‹#›

RJC

AlkenyAlkenyAlkenyAlkeny

Hybrydyzacja spHybrydyzacja sp22

Izomery geometryczneIzomery geometryczneIzomery geometryczneIzomery geometryczne

cis vs trans & E vs Zcis vs trans & E vs Z

Slides 1 to 36

‹#›

RJC

AlkenyAlkeny

Alkeny Alkeny –– są to węglowodory, w których występuje są to węglowodory, w których występuje wiązanie podwójne węgielwiązanie podwójne węgiel--węgiel; alkeny węgiel; alkeny

charakteryzują się wzorem ogólnym charakteryzują się wzorem ogólnym

CnH2n

‹#›

RJC

Toeria Orbitali i Hybrydyzacja Toeria Orbitali i Hybrydyzacja

... pamiętajmy, Ŝe atomy węgla w alkanach (oraz ... pamiętajmy, Ŝe atomy węgla w alkanach (oraz cyklalkanach) są zhybrydyzowane tetraedrycznie cyklalkanach) są zhybrydyzowane tetraedrycznie

(czyli sp(czyli sp33).).

‹#›

RJC

Teoria Orbitali Teoria Orbitali –– CzteroCztero--wiązalnośćwiązalność

Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego i Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego i stanu wzbudzonego.stanu wzbudzonego.

stan podstawowystan podstawowy stan wzbudzonystan wzbudzony

węgiel węgiel

1s

2s

2p

1s

2s

2p

‹#›

RJC

Hybrydyzacja: TetraedrycznaHybrydyzacja: Tetraedryczna

Po hybrydyzacji, atom węgla posiada cztery, Po hybrydyzacji, atom węgla posiada cztery, równe co do energii i kształtu orbitale sprówne co do energii i kształtu orbitale sp33..

Stan wzbudzonyStan wzbudzony Stan po hybrydyzacjiStan po hybrydyzacji

Atom węgla Atom węgla

1s

2s

2p

1s

2sp3

‹#›

RJC

A co w przypadku alkenów ?A co w przypadku alkenów ?

Proces hybrydyzacji dotyczy jednego orbitalu s oraz Proces hybrydyzacji dotyczy jednego orbitalu s oraz dwóch orbitali p; w ten sposób powstają trzy orbitale spdwóch orbitali p; w ten sposób powstają trzy orbitale sp22i wtedy jeden orbital p pozostaje nie zhybrydyzowany.i wtedy jeden orbital p pozostaje nie zhybrydyzowany.

Stan wzbudzonyStan wzbudzony Po hybrydyzacjiPo hybrydyzacji

2p

Atom węgla Atom węgla

1s

2s

2p

1s

2sp22p

‹#›

RJC

Geometria Orbitali spGeometria Orbitali sp22

Orbitale spOrbitale sp22 są rozłoŜone w jednej płaszczyźnie, a są rozłoŜone w jednej płaszczyźnie, a kąt pomiędzy nimi wynosi 120kąt pomiędzy nimi wynosi 120oo... ...

...niezhybrydyzowany orbital p jest zlokalizowany ...niezhybrydyzowany orbital p jest zlokalizowany prostopadle do płaszczyzny.prostopadle do płaszczyzny.

pp

spsp22

spsp22spsp22

pp

‹#›

RJC

Nakładanie Orbitali spNakładanie Orbitali sp22

Orbitale spOrbitale sp22 są zorientowane w przestrzeni ...są zorientowane w przestrzeni ...

...po nałoŜeniu tworzą silne wiązanie ...po nałoŜeniu tworzą silne wiązanie σσ..

σσ

‹#›

RJC

WiązaniaWiązania π π π π π π π π

Nakładanie Nakładanie niezhybrydyzowanychniezhybrydyzowanych orbitali p z dwóch orbitali p z dwóch sąsiadujących atomów węgla tworzy wiązanie sąsiadujących atomów węgla tworzy wiązanie ππ . .

ππ

‹#›

RJC

Przykład EtylenuPrzykład Etylenu

Orbitale spOrbitale sp22 przenikają się z orbitalami innego typu przenikają się z orbitalami innego typu dając wiązania Cdając wiązania C--C oraz CC oraz C--H typu H typu σσσσσσσσ ... ...

...orbitale ...orbitale pp przenikają się wzajemnie dając wiązanie przenikają się wzajemnie dając wiązanie CC--CCππ..

H

H

H

H

‹#›

RJC

Energia WiązaniaEnergia Wiązania

Energia wiązania ma związek z odległością Energia wiązania ma związek z odległością pomiędzy atomami.pomiędzy atomami.

1.54 Å 1.33 Å

Im mniejsza odległość pomiędzy atomami, tym silniejsze wiązanie.

