Eine Kohlenwasserstoffkette ist ein Molekül, das vollständig aus Wasserstoff und Kohlenstoff besteht. Sie sind die einfachsten organischen Verbindungen und können flüssig, gasförmig oder fest sein. Es gibt viele Arten von Kohlenwasserstoffketten, einschließlich Alkanen, Alkenen, Alkinen, Cycloalkanen und Arenen. Sie können verzweigt, linear oder zyklisch sein. Kohlenwasserstoffketten sind in der Natur allgegenwärtig. Sie sind unpolar, d.h. sie vermischen sich nicht mit Wasser.
Carbons Valence Shell
Der einfachste Kohlenwasserstoff ist Methan, ein einzelnes zentrales Kohlenstoffatom, das an vier Wasserstoffatome gebunden ist. Das zentrale Kohlenstoffatom kann nicht mehr als vier weitere Bindungen eingehen, da es nur vier Valenzelektronen besitzt. Valenzelektronen sind freie Elektronen auf der äußeren Hülle des Atoms, die verfügbar sind, um sich mit Valenzelektronen an anderen Atomen zu binden oder Paare zu bilden, um Moleküle zu bilden. Während bei gesättigten Kohlenstoffketten alle vier Valenzelektronen um jeden Kohlenstoff herum besetzt sind, können einige Kohlenwasserstoffe ungesättigte Stellen aufweisen, an denen sich nur zwei oder drei Bindungen um den zentralen Kohlenstoff bilden. Diese Ungesättigtheiten können in Form von Doppel- oder Dreifachbindungen zu anderen Kohlenstoffen an Stellen vorliegen, an denen kein Wasserstoff vorhanden ist, sodass alle vier Valenzelektronen noch besetzt sind.
Benennung von Kohlenwasserstoffen
Kohlenwasserstoffe werden mit einem Präfix benannt, das auf der Anzahl der Kohlenstoffe in der Kette basiert, und einem Suffix, das die Arten der darin enthaltenen Bindungen angibt. Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen werden als Alkane, Alkene bzw. Alkine bezeichnet. Für die Verbindung "Ethan", die ein Gas ist, zeigt das Präfix "eth-" zwei Kohlenstoffe in der Kette an und das Suffix "-ane" zeigt an, dass es nur einfach gebundene Kohlenstoffe und Wasserstoffe enthält. Eine Verbindung mit neun Kohlenstoffatomen, die Doppelbindungen enthält, wird Nonen genannt. Hexan ist ein Beispiel für ein 6-Kohlenstoff-Molekül mit nur Einfachbindungen. Wenn das Molekül ein Ring ist, beginnt es mit dem Präfix "cyclo-" wie bei Cyclohexan, einem Sechs-Kohlenstoff-Ring mit allen Einfachbindungen.
Andere Benennungsregeln
Wenn ein Kohlenwasserstoff als "funktionelle Gruppe" an ein anderes Molekül gebunden ist, enthält das Präfix auch eine "-yl"-Endung. Wenn beispielsweise Ethan an ein anderes Molekül gebunden ist, wird es als Ethylgruppe bezeichnet. Wenn eine Verbindung mehr als eine Ungesättigtheit aufweist, wie beispielsweise eine Doppelbindung, wird die Nummer des Kohlenstoffs, von dem die Doppelbindung stammt, in den Namen unter Verwendung einer Zahl aufgenommen. Beispielsweise wird ein Butenmolekül mit einer Doppelbindung zwischen dem ersten und zweiten Kohlenstoff als 1-Buten bezeichnet. Schließlich sind spezielle Kohlenwasserstoffe, die Arene oder aromatische Kohlenwasserstoffe genannt werden, Ringe mit abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen.
Beispiele für Kohlenwasserstoffe
Kohlenwasserstoffe haben viele moderne Anwendungen. Naturkautschuk ist eine Art von Kohlenwasserstoff, der aus abwechselnd doppelt und einfach gebundenen Kohlenstoffen besteht. Ätherische Öle wie Menthol und Kampfer gehören zu einer Klasse ringförmiger Kohlenwasserstoffe, die Terpenoide genannt werden und bestehen aus 10 Kohlenstoffen und mindestens einem doppelt gebundenen Kohlenstoffpaar. Während Menthol in Zigaretten enthalten ist und Kampfer als Mottenabwehrmittel verwendet wird, werden einige Arten duftender ätherischer Öle in der Medizin und Parfümerie verwendet. Benzin, obwohl es kein reiner Kohlenwasserstoff ist, enthält eine Mischung von Kohlenwasserstoffen unterschiedlicher Länge, einschließlich Heptan, Isooctan, Cyclooctan und Ethylbenzol. Bei der Herstellung von Arzneimitteln werden häufig zahlreiche Lösungsmittel wie Ethanol und Benzol verwendet.