ALCANI

1
ALCANI
CHIMIE ORGANICA Curs Anul I - IPA


Titular
curs Conf. dr. Zoita BERINDE
2
Definitie

• Alcanii sunt hidrocarburi saturate care contin
  atomi de carbon legati prin legaturi s, formând
  catene lineare sau ramificate.

3
Structura

• În molecula alcanilor toti atomii de carbon au
  starea de hibridizare sp3. În aceasta stare
  unghiurile dintre valentele atomului de carbon
  sunt de 109o28 ele sunt orientate în spatiu
  dupa directiile celor 4 vârfuri ale unui
  tetraedru regulat.

4
H
109o28
C
H
H
H
5
H
H
C
C
H
H
H
H
Modelele spatiale ale moleculelor de CH4 si
C2H6
6

• Metanul contine un singur atom de carbon legat
  covalent de patru atomi de hidrogen. Toti
  ceilalti alcani contin pe lânga legatura sC-H si
  legaturi de tip s între atomi de carbon sC-C.
  Aceasta legatura realizata printr-un dublet comun
  de electroni între atomi identici, este o
  legatura covalenta nepolara.

7

• Lungimea legaturii sC-C este de 1,54 Å, mai mare
  decât lungimea legaturii sC-H de 1,1 Å.
• Legatura simpla C-C permite rotatia libera a
  grupelor de atomi pe care le uneste. În
  cristalele si topiturile alcanilor liniari a fost
  pusa în evidenta asezarea în zig-zag a atomilor
  de carbon, cu pastrarea geometriei tetraedrice a
  acestora.

8
Izomerie

• Izomerii sunt substante cu aceeasi formula
  moleculara, dar cu proprietati si structuri
  diferite.
• La alcani izomeria este determinata de
  posibilitatea atomilor de carbon de a se uni
  diferit în catena izomerie de catena.
• Pe lânga atomii de carbon primar si secundar
  dintr-un alcan normal, în izoalcani apar atomi de
  carbon tertiar si cuaternar.

9
carbon tertiar
carboni secundari
CH3 CH2 CH2 CH3 carboni primari
CH3 CH CH3
CH3
carbon cuaternar
CH3
H3C C CH3
CH3
10

• Izomeria de catena întâlnita la alcani
  afecteaza numai constantele fizice. Izomerii de
  catena apar de la CH4 si cresc cu numarul de
  atomi de carbon din molecula.

11
Nomenclatura

• Dupa tipul catenei, alcanii sunt
• Normal alcani (parafine) cu catena liniara
  (n-alcani)
• Izoalcani (izoparafine) cu catena ramificata
  (i-alcani).

12
1. Normal alcani
Nr. de atomi de carbon Formula moleculara Formula plana Denumirea alcanului
1. CH4 CH4 metan
2. C2H6 H3 CH3 etan
3. C3H8 H3C CH2 CH3 propan
4. C4H10 H3C CH2 CH2 CH3 butan
5. C5H12 H3C (CH2)3 CH3 pentan
6. C6H14 H3C (CH2)4 CH3 hexan
7. C7H16 H3C (CH2)5 CH3 heptan
8. C8H18 H3C (CH2)6 CH3 octan
9. C9H20 H3C (CH2)7 CH3 nonan
10. C10H22 H3C (CH2)8 CH3 decan
11. C11H24 H3C (CH2)9 CH3 undecan
13
Nr. de atomi de carbon Formula moleculara Formula plana Denumirea alcanului
12. C12H26 H3C (CH2)10 CH3 dodecan
13. C13H28 H3C (CH2)11 CH3 tridecan
14. C14H30 H3C (CH2)12 CH3 tetradecan
15. C15H32 H3C (CH2)13 CH3 pentadecan
16. C16H34 H3C (CH2)14 CH3 hexadecan
17. C17H36 H3C (CH2)15 CH3 heptadecan
18. C18H38 H3C (CH2)16 CH3 octadecan
19. C19H40 H3C (CH2)17 CH3 nonadecan
20. C20H42 H3C (CH2)18 CH3 icosan
21. C21H44 H3C (CH2)19 CH3 henicosan
22. C22H46 H3C (CH2)20 CH3 docosan
23. C23H48 H3C (CH2)21 CH3 tricosan
14
Nr. de atomi de carbon Formula moleculara Formula plana Denumirea alcanului
24. C24H50 H3C (CH2)22 CH3 tetracosan
30. C30H62 H3C (CH2)28 CH3 triacontan
40. C40H82 H3C (CH2)38 CH3 tetracontan
50. C50H102 H3C (CH2)48 CH3 pentacontan
60. C60H122 H3C (CH2)58 CH3 hexacontan
70. C70H142 H3C (CH2)68 CH3 heptacontan
80. C80H162 H3C (CH2)78 CH3 octacontan
90. C90H182 H3C (CH2)88 CH3 nonacontan
100. C100H202 H3C (CH2)98 CH3 hectan
15
2. Izoalcani