88 kcal/mol 152 kcal/mol

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

‹#›

RJC

Jak silne jest wiązanie Jak silne jest wiązanie π π π π π π π π ??

etylen (σ + π) 152 kcal/mol

etan (σ) 88 kcal/mol

etylen (π) 64 kcal/mol

‹#›

RJC

Rotacja Wokół Wiązania Pojedynczego (Rotacja Wokół Wiązania Pojedynczego (σσσσσσσσ) )

Rotacja wokół wiązania pojedynczego jest Rotacja wokół wiązania pojedynczego jest moŜliwa.moŜliwa.

H H• •

9090°°

Konformery rotacyjne nie mają wpływu na przenikanie orbitali oraz na siłę wiązania.

H

H

H

H

H

H

‹#›

RJC

Rotacja Wokół Wiązania Podwójnego (Rotacja Wokół Wiązania Podwójnego (σσσσσσσσ++ππππππππ) ?) ?

Rotacja wokół wiązania podwójnego nie jest Rotacja wokół wiązania podwójnego nie jest moŜliwa !moŜliwa !

HH• •

9090°°

H

H

H

H

‹#›

RJC

Izomery GeometryczneIzomery Geometryczne

Alkeny mogą występować w postaci izomerów Alkeny mogą występować w postaci izomerów geometrycznych, których istnienie wynika z braku geometrycznych, których istnienie wynika z braku

rotacji wokół wiązania podwójnego C=C.rotacji wokół wiązania podwójnego C=C.

cis-but-2-entrans-but-2-en

CH3

H

H

CH3

CH3

H

CH3

H

‹#›

RJC

Nazewnictwo Nazewnictwo TransTrans i i CisCis

NazwyNazwytranstrans i i ciscis rozróŜniają izomery rozróŜniają izomery geometryczne w oparciu o róŜne rozmieszczenie geometryczne w oparciu o róŜne rozmieszczenie podstawników wokół wiązania podwójnego C=C.podstawników wokół wiązania podwójnego C=C.

trans = po przeciwnej cis = po tej samej

CH3

H

H

CH3

CH3

H

CH3

H

‹#›

RJC

Nomenklatura Nomenklatura EE i i ZZ

Nazwy Nazwy EE i i ZZ rozróŜnią się sposobem rozróŜnią się sposobem rozmieszczenia podstawników, uporządkowanych rozmieszczenia podstawników, uporządkowanych

wg kryterium waŜności.wg kryterium waŜności.

E = po przeciwnej Z = po tej samej

CH3

H

CH3

Br

CH3

H

Br

CH3

‹#›

RJC

Przypisanie Konfiguracji Przypisanie Konfiguracji EE vs vs ZZ

Stosując reguły Stosując reguły CahnaCahna--IngoldaIngolda--PrelogaPreloga moŜna moŜna ustalić jaka jest orientacja podstawników ustalić jaka jest orientacja podstawników

połoŜonych przy wiązaniu podwójnym (‘waŜny z połoŜonych przy wiązaniu podwójnym (‘waŜny z waŜnym’ lub ‘waŜny z mniej waŜnym’).waŜnym’ lub ‘waŜny z mniej waŜnym’).

WaŜny

Mniej waŜny WaŜny

Mniej waŜny

CH3

H

CH3

Br

‹#›

RJC

Przypisanie konfiguracji Przypisanie konfiguracji EE lub lub ZZ

JeŜeli podstawniki ‘waŜne’ są po przeciwnej JeŜeli podstawniki ‘waŜne’ są po przeciwnej stronie wiązania stronie wiązania ππ to mamy do czynienia z to mamy do czynienia z

izomerem izomerem EE; w przeciwnym razie opisujemy ; w przeciwnym razie opisujemy izomer Z.izomer Z.

WaŜny

Mniej waŜny

WaŜny

Mniej waŜny

WaŜny

Mniej waŜny

WaŜny

MniejwaŜny

(E)-2-bromo-but-2-en (Z)-2-bromo-but-2-en

CH3

H

H3C

Br

CH3

H

Br

CH3

‹#›

RJC

Nomenklatura IUPAC dla AlkenówNomenklatura IUPAC dla Alkenów

Zidentyfikuj macierzysty węglowodór (najdłuŜszy nierozgałęziony łańcuch).

Ponumeruj atomy węgla w najdłuŜszym łańcuchu; atomy Ponumeruj atomy węgla w najdłuŜszym łańcuchu; atomy wiązania podwójnego powinny otrzymać moŜliwie niski numer.

WskaŜ połoŜenie wiązania podwójnego C=C przez podanie numeru pierwszego atomu tworzącego to wiązanie.

‹#›

RJC

Nomenklatura IUPAC dla AlkenówNomenklatura IUPAC dla Alkenów

JeŜeli wiązanie podwójne jest podstawione niesymetrycznie, dopisz odpowiednie oznaczenie dla izomeru geometrycznego... E lub Z.

