HYDROCARBON: alkane, alkene, HYDROCARBON: alkane, alkene, alkyne and aromaticalkyne and aromaticalkyne and aromaticalkyne and aromatic
SIRIHATHAI SRIKWANJAI
สารประกอบของคารบอน
สารประกอบของคารบอนเปนสารเคมทนาสนใจมากทสดอยางหนง
เนองจากมสวนเกยวของกบชวตประจาวนคอนขางมากสงตางๆทอยรอบๆตวๆ ๆ
เชน อาหาร โปรตน เสนใย เปนตน ดงนนการศกษาเกยวกบสารประกอบ
คารบอนจงเปนสงสาคญญ
คารบอนเปนธาตทมอยในโลกคอนขางมากทงในรปของธาตอสระและสารประกอบคารบอนเปนธาตทมอยในโลกคอนขางมากทงในรปของธาตอสระและสารประกอบ
ในตารางธาตจดไวเปนธาตหมท IV คาบท 2
มเลขอะตอม 6 โดยมการจดเรยงอเลกตรอนเปนมเลขอะตอม 6 โดยมการจดเรยงอเลกตรอนเปน
1s2 2s2 2p2 หรอ 2 , 4
มไอโซโทปทสาคญ 3 ชนดคอ 12C 13C และ 14C มไอโซโทปทสาคญ 3 ชนดคอ 12C , 13C, และ 14C
โดยมมวลอะตอมเฉลยเปน 12.011
เพชรมจดหลอมเหลว 3730 °C และจดเดอด 4830 °C
สมบตทวๆไปของคารบอนไดแก
เพชรมจดหลอมเหลว 3730 C และจดเดอด 4830 C
เพชร มความหนาแนน 3.51 g/cm3
แกรไฟต 2.26 g/cm3
มรศมอะตอม 0.077 nm
มพลงงานไอออไนเซชนลาดบทหนง (IE1) 1086 kJ/mol
โ มอเลกโตรเนกาตวต 2.5
คารบอนทอยในภาวะอสระตามธรมชาตม 2 รป คอ แกรไฟตและเพชร
สารอนทรยและสารอนนทรย
โดยทว ๆ ไปอาจจะแบงสารประกอบตางๆ ไดเปน 2 ประเภท
คอ สารอนทรย และสารอนนทรย
สารอนทรย หมายถง สารทมคารบอนเปนองคประกอบหลก
และมธาตอน ๆ เปนองคประกอบรวม เชน ธาต H , O, N, P, S, Cl, และ Br เปนตน ๆ , , , , , ,
ดงนนสารอนทรยทกชนดจะตองมธาต C อยดวยเสมอ
จงกลาวไดวาสารอนทรย คอสารประกอบของคารบอน
(ยกเวนสารประกอบของคารบอนบางชนด)
เดมนกเคมเชอวาสารอนทรยจะตองเกดจากสงมชวตเทานน
อาจจะเกดอยในธรรมชาตหรอสงเคราะหจากสารอนทรยดวยกน
แตจะสงเคราะหจากสารอนนทรยไมได
จนกระทงประมาณป ค.ศ. 1776
Carl Wilhelm Scheele นกวทยาศาสตรชาวสวเดน
สามารถสงเคราะหสารอนทรยจากสารอนนทรยได
โดยการเตรยมกรดออกซาลกจากปฏกรยาระหวาง
กรดไนตรกเขมขนกบนาตาลออย
แตกยงไมเปนทยอมรบกนมากนก
นาตาลออย + กรดไนตรก (เขมขน) → กรดออกซาลก
สารอนนทรย สารอนทรย
ตอมาในป ค.ศ. 1828 ฟรดรช เวอเลอร (Fridrich Wohler) นกเคมชาวเยอรมน
สามารถเตรยมยเรยซงเปนสารอนทรย จากการเผาแอมโมเนยมไซยาเนต
ซงเปนสารอนนทรยไดดงน
NH4CNO NH2-CO-NH2เผา
โ ไ แอมโมเนยมไซยาเนต ยเรย
ยเรย เปนสารอนทรยซงสวนใหญพบในปสสาวะของสตวเลยงลกดวยนม
การสรางพนธะของคารบอนsp3 hybrid orbital
การสรางพนธะของคารบอนsp3 hybrid orbital
การสรางพนธะของคารบอนsp2 hybrid orbitalsp2 hybrid orbital
การสรางพนธะของคารบอนsp hybrid orbital
การเขยนสตรโครงสรางของแอลเคน
1. แบบจด โดยเขยนจดแทนเวเลนซอเลกตรอนของแตละอะตอม
แสดงใหเหนถงการใชอเลกตรอนรวมกนของแตละคอะตอมในการเกดพนธะ
ขอเสยของวธนคอ จะทาใหสตรโครงสรางดยงเหยง และใชเนอทในการเขยนมาก
2. แบบเสน ใชขดหรอเสนสน ๆ แทนพนธะ
ใ ใ ไ วธนใชเนอทในการเขยนมาก แตแสดงพนธะเคมไดชดเจน
3. แบบรวม เขยนคารบอนอะตอมไวในบรรทดเดยวกน
บอกจานวนไฮโดรเจนดวยตวเลขหองกากบไวกบคารบอนนน ๆ เชน บอกจานวนไฮโดรเจนดวยตวเลขหองกากบไวกบคารบอนนน ๆ เชน
CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3
