Tekst źródłowy strony PCzEB/Przeglad wlasciwosci najwazniejszych grup związkow organicznych I

<!---{{poprzedni|CHEM:Elementy_termodynamiki_i_kinetyki_reakcji_chemicznych}}-->
==ALKANY==

Są to węglowodory nasycone o ogólnym wzorze
<math>\mathrm{C}_n\mathrm{H}_{2n+2}</math>; Wszystkie atomy węgla w alkanach mają
hybrydyzację <math>sp^3</math>. Alkany to związki bez grup funkcyjnych.

===Nazewnictwo===
<ul>
<li> dla pierwszych czterech alkanów &mdash; od <math>\mathrm{C}_1</math> do <math>\mathrm{C}_4</math> używa się nazw zwyczajowych:
{|class="wikitable"
|CH<sub>4</sub>
|C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>
|C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>
|C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
|-
|metan
|etan
|propan
|butan
|}
</li>
<li> Nazwy alkanów od <math>\mathrm{C}_5</math> wzwyż tworzy się poprzez dodanie końcówki „n” do liczebników greckich lub łacińskich, np.: pentan (5); heksan (6); heptan (7), oktan (8); nonan (9); dekan (10); undekan (11); dodekan (12); tridekan (13); tetradekan (14), etc. </li></ul>

Nazwy te odnoszą się do '''alkanów prostołańcuchowych''', czyli
tzw. normalnych. Jeżeli chcemy zaznaczyć ten fakt, to nazwę
poprzedzamy „''n''” &mdash; pisaną kursywą, np.: ''n''-butan.

[[Plik:Butane-2D-Skeletal.svg|thumb|left|200px|''n''-butan]]

W '''węglowodorach rozgałęzionych''' podajemy nazwy łańcuchów
bocznych, które poprzedzają lokanty, czyli numery atomów węgla
łańcucha głównego (najdłuższego), z którymi związane są łańcuchy
boczne, np. nazwa 2-metylopropan oznacza, że przy drugim atomie węgla
propanu znajduje się reszta metylowa, czyli <math>\mathrm{CH}_3</math>:

[[Plik:tbutan.gif|thumb|right|200px|izobutan]]

Reguły nazewnictwa:
* tworzenie nazwy rozgałęzionego alkanu rozpoczyna się od identyfikacji najdłuższego łańcucha, który jako łańcuch główny będzie podstawą nazwy rdzenia;
* lokanty (liczby określające położenie podstawników w łańcuchu &mdash; numery atomów) należy tak przypisywać, żeby podstawnik otrzymał możliwie najniższą wartość;
* nazwy podstawników zajmują w nazwie związku miejsca zgodnie z kolejnością alfabetyczną, przy czym bierze się pod uwagę pierwszą literę podstawnika, a nie liczebnika określającego liczbę tych podstawników.

[[Plik:2,3-dietylo-4-metyloheptan.gif|thumb|center|4-etylo-3,5-dimetylooktan]]

==Właściwości chemiczne alkanów==

===Reakcje wolnorodnikowe===

W tego typu reakcjach możemy wyróżnić trzy etapy:
<ol>
<li> etap inicjacji &mdash; etap wytworzenia rodnika (rodniki powstają np. na skutek homolitycznego rozpadu wiązań chemicznych, tj. takiego, w wyniku którego przy obu częściach rozerwanej cząsteczki zostaje po jednym z elektronów, które wcześniej tworzyły wiązanie). Typowy przykład reakcji, w wyniku której powstają rodniki to np. rozpad cząsteczek chloru <math>\mathrm{Cl}_2</math> pod wpływem działania światła ultrafioletowego: <center><math>\mathrm{Cl}_2 +\ h\nu\ \rightarrow\ 2 \mathrm{Cl}\cdot</math></center>
</li>
<li> etap propagacji łańcucha: wolne rodniki chloru reagują np z metanem, tworząc rodnik metylowy, który następnie w reakcji z kolejną cząsteczką chloru tworzy produkt (jeden z wielu) reakcji chlorowania i kolejny wolny rodnik zdolny do dalszych etapów:
<center><math>\mathrm{CH}_4+\mathrm{Cl}\cdot \rightarrow \mathrm{CH}_3 + \mathrm{HCl}</math></center>
<center><math>\mathrm{CH}_3\cdot+\mathrm{Cl}_2 \rightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} + \mathrm{Cl}\cdot</math></center>
<center><math>\mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}+\mathrm{Cl} \cdot\rightarrow \mathrm{CH}_2\mathrm{Cl}\cdot + \mathrm{HCl}</math></center>
<center><math>\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl}\cdot+\mathrm{Cl}_2 \rightarrow \mathrm{CH}_2\mathrm{Cl}_2 + \mathrm{Cl}\cdot</math></center>
itd..
Chlorowanie przebiega do mono- i wielopodstawionych chloropochodnych metanu
<math>\mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}</math>, <math>\mathrm{CH}_2\mathrm{Cl}_2</math>, <math>\mathrm{CH}\mathrm{Cl}_3</math> oraz <math>\mathrm{C}\mathrm{Cl}_4</math>.</li>
<li> etap zakończenia (terminacji) łańcucha reakcji &mdash; może zajść na wiele sposobów; najczęściej jest to spowodowane rekombinacją dwóch wolnych rodników, która prowadzi do powstania niereaktywnych cząsteczek:
<center><math>\mathrm{CH}_3\cdot + \mathrm{Cl}\cdot \rightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}</math></center>

<center><math>\mathrm{Cl}\cdot + \mathrm{Cl}\cdot \rightarrow \mathrm{Cl}_2</math></center>

<center><math>\mathrm{CH}_3\cdot + \mathrm{CH}_3\cdot \rightarrow \mathrm{C}_2\mathrm{H}_6</math></center>
</li>
</ol>

===Zastosowanie===

Węglowodory nasycone są bardzo ważnym źródłem energii. Węglowodory o
łańcuchach o długości od 5 do 10 atomów węgla wchodzą w skład benzyn,
ważnych paliw płynnych. Całkowite spalanie 2 moli oktanu prowadzi do
powstawania dwutlenku węgla oraz wody i dostarcza ponad 10 MJ
energii:

<center><math>2 \mathrm{C}_8\mathrm{H}_{18} + 25\ \mathrm{O}_2 \rightarrow 16 \mathrm{CO}_2 + 18 \mathrm{H}_2\mathrm{O} + 10.86 MJ</math></center>

Problem pojawia się, gdy węglowodory ulegają półspalaniu, a produktem
reakcji jest wtedy toksyczny tlenek węgla <math>2\mathrm{CO}</math>.

