เคมีอินทรย์ บทที่ 3 สารประกอบอัลคีน Alkenes

บทที่ 3

สารประกอบอัลคีน

   สารประกอบอัลคีน คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่มีคาร์บอนต่อกันเป็นพันธะไพอยู่ในโมเลกุล 1  ตำแหน่ง

พันธะไพ เป็นพันธะคู่ที่มีความแข็งแรงของพันธะมากกว่าพันธะเดี่ยว มีสูตรทั่วไปเป็น C_nH_2n อัลคีนทีเป็นโซ่เปิด และ C_nH_2n+2 สำหรับอัลคีนที่เป็นโซ่ปิด

1. การเรียกชื่อ 

การเรียกชื่อสามัญ

ใช้เรียกสารประกอบอัลคีนตัวเล็กๆ ทำได้โดยเปลี่ยนคำลงท้าย-ane เป็น -ylene เช่น

การเรียกแบบ IUPAC

ใช้หลักการเดียวกับการอ่านชื่อสารประกอบอัลเคน โดยเปลี่ยนคำลงท้ายเป็น-ene ให้ตำแหน่งพันธะคู่เป็นตัวเลขระบุตำแหน่งที่น้อยที่สุด แต่ถ้าเป็น cycloalkenes ตำแหน่งของพันธะคู่จะเป็นตำแหน่งที่1เสมอ หมู่Alkenylที่พบบ่อย เช่น 

2. การแทนที่ไฮโดรเจน

การแทนที่ไฮโดรเจนด้วยหมู่alkyl2หมู่

การแทนที่ลักษณะนี้จะมองในรูปแบบของสารประกอบที่เป็นอนุพันธ์ของ Ethylene ซึ่งก่อให้เกิด ไอโซเมอร์เชิงเรขาคณิต (Geometrical Isomer)ซึ่งมีการเรียกชื่อในระบบ cis- และ trans-

การแทนที่ไฮโดรเจนด้วยหมู่alkyl3 หรือ 4 หมู่

การแทนที่ลักษณะนี้หมู่มาเกาะกับคาร์บอนตัวต้นและตัวท้ายในพันธะคู่ เป็นคนละหมู่กันทั้งหมด ใช้ระบบของ Cahn-Ingold-Prelog หากหมู่ใหญ่อยู่ด้านเดียวกัน ใช้ Z- นำหน้า หากตรงข้ามกัน ใช้ E- นำหน้า

3. สมบัติทางกายภาพ

-สารประกอบอัลคีนที่มีคาร์บอนน้อยกว่า5อะตอม จะระเหยง่ายที่อุณหภูมิห้อง

-สารประกอบอัลคีนจะละลายน้ำได้ในตัวทำละลายอินทรีย์

-จุดเดือดจุดหลอมเหลว มากกว่า สารประกอบอัลเคน

ความเสถียร

4. การเตรียมสารประกอบอัลคีน

4.1 Dehydrohalogenation of Alkylhalides by alc. KOH

4.2 Dehydration of Alcohols

4.3 Reduction of Alkynes

5. ปฏิกิริยาของสารประกอบอัลคีน

5.1 Addition Reaction of Alkenes

5.1.1 Halogenation of Alkenes

5.1.2 Hydrogenation of  Alkenes

5.1.3 Hydrohalogination of Alkenes(Markovnikov's Rule)

*** ไฮโดรเจนจะเข้าที่ตำแหน่งที่มีไฮโดรเจนมากอะตอม ส่วนอะตอมของฮาโลเจนจะเข้าอีกข้างหนึ่ง 

5.1.4 Hydration of Alkenes

5.2 Hydroxylation of Alkenes(Oxidation reaction/Glycol formation reaction)

5.3 Ozonolysis of Alkenes

 

*** จะเป็นaldehyde หรือ ketone ดูที่อัลคีนมีลักษณะอย่างไร ***

5.4 Polymerization

บรรณานุกรม : http://www.thaiblogonline.com/benjidogstory.blog?PostID=24914

เคมีอินทรีย์ บทที่ 2 สารประกอบอัลเคน Alkanes

 สารประกอบอัลเคน

  อัลเคนเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีสูตรทั้วไปเป็น C_nH_2n+2