4. แบบผสม เปนการผสมระหวางแบบเสนกบแบบรวม
ใชขดแทนพนธะระหวางคารบอนเทานน
สวนจานวนไฮโดรเจนใหบอกจานวนดวยตวหอย เชน
CH3- CH2- CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
วธนใชเนอทไมมากและมองเหนไดชดเจน นยมใชกนมาก
Functional group
Functional group
Functional group
สตรทวไป
4
3 3
4
3 2 3
CC HH22 ++223 2 2 2 3
3
CCnnHH22n+n+22
3 2 2 3
Number of IsomersNumber of Isomers
การอานชอการอานชอ
การอานชอ การอานชอ ((ตอตอ))(( ))
หลกการเรยกชอหลกการเรยกชอ
1. เลอกสายโซทยาวทสด
ใ 2. ใหหมแทนทอยตาแหนงทนอยทสด
หลกการเรยกชอหลกการเรยกชอ ((ตอตอ))(( ))3. ระบตาแหนงของสายทมาเกาะตามดวยหม alkyl และ โซหลก
4. หากมหมแทนทสองหมใหเรยงตามลาดบตวอกษรภาษาองกฤษ
หลกการเรยกชอหลกการเรยกชอ ((ตอตอ))(( ))5. หากมหมแทนทซากนใหบอกจานวนหมแทนทเปน di tri tetra … ตามลาดบ
6 หากมหมแทนทมากหนงหม จะตองใหหมแทนทเกาะทตาแหนงนอยทสด6. หากมหมแทนทมากหนงหม จะตองใหหมแทนทเกาะทตาแหนงนอยทสด
การเรยกชอ การเรยกชอ ((ตอตอ))(( ))6. สาหรบหม alkyl ทมกงใหอานตามหลกขาตนแตลงทายดวย -yl
จงเรยกชอสารประกอบตอไปนจงเรยกชอสารประกอบตอไปน
สตรทวไป สตรทวไป cycloalkanecycloalkane yy
C HCnH2n+2 CnH2n
CnH2n-2
จงหาสตรทวไปและสตรโมเลกลของสารตอไปนจงหาสตรทวไปและสตรโมเลกลของสารตอไปน
1 4.1. 4.
2 5*2. 5 .
3 6**.3.
การเรยกชอสารประกอบ การเรยกชอสารประกอบ cycloalkanecycloalkaneyy
กรณคารบอนสายตรงยาวกวา กรณหมทเปนวงมความซบซอน
การแบงประเภทของสารประกอบไฮโดรคารบอน
สารประกอบไฮโดรคารบอน
อะลฟาตก
ไฮโดรคารบอน
อะลไซคลก
ไฮโดรคารบอน
อะโรมาตก
ไฮโดรคารบอนไฮโดรคารบอน ไฮโดรคารบอน ไฮโดรคารบอน
แอลเคน ไซโคลแอลเคน เบนซนแอลเคน
แอลคน
แอลไคน
ไซโคลแอลเคน
ไซโคลแอลคน อนพนธของเบนซน
สมบตทางกายภาพ
โครงสราง ชอ จดหลอมเหลว (°C) จดเดอด (°C)
CH4 Methane -182.5 -161.5
CH3CH3
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
Ethane
Propane
n – butane
-182.8
-187.7
-138.3
-88.6
-42.1
-0.53 2 2 3
CH3(CH2)3CH3
CH3(CH2)4CH3
CH (CH ) CH
n – pentane
n – hexane
n heptane
-129.7
-95.3
-90 6
36.1
68.7
98 4CH3(CH2)5CH3
CH3(CH2)6CH3
CH3(CH2)7CH3
n – heptane
n – octane
n – nonane
-90.6
-56.8
-54
98.4
125.7
151
CH3(CH2)8CH3
CH3(CH2)9CH3
CH3(CH2)10CH3
n – decane
n-undecane
n – dodecane
-39.7
-26
-9.6
174.1
196
216.33 2 10 3
CH3(CH2)11CH3
CH3(CH2)12CH3
CH (CH ) CH
n-tridecane
n – tetradecane
n – hexadecane
-5
5.8
18 2
234
253.5
268 8CH3(CH2)14CH3
CH3(CH2)16CH3
CH3(CH2)18CH3
n – hexadecane
n – octadecane
n – eicosane
18.2
28.2
36.4
268.8
316.3
343.0
สมบตทางกายภาพของ hexaneส e a e
จดเดอดของแอจดเดอดของแอลเคนลเคน vsvs ไซโคลแอไซโคลแอลเคนลเคน
Unbranched alkane
การแบงประเภทของไฮโดรเจนการแบงประเภทของไฮโดรเจน
สมบตทวไปของแอลเคนและไซโคลแอลเคน
เปนพนธะโคเวเลนซ
ไมนาไฟฟาเพราะไมมอเลกตรอนเหลอ
เมอนาไปเผาจะมเขมานอยมาก ๆ หรอไมม
ไ ใ ส ไ ไมมขว ละลายในสารละลายทไมมขว เชน
อเทอร เฮกเซน