W przypadku silników samochodowych, rozwiązaniem jest zastosowanie
katalizatorów samochodowych (reaktorów katalitycznych, konwerterów),
które zmniejszają ilość szkodliwych składników spalin, a działanie ich
opiera się na reakcji substancji zawartych w spalinach z katalizatorem
(<math>\mathrm{Pt/Pd}</math>, <math>\mathrm{Rh}</math>). Mamy tu do czynienia z szeregiem procesów
oksydacyjno–redukcyjnych, w tym z dotlenieniem gazów silnikowych, ale
też konwersją typu:

<center><math>2 \mathrm{CO} + 2 \mathrm{NO} \rightarrow 2 \mathrm{CO}_2 + \mathrm{N}_2</math></center>

W układach biologicznych problem tlenku węgla <math>\mathrm{CO}</math> jest poważniejszy.

Cząsteczkę tlenku węgla możemy zapisać w postaci trzech struktur
mezomerycznych, każda z tych struktur może mieć różny udział w
strukturze końcowej.

[[Plik:Carbon_monoxide_mesomeric.svg|thumb|left|Tlenek węgla|300px]]

Pierwsza ze struktur wyraźnie wskazuje, że cząsteczka tlenku węgla
jest zasadą Lewisa, a więc wchodzi w reakcje ze związkami o
charakterze kwasu Lewisa, np. hemoglobiną (w centrum układu
porfirynowego hemoglobiny jest jon <math>\mathrm{Fe}^{+2}</math>). Reakcja tlenku
węgla z hemoglobiną jest reakcją konkurencyjną do tworzenia kompleksu
hemoglobina-tlen, przy czym kompleks hemoglobiny z tlenkiem węgla jest
znacznie trwalszy, stąd też zatrucie <math>\mathrm{CO}</math> jest bardzo niebezpieczne
(mówimy, że <math>\mathrm{CO}</math> jest hematotoksyczny).

Głównym źródłem węglowodorów nasyconych jest ropa naftowa (metan jest
natomiast podstawowym składnikiem gazu ziemnego, czasem, ale nie
zawsze, towarzyszącego ropie - stąd wiązanie cen gazu i ropy jest
ryzykowne). Wyróżniamy różne frakcje ropy naftowej w zależności od
temperatury wrzenia destylowanej frakcji i liczby atomów węgla. Warto
tu wspomnieć o wkładzie
[[wikipl:Ignacy_Łukasiewicz|Ignacego Łukasiewicza]] w rozwój petrochemii.

{| class="wikitable"
!Frakcja
!Temp. destylacji (&#176;C)
!Liczba atomów węgla
|-
|gaz
|<20
|<math>\mathrm{C}_1</math> &mdash; <math>\mathrm{C}_4</math>
|-
|eter naftowy
|20&mdash;60
|<math>\mathrm{C}_5</math> &mdash; <math>\mathrm{C}_6</math>
|-
|ligroina (lekka nafta)
|60&mdash;100
|<math>\mathrm{C}_6</math> &mdash; <math>\mathrm{C}_7</math>
|-
|gazolina surowa (benzyna)
|20&mdash;205
|<math>\mathrm{C}_5</math> &mdash; <math>\mathrm{C}_{10}</math> i cykloalkany
|-
|nafta
|175&mdash;325
|<math>\mathrm{C}_{12}</math> &mdash; <math>\mathrm{C}_{18}</math> i związki aromatyczne
|-
|olej gazowy
|>275
|<math>\mathrm{C}_{12}</math> i wyższe
|-
|olej smarowy
|nielotna ciecz
|powyżej  <math>\mathrm{C}_{18}</math>
|-
|asfalt lub koks naftowy
|nielotne ciało stałe 
|związki wielopierścieniowe
|}

Inny podział uwzględniający zakres temperatury destylacji odpowiada
użyteczności danej frakcji ropy naftowej:

{| class="wikitable"
!Frakcja
!Temperatura destylacji (&#176;C)
|-
|Benzyna lekka
|40&mdash;160
|-
|benzyna ciężka
|160&mdash;200
|-
|nafta
|180&mdash;280
|-
|olej napędowy
|280&mdash;350
|-
|mazut
|>350
|}


Paliwa stosowane w silnikach iskrowych to mieszaniny węglowodorów,
których pierwotnym źródłem jest głównie ropa naftowa. Różne
węglowodory zawarte w benzynie mają różną liczbę oktanową.

====Liczba oktanowa====

liczba określająca odporność na niekontrolowany samozapłon paliwa
silnikowego do silników z zapłonem iskrowym, który może powodować jego
spalanie detonacyjne (stukowe), bardzo szkodliwe dla silnika.

{|class="wikitable"
|[[Plik:Isooctane.png|200px]]
|<math>\mathrm{H_3C}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_3}</math>
|-
|Izooktan, LO=100
|''n''-heptan, LO=0
|}

Wartość liczby oktanowej dla ''n''-heptanu wynosi 0, dla rozgałęzionego
węglowodoru, jakim jest izooktan wynosi 100. Izooktan ma
najkorzystniejsze parametry spalania.

Możliwe jest uzyskanie benzyny o określonej liczbie oktanowej przez
dokładną, wielokrotną rektyfikację ropy naftowej, wiąże się to jednak
z dużymi kosztami. Z tego względu typowa surowa benzyna, która została
poddana standardowej rafinacji ma liczbę oktanową między 40 a
60. Liczbę oktanową uśrednia i powiększa proces krakingu, jednak
również maksymalnie do poziomu ok 80-90.