1. การเรียกชื่อ Nomeclature

แบ่งเป็น 2 ประเภท คือชื่อสามัญ และชื่อ IUPAC

การเรียกชื่อสามัญ

ใช้เรียกชื่อโมเลกุลเล็กๆ ที่ไม่ซับซ้อน ถ้าโมเลกุลใหญ่ขึ้นอาจจะต้องเติมคำนำหน้า  

เช่น n- , iso- , หรือ neo-   ลงไปด้วย 

 ตัวอย่างเช่น

          CH₄ เรียก  มีเทน

          CH₃ - CH₂ - CH₃ เรียกโพรเพน

          CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃   เรียกนอร์มอลเพนเทน

         

         

          CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃    เรียกนอร์มอลเฮกเซน

          

การเรียกชื่อ IUPAC

มีหลักการเรียกชื่อดังนี้

          1. ถ้าเป็นโมเลกุลสายยาว ไม่มีกิ่ง ให้เรียกชื่อโครงสร้างหลักตามจำนวนคาร์บอนที่มี แล้วลงท้ายด้วย - ane (เ - น)  เช่น

          CH₃-CH₂-CH₂-CH₃        มีคาร์บอน 4 อะตอมเรียกว่า  บิวเทน  (butane = but +ane)

          CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃  มีคาร์บอน 5 อะตอมเรียกว่า  เพนเทน  (pentane = pent +ane)

          CH₃-CH₂-CH₂-CH₂- CH₂-CH₃ มีคาร์บอน 6 อะตอมเรียกว่า เฮกเซน  (hexane = hex +ane)

          2.  ถ้าเป็นโมเลกุลสายยาวที่มีกิ่ง ให้เลือกโครงสร้างหลักที่คาร์บอนต่อกันเป็นสายยาวที่สุดก่อนเรียกชื่อโครงสร้างหลักแล้วลงท้ายด้วย -ane (เ - น)   หลังจากนั้นจึงพิจารณาส่วนที่เป็นกิ่ง

          3.ส่วนที่เป็นกิ่ง เรียกว่าหมู่แอลคิล การเรียกชื่อหมู่แอลคิลมีหลักการดังนี้

                   หมู่อัลคิล (alkyl group) หมายถึง หมู่ที่เกิดจากการลดจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนในแอลเคน 1 อะตอม หรือ หมู่แอลคิลคือแอลเคนที่ไฮโดรเจนลดลง 1 อะตอมนั่นเอง     เขียนสูตรทั่วไปเป็น -R   โดยที่  R =  C_nH_{2n + 1}

ตัวอย่างแอลเคนและหมู่แอลคิล

แอลเคน (R-H)	แอลคิล (-R)
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12	-CH3 -C2H5 -C3H7 -C4H9 -C5H11

          การเรียกชื่อหมู่อัลคิล

          เรียกเหมือนกับอัลเคน แต่เปลี่ยนคำลงท้ายจาก -ane เป็น  -yl พวกแอลคิลหมู่เล็กๆ มักนิยมเรียกชื่อแบบสามัญ แต่ถ้าโครงสร้างซับซ้อนต้องเรียกชื่อตามระบบ IUPAC ดังเช่นตัวอย่างต่อไปนี้

จำนวน	แอลเคน		หมู่แอลคิล
C อะตอม	โครงสร้าง	ชื่อ	โครงสร้าง	ชื่อ
1	CH4	มีเทน (methane)	-CH3	เมทิล (methyl)
2	CH3 - CH3	อีเทน (ethane)	-CH2 - CH3	เอทิล (ethyl)
3	CH3- CH2 -CH3	โพรเพน  (propane)	-CH2 - CH2 - CH3	โพรพิล (propyl)
				ไอโซโพรพิล (isopropyl)
4	CH3 - CH2 -CH2 - CH3	บิวเทน (butane)	-CH3-CH2-CH2-CH3	บิวทิล (butyl)
				เซคอนดารี-บิวทิล (secondary-butyl หรือ sec-butyl)
				เทอเซียรี่-บิวทิล (tertiary butyl หรือ tert-butyl)
		ไอโซบิวเทน (isobutane)		ไอโซบิวทิล (isobutyl)
5	CH3-CH2 -CH2 -CH2 -CH3	เพนเทน (pentane)	-CH2-CH2-CH2-CH2 -CH3	เพนทิล หรือ นอร์มอล-เพนทิล (pentyl หรือ n-pentyl  หรือ sec-pentyl)
		นิโอเพนเทน		นีโอเพนทิล (neopentyl)
		ไอโซเพนเทน		ไอโซเพนทิล (isopentyl)
				เทอเซียรี่-เพนทิล tert-pentyl

