403221 เคมีอินทรีย์ แอลเคนและไซโคลแอลเคน

1. 403221 เคมีอินทรีย์แอลเคนและไซโคลแอลเคน ผศ. ดร. วราภรณ์ พาราสุข ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ 403221-alkane

2. โครงสร้างของแอลเคน • สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว • สูตรทั่วไป CnH2n+2 โดย n เป็นเลขจำนวนเต็ม 1, 2, 3 • คาร์บอนทุกอะตอม เป็น sp3-C • โครงสร้างแบบโซ่ตรง (straight chain) และโซ่กิ่ง (branched chain) • โครงสร้างของสายโซ่คาร์บอนเป็นแบบ zig-zag 403221-alkane

3. ตัวอย่างสารประกอบแอลเคนตัวอย่างสารประกอบแอลเคน • constitutional isomer (structural isomer) 403221-alkane

4. แหล่งกำเนิดและประโยชน์แหล่งกำเนิดและประโยชน์ 403221-alkane

5. สมบัติทางกายภาพ • สถานะ ที่อุณหภูมิห้อง และความดัน 1 บรรยากาศ • แอลเคนโซ่ตรงที่มีคาร์บอน 1-4 อะตอม ก๊าซ • แอลเคนที่มีคาร์บอน 5-17 อะตอม ของเหลว • แอลเคนที่มีคาร์บอนมากกว่า 18 อะตอม ของแข็ง • ความหนาแน่น • แอลเคนมีความหนาแน่นต่ำกว่า 0.8 g/cm3 • ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นตามจำนวนอะตอมคาร์บอน 403221-alkane

6. จุดเดือด • เพิ่มขึ้นตามจำนวนคาร์บอน • เพราะโมเลกุลขนาดใหญ่จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากกว่าโมเลกุลขนาดเล็ก • แอลเคนโซ่กิ่งมีจุดเดือดต่ำกว่าแอลเคนโซ่ตรงที่มีคาร์บอนเท่ากัน • โมเลกุลของแอลเคนโซ่กิ่งจะมีขนาดโมเลกุลกระทัดรัดกว่าโซ่ตรง ทำให้พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างโมเลกุลน้อยลง แรง van de Waals ซึ่งเป็นแรงระหว่างโมเลกุลจึงน้อยลงด้วย 403221-alkane

7. 403221-alkane

8. จุดหลอมเหลว • มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามจำนวนอะตอมคาร์บอน • การละลาย • แอลเคนเป็นสารประกอบไม่มีขั้วจึงไม่ละลายน้ำ • ละลายในตัวทำละลายไม่มีขั้วเช่น ether, benzene 403221-alkane

9. แอลเคนที่มีหมู่ -CH2- เพิ่มขึ้นหรือลดลงทีละหมู่เรียกว่าhomologous series butane • แอลเคนที่เป็นสมาชิกใน homologous series เรียกว่า homologs pentane 403221-alkane

10. Conformations ของแอลเคน • การจัดเรียงตัวของอะตอมหรือหมู่ที่ต่างกันเนื่องจากการหมุนรอบพันธะเดี่ยว 403221-alkane

11. Stagger conformation เป็น conformation ที่เสถียรที่สุด q = dihedral angle มุมระหว่างพันธะ C-H ของ C อะตอมหน้ากับ C อะตอมหลัง Saw horse Newman Projection 403221-alkane

12. Eclipsed conformation Saw horse Newman Projection 403221-alkane

13. แทนอะตอมหน้าที่อยู่ใกล้ตาแทนอะตอมหน้าที่อยู่ใกล้ตา Newman projection แทนอะตอมหลังที่อยู่ไกลตา 403221-alkane

14. Conformations ของแอลเคน 403221-alkane

15. การเตรียมแอลเคน 1. Hydrogenation ของแอลคีน 403221-alkane

16. 2. Reduction ของแอลคิลเฮไลด์ 2.1 reduce ด้วยโลหะ และ กรด 403221-alkane

17. 2.2 hydrolysis ของ Grignard reagent 403221-alkane

18. 3. Corey-House synthesis ใช้ lithium dialkylcuprate 403221-alkane

19. จำนวน C ในผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น 403221-alkane

20. 4. ปฏิกิริยา Wurtz จำนวน C ในผลิตภัณฑ์เป็น 2 เท่าของสารตั้งต้น 403221-alkane

21. ปฏิกิริยาของแอลเคน 1. Halogenation ถ้าแอลเคนมี H มากกว่า 1 ชนิดจะได้ผลิตภัณฑ์มากกว่า 1 ชนิดด้วย 403221-alkane

22. ขั้นเริ่มปฏิกิริยา (initiation step) กลไกปฏิกิริยา ขั้นดำเนินปฏิกิริยา (propagation step) ขั้นสิ้นสุดปฏิกิริยา (termination step) 403221-alkane

23. ชนิดของผลิตภัณฑ์แอลคิลเฮไลด์ R-X ขึ้นกับชนิดของ alkyl radical ที่เกิดในขั้นดำเนินปฏิกิริยา • alkyl radical ที่เสถียรเกิดขึ้นมากกว่า • ลำดับเสถียรภาพของ alkyl radical • 3o > 2o > 1o > •CH3 403221-alkane