=====Kraking=====

polega na inicjowaniu kontrolowanego rozkładu długich węglowodorów
alifatycznych zawartych w ciężkich frakcjach otrzymywanych w procesie
rafinacji ropy naftowej, na związki o krótszych łańcuchach węglowych,
takich jakie występują w benzynie i oleju napędowym.

=====Reforming=====

W wysokiej temperaturze oraz pod działaniem odpowiednich katalizatorów
następuje izomeryzacja prostych łańcuchów węglowodorowych do
rozgałęzionych oraz odwodornienie prowadzące do cyklizacji i
aromatyzacji &mdash; proces ten nazywamy '''reformingiem'''.

Współczesne silniki iskrowe stosowane w samochodach wymagają benzyny o
liczbie oktanowej minimum 95, zaś produkcja paliwa o takiej liczbie
wyłącznie w procesie rafinacji i krakingu jest ekonomicznie
nieopłacalna.

Stosuje sie więc chemiczne dodatki do paliw, które zapobiegają
zjawisku spalania stukowego ('''środki przeciwstukowe''' lub
antydetonatory) i w sztuczny sposób podnoszą liczbę oktanową benzyny.

=====Tetraetyloołów===== 

zwiększa liczbę oktanową z 80 do 100. Jest jednak silnie toksyczny, a
spalanie benzyny, która go zawierała powodowało skażenie środowiska
znacznymi ilościami ołowiu, z tego względu wycofano się z jego
stosowania.

[[Plik:Tera-ethyl-lead-chemical.png|thumb|left|300px|Tetraetyloołów]]

Najczęściej stosowanym środkiem przeciwstukowym w benzynach
bezołowiowych jest '''eter ''tert''-butylowo-metylowy'''
('''MTBE''').

[[Plik:MTBE-2D-skeletal.png|thumb|right|200px|MTBE]]

==CYKLOALKANY==

Łańcuchy węglowodorowe mogą zamykać się w pierścienie tworząc związki cykliczne.

Cykliczne alkany raczej nie występują w naturze, natomiast w wielu
związkach naturalnych znajdują się alicykliczne ugrupowania.

===Cyklopropan===

Jest najprostszym przedstawicielem cykloalkanów.

[[Plik:Cyklopropan.svg|thumb|right|300px|Cyklopropan]]

Pochodne cyklopropanu występują m.in. w chryzantemach:
[[Plik:Chrysanthemic_acid.svg|thumb|left|300px|Kwas chryzantemowy &mdash; naturalny pestycyd.]]

===Izomeria ''cis''-''trans'' cykloalkanów===

Dipodstawione cykloalkany niezależnie od wielkości pierścienia mogą
występować w postaci dwóch izomerów ''cis'' lub ''trans''. W izomerze
''cis'' oba podstawniki znajdują się po tej samej stronie pierścienia,
a w ''trans'' po stronach przeciwnych.

===Cyklobutan===

W cząsteczce cyklobutanu kąt pomiędzy wiązaniami jest trochę mniejszy
od 90º, równy jest 88º. Pierścień cyklobutanu nie jest płaski, ale
wzajemne bardzo szybkie przemiany konformerów uśredniają jego
budowę.
{|class="wikitable"
|[[Plik:Square_-_black_simple.svg|100px]]
|[[Plik:CyclobutaneConf2.png|500px|]]
|-
|Cyklobutan
|Przemiany konformerów cyklobutanu
|}

Układ cyklobutanu możemy znaleźć w kwasie tłuszczowym występującym w bakteriach
wykorzystywanych w procesie przemysłowego oczyszczania ścieków (proces anammox).

[[Plik:PentacycloanammoxicAcid.png|thumb|left|200px|Kwas pentacykloanammoksowy]]

Również lek przeciwnowotworowy karboplatyna zawiera układ
cyklobutanu. Działanie tego leku polega na utworzeniu krzyżowych
wiązań między sąsiadującymi nićmi DNA oraz w obrębie tej samej nici
(interkalacja). Tworzenie tych poprzecznych wiązań uniemożliwia
replikację DNA i podział komórki.

[[Plik:Carboplatin-2D-skeletal.png|thumb|center|200px|Karboplatyna]]

===Cyklopentan===

W cyklopentanie kąt wewnętrzny pięcioboku foremnego (108º) ma wartość
zbliżoną do wartości kąta tetraedrycznego, tak więc płaska cząsteczka
cyklopentanu powinna być beznapięciowa. Jednak ciasno upakowane atomy
w cząsteczce cyklopentanu odpychają się i lekko ją deformują.

{|class="wikitable"
|[[Plik:Cyclopentane2d.png|200px]]
|[[Plik: Cyclopentane3D.png|200px]]
|-
|Schemat cyklopentanu
|Struktura cyklopentanu
|}

===Cykloheksan===

Jego pierścień nie jest płaski. Dzięki możliwości zachowania w części
swobodnego obrotu wokół wiązań <math>\mathrm{C}-\mathrm{C}</math> cząsteczka przyjmuje konformacje
zapewniające kąt tetraedryczny pomiędzy wiązaniami poszczególnych
atomów węgla. Takich konformacji może być bardzo dużo. Pośród nich
wyróżnia się konformacje krańcowe: krzesłową, półkrzesłową, łódkową i
skręconej łódki. Różnią się one trwałością. Najbardziej trwała (o
najniższej energii) jest konformacja krzesłowa.