          4.การนับจำนวนคาร์บอนในโครงสร้างหลักเพื่อบอกตำแหน่งของหมู่แอลคิล ให้ใช้ตัวเลขที่มีค่าน้อยที่สุด  เช่น

          5.ตรวจดูว่ามีหมู่แอลคิลอะไรบ้าง ต่ออยู่กับคาร์บอนตำแหน่งไหนของโครงสร้างหลักให้เรียกชื่อหมู่แอลคิลนั้นโดยเขียนเลขบอกตำแหน่งไว้หน้าชื่อพร้อมกับมีขีด ( - ) คั่นกลาง  เช่น

                   2-methyl,   3-methyl ,   3-ethyl   ฯลฯ

          6.ถ้ามีหมู่แอลคิลที่เหมือนกันหลายหมู่ ให้บอกตำแหน่งทุก ๆ หมู่ และบอกจำนวนหมู่ด้วยภาษาละติน  เช่น  di = 2,  tri = 3 , tetra = 4 , penta = 5 , hexa = 6 , hepta = 7 , octa = 8 , nona = 9 , deca = 10  เป็นต้น  เช่น

                   2, 3 - dimethyl   , 

3, 3 , 4 - trimethyl

          7.ถ้ามีหมู่แอลคิลต่างชนิดมาต่อกับโคงสร้างหลัก ให้เรียกทุกหมู่ตามลำดับตัวอักษรภาษาอังกฤษ (ไม่รวมจำนวนหมู่ เช่น di, tri , tetra)  พร้อมกับบอกตำแหน่งของหมู่แอลคิลแต่ละหมู่  เช่น

                   3-ethyl - 2 - methyl   ,  

                   3 - ethyl - 2, 3 - dimethyl

         

          8.ถ้าหมู่แอลคิลมคาร์บอนไม่เกิน 4 อะตอมมักจะเรียกแบบชื่อสามัญ แต่ถ้ามากกว่านี้และเรียกชื่อสามัญไม่ได้ให้เรียกตามระบบ IUPAC

          9.ชื่อของหมู่แอลคิลและชื่อโครงสร้างหลักต้องเขียนติดกัน

ตารางแสดง ชื่อในระบบ IUPAC  ของแอลเคนที่คาร์บอนต่อกันเป็นสายยาว 10 ตัวแรก

จำนวนอะตอมของคาร์บอน	สูตรโครงสร้าง	ชื่อ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	CH4 CH3 - CH3 CH3 - CH2 - CH3 CH3 - (CH2)2 - CH3 CH3 - (CH2)3 - CH3 CH3 - (CH2)4 - CH3 CH3 - (CH2)5 - CH3 CH3 - (CH2)6 - CH3 CH3 - (CH2)7 - CH3 CH3 - (CH2)8 - CH3	มีเทน (methane) อีเทน (ethane) โพรเพน (propane) บิวเทน (butane) เพนเทน (pentane) เฮกเซน (hexane) เฮปเทน (heptane) ออกเทน (octane) โนเนน (nonane) เดกเซน (decane)

         

ไอโซเมอร์ของแอลเคน

          แอลเคนจะเริ่มมีไอโซเมอร์เมื่อโมเลกุลมี  C 4 อะตอมขึ้นไป และเมื่อ C ในโมเลกุลเพิ่มขึ้นจำนวนไอโซเมอร์จะเพิ่มขึ้นด้วย

ตาราง แสดงจำนวนไอโซเมอร์ของแอลเคน

จำนวนคาร์บอน	สูตรโมเลกุล	จำนวนไอโซเมอร์
4 5 6 7 9 10 15 20 30	C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C9H20 C10H22 C15H32 C20H42 C30H62	2 3 5 9 35 75 4347 336319 411846763

