1. Zusammenfassung
2. Nomenklatur
3. Schmelz- und Siedepunkte
4. Löslichkeit
5. Chemische Eigenschaften
6. Prüfungsaufgaben

1. Zusammenfassung

Alkane sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, relativ reaktionsträge Verbindungen („Paraffine“) mit
sp³ – hybridisierten Kohlenstoffatomen, die zu linearen oder verzweigten Ketten, aber
auch zu Ringen verknüpft sind.
n – Alkane und iso – Alkane haben die Summenformel C_nH_2n+2,, bei cyclo – Alkanen
verringert sich die Zahl der Wasserstoffatome pro Ringschluss um jeweils zwei:
C₈H₁₆ (Cyclo – Octan), C₈H₁₄ (Bicyclo -Octan).
Die wichtigste chemische Reaktion der Alkane ist die radikalische Substitution.

2. Nomenklatur

Nach den IUPAC – Richtlinien bestimmt die längste Kohlenwasserstoffkette den
Namen des Alkans:

C₁ Methan
C₂ Ethan
C₃ Propan
C₄ Butan
C₅ Pentan
C₆ Hexan
C₇ Heptan
C₈ Octan
C₉ Nonan
C₁₀ Decan

Substituenten werden als Vorsilben angegeben: „Methyl“-butan
Gibt es mehrere Möglichkeiten der Anknüpfung der Substituenten, wie im Falle des
Methylpentans, so muss die Nummer des C – Atoms angegeben werden, an dem der
Substituent sitzt: 2 – Methylpentan, 3 – Methylpentan.
Hierbei soll so nummeriert werden, dass eine möglichst kleine Zahl erscheint.
Also nicht 4 – Methylpentan, sondern 2 – Methylpentan!
Die Anzahl der Substituenten muss ebenfalls angegeben werden:
Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta-, Octa-, Nona- und Deca- usw.
Beispiel: 2,2 – Dichlorbutan; 3,3,4 – Triethylheptan.

3. Schmelz- und Siedepunkte

Alkane sind Moleküle mit unpolaren Atombindungen, zwischen denen Van-der-Waals-
Wechselwirkungen auftreten. Diese sind umso größer, je elektronenreicher das
Molekül ist. Mit zunehmender Kettenlänge nehmen Schmelz- und Siedepunkte zu,
da mehr Wärmeenergie zugeführt werden muss, um die zwischenmolekularen Kräfte
zu überwinden.
n – Alkane sieden höher als ihre verzweigten Isomere, da die Van-der-Waals-
Wechselwirkungen bei Molekülen mit großen Oberflächen stärker ausgeprägt sind.
Die Schmelzpunkte sind dagegen bei verzweigten Molekülen mit fast kugelförmiger
Oberfläche besonders hoch, da so ein symmetrisches Molekülgitter mit dicht anein-
ander gelagerten Teilchen entsteht, dessen Gitterenergie besonders hoch ist.
So nehmen die Siedepunkte der Pentane in folgender Reihe zu:
2,2 – Dimethylpropan < 2 – Methylbutan < n -Pentan.
Dagegen hat 2,2 – Dimethylpropan als kugelförmiges Molekül den höchsten Schmelz-
punkt.

4 Löslichkeit

Similia similibus solvuntur.
Die unpolaren Alkane sind hydrophob (wasserfeindlich), aber lipophil (fettfreundlich).
Sie lösen sich nur in unpolaren Lösungsmitteln, z.B. Benzin, Tetrachlormethan oder
in langkettigen Alkoholen.
Begründung: Löslichkeit aufgrund der Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen
unpolaren Molekülen.
Beim Vermischen der Alkane mit polaren Lösungsmitteln wie Wasser entstehen
Emulsionen, die sich rasch wieder auftrennen.
Begründung: Wassermoleküle ziehen sich über Wasserstoffbrückenbindungen unterein-
ander so stark an, dass die unpolaren Alkane zwischen ihnen verdrängt werden.

5 Chemische Eigenschaften
5.1.Vollständige und unvollständige Verbrennung an Luft

Je höher die Molekülmasse der Alkane ist, desto unvollständiger läuft die Verbrennung
ab. Die Flamme leuchtet intensiver und rußt stärker.
Beispiele:
Vollständige Verbrennung von Cyclohexan
2C₅H₁₀ + 15 O₂ ---> 10 CO₂ + 10 H₂O
Unvollständige Verbrennung von Eikosan
C₂₀H₄₂ + 25 O₂ ---> 13 CO₂ + 3 CO + 4 C + 21 H₂O

5.2.Radikalische Substitution

Reaktionsfreudige Radikale reagieren leicht mit reaktionsträgen Paraffinen.

Ablauf:
1. Startreaktion: Photolyse, homolytische Radikalbildung durch Belichten oder starkes
Erhitzen von Halogenen
Hal₂ ---> 2 Hal^.
2. Radikalkettenreaktion, Propagation:
Alkan + Halogenradikal ---> Halogenwasserstoff + Alkylradikal,
Alkylradikal + Halogenmolekül ---> Halogenalkan + Halogenradikal,
usw.
In jedem Reaktionsschritt werden genauso viel Radikale gebildet wie verbraucht.
3. Kettenabschluss durch Rekombination zweier Radikale.

Energetischer Verlauf:
Bei den Halogenierungen verlaufen die Fluorierungen am stärksten exotherm,
Iodierungen dagegen endotherm. Die Reaktionsfreudigkeit nimmt also von Fluor
über Chlor und Brom zu Iod ab.

Regioselektivität:
Bromierungen sind für die präparative organische Chemie besonders wichtig, da sie sehr
regioselektiv verlaufen. Endständige Wasserstoffatome eines Alkans werden weniger
leicht substituiert als innere Wasserstoffatome.
So entstehen bei der Monobromierung von Propan 1-Brompropan und 2-Brompropan
im Verhältis 1:11,5, obwohl rein statistisch die Produkte im Verhältnis 3:1 auftreten
müssten.
Begründung: Je stabiler (energieärmer) die Zwischenstufen bei chemischen Reaktionen
sind, desto leichter verläuft die Reaktion.
Werden endständige Wasserstoffatome substituiert, so entstehen als Zwischenstufen
instabile (energiereiche) primäre Radikale.
Die Stabilität der Radikale nimmt zu in der Reihe: primäre R. < sekundäre R.< tertiäre R.
Nicht regioselektiv verläuft dagegen die Chlorierung, da sie so stark exotherm ist, dass
auch energiereichere Zwischenstufen durchlaufen werden.

nach oben  12/2   Leistungskurs   Chemie    Home