[[Plik:Cyclohexane-2D-skeletal.svg‎|thumb|left|Cykloheksan]]

[[Plik:Cyclohexane_universe.png|thumb|center|400px|Konformacje pierścienia cykloheksanu uszeregowane w zależności od energii (oś pionowa) 1 – krzesło 2 – pół-krzesło 3 – skręcona łódka 4 – łódka 5 – skręcona łódka]]

===Cykloalkany dicykliczne i policykliczne===

====Dekalina (bicykliczny węglowodór)====
[[Plik:Cis-trans_isomerism_of_decahydronaphthalene.png|thumb|center|180px|''trans''-dekalina i ''cis''-dekalina]]

====Adamantan (tricykliczny węglowodór)====
[[Plik:Adamantane structure.svg|180px|thumb|center|<math>\mathrm{C}_{10}\mathrm{H}_{16}</math>]]

====Diament====
odmiana alotropowa węgla, składająca się wyłącznie z atomów węgla o hybrydyzacji ''sp''<sup>3</sup>.
[[Plik:Diamonds glitter.png|thumb|center|180px|Diament]]

====Kuban====
syntetyczny węglowodór policykliczny

[[Plik:Cuban.svg|center|thumb|180px|Kuban]]

===Układy cykliczne c.d.===

Liczną grupę węglowodorów cyklicznych i policyklicznych stanowią
związki zawierające pierścień aromatyczny.

====Benzen====
 
(<math>\mathrm{C}_6\mathrm{H}_6</math>) to organiczny związek chemiczny z grupy
arenów. Jest to najprostszy karbocykliczny, obojętny węglowodór
aromatyczny.

Atomy węgla posiadają hybrydyzację <math>sp^2</math>. Jego strukturę
możemy przedstawić następująco:

[[Plik:Benzene_structure.png|thumb|300px|center|Struktura benzenu]]

====Naftalen==== 

(naftalina, <math>\mathrm{C}_{10}\mathrm{H}_8</math>) – organiczny związek
chemiczny, najprostszy z możliwych policyklicznych węglowodorów
aromatycznych o dwóch skondensowanych pierścieniach benzenowych.

[[Plik:Naphthalene.svg|thumb|center|180px|Naftalen]]

====Antracen==== 

[[Plik:Anthracene-2D-Skeletal.png|200px|center|thumb|Antracen]]

(<math>\mathrm{C}_{14}\mathrm{H}_{10}</math>) – organiczny związek chemiczny,
policykliczny węglowodór aromatyczny, trójcykliczny o trzech
skondensowanych pierścieniach benzenowych.

====Grafit====
[[Plik:Graphit gitter.png|200px|thumb|center|Grafit]]
jest odmianą alotropową węgla. Struktura grafitu składa się z warstw
(grafeny), w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne
układy cykliczne, podobne do benzenu.

====Nanorurki====
[[Plik:Kohlenstoffnanoroehre_Animation.gif‎|200px|center|thumb|Nanorurki węglowe]]
struktury nadcząsteczkowe (supramolekularne), mające postać pustych w
środku walców. Nanorurki węglowe zbudowane są ze zwiniętego grafenu
(jednoatomowej warstwy grafitu).

====Fulereny====

(fullereny), cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów
węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę.
[[Plik:Fullerene-C60.png|200px|thumv|center|Fuleren]]
Powierzchnia fulerenów składa się układu sprzężonych pierścieni
składających się z pięciu i sześciu atomów węgla. Najpopularniejszy
fuleren, zawierający 60 atomów węgla (tzw. <math>\mathrm{C}_{60}</math>) ma kształt
dwudziestościanu ściętego, czyli wygląda dokładnie tak, jak piłka
futbolowa.

====Steran====

Kolejny bardzo ważny układ policykliczny to '''steran'''
(cyklopentanoperhydrofenantren).
[[Plik:Steroid_numbering.png|200px|thumb|center|Steran]]

Układ steranu występuje w organicznych związkach chemicznych –
'''steroidach'''.  W zależności od rodzaju steroidu szkielet ten może
być w różny sposób rozbudowany o dodatkowe atomy węgla, tworząc
np. układ estranu, androstanu, pregnanu, cholanu i cholestanu. Do
układów tych mogą być przyłączone rozmaite grupy funkcyjne zmieniające
w szerokim zakresie ich aktywność biologiczną.
*Cholesterol
*Testosteron
*Estradiol
*Progesteron
{|class="wikitable"
|[[Plik:Cholesterol.svg|200px]]
|[[Plik:Testosterone.svg|200px]]
|[[Plik:Estradiol.svg|200px]]
|[[Plik:Progesterone-2D-skeletal.png|200px]]
|-
|Cholesterol
|Testosteron
|Etradiol
|Progesteron
|}

==ALKENY==

Należą do grupy tzw. węglowodorów nienasyconych i posiadają co
najmniej jedno wiązanie podwójne, w którym atomy węgla mają
hybrydyzację <math>sp^2</math>.

Nazwy alkenów są tworzone z nazw odpowiednich alkanów. Z nazwy alkanu
posiadającego ten sam szkielet węglowy usuwa się końcówkę -an i dodaje
końcówkę -en, przed którą umieszcza się lokant, wskazujący, przy
którym atomie węgla występuje podwójne wiązanie.  

Na przykład:
{|class="wikitable"
|[[Plik:Pentane-2D-Skeletal.svg|200px]]
|[[Plik:1-pentene.svg|200px]]
|-
|Pentan
|1-penten
|}
Atomy węgla wiązania podwójnego w alkenie posiadają hybrydyzację
<math>sp^2</math>, w związku z czym alkeny są płaskie. Wiązanie
podwójne składa się z jednego wiązania <math>\sigma</math> (sigma) i
jednego wiązania <math>\pi</math> (pi). Proszę zwrócić uwagę na
różnicę w lokalizacji gęstości elektronowej w wiązaniach
<math>\sigma</math> i <math>\pi</math>. Określa ona reaktywność
alkenów.

Alkeny, pomimo takiego samego wzoru sumarycznego mogą różnić się
budową, a ściślej &mdash; ułożeniem atomów w przestrzeni. Jest to rodzaj
stereoizomerii zwanej izomerią geometryczną ''cis''-''trans''. Z
ułożeniem ''cis'' mamy do czynienia, gdy podstawniki znajdują sie po
tej samej stronie wiązania podwójnego:

{|class="wikitable"
|[[Plik:Cis-2-butene.svg|200px]]
|[[Plik:Trans-2-butene.svg|200px]]
|-
|''cis''-but-2-en
|''trans''-but-2-en
|}
Izomer ''trans'' posiada podstawniki ulokowane po przeciwnej stronie
wiązania podwójnego.