• Nomenclatura lor se face tinând cont de catena
  principala si de ramificatii
• Ramificatiile se denumesc prin numele radicalului
  pe care îl prezinta.
• a) Radicali monovalenti proveniti de la
  alcani
• - se obtin îndepartând un hidrogen din
  molecula alcanului
• - nomenclatura se face înlocuind sufixul
  an cu sufixul il
• - daca radicalii sunt ramificati numarul
  de carboni cu valenta libera se noteaza cu 1
• - pentru anumiti radicali se pastreaza
  denumiri nesemnificative.

16
Denumirea alcanului Formula plana a alcanului Formula grupei alchil Denumirea grupei alchil
metan CH4 - CH3 metil
etan H3C CH3 CH3CH2- etil
propan H3C CH2 CH3 H3CCHCH2- propil
propan H3C CH2 CH3 H3CCHCH3 sec-propil (izopropil)
butan H3CCH2CH2CH3 H3CCH2CH2CH- n-butil
butan H3CCH2CH2CH3 H3CCHCH2CH3 secbutil
izobutan H3C CH CH3 H3CCHCH2- izobutil
izobutan H3C CH CH3 H3C C CH2 tert-butil
CH3
CH3
17

• b) Radicali divalenti proveniti de la alcani
• - radicalii divalenti de la carboni diferiti
  se denumesc înlocuind sufixul an cu ilen
• - radicalii divalenti de la acelasi carbon se
  denumesc înlocuind sufixul an cu sufixul -iliden
  
• ex. CH4 metan - CH2 - metilen
• C2H6 etan - CH2 CH2 -
  etilen
• CH3 CH
  etiliden
• C3H8 propan - CH2 CH CH2 -
  1,3 propilen
• H3C CH
  CH2 - 1,2 propilen

18

• c) Radicali trivalenti proveniti de la alcani
• - radicalii trivalenti de la carboni diferiti
  se denumesc înlocuind sufixul an cu in
• - radicalii trivalenti de la acelasi carbon
  se denumesc înlocuind sufixul an cu ilidin
• ex. CH4 metan metilidin
• 
  metin
• C2H6 etan
  etilidin
• 
  etin

19

• În conformitate cu normele IUPAC nomenclatura
  alcanilor se ace astfel
• 1. Se cauta catena principala ea va da numele
  hidrocarburii.
• 2. Daca sunt posibile mai multe catene principale
  se alege catena cu cele mai multe ramificatii.
• 3. Catena prinicpala se noteaza cu cifre arabe
  astfel încât ramificatiile obtin indicii cei mai
  mici. Daca sunt mai multe ramificatii a caror
  indici difera în functie de sensul în care se
  numeroteaza catena principala, se scriu indicii
  în ordine crescatoare pentru cele soua situatii
  si se compara pas cu pas pâna se obtine primul
  indice inferior, aceasta va fi

20

• seria corecta (suma indicilor cea mai mica).
• 4. Numele izoalcanului va cuprinde indicii,
  numele ramificatiilor in oridne alfabetica,
  pentru radicalii identici se folosesc prefixe de
  multiplicare de care nu se tine cont în ordine
  alfabetica, denumirea alcanului al catenei
  principale.
• Indicii se separa cu virgula, între indici si
  denumirea radicalului se pune -.

21
Stare naturala

• Principalele surse de alcani sunt gazele naturale
  si petrolul. Gazele naturale pot fi si formate
  din metan (gazul metan) cât si din gaze de sonda
  sau gaze de petrol. Petrolul este un amestec de
  hidrocarburi. O sursa naturala pentru obtinerea
  hidrocarburilor este carbunele si oxidul de
  carbon obtinut din acesta.

22
Metode de sinteza

• a) Sursa naturala de alcani o formeaza gazele
  naturale si titeiul din care se izoleaza un mare
  numar de hidrocarburi saturate folosind diferite
  metode.

