If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah
Aktuální čas:0:00Celková doba trvání:8:09

Transkript

V minulosti se mělo za to, že cykloalkany jsou rovinné, neboli planární útvary. Cyklopropan je prostě trojúhelník, cyklobutan čtverec, se všemi uhlíky v jedné rovině. Cyklopentan považovali za "placatý" pětiúhelník a cyklohexan za "placatý" šestiúhelník. Ale jak se tím dále zabývali, došli k myšlence úhlového pnutí. Úhlové pnutí navyšuje energii těchto látek. a je důsledkem vazebného úhlu, který se liší od ideálního úhlu 109,5°. Jak už asi víte, je to vazebný úhel, který svírají vazby na uhlíku při tetraedrální geometrii. Pojďme si spočítat vazebné úhly u těchto tvarů. V rovnostranném trojúhelníku bude 60°, což je mnohem méně než 109,5°. Z toho vyplývá, že cyklopropan bude mít výrazné úhlové pnutí. U cyklobutanu tento úhel vychází 90° a to je také o dost méně než 109,5°. Takže i cyklobutan má velké úhlové pnutí, i když menší než cyklopropan. U cyklopentanu vychází úhel 108°, a to je poměrně blízko 109,5°. Hodnoty jsou si bližší než u cyklohexanu, kde nám vychází úhel 120°. Podle této logiky by cyklopentan byl nejstabilnější ze všech cykloalkanů, protože jeho vazebný úhel se nejvíce blíží 109,5°. Jenže tento závěr se neslučuje s experimentálními hodnotami spalných tepel. Napřed se podívejme na cyklopropan. Pokud si spalné teplo definujeme jako opačnou hodnotu enthalpie, pro cyklopropan to bude 2091 kJ na jeden mol spáleného cyklopropanu. Kolik je v cyklopropanu CH₂ skupin? Podle vzorce je to 1, 2, 3. Proto je zde v tabulce číslo 3. Nemůžeme ale rovnou porovnávat cykloalkany podle hodnoty spalného tepla. Vidíme, že se hodnoty zvyšují s nárůstem počtu CH₂ skupin. Zde z 2091 na 2721 kJ na mol A zde 3291 na 3920 kJ na mol Ale to se dalo očekávat, protože když jdeme od cyklopropanu na cyklobutan a dále na cyklopentan cyklohexan, zvyšuje se počet uhlíku v kruhu. Jak už víme z předchozího videa o spalných teplech, zvýší-li se počet uhlíků, mělo by se zvýšit i spalné teplo. Proto nemůžeme jen tak porovnávat spalná tepla cykloalkanů, Je potřeba porovnávat spalná tepla vydělená počtem skupin CH₂, což nám poskytne lepší informaci o jejich stabilitě. Takže vezmeme 2091 kJ na mol, což je spalné teplo cyklopropanu, a vydělíme ho počtem CH₂ skupin, což je 3, takže nám vyjde 697. Toto je spalné teplo vydělené počtem CH₂ skupin v kJ na mol. A to už je lepší způsob, jak porovnávat stabilitu cykloalkanů. Všimněte si, že cyklopropan má nejvyšší hodnotu: 697 kJ na mol a skupinu. Cyklobutan má nižší 680, cyklopentan má 658 a cyklohexan přibližně 653 kJ na mol a skupinu. Pokud se vrátíte zpátky k videu o spalných teplech, tak tato hodnota 653 kJ na mol odpovídá přibližně hodnotě, kterou dostaneme u necyklického alkanu. Při prodloužení o jedno CH₂ se spalné teplo zvýší o cca 653 až 654 kJ na mol. Z toho vyplývá, že cyklohexan skoro žádné úhlové pnutí nemá. Cyklohexan je zhruba stejně stabilní jako necyklický alkan, a představa, že cyklohexan je planární (rovinný útvar), neodpovídá realitě. Cyklohexan není "placatý", uvidíte to v dalších videích. Cyklohexan je nejstabilnější z těchto cykloalkanů. Cyklopentan má o něco vyšší energii na