Możliwa jest również tzw. izomeria konstytucyjna, związana z
położeniem wiązania podwójnego w łańcuchu. Na przykład dla butenu
możemy narysowac kolejny izomer. Nie będzie to jednak stereoizomer
but-2-enu, ale izomer różniący się od niego budową.

[[Plik:But-1-ene-2D-skeletal.png|thumb|center|but-1-en]]

Izomerii konstytucyjnej nie należy zatem mylić z izomerią przestrzenną
&mdash; stereoizomerią.

Nienasycone kwasy tłuszczowe występujące w naturze, np. kwas oleinowy
są izomerami ''cis''.
{|class="wikitable"
|[[Plik:Oleic-acid-skeletal.svg|300px]]
|[[Plik:Oleic-acid-3D-vdW.png|300px]]
|-
|kwas oleinowy struktura
|kwas oleinowy wizualizacja
|}
===Charakterystyczne reakcje alkenów===

Reaktywność alkenów ma związek z łatwą dostępnością elektronów wiązania <math>\pi</math> (które jest słabsze i łatwiej ulega rozerwaniu). Dominują zatem reakcje przyłączania do wiązania podwójnego (reakcje addycji):
<ul>
<li> wodorowanie katalityczne
<center>
<math>
\mathrm{C}_n\mathrm{H}_{2n-2} + 2\mathrm{H}_2\ \rightarrow\ \mathrm{C}_n\mathrm{H}_{2n+2}
</math>
</center>
Reakcja addycji wodoru do wiązania podwójnego wymaga obecności katalizatora. Reakcja ta wykorzystywana jest szeroko w chemii. W przemyśle stosuje się ją na wielką skalę w celu zwiększenia trwałości tłuszczów nienasyconych, zawierających kwasy tłuszczowe z przynajmniej jednym wiązaniem podwójnym, występujących głównie w olejach roślinnych (nasycanie tłuszczów nienasyconych do nasyconych).
[[Plik:wodorowanie_katalityczne.svg||thumb|center|400px|Nasycanie tłuszczy]]
</li>
<li> reakcja przyłączania cząsteczki bromu (<math>\mathrm{Br}_2</math>) do wiązania podwójnego:
{|class="wikitable"
|[[Plik:bromowanie.png|300px]]
|[[Plik:woda_bromowa.png|300px]]
|-
|przyłączanie cząsteczki bromu do wiązania podwójnego
|Ciekawostką jest nieco odmienny chemizm tzw. odbarwiania wody bromowej (powyżej)
|}
</li>
<li> reakcja polimeryzacji <center><math> n\ \mathrm{CH}_2=\mathrm{CH}_2\ \rightarrow [-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-]_n </math></center> Polimery w zależności od masy i struktury posiadają inne właściwości, polietyleny niskocząsteczkowe są miękkie, z kolei rozgałęzienia zwiększają elastyczność. [[Plik:Ethene polymerization.svg|thumb|right|300px|Polimeryzacja etenu]]</li>
<ul><li>Polipropylen (PP) występuje w trzech podstawowych typach strukturalnych, które różnią się położeniem grup &mdash; <math>\mathrm{CH}_3</math> (metylowych) w przestrzeni względem swoich sąsiadów. W zależności od warunków polimeryzacji i rodzaju katalizatora, można otrzymywać następujące odmiany polimeru:
<ul><li>PP ataktyczny (przypadkowy) </li>
<li>PP izotaktyczny (uporządkowany) &mdash; najlepsze właściwości mechaniczne, można otrzymać go stosując katalizatory typu Zieglera-Natty </li>
<li>PP syndiotaktyczny (naprzemienne położenie grup metylowych)</li></ul>
{|class="wikitable"
|[[Plik:Atactic polypropylene.svg|300px]]
|[[Plik:Isotactic polypropylene.svg|300px]]
|[[Plik:Syndiotactic polypropylene.svg|300px]]
|-
|Polipropylen ataktyczny
|Polipropylen izotaktyczny
|Polipropylen syndiotaktyczny
|}</li>
<li>Inne znane polimeryczne tworzywa sztuczne:
<ul><li>Polichloroetylen (Polichlorek winylu - PCW)</li>
<li>Polistyren </li>
<li>Teflon</li></ul>
</li></ul>
{|class="wikitable"
|[[Plik:PVC-polymerisation-2D.png|300px]]
|[[Plik:Polystyrene.svg|100px]]
|[[Plik:Teflon structure.PNG|100px]]
|-
|PCW
|Polistyren
|Teflon
|}
</li>
<li> reakcja przyłączenia reagentów o cząsteczkach niesymetrycznych

[[Plik:chloropropan.svg|thumb|center|300px|Chloropropan]]

Jeżeli reakcja prowadzona jest w ciemności, bez dostępu tlenu i bez dodatku
inicjatorów wolnych rodników, obowiązuje tzw. '''reguła Markownikowa'''
&mdash; bardziej elektroujemna grupa przyłącza się zawsze do tego atomu węgla, 
przy którym jest mniej atomów wodoru, bądź &mdash; bardziej elektrododatnia 
grupa przyłącza się do tego atomu węgla, przy którym atomów wodoru jest więcej.

W przypadku propenu, grupa metylowa sąsiadująca z wiązaniem podwójnym
jest grupą elektronodonorową, powoduje desymetryzację wiązania
podwójnego (pojawia się moment dipolowy i wiązanie ulega
przesunięciu), a jeden z atomów węgla zyskuje cząstkowy ładunek
ujemny:

[[Plik:czastkowy_ladunek_ujemny.svg|thumb|center|200px|Desymetryzacja wiązania podwójnego]]

</li></ul>

===Energia wewnętrzna alkenów===

Energię wewnętrzną alkenów mierzymy w reakcji ich całkowitego
uwodornienia poprzez pomiar ciepła, jakie zostaje pochłonięte w tej
reakcji.

