UHLOVODÍKY ALKANY (...)

Transkript

1 UHLOVODÍKY ALKANY (...) alifatické nasycené uhlovodíky nerozvětvené i rozvětvené mezi atomy uhlíku pouze jednoduché vazby (σ vazby), mezi nimi úhel název: kmen + an obecný vzorec C n H 2n + 2 tvoří homologickou řadu homologický přírůstek -CH 2 - uhlovodíkový zbytek od alkanů = ALKYL (methyl-, butyl- ) od butanu řetězová izomerie (jeden sumární vzorec odpovídá více strukturám) výskyt: zemní plyn plynné alkany CH 4 až C 4 H 10 vlastnosti: příprava: o ropa kapalné a tuhé alkany o skupenství: C 1 C 4..., C 5 C 15..., C 16 a více... o t t a t v roste s délkou řetězce o... sloučeniny o nerozpustné ve vodě, rozpustné pouze v... benzín (směs C 5 C 10 ) o bezbarvé, bez zápachu, kapalné benzínový zápach o nepolární vazby v řetězci se štěpí homolyticky vznik... o málo reaktivní, reagují za zvýšené t, při ozáření, za přítomnosti radikálů z nenasycených uhlovodíků katalytickou hydrogenací (katalyzátory: Pt, Pd ) z halogenderivátů z karboxylových kyselin a jejich solí alkalickým tavením sodných solí CH 3 C = O + NaOH CH 4 + Na 2 CO 3 O - Na výroba: z přírodních zdrojů ropa, zemní plyn frakční destilací 1

2 reaktivita: substituce, eliminace, izomerace, krakování, hoření, oxidace o S R substituce radikálová podmínky: zvýšená t, záření, katalyzátory 3 fáze: 1. iniciace, 2. propagace, 3. terminace příklad halogenace (chlorace), postupně mohou být nahrazeny všechny H rozštěpení vazeb za vzniku radikálů šíření radikál je nestálý, z alkanu odebere vodík, vzniká organický radikál. Ten štěpí další činidlo. Reakce řetězová až do spotřebování činidla spojení radikálů o E eliminace o izomerace o krakování nitrace: vodík se nahrazuje nitroskupinou NO 2 sulfonace: vodík se nahrazuje sulfoskupinou SO 3 H podmínky: zvýšená t, katalyzátory vznikají nenasycené uhlovodíky odštěpuje se H 2 DEHYDROGENACE za přítomnosti katalyzátorů vznikají alkany s rozvětveným řetězcem CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 štěpení dlouhých řetězců na kratší za vysokých t nebo přít. katalyzátorů vznik nasycených i nenasycených (často ethen) uhlovodíků CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 + CH 2 = CH 2 2

3 o hoření exotermická reakce teplo a světlo za dostatečného přístupu vzduchu na CO 2 za nedostatečného přístupu vzduchu na CO, C CH O 2 CO H 2 O 2 CH O 2 2 CO + 4 H 2 O CH 4 + O 2 C + 2 H 2 O o oxidace vznikají kyslíkaté deriváty ox ox ox alkan alkohol karbonyl karboxylová kyselina využití: o složka paliv, pohonných hmot, mazacích olejů, vazelíny, benzínu o METHAN součást zemního plynu, bioplynu, bahenního plynu a důlního plynu hořlavý, se vzduchem výbušná směs součást biopaliv výhřevná složka surovina pro výrobu: sazí syntézního plynu... halogenderivátů... ethynu... o ETHAN součást zemního plynu dehydrogenací tvorba ethenu o PROPAN, BUTAN součást zemního plynu směs... dehydrogenací vznikají nenasycené uhlovodíky výroba plastů o IZOOKTAN, n-heptan určení kvality benzínu 100 oktanový benzín..100 dílů izooktanu 0 dílů heptanu natural dílů izooktanu... dílů heptanu 3

4 UHLOVODÍKY ALKENY (...) alifatické nenasycené uhlovodíky obsahující 1 dvojnou vazbu dvojná vazba: tvořená vazbou σ a vazbou π π elektrony pohyblivější... oproti alkanům, reakce často probíhají na dvojné vazbě název: kmen + poloha vazby + en obecný vzorec C n H 2n uhlovodíkový zbytek od alkenů = ALKENYL (ethenyl-) výskyt: v přírodě se téměř nevyskytují vlastnosti: nejnižší plyny, vyšší kapaliny, pevné látky (podobně jako alkany) příprava, výroba : úpravou ropných frakcí z alkanů odštěpením molekuly vodíku... z alkoholů odštěpením molekuly vody... z halogenderivátů částečnou hydrogenací alkynů 4