 สมบัติทางกายภาพ

      1.เป็นสารประกอบที่ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ดังนั้นเมื่อนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงจึงต้องใส่สารที่มีกลิ่นไปด้วยเช่น butyl mercaptan เพื่อเป็นตัวบอกให้ทราบว่ามีก๊าซรั่วหรือไม่

       2.พวกโมเลกุลเล็กๆ ประมาณจำนวนคาร์บอน 1 -4 อะตอมจะเป็นก๊าซ  จำนวนคาร์บอน 5-17 อะตอมจะเป็นของเหลวและากกว่า 17 อะตอมจะเป็นของแข็ง

       3.เป็นโมเลกุลโคเวเลนต์ชนิดไม่มีขั้วจึงไม่ละลายในตัวทำละลายที่มีขั้ว เช่น น้ำ แต่ละลายได้ดีในตัวทำละลายท่ำม่มีขั้ว เช่น เบนซีน โทลูอีน

       4.ไม่นำไฟฟ้าในทุกสถานะ

       5.จุดเดือดและจุดหลอมเหลวค่นข้างต่ำ เนื่องจากเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วจึงมีแรงระหว่างโมเลกุลเพียงชนิดเดียว คือแรงแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งเป็นแรงที่อ่อน ดังนั้นจุดเดือดจึงค่อนข้างต่ำ แต่จุดเดือดจะเพิ่มขึ้นเมื่อมวลโมเลกุลเพิ่มขึ้น แรงแวนเดอร์วาลส์จึงเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นผลทำให้จุดเดือดสูงขึ้น

      6.สำหรับแอลเคนที่เป็นไอโซเมอร์กัน ชนิดที่เป็นโซ่ตรงจะมีจุดเดือดสูงกว่าชนิดที่เป็นโซ่กิ่ง เนื่องจากชนิดที่เป็นโซ่ตรงมีพื้นที่ผิวของโมเลกุลซึ่งจะก่อให้เกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากกว่าชนิดที่เป็นโซ่กิ่ง ยิ่งมีสาขามากเท่าใดจะยิ่งมีจุดเดือดต่ำลงเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น

          7.มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ความหนาแน่นมากที่สุดประมาณ 0.8 g/cm³  ดังนั้นแอลเคนจึงลอยน้ำ แอลเคนที่มีโครงสร้างในลักษณะเดียวกัน เมื่อ C ในโมเลกุลเพิ่มขึ้นความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้น

          8.ติดไฟง่ายและไม่มีเขม่า

 การเตรียมสารประกอบแอลเคน

Hydrogenation of Alkenes or Alkynes

  เป็นการเตรียมสารประกอบอัลเคนโดยการเติมไฮโดรเจนเข้าไป ในพันธะไพของสารประกอบอัลคีนหรืออัลไคน์ 

โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นโลหะ

Hydrogenation of Alkyhalides

  เป็นการเตรียมสารประกอบอัลเคนโยการให้สารประกอบอัลคิลเฮไลด์ทำปฏิกิริยาไฮโดรเจน โดยมีโลหะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

  ปฏิกิริยาของสารประกอบอัลเคน

          โดยทั่วๆ ไปแอลเคนเป็นสารประกอบที่ค่อนข้างเฉื่อย เกิดปฏิกิริยากับสารเคมีต่างๆ ที่อุณหภูมิห้องช้า จึงได้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พาราฟิน (parafin) ซึ่งมาจากภาษาละตินคือ parum affinis ซึ่งหมายถึงไม่ถูกทำลายด้วยกรด เบส ตัวออกซิไดส์ หรือตัวรีดิวซ์ จึงไม่เหมาะแก่การทดลองในห้องปฏิบัติการ แต่ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาได้

          เนื่องจากแอลเคนเป็นสารประกอบของคาร์บอนที่อิ่มตัวจึงไม่เกิดปฏิกิริยาการเติม แต่จะเกิดปฏิกิริยาการแทนที่โดยมีปฏิกิริยาที่สำคัญดังนี้