skupinu a tudíž je o něco méně stabilní. u cyklobutanu je ta hodnota ještě vyšší a nakonec cyklopropan, který má 697 kJ na mol a skupinu, je nejméně stabilní. Toto je nejvyšší spalné teplo a látka s nejvyšší energií. Pojďme si rozebrat, proč má cyklopropan takto relativně vysoké spalné teplo na CH₂ skupinu. Mám tu model molekuly cyklopropanu. Když jej natočím z této strany, tak vidíme, že všechny 3 atomy uhlíku jsou ve stejné rovině. Tedy cyklopropan je planární. Je také vidět, že tyto vazby jsou ohnuté. Tento neobvyklý vazebný úhel způsobuje, že se orbitaly nepřekrývají úplně ideálně, což vede k těmto zahnutým vazbám. Vidíme, jak i v modelu jsou tyto plasty deformované. U cyklopropanu je ještě jeden důvod pro pnutí. Když se na jednu z vazeb uhlík-uhlík podíváme takto, tak vodíky před rovinou obrazovky zakrývají vodíky za rovinou obrazovky, Cyklopropan je uzamčen v této zákrytové komformaci. Oboje tato pnutí vedou k tomu, že tříčlenný kruh je velmi reaktivní a velmi snadno podléhá reakcím, při kterých se otevře. Nyní tento kruh vezmu a rozpojím. Jak se tak otevírá je vidět uvolnění tohoto pnutí, tyto vazby jsou nyní rovné. Zde máme molekulu cyklobutanu, I zde je vidět určité uhlové pnutí, i když není tak velké jako u cyklopropanu. Natočíme-li jej takto z boku, můžeme si ukázat i torzní pnutí: Vodíky vpředu jsou v zákrytu s vodíky vzadu. Aby pnutí bylo nižší, cyklobutan může zaujmout konformaci, která se nazývá zborcená. A když to teď natočím na bok, tak abychom se dívali na tuto vazbu uhlík-uhlík, všimneme si, že se opravdu torzní napětí snížilo. Vodíky vzadu už nejsou v zákrytu za vodíky vpředu. Nakonec se podíváme na model cyklopentanu, který má mnohem menší úhlové pnutí než cyklopropan i cyklobutan, ale když jej natočíme bokem, je patrné, že planární konformace je destabilizována torzním pnutím, vodíky jsou také v zákrytu. Část tohoto torzního pnutí může být uvolněno vychýlením z roviny. takovou konformaci, kde nebudou všechny uhlíky v jedné rovině. Toho docílíme natočením tohoto uhlíku nahoru, říká se tomu obálková konformace. 4 uhlíky zůstávají v jedné rovině. Tento uhlík, tento, ten vzadu a tento jsou ve stejné rovině. A tento pátý uhlík je mimo tuto rovinu, nad ní. Vypadá to trochu jako obálka, proto se to jmenuje obálková konformace. Nyní, když jsme porozuměli této vlastnosti cykloalkanů, zkusme si vyřešit malé cvičení. Nalevo máme ethylcyklopropan, napravo methylcyklobutan. Jsou to izomery, oba mají sumární vzorec C₅H₁₀. Prví otázka je, který izomer je stabilnější. Porovnáváme-li tříčlenný kruh a čtyřčlenný kruh, tak cyklopropan má vyšší energii, je v něm více pnutí. Proto ethylcyklopropan bude tím méně stabilním izomerem. A když je tento méně stabilní, tak methylcyklobutan bude ten stabilnější, methylcyklobutan bude mít nižší pnutí. Tím jsme odpověděli na první otázku. Druhá otázka je, který z nich bude mít vyšší spalné teplo. Víme, že stabilnější sloučeniny mají nižší spalné teplo. Je o tom video o spalných teplech. Z toho plyne, že methylcyklobutan bude mít nižší spalné teplo, protože je stabilnější. Což znamená, že ethylcyklopropan bude mít vyšší spalné teplo. Vyšší spalné teplo má ta látka, která je méně stabilní.