlormethan hloroform

20 chanismus der alogenierung (Radikalkettenreaktion) Startreaktion hν l l 2 l Kettenfortpflanzung R + l R + l R + l l R l + l Kettenabbruch 2 l l l 2 R R R R + l R l

21 Kettenfortpflanzung: 3 + l 3 + l + l l sp 3 E a = 16.7 kj/mol Übergangszustand (nicht isolierbar) + l sp 2

22 l % 3 2 l % 1-hlorpropan l 2-hlorpropan Während der Reaktion auftretendes Propylradikal:

23 Stabilität von Alkylradikalen Verzweigte Alkylradikale werden durch yperkonjugation stabilisiert

24 2-ombutan besitzt zwei Stereoisomere: Stereoisomere (S)-2-ombutan (R)-2-ombutan Spiegelebene Beide Moleküle verhalten sich wie Bild und Spiegelbild. Sie sind Enantiomere.

25 Enantiomere sind völlig gleichartig gebaut und trotzdem nicht identisch. Die Strukturen ihrer Moleküle sind spiegelbildlich wie die rechte und die linke and. Enantiomere haben identische physikalische Eigenschaften, mit einer Ausnahme: Beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch die Lösung eines Enantiomers erfährt die Polarisationsebene eine Drehung. Man bezeichnet die Eigenschaft als optische Aktivität. Enantiomere werden auch als optische Antipoden oder optische Isomere bezeichnet. Eine äquimolare Mischung beider Enantiomere dreht die Ebene des polarisierten Lichtes nicht und wird als Racemat bezeichnet.

26 Voraussetzung für das Auftreten von Enantiomeren sind chirale Moleküle. hiralität wird beobachtet, wenn es keine gedachte Spiegelebene gibt, welche die eine Molekülhälfte in die andere überführt und wenn kein Symmetriezentrum vorhanden ist. 3 chiral 3 achiral (S)-2-ombutan keine Spiegelebene im Molekül 2-ompropan Spiegelebene in der Projektionsebene

27 Sechs Möglichkeiten zur Zeichnung von (S)-2-ombutan

28 Fischer-Projektionen (S)-2-ombutan (R)-2-ombutan Et Et Austausch zweier beliebiger Substituenten Et Et Et Et Et Et Keilstrichformel Fischerprojektion Der Austausch zweier Substituenten an einer Fischerprojektion führt zur Abbildung des optischen Antipoden.

29 Sequenzregeln nach ahn, Ingold und Prelog (IP-Regeln) Die Substituenten werden nach absteigender Priorität geordnet: d a b c d a c b Blickrichtung a a b c c b S R

30 Prioritätsregeln Der Substituent mit höherer Ordnungszahl hat die höhere Priorität. (z.b. > l, O > ) Besitzen zwei Substituenten die gleiche Priorität, wenn man das direkt an das hiralitätszentrum gebunden Atom betrachtet, so führt man die Einstufung entlang der Ketten weiter, bis ein Unterschied in beiden Ketten auftritt. (z.b. Pr > Et > > ) Ist ein Atom mit einem anderen durch Doppel oder Dreifachbindung verknüpft, so wird es wie zwei oder drei Atome gezählt.

31 Beispiel: (S)- und (R)-2-ombutan (S)-2-ombutan (R)-2-ombutan (d) (a) (c) Et (b) Et Blickrichtung Et Et S R

32 Diastereomere S S S l R S l (S)-2-ombutan 2-om-3-chlorbutan Stereoisomere, bei denen die Moleküle des einen nicht Spiegelbild des anderen sind, heissen Diastereomere. Diastereomere besitzen unterschiedliche physikalische Eigenschaften, z.b. verschieden Schmelz- und Siedepunkte.

33 Enantiomere und Diastereomere des 2-om-3-chlorbutans Enantiomere S R S l l R Moleküle mit zwei unterschiedlichen Diastereomere chiralen Zentren bilden vier Diastereomere (zwei Enantiomerenpaare) S R l R S l Spiegelebene

34 Enantiomere und Diastereomere des 2,3-Dibrombutans Enantiomere S R S R Drehung um 180 S R Diastereomere R S Symmetriezentrum achiral (Spiegelebene im Molekül): meso-form