          1. ปฏิกิริยาการเผาไหม้ (combustion oxidation)

          เมื่อแอลเคนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะติดไฟได้ง่าย ไม่มีเขม่าและคายความร้อนมากซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ใช้แอลเคนเป็นเชื้อเพลิง เขียนเป็นสมการทั่ว ๆ ไปได้ดังนี้

                             C_xH_y  +  ( x + )O₂  ®  xCO₂  +  H₂O

           2.ปฏิกิริยาการแทนที่ (substitution reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่ ไฮโดรเจน ในแอลเคนถูกแทนที่ด้วยอะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่น ๆ ถ้าถูกแทนที่ด้วยธาตุเฮโลเจน เช่น Cl₂ , Br₂   จะเรียกว่าปฏิกิริยา  ฮาโลจิเนชัน (halogenation)  โดยถ้าใช้  Cl₂  จะเรียกเป็นชื่อเฉพาะว่าปฏิกิริยา คลอริเนชัน (chlorination)  และถ้าใช้ Br₂  จะเรียกปฏิกิริยา โบรมิเนชัน (bromination) สำหรับ F₂ ไม่ใช้เพราะเกิดปฏิกิริยารุนแรง  I₂  ไม่ใช้เพราะเป็นของแข็งซึ่งไม่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยาทั้งนี้ปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นได้ต้องมีแสงสว่างเป็นตัวช่วย

          ในปฏิกิริยาฮาโลจิเนชันของแอลเคนจะได้ผลิตภัณฑ์เป็น อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) และก๊าซ ไฮโดรเจนเฮไลด์ เขียนเป็นสมการทั่ว ๆ ไปดังนี้

                   C_nH_{2n +2}   +    X₂       C_nH_{2n + 1}X    +    HX

                   แอลเคน     ฮาโลเจน               อัลคิลเฮไลด์   ไฮโดรเจนเฮไลด์

          3.ปฏิกิริยาการแตกสลาย (cracking or pyrolysis)  เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้แอลเคนโมเลกุลใหญ่ๆ สลายตัวกลายเป็นโมเลกุลที่เล็กลง โดยการเผาแอลเคนในภาชนะที่อุณหภูมิประมาณ  400-600 ⁰C  พร้อมทั้งมีตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น

Al2O3-SiO2

                   CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ C₄H₈ + C₃H₆ + C₂H₆ + C₂H₄ + CH₄ + H₂

  _{สารประกอบไซโคลอัลเคน}

_{ซโคลแอลเคน เป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างเป็นวง พันธะระหว่างอะตอมคาร์บอนยึดเหี่ยวด้วยพันธะเดี่ยว เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเช่นเดียวกับแอลเคน มีสูตรทั่วไปเป็น CnH2n โดยประกอบด้วยคาร์บอนตั้งแต่ 3 อะตอมขึ้นไป}

   เรียกเหมือนกับแอลเคน แต่นำหน้าชื่อด้วยคำว่า “ไซโคล” (cyclo) เช่น ไซโคลโพรเพน  ไซโคลบิวเทน  ไซโคลเพนเทน  เป็นต้น

ไซโคลโพรเพนCyclopropane	ไซโคลบิวเทนCyclobutane	ไซโคลเพนเทน Cyclopentana	ไซโคลเฮกเซน Cyclohexane

   ไซโคลแอลเคน เป็นไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว เป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว มีแนวโน้มของจุดหลอมเหลวและจุดเดือดเพิ่มขึ้นตามจำนวนอะตอมของคาร์บอนเช่นเดียวกับแอลเคนโซ่ตรง

การเกิดปฏิกิริยา คล้ายกับแอลเคนโซ่ตรง คือเกิดปฏิกิริยาแทนที่กับเฮโลเจนในที่มีแสงสว่าง   ติดไฟได้ดีไม่มีเขม่าและควัน

	+	Br2			+	HBr
Cyclohexane				Bromo cyclohexane	Hydrogen bromide

บรรนานุกรม เว็บไซต์ : http://www.promma.ac.th/main/chemistry/boonrawd_site/cycloalkane.htm

                                  :  http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem7/type_of_hydrocarbon.htm