Oznaczenie izomeru poprzedza nazwę IUPAC i zostaje podane w nawiasach ... (E) or (Z).

JeŜeli potrzeba podać nazwę dokładniejszą to oznaczenie zostaje poprzedzone lokantem ... (2E) or (2Z).

‹#›

RJC

Nazwy IUPAC dla AlkenówNazwy IUPAC dla Alkenów

Dodaj końcówkę:Dodaj końcówkę:

-ene dla jednego wiązania C=C

-diene dla dwóch wiązań C=C

-triene dla trzech wiązań C=C

‹#›

RJC

Przykładowo … alkeny CPrzykładowo … alkeny C44HH 88

(E)-but-2-en (Z)-but-2-en

but-1-en 2-metylo-prop-1-en

‹#›

RJC

Przykładowo ... alkeny CPrzykładowo ... alkeny C33HH 55BrBr

BrBr

(E)-1-bromo-prop-1-en (Z)-1-bromo-prop-1-en

2-bromo-prop-1-en 3-bromo-prop-1-en

BrBr

‹#›

RJC

Przykładowo ... dieny CPrzykładowo ... dieny C55HH 88

(E)-pentan-1,3-dien (Z)-pentan-1,3-dien

pentan-1,4-dien 2-methyl-butan-1,3-dien

‹#›

RJC

Przykładowo ... 1Przykładowo ... 1--bromobromo--pentanpentan--1,31,3--dienydieny

Br

Br

(1E,3E)-1-bromo-pentan-1,3-dien (1Z,3E)-1-bromo-pentan-1,3-dien

(1E,3Z)-1-bromo-pentan-1,3-dien (1Z,3Z)-1-bromo-pentan-1,3-dien

Br

Br

‹#›

RJC

Względne Energie ... Względne Energie ... EE vs vs ZZ

W izomerze geometrycznym W izomerze geometrycznym ZZ występują większe występują większe napręŜenia steryczne; dlatego jest on mniej trwały napręŜenia steryczne; dlatego jest on mniej trwały

niŜ izomer niŜ izomer EE. .

W sprzyjających warunkach (fotoliza, termoliza) izomer Z ulega przekształceniu w izomer E.

H+CH3

H

CH3

H

CH3

H

H

CH3

‹#›

RJC

SprzęŜone Wiązania PodwójneSprzęŜone Wiązania Podwójne

Przylegające do siebie wiązania podwójne Przylegające do siebie wiązania podwójne (przedzielone jednym wiązaniem pojedynczym) są (przedzielone jednym wiązaniem pojedynczym) są

określane jako wiązania sprzęŜone.określane jako wiązania sprzęŜone.

‹#›

RJC

Konformery w SprzęŜonych DienachKonformery w SprzęŜonych Dienach

Konformery, które umoŜliwiają sprzęŜenie Konformery, które umoŜliwiają sprzęŜenie pomiędzy wiązaniami pomiędzy wiązaniami π π posiadają niŜszą energię posiadają niŜszą energię

(niŜ te, które nie umoŜliwiają sprzęŜenia).(niŜ te, które nie umoŜliwiają sprzęŜenia).

‹#›

RJC

Wiązania Podwójne NieWiązania Podwójne Nie--sprzęŜone sprzęŜone (Izolowane)(Izolowane)

JeŜeli wiązania podwójne są przedzielone atomem JeŜeli wiązania podwójne są przedzielone atomem CCsp3sp3, to nie ma pomiędzy nimi sprzęŜenia i takie , to nie ma pomiędzy nimi sprzęŜenia i takie

dieny nazywamy ’dienami izolowanymi’.dieny nazywamy ’dienami izolowanymi’.

‹#›

RJC

Izomery Geometryczne w NaturzeIzomery Geometryczne w Naturze

Pomarańczowy barwnik Pomarańczowy barwnik ββ--karoten, karoten, rozpowszechniony w warzywach, w organizmach rozpowszechniony w warzywach, w organizmach Ŝywych jest przekształcany w VitaminęŜywych jest przekształcany w Vitaminę--A.A.

CH2OH

‹#›

RJC

VitaminaVitamina--A i 11A i 11--ciscis--RetinalRetinal

Enzymy obecne w wątrobie przeprowadzają Enzymy obecne w wątrobie przeprowadzają VitaminęVitaminę--A w 11A w 11--ciscis--Retinal.Retinal.

CH2OH

E

Z

CHO

‹#›

RJC

PodsumowaniePodsumowanie

Alkeny

Orbitale zhybrydyzowane sp2

Wiązania σ vs π, siła wiązaniaWiązania σ vs π, siła wiązania

Nazewnictwo IUPAC dla alkenów

Izomery strukturalne, izomery geometryczne

Rotacja wokół wiązań

cis vs trans, Z vs E

Podwójne wiązanie sprzęŜone vs niesprzęŜone