23

• b) Direct din carbon si hidrogen (sinteza
  totala)

Utilizând catalizatori, se poate lucra la
temperaturi mai joase. Reactia este valorificata
în procedeul Bergius (1927) pentru fabricarea
benzinei sintetice
24

• c) Din oxid de carbon si hidrogen

gaz de apa
25

• d) Reactii de hidroliza
• compusi organometalici

iodura de metilmagneziu
iodura bazica de magneziu
dietilzinc
26

• carburi metalice

e) Din hidrocarburi nesaturate prin hidrogenare
catalitica
27

• f) Metoda Wurtz combinatiile halogene se
  transforma în alcani în urma reactiei cu sodiu
  catalitic.

g) Sinteza anodica (Kolbe)
.
.
.
.
.
28

• h) Din alcooli si dervatii lor functionali prin
  reducere cu HI

29

• i) Din compusi carbonilici prin reducere (Metoda
  Clemmensen)

30

• j) Din sarurile acizilor carboxilici prin
  încalzire

31

• k) Sinteze de benzine sintetice
• - procedeul Fischer-Tropsch din gaz de sinteza

- procedeul Bergius prin hidrogenarea carbunilor
de pamânt amestecati cu ulei mineral la 450o C,
300 atm, folosind catalizatori FeSO4, (NH4)2 MoO4
32

• l) Metoda cu ester malonic

?
?
33
Proprietati fizice

• Alcanii sunt compusi cu molecule nepolare.
  Fortele de atractie dintre molecule sunt foarte
  slabe, de tip van der Waals. Din acest motiv,
  temperaturile de topire si fierbere au valori
  mici. În conditii normale de temperatura si
  presiune, alcanii cu pâna la 4 atomi de carbon
  sunt gaze. Începând cu C5 sunt lichizi, iar peste
  16 atomi de carbon sunt solizi. Aceasta
  modificare a starii de agregare se datoreaza
  cresterii continue a punctelor de fierbere si de
  topire cu numarul atomilor de carbon.

34

• În seriile omoloage punctele de fierbere si de
  topire cresc cu cresterea masei moleculare.
  Aceasta regula se pastreaza si în cazul
  izoalcanilor, dar ramificarea micsoreaza punctul
  de fierbere al compusilor respectivi. Alcanii
  solizi si lichizi au densitatea mai mica decât
  unitatea. Sunt substante insolubile în apa, dar
  solubile în solventi organici benzen, alcool
  eter, cloroform etc. Alcanii lichizi sunt
  solventi pentru multe substante organice.

35

• Alcanii gazosi nu au miros si de aceea pentru
  depistarea scaparilor de gaze din conducte sau
  din butelii (aragaz), li se adauga substante urât
  mirositoare (mercaptani),a caror prezenta este
  foarte usor de sesizat.

36
Denumire Formula Stare de agregare Punct de topire Punct de fierbere g/cm3 Densitate Entalpia de combustie (kJ/mol)
Metan CH4 gaz -183 -162 0,424 890
Etan C2H6 gaz 172 89 0,546 1560
Propan C3H8 gaz 188 42 0,582 2220
Butan C4H8 gaz 138 - 0,5 0,579 2870
Pentan C5H12 lichid 130 36 0,626 -3509
Hexan C6H14 lichid 95 69 0,659 -4195
Heptan C7H16 lichid 91 98 0,684 -4853
Octan C8H18 lichid 57 126 0,703 -5512
Nonan C9H20 lichid 54 151 0,718 -6124
Decan C10H22 lichid -30 174 0,730 -6778
37
Proprietati chimice

• Alcanii prezinta reactivitate relativ scazuta.
  Reactiile alcanilor pot fi grupate în reactii cu
  mecanism homolitic având ca intermediari atomi si
  radicali liberi si reactii cu mecanism
  heterolitic sau ionic având ca intermediari
  carbocationi.

38
I. Reactii cu mecanism homolitic

• A. Descompunerea termica a alcanilor
• Reactii chimice
• - reactia de dehidrogenare

- reactia de cracare
39

• ex.

negru de fum
40

• B. Reactii de substitutie (halogenare)

ex.
41
ex.
ex.
42

• C. Arderea sau combustia, oxidarea

Oxidare ex.
43
(No Transcript)
44

• Ardere incompleta

Ardere completa
45

• D. Reactia cu SO2Cl2 în prezenta luminii sau a
  unui promotor

h?
.
.
.
.
.
. .
46
.
.
47
II. Reactii cu mecanism heterolitic

• Izomerizarea hidrocarburilor saturate

ex.
nbutan 18,3
izobutan 81,7
48
Utilizari

• alcanii pot fi folositi drept combustibili
• alcanii sunt folositi pentru obtinerea de compusi
  chimici cu diferite utilizari
• clorura de metil este un agent frigorific