[[Plik:alken_na_alkan.svg|300px]]

Stereochemia związku ma wpływ na trwałość cząsteczki, spośród izomerów butenu
najtrwalszy (ma najniższą energię wewnętrzną) jest ''trans''-but-2-en.

[[Plik:Energia_buteny.gif|300px]]

Jeżeli w cząsteczce obecnych jest kilka wiązań podwójnych, to
położenie tych wiązań ma wpływ na energię wewnętrzną cząsteczki.

[[Plik:Wiązanie_podwójne_skumulowane_izolowane_sprzężone.svg|300px]]

Sprzężenie układu wiązań podwójnych sprzyja zatem obniżeniu energii
wewnętrznej cząsteczki, czyli stabilizuje układ. Jeszcze większy wkład
w stabilizację cząsteczki ma zjawisko aromatyczności.

===DIENY SPRZĘŻONE===

Węglowodory nienasycone, w których występują dwa wiązania podwójne rozdzielone
jednym wiązaniem pojedynczym:

<center><math>\ldots-\mathrm{CH}=\mathrm{CH}-\mathrm{C H}=\mathrm{CH}-\ldots</math></center>

Najprostszym dienem sprzężonym jest buta-1,3-dien:

[[Plik:Butadiene_structures.svg|300px|thumb|center|buta-1,3-dien]]

Dieny sprzężone są bardziej reaktywne od prostych alkenów, a mniej
reaktywne od allenów (dienów skumulowanych).

Dieny sprzężone ulegają addycji do alkenów, dając jako produkt
reakcji, pochodne cykloheksenu. Reakcję tę nazywamy reakcją
cykloaddycji Dielsa-Aldera.

[[Plik:Dielsalder.png|300px|thumb|center|reakcja cykloaddycji Dielsa-Aldera]]

Sprzężone dieny, podobnie jak proste alkeny, ulegają reakcjom polimeryzacji.

Naturalnym polimerem izoprenu jest kauczuk naturalny. Wiązania
podwójne w kauczuku naturalnym mają geometrię ''cis''- (w nowszym
systemie nomenklatury oznaczana jest ona jako ''Z''-). Istnieje
również naturalny analog kauczuku - gutaperka, w którym wiązania
podwójne mają geometrię ''trans''- (''E''-). Gutaperka jest twardsza,
skóropodobna i bardziej łamliwa niż guma, znalazła zastosowanie w
produkcji np. piłek golfowych.

[[Plik:Izopren_kauczuk_gutaperka.gif]]

W praktyce, na drodze polimeryzacji otrzymuje się wiele syntetycznych
rodzajów kauczuków. Są one materiałami miękkimi i dość lepkimi. Ich
utwardzenie następuje w procesie wulkanizacji. Surowy polimer ogrzewa
się z siarką, która powoduje usieciowanie polimeru (tworzą się mostki
siarkowe pomiędzy łańcuchami polimerów). Roztwory kauczuku naturalnego
zawierające substancje wulkanizujące stosuje się m.in. jako kleje.

[[Plik:Vulcanisation.GIF|400px|thumb|center|Tworzenie gumy poprzez wulkanizację kauczuku za pomocą siarki
rombowej (<math>\mathrm{S}8</math>)]]

==WĘGLOWODORY AROMATYCZNE==

===Kryteria aromatyczności===

# Cykliczny układ sprzężonych wiązań <math>\pi</math>.
# Możliwość przyjęcia płaskiej geometrii.
# Spełniona reguła Hückela: liczba elektronów <math>\pi</math> cyklicznego układu sprzężonego daje się zapisać jako <math> 4n+2\ (n = 0, 1, 2, 3,\dots)</math>.

{| class="wikitable"
|-
|[[Plik:Benzene.svg|120px]]
|[[Plik:Naphthalene-2D-Skeletal.svg|200px]]
|[[Plik:Anthracene.svg|300px]]
|-
|benzen
|naftalen
|antracen
|}
===Benzen===

Wszystkie 6 atomów węgla oraz sześć orbitali ''p'' w benzenie są równocenne, co w
konsekwencji prowadzi do wniosku, że 6 elektronów <math>\pi</math> w benzenie jest całkowicie
zdelokalizowanych w obrębie pierścienia.

[[Plik:Benzene-orbitals3.png|300px|thumb|center|Orbitale w benzenie]]

Benzen jest hybrydą rezonansową dwóch równocennych struktur:

[[Plik:Benz3.svg|200px|thumb|center|Benzen jest rezonansową hybrydą dwóch równocennych struktur]]

Cząsteczkę benzenu często rysuje się w postaci:

[[Plik:Benzene_circle.svg|100px|thumb|center|Struktura benzenu]]

Kółko we wzorze reprezentuje sekstet elektronów zdelokalizowanych,
nadający cząsteczce charakter aromatyczny. Aromatyczność daje molekule
znaczną stabilizację energetyczną (o ile tylko cząsteczka jest
płaska).

Warto zwrócić w tym miejscu uwagę na nieprawidłową (choć, niestety,
często spotykaną) reprezentację cząsteczki naftalenu, która także jest
aromatyczna:

[[Plik:Naphtalene-diagram.png|100px|thumb|center|Nieprawidłowy diagram naftalenu]]

Nieprawidłowość zapisu polega tu na umieszczeniu we wzorze dwóch
kółek, symbolizujących sekstety elektronowe. Błędnie sugeruje to
obecność dwóch takich sekstetów (<math>12e^-</math>), podczas gdy
naftalen posiada 10 elektronów <math>\pi</math>.

Benzen jest związkiem nienasyconym, jednak nie ulega reakcjom
charakterystycznym dla alkenów (w wyniku reakcji z bromem otrzymujemy
produkt substytucji, produkt addycji NIE powstaje). Warto zauważyć, iż
reakcja z bromem nie zachodzi nawet w drastycznych warunkach, przy
braku obecności specyficznego katalizatora &mdash; kwasu Lewisa. Może być
nim np. halogenek żelaza lub glinu:

[[Plik:Benzen_brom.svg|300px|thumb|center|Reakcja benzenu z bromem]]

===Substytucja elektrofilowa===

Benzen i inne węglowodory aromatyczne ulegają reakcji '''substytucji elektrofilowej <math>\mathrm{S_E}</math>''', w której elektrofil oddziałuje z elektronami pierścienia.