24. 403221-alkane

25. 2. ปฏิกิริยา combustion 3. ปฏิกิริยา pyrolysis หรือ cracking 403221-alkane

26. โครงสร้างของไซโคลแอลเคนโครงสร้างของไซโคลแอลเคน • สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวซึ่งมีโครงสร้างเป็นวง • สูตรทั่วไป CnH2n โดย n เป็นเลขจำนวนเต็ม 1, 2, 3 • คาร์บอนทุกอะตอม เป็น sp3-C 403221-alkane

27. สมบัติทางกายภาพ • คล้ายกับแอลเคน • ไซโคลแอลเคนที่มีจำนวนอะตอมคาร์บอนเท่ากับแอลเคนจะมีจุดเดือดและความหนาแน่นสูงกว่า 403221-alkane

28. เสถียรภาพของวง • พิจารณาจากค่า heat of combustion • ไซโคลเฮกเซนเสถียรที่สุด • ไซโคลโปรเปน และไซโคลบิวเทน มีความเสถียรต่ำ • โครงสร้างของวงมีความเครียดวง(ring strain) • ความเครียดวง (ring strain) ประกอบด้วย • angle strain • torsional strain 403221-alkane

29. 90o 60o angle strain • คาร์บอน sp3 มีมุมพันธะ 109.5o • ไซโคลโปรเปนและไซโคลบิวเทน มีมุมพันธะภายในวงเป็น 60o และ 90o • พลังงานที่สูงขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของมุมนี้เรียกว่า มุมเครียด (angle strain) 403221-alkane

30. torsional strain • พันธะ C-H ในไซโคลโปรเปนอยู่ในแนวซ้อนทับกัน (eclipsed) • ทำให้ไซโคลโปรเปนมีพลังงานสูงขึ้นกว่าโมเลกุลทั่วไปซึ่งสามารถจัดเรียงพันธะในลักษณะที่ไม่ซ้อนกัน (stagger) • พลังงานที่สูงขึ้นนี้เรียกว่า torsional strain 403221-alkane

31. Conformations ของไซโคลเฮกเซน • ไซโคลเฮกเซนเสถียรที่สุดเมื่อเทียบกับสารประกอบไซโคลแอลเคนอื่นๆ • วงหกเหลี่ยมแบนราบมีมุมพันธะภายในวง 120o ซึ่งต่างจากมุม 109.5o ของคาร์บอน sp3 ค่อนข้างมาก • โครงสร้างของวงไซโคลเฮกเซนเป็น non planar • คาร์บอนทั้ง 6 อะตอมไม่อยู่ในระนาบเดียวกัน 403221-alkane

32. Chair Conformation ของไซโคลเฮกเซน Axial hydrogen Equatorial hydrogen Newman projection Chair conformation เป็น conformation เสถียรที่สุด 403221-alkane

33. Boat Conformation ของไซโคลเฮกเซน Flagpole interaction Newman projection 403221-alkane

34. Chair conformation Boat conformation 403221-alkane

35. Chair conformation เสถียรที่สุดเพราะ • มุมพันธะระหว่างคาร์บอนเป็น 109.5o • ทุกพันธะอยู่ในตำแหน่ง stagger • Boat conformation มีพลังงานสูงเพราะ • มีพันธะอยู่ในลักษณะซ้อนกันแบบ eclipsed ทำให้มี torsional strain สูง • อะตอมไฮโดรเจนบนคาร์บอนอะตอมที่ 1 และ 4 เกิดแรงผลัก van de Waals ซึ่งเรียกว่า flagpole interaction 403221-alkane

36. ไอโซเมอร์เชิงเรขาคณิต (geometric isomer) • พันธะในไซโคลแอลเคนเป็นพันธะที่ไม่สามารถหมุนได้อย่างอิสระ • ถ้ามีหมู่แทนที่ในวง 2 หมู่ จะมีไอโซเมอร์เชิงเรขาคณิตได้คือ • cis- หมู่แทนที่ทั้ง 2 หมู่ชี้ไปด้านเดียวกันของระนาบวง • trans-หมู่แทนที่ทั้ง 2 หมู่ชี้ไปคนละด้านของระนาบวง 403221-alkane

37. cis -1,2-dimethylcyclopentane trans- 1,2-dimethylcyclopentane 403221-alkane

38. การเตรียมไซโคลแอลเคน • วิธีที่ดัดแปลงจากปฏิกิริยา Wurtz reaction 403221-alkane

39. hydrogenation ของไซโคลแอลคีน 403221-alkane

40. การสังเคราะห์ Simmons-Smith • วิธีนี้ใช้ในการเตรียมไซโคลโปรเปนจากแอลคีน 403221-alkane

41. ปฏิกิริยาของไซโคลแอลเคนปฏิกิริยาของไซโคลแอลเคน • ไซโคลแอลเคนวงขนาดใหญ่ทำปฏิกิริยาเหมือนแอลเคน • ไซโคลโปรเปน ไซโคลบิวเทนทำปฏิกิริยาแตกต่างจากแอลเคน เพราะไม่เสถียร มีความเครียดวงสูง 403221-alkane

42. ปฏิกิริยาของไซโคลแอลเคนปฏิกิริยาของไซโคลแอลเคน • Halogenation 403221-alkane

43. ปฏิกิริยาเปิดวงของไซโคลโปรเปน ไซโคลบิวเทน 403221-alkane