ปฏกรยาการเผาไหมของสารประกอบไฮโดรคารบอน
CxHy + (x+y/4)O2 ----> xCO2 + y/2H2O + พลงงาน
ปจจยทมผลตอการเผาไหมของสารประกอบไฮโดรคารบอน
1. ปรมาณกาซออกซเจน ถามกาซออกซเจนมากจะเกดการเผาไหมสมบรณ
ตดไฟใหเปลวไฟสวาง แตไมมควนและเขมา ใหกาซ CO2 กบ H2O และความ
รอน
แตถามกาซออกซเจนนอยจะเกดการเผาไหมไมสมบรณ ตดไฟใหเปลวไฟ
สวาง
แตมควนและเขมา
ใหผงถาน กาซคารบอนมอนอกไซด กาซคารบอนไดออกไซดกบนา และใหผงถาน กาซคารบอนมอนอกไซด กาซคารบอนไดออกไซดกบนา และ
ความรอน
2. อตราสวนโดยอะตอมระหวาง C กบ H ถาตาไมมควนเขมา
และถามคาสงจะมควนเขมามาก ปรมาณควนเขมา ? อตราสวนโดยอะตอม
ของ C กบ H
ปฏกรยาของแอลเคนฏ
ปฏกรยาแทนท (Substitution Reaction)
HB+ HBr
ปฏกรยาการกาจดฏ
Alkene
สตรทวไป
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
-H2
CH3
CHCH
CH2
CH2
CH3CH3 CH2 CH2 CH3 CH CH2
CnH2n+2 CnH2n
การเรยกชอสารประกอบ alkeneการเรยกชอสารปร กอบ alkeneหาสายโซหลก
ใหพนธะคอยตาแหนงทนอยทสดบนโซหลก
CycloalkeneCycloalkeneyy
สมบตบางประการของ alkene
เปนพนธะโคเวเลนต จดเดอดจดหลอมเหลวตา
เปนสารประกอบไมอมตว
เผาไหมมเขมาเผาไหมมเขมา
ปฏกรยาของ alkeneปฏกรยาของ alkene1.ปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนโดยใชตวเรงปฏกรยา hydrogenation
Syn-additiony
ปฏกรยาของ ปฏกรยาของ alkenealkeneปฏกรยาของ ปฏกรยาของ alkenealkeneตวอยาง
2. ปฏกรยาการเตมฮาโลเจน Halogenationฏ g
anti-additionanti addition
ปฏกรยาปฏกรยา alkenealkene3. ปฏกรยาการเตมกรดปฏกรยาปฏกรยา alkenealkene
3.1 ปฏกรยาการเตมกรดไฮโดร3.1 ปฏกรยาการเตมกรดไฮโดร
3.2 ปฏกรยาการเตมกรดซลฟวรก3.2 ปฏกรยาการเตมกรดซลฟวรก
3.3 ปฏกรยาการเตมนาในสภาวะทเปนกรด
4. ปฏกรยาออกซเดชน4. ปฏกรยาออกซเดชน
เกดแบบ syn-addition
ปฏกรยาออกซเดชนทอณหภมสง
Case ICase I
ฏ
C IICase II
5. ปฏกรยาพอลเมอไรเซชน5. ปฏกรยาพอลเมอไรเซชนพอลเมอรเปนกระบวนการทโมเลกลเลกๆ เรยกวามอนอเมอร
เกดรวมตวเปนโมเลกลใหญ เรยกวา พอลเมอร
H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2n
Alkyne Alkyne yy
CnH2n+2n 2n 2
CnH2n-2
Alkyne ปสมบตบางประการ
เปนพนธะโคเวเลนต จดเดอดจดหลอมเหลวตา
เปนสารประกอบไมอมตวเปนสารประกอบไมอมตว
เผาไหมมเขมามาก
การเรยกชอ การเรยกชอ alkynealkyneการเรยกชอ การเรยกชอ alkynealkyne
11.. ปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนปฏกรยาการเตมไฮโดรเจน11.. ปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนปฏกรยาการเตมไฮโดรเจน
22.. ปฏกรยาการเตมฮาโลเจนปฏกรยาการเตมฮาโลเจน22.. ปฏกรยาการเตมฮาโลเจนปฏกรยาการเตมฮาโลเจน
33.. ปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนเฮไลดปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนเฮไลด33.. ปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนเฮไลดปฏกรยาการเตมไฮโดรเจนเฮไลด
??? ??? ทาไม ทาไม Br Br จงเขาท จงเขาท Carbon Carbon ตาแหนงเดยวกน ตาแหนงเดยวกน ????????? ??? ทาไม ทาไม Br Br จงเขาท จงเขาท Carbon Carbon ตาแหนงเดยวกน ตาแหนงเดยวกน ??????