5 reaktivita: adice, oxidace, polymerace o adice A R adice vodíku... A E adice halogenu... Markovnikovo pravidlo Atom vodíku se váže na ten atom dvojné vazby, na kterém je vázán větší počet atomů vodíku!!! A E adice halogenvodíku... A E adice vody... o oxidace (reakce s oxidačními činidly KMnO 4, O 3 ) vznikají kyslíkaté deriváty alkoholy, karbonyly, karboxyly o polymerace mnohonásobná adice (polyadice) v základních jednotkách monomerech (alkeny)zaniká dvojná vazba a dochází k vzájemnému propojení monomerů POLYMERY. vznik plastů bez vedlejších produktů n(ch 2 =CH 2 ) (CH 2 CH 2 ) n polymer může obsahovat až monomerů využití: o ETHEN = ETHYLEN CH 2 = CH 2 lehký, bezbarvý plyn nasládlé chuti ve směsi se vzduchem výbušný, určitá koncentrace = zrání tropického ovoce výroba polyetylenu PE, ethanolu, styrenu, vinylchloridu o PROPEN = PROPYLEN CH 2 = CH CH 3 výroba polypropylenu (PP), kumenu, acetonu 5

6 UHLOVODÍKY ALKADIENY obsahují 2 dvojné vazby polohy dvojných vazeb o vazby KUMULOVANÉ vedle sebe př. penta-1,2-dien o vazby KONJUGOVANÉ odděleny jednoduchou vazbou př. penta-1,3-dien nejdůležitější, π elektrony rovnoměrně rozprostřeny o vazby IZOLOVANÉ odděleny alespoň 2 jednoduchými vazbami př. penta-1,4-dien využití: o buta-1,3-dien k výrobě syntetického kaučuku o 2-methylbuta-1,3-dien = IZOPREN základní jednotka terpenů a steroidů obsahují trojnou vazbu UHLOVODÍKY ALKYNY trojná vazba: tvořená vazbou σ a dvěma vazbami π π elektrony pohyblivější velmi reaktivní název: kmen + poloha vazby +yn obecný vzorec C n H 2n - 2 nejvýznamnější ethyn = ACETYLEN výskyt: v přírodě se nevyskytují vlastnosti: příprava, výroba : nejnižší plyny, vyšší kapaliny, pevné látky (podobně jako alkany, alkeny) dehydrogenací z alkanů a alkenů reaktivita: adice z karbidu vápenatého o adice A R adice vodíku... A E adice halogenvodíku... A E adice halogenu... 6

7 A E adice vody... využití: o ETHYN = ACETYLEN... plyn, se vzduchem výbušný kyslíkoacatylenový plamen svařování 3000 C výroba vinylchloridu, acetaldehydu UHLOVODÍKY AROMATICKÉ UHLOVODÍKY (areny) obsahují 1 nebo více benzenových jader možné zápisy benzenu / benzenového jádra CH HC CH HC CH CH cyklické uhlovodíky s konjugovanými vazbami dvojné vazby se střídají jen formálně, ve skutečnosti jsou všechny vazby v systému rovnocenné π-elektrony jsou delokalizovány = rovnoměrně rozloženy po celém řetězci a společné všem šesti atomům C delokalizace dodává arenům velkou stálost rozdělení podle počtu jader: o monocyklické 1 benzenové jádro benzen, toluen, xylen, styren, kumen o bicyklické 2 benzenová jádra - naftalen o tricyklické 3 benzenová jádra - antracen výskyt: černouhelný dehet, ropa příprava, výroba : frakční destilací černouhelného dehtu / ropy 7

8 reaktivita: substituce, adice, hoření, oxidace, polymerace 1) substituce elektrofilní o při navazování prvního substituentu se tento substituent naváže na jakýkoliv atom uhlíku S E halogenace zavedení halogenu, např. reakce s Cl 2 S E nitrace zavedení skupiny -NO 2, reakce s HNO 3 S E sulfonace zavedení skupiny -SO 3 H, reakce s H 2 SO 4 S E alkylace zavedení alkylu, reakce např. s halogenuhlovodíkem (chlormethan) S E acylace zavedení acylu, reakce např. s acylhalogenidem (acetylchlorid) 8

9 o pokud substituce probíhá dále, tak se další substituent navazuje douvité polohy. Ta je dána charakterem prvního substituentu substituenty I. řádu - mají jednoduché vazby aktivují polohu o- a p- např. OH, - NH 2 (amino),-cl, -Br, alkyly (-CH 3 ) substituenty II. řádu mají násobnou vazbu aktivují polohu m- např. SO 3 H (sulfo),-no 2 (nitro),-cooh(karboxyl) např. nitrace nitrobenzenu nitrace toluenu 2) adice o pouze za mimořádných podmínek (UV, katalýza) HYDROGENACE zavedení vodíku HALOGENACE zavedení halogenu 9

10 3) hoření o hoří čadivým plamenem 4) oxidace o na postranním řetězci 5) polymerace o např. vznik polystyrenu ze styrenu využití: o BENZEN bezbarvá, zapáchající, těkavá kapalina jedovatá látka, karcinogenní, hořlavina nepolární rozpouštědlo, k výrobě fenolu, anilinu, styrenu, nitrobenzenu, barviv, léčiv o TOLUEN (= methylbenzen) bezbarvá, zapáchající, těkavá kapalina nepolární rozpouštědlo, výroba kys. benzoové, TNT, sacharinu zneužití leptá mozkové buňky o STYREN (= vinylbenzen) bezbarvá kapalina výroba polystyrenu o NAFTALEN bílá, krystalická sloučenina typického zápachu sublimuje výroba kyseliny ftalové, barviv, hubení molů (naftalín) 10