[[Plik:Substytucja_elektrofilowa.svg|300px|thumb|center|Substytucja elektrofilowa]]

Do reakcji substytucji elektrofilowej należą, m.in.:

===='''reakcja nitrowania'''====

W mieszaninie nitrującej, która jest używana do nitrowania powstaje
elektrofilowy kation nitroniowy (<math>\mathrm{NO}^{2+}</math>).

[[Plik:Chem-Mech-NitroniumFormationWH2SO4.png|400px|thumb|center|Nitrowanie]]

W wyniku nitrowania benzenu otrzymujemy nitrobenzen.

[[Plik:OChem-Reaction-NitrationBenzene.png|500px|thumb|center|Nitrowanie benzenu]]

==== '''reakcja halogenowania'''====

W arenach pod wpływem halogenów (<math>\mathrm{Cl}_2</math> i<math>\mathrm{Br}_2</math> ) w
obecności kwasów Lewisa (np. <math>\mathrm{FeX}_3</math>) dochodzi do wymiany
atomu wodoru na atom halogenu.

[[Plik:halogenowanie.svg|400px|thumb|center|Halogenowanie Benzenu]]

====Wytwarzanie czynnika elektrofilowego:====
<center>
<math>
\mathrm{Br}-\mathrm{Br} \rightleftharpoons  \mathrm{Br}_3\mathrm{Fe}^{\delta-}-\ -\ -\mathrm{Br}-\ -\ -\mathrm{Br}^{\delta+}\rightleftharpoons \mathrm{FeBr}_4^-+\mathrm{Br}^+
</math>
</center>

Tworzenie nowego wiązania <math>\mathrm{C}-\mathrm{C}</math> pomiędzy pierścieniem aromatycznym, a inną resztą
organiczną, czyli reakcje alkilowania i acylowania arenów, katalizowane kwasem Lewisa
(najczęściej chlorkiem glinu) nazywane są reakcjami Friedela-Craftsa (F-C).

===== reakcja alkilowania Friedla-Craftsa=====

[[Plik:alkilowanieFC.svg|300px|thumb|center|Alkiowanie Friedla-Craftsa]]

======Wytwarzanie czynnika elektrofilowego======

<center>
<math>
\mathrm{H}_3\mathrm{C-Cl}\rightleftharpoons \mathrm{Cl}_3\mathrm{Al}^{\delta-}-\ -\ -\mathrm{Cl}-\ -\ -\mathrm{C}^{\delta+}\mathrm{H}_3 \rightleftharpoons \mathrm{AlCl}_4^-+\mathrm{CH}_3^+
</math>
</center>

=====reakcja acylowania Friedla-Craftsa=====

[[Plik:acylowanieFC.svg|300px|thumb|center|Acylowanie Friedla-Craftsa]]

======Wytwarzanie czynnika elektrofilowego======

[[Plik:acylowanieFC_czynnik_elektrofilowy.svg|300px|Acylowanie Friedla-Craftsa]]

====Reakcje <math>\mathrm{S_E}</math> w podstawionych benzenach. Efekt kierujący i aktywujący podstawników====

Reaktywność '''podstawionych arenów''' w reakcjach <math>\mathrm{S_E}</math>
zależy od właściwości podstawnika związanego z pierścieniem
aromatycznym. Może on ułatwiać reakcję <math>\mathrm{S_E}</math> (zwiększać
szybkość reakcji poprzez zwiększenie gęstości elektronowej na
pierścieniu aromatycznym. Nazywa się to uaktywnieniem pierścienia aromatycznego) lub ją utrudniać (obniżyć szybkość reakcji poprzez dezaktywację układu
aromatycznego).

Podstawnik obecny w pierścieniu wpływa też na miejsce przyłączenia grupy biorącej udział w <math>\mathrm{S_E}</math>.

Podstawniki związane z pierścieniem aromatycznym z uwagi na wpływ,
jaki wywierają na reakcje <math>\mathrm{S_E}</math> dzielą się na trzy
rodzaje:
# '''aktywujące''': kierują one nowy podstawnik w położenie '''orto'''- lub '''para'''-. Należą do nich grupy elektronodonorowe (EDG), a więc <math>\mathrm{-OH}</math>, <math>\mathrm{-OR}</math>, <math>\mathrm{-N}\mathrm{H}_2</math>, <math>\mathrm{-NHR}</math>, <math>\mathrm{NR}_2</math>, &mdash;alkil.
# '''dezaktywujące''': kierują nowy podstawnik w położenie '''meta'''-. Należą do nich grupy elektroakceptowowe (EWG): <math>-\mathrm{NO}_2</math>, <math>-\mathrm{COOH}</math>, <math>-\mathrm{COOR}</math>, <math>-\mathrm{CONR}_2</math>, <math>-\mathrm{CN}</math>, <math>-\mathrm{COR}</math>, <math>-\mathrm{COH}</math> i <math>- ^+\mathrm{NR}_3</math> (<math>\mathrm{R}</math>: <math>\mathrm{H}</math>, alkil lub aryl).
# '''dezaktywujące''', ale kierujące nowy podstawnik w położenie '''orto'''- lub '''para'''-. Należą do nich chlorowce.

Uwzględnienie efektów kierujących podstawników w pierścieniu
aromatycznym ma ogromne znaczenie przy planowaniu kolejnych etapów
syntezy, np.:

[[Plik:nitrowanie_toluenu.svg|500px|thumb|center|Nitrowanie toluenu]]

Jeśli substratem w naszej syntezie będzie toluen, to w wyniku reakcji
nitrowania otrzymamy kolejno p-nitrotoluen (powstaje na zimno), potem
(w wyniku dodania efektów kierujących grupy metylowej i grupy
nitrowej) 2,4-dinitrotoluen (powstaje po delikatnym ogrzaniu
mieszaniny reakcyjnej), a następnie 2,4,6-trinitrotoluen. Jeżeli
natomiast związkiem wyjściowym w syntezie będzie nitrobenzen, to bez
względu na to, czy najpierw poddamy go reakcji nitrowania czy
alkilowania Friedla-Craftsa, to 2,4,6-trinitrotoluen nie powstanie.