44.. ปฏกรยาออกซเดชนปฏกรยาออกซเดชน44.. ปฏกรยาออกซเดชนปฏกรยาออกซเดชน
Condition I
RC CH KMnO4 H2O RCOOH CO2 MnO2 KOH
RC CR KMnO4 H2O RC MnO2 KOHCR
O O
Condition II
สตรโมเลกลของเบนซน
120°120
ความยาวพนธะ = 1 39 Åความยาวพนธะ = 1.39 Å
อยระหวาง C=C (1.32Å), C-C (1.54 Å)
สมบตป l
สมเปนพนธะ covalent จดเดอดจดหลอมเหลวตา
เปนสารประกอบทไมอมตวมากทสด และเมอเผาจะมเขมามาก
ทสด
ti itaromaticity◦ Planar
F ll j d◦ Fully conjugated◦ Monocyclic systems with (4n + 2) = π electrons
การเรยกชอ: ชอสามญหมแทนท 1 หม
การเรยกชอ: ชอสามญIUPAC
หมแทนท + benzene
ชอสามญ
หมแทนท benzene
ชอสามญ
การเรยกตาแหนงตางๆ บนเบนซนๆหมแทนท 2 หม
Common name
IUPAC บอกเปนตวเลข
NO2
Br
1-ethyl-2-methylbenzene
o-ethyltoluene3-bromo-1-nitrobenzene
m-bromonitrobenzeneNH2
OH
4-chlorophenol
hl h lCl p-chloroaniline
p-chlorophenol
4-chloro-1-aminobenzene Cl
หมแทนทมากกวา 2 หม
ระบตาแหนงเปนตวเลข เพอความสะดวก
OH NH2
Br
Cl
5-bromo-4-chloro-2-methyaniline
Cl
4-chloro-2-methylphenol5 bromo 4 chloro 2 methyaniline
พวกสาร aromatic ทมหลายวงพวกสาร aromatic ทมหลายวง
ปฏกรยาสวนใหญของสารประกอบเบนซนจะเปนการแทนท
H H
HH E+H
E+
H
H
H H
H
H
E+ = electrophile = electron + love
H
HH
กลไก
E+
H
HHE
+
HH
E+
H
H
H
H
H
HE
H
HHE
+HH
E
+HH
+
H
H
H+
H
HH
E
H
H
H
Alkene VS AromaticAlkene VS Aromatic
1.ปฏกรยาการแทนทดวยฮาโลเจน (Halogenation)ฏ ( oge o )
X
X2, FeX3 HX
2. ปฏกรยาการแทนทดวยหมไนโตร (Nitration) ฏ (N o )
3. ปฏกรยาการแทนทดวยหมซลโฟนก
(Sulfonation)
4. การแทนทดวยหมอลคล Alkyllation
หรอ Friedel Crafts alkylation
+
5. การแทนทดวยหมเอซล Acylation หรอ
Friedel Crafts acylation
+
ถาทดสอบการฟอกสส ส
ไป ส KM O B /CCl ไ ถานาไปทดสอบกบ KMnO4 และ Br2/CCl4 จะไมเกดการเปลยนแปลง
ผลของหมแทนทผลของหมแทนท หมทชอบใหอเลกตรอน
ผลของหมแทนทผลของหมแทนท หมทชอบดงอเลกตรอน
CN CN
H
HH
H H
HH
H
+
H
H
H H
H
H
CNCN
HH
CN
HH +
H
H
H+H
H
H
ไ ดงนนเกดไอออนบวกทตาแหนง o และ pดงนน elecgtrophile จงตองเขาทตาแหนง m
B /AlB
NO2NO2
Br2/AlBr3
Br
Br
H SO
BrBr
Br
SO3H
H2SO4 +
COOHSO3H
COOH
HNO3/H2SO4
NONO2
คาถามคาถาม
จงเตรยม chloromethyl benzene จาก Toluene
p bromonitrobenzene benzeneจงเตรยม p-bromonitrobenzene จาก benzene