===Reakcje łańcuchów bocznych pierścienia:===

* redukcja grupy nitrowej 
[[Plik:redukcja_grupy_nitrowej.svg|300px|thumb|center|Redukcja grupy nitrowej]]
* całkowita redukcja grupy karbonylowej
[[Plik:calkowita_redukcja_grupy_karbonylowej.svg|400px|thumb|center|Całkowita redukcja grupy karbonylowej]]
* utlenianie alkilowych pochodnych benzenu &mdash; zawsze prowadzi do kwasu benzoesowego
[[Plik:utlenianie_alkilowych_pochodnych_benzenu.svg|400px|thumb|center|Utlenianie alkilowych pochodnych benzenu]]

==Antyaromatyczność==

Nie wszystkie polialkeny, sprzężone i cykliczne uzyskują zwiększona
trwałość wynikającą z efektu aromatyczności. Te, które spełniają
regułę 4n elektronów <math>\pi</math> (tzw. anty-Huckel’a), doznają silnej
destabilizacji, gdy są płaskie. Ta destabilizacja nosi nazwę
antyaromatyczności i jest zjawiskiem na tyle niekorzystnym, iż
cząsteczka 1,3,5,7-cyklooktatetraenu przyjmuje wymuszoną konformację niepłaską, aby "uniknąć" antyaromatycznej destabilizacji. Ma ona właściwości typowego alkenu (na dodatek nietrwałego).
Z kolei cząsteczka cyklobutadienu, której wielkość umożliwia wyłącznie  płaską (prostokątną) konformację w stanie wolnym, jest niezwykle nietrwała. Destabilizacja antyaromatyczna wynosi tu -54,7 kcal/mol w stosunku do 1,3-butadienu, co jest sporo większą różnicą energii wewnętrznej od energii aromatycznej stabilizacji benzenu. Dodatkowo destabilizuje cząsteczkę naprężenie walencyjne (30.7kcal/mol) dając w rezultacie destabilizację -85,4kcal/mol.
Nic zatem dziwnego, iż cząsteczkę bez dodatkowego utrwalenia kompleksowaniem można jedynie obserwować w matrycy np. argonowej. Co ważne, w cząsteczce cyklobutadienu wiązania podwójne i pojedyńcze są różnej długości, a cząsteczka skompleksowana atomem palladu może nawet przyjmować niepłaską konformację!

{|class="wikitable"
|[[Plik:Cyclobutadiene structure.svg|150px]]
|[[Plik:Cyclooctatetraen.svg|180px]]
|[[Plik:COT-all-cis.png|300px]]
|-
|Cyklobutadien
|Cyklooktatetraen
|1,3,5,7-Cyklooktatetraen
|}

==REAKCJE HALOALKANÓW==

Charakterystyczną reakcją pochodnych węglowodorów zawierających
zamiast jednego bądź kilku atomów wodoru atom chlorowca (halogen) jest
'''substytucja nukleofilowa'''. Jest to reakcja podstawienia, w której
czynnikiem atakującym jest nukleofil (<math>\mathrm{Nu}</math> lub <math>\mathrm{Nu}_-</math>).

Nukleofil, to cząsteczka lub grupa będąca donorem elektronów,
„lubiąca” dodatnio naładowane jądra innych atomów. Często jest
naładowana ujemnie.

Nukleofilem może być: cząsteczka wody, amoniaku, grupa hydroksylowa,
czy też grupa nitrylowa. Rodzaj nukleofila determinuje szybkość
reakcji substytucji nukleofilowej.

[[Plik:Nukleofile.png]]

W zależności od mechanizmu reakcji wyróżniamy:
* substytucję nukleofilową jednocząsteczkową (<math>\mathrm{S_{N_1}}</math>) &mdash; etap limitujący szybkość reakcji zależy od stężenia jednej substancji (substratu)
* substytucję nukleofilową dwucząsteczkową (<math>\mathrm{S_{N_2}}</math>) &mdash; etap limitujący szybkość reakcji zależy od stężenia dwóch substancji (substratu i nukleofila).

[[Plik:BromoethaneSN2reaction-small.png]]

===Reakcje eliminacji towarzyszą substytucji.===

Są to reakcje, w których następuje oderwanie od cząsteczki dwóch
atomów lub grup funkcyjnych bez zastąpienia ich innymi podstawnikami.

====Podstawowe typy reakcji eliminacji====
* Dehydrohalogenacja halogenków alkilów
[[Plik:Synthesis_of_alkenes_-_Dehydrohalogenation.png|300px]]
[[Plik:Dehydrohalogenacja.png]]
* Dehydratacja alkoholi katalizowana kwasami
[[Plik:Dehydratacja_alkoholi.png]]

====Orientacja w reakcjach eliminacji <math>\mathrm{E}_2</math>====

W większości reakcji dehydrohalogenacji '''orientacja''' ( położenie
wiązania podwójnego w tworzącym się alkanie) jest zgodna z regułą
Zajcewa.

====Reguła Zajcewa====

''W reakcjach odszczepiania wody od alkoholi lub chlorowcowodorów od chlorowcoalkanów atom wodoru odszczepia się od tego z sąsiednich atomów węgla, który jest najuboższy w wodór.''

Wykorzystując tę regułę można przewidywać produkty reakcji.

[[Plik:Reg_Zajcewa.png]]

[[Plik:Reguła_Zajcewa_-_eliminacja_2.gif]]

Wielkość nukleofila, jak również moc zasady mają wpływ na
konkurencyjność <math>\mathrm{S_{N2}-E_2}</math>.

[[Plik:Rozmiar_nukleofila_-_SN2_a_E2.gif]]

[[Plik:Moc_zasady_-_SN2_a_E2.gif]]

<!---{{następny|CHEM:Elementy_stereochemii}}-->