Názvosloví Konformace Isomerie. Uhlíky: primární (1 o ) sekundární (2 o ) terciární (3 o ) kvartérní (4 o )

Transkript

1 ALKANY 1

2 Názvosloví Konformace Isomerie Uhlíky: primární (1 o ) sekundární (2 o ) terciární (3 o ) kvartérní (4 o ) 2

3 Alkany (resp. cykloalkany) jsou nejzákladnější organické sloučeniny složené pouze z atomů uhlíku a vodíku. Všechny vazby uhlík-uhlík jsou jednoduché (C-C). Pro alkany se dříve používalo označení parafiny, což pochází ze spojení latinských slov parum (= málo) a affinis (= slučivý), které vystihují vlastnosti těchto sloučenin. (Cykloalkany byly označovány jako nafteny, neboť se vyskytují v naftě.) Alkany a cykloalkany jsou hlavní složky zemního plynu a ropy. 3

4 Vlastnosti s ohledem na kovalentní charakter vazeb C-C a C-H patří mezi nepolární sloučeniny (jsou nerozpustné ve vodě, dobře rozpustné v organických rozpouštědlech, nevedou elektrický proud) těkavost je přímo závislá na Mr C1-C4 plyny (CH 4, t.t.= C, t.v.= C) C5-C17 kapaliny (n-c 5 H 12, t.t.= C, t.v.=36.1 C) od C18 tuhé látky (n-c 18 H 38 ) způsobeno slabými mezimolekulárními disperzními silami 4

5 Body varu alkanů dány silou mezimolekulových přitažlivých sil vzhledem k nepolárnímu charakteru chybí dipól-dipólové interakce a interakce dipól-indukovaný dipól pouze indukovaný dipól-indukovaný dipól

6 Vlastnosti 6

7 Body varu alkanů stoupají s délkou řetězce (více atomů, více elektronů, více možností pro vytvoření indukovaných dipólů) Klesají s větvením řetězce (větvené molekuly mají menší povrch míň kontaktu s ostatními molekulami) Pentan b.v. 36,1 o C Isopentan b.v. 27,9 o C Neopentan b.v. 9,5 o C Oktan - b.v. 125,7 o C Isooktan b.v. 99,3 o C

8 Reaktivita Parafíny lat. parum affinis (malá slučivost) nejméně reaktivní sloučeniny Alkany alkan + H 2 SO 4 nereaguje alkan + NaOH nereaguje alkan + Na nereaguje alkan + H 2,Ni nereaguje alkan + Br 2 nereaguje alkan + H 2 O nereaguje podléhají pouze substituci radikálové s reaktivními radikály 8

9 Substituce radikálová Alkany Reaktivita Iniciace: Propagace: Terminace: 9

10 Radikálová halogenace: Reakce proveditelní pouze pro X = Cl nebo Br Fluorace je natolik exotermní, že ji bez speciálních opatření nelze provést Jodace je také prakticky neproveditelná, důvody jsou opačné první a poslední krok jodace je silně endotermní reakce a použijeme-li takové reakční podmínky, aby přesto probíhala, produkty jsou již za těchto podmínek nestabilní Chlorace průmyslově směs chloru a metanu se zahřívá na 300 C vznikají 4 produkty, které lze od sebe oddělit destilací Rychlost určující krok je propagační krok, kdy se přenáší radikál 10

11 Stabilita radikálů: Alkany R R C R H H > R C > R C > R H terciární sekundární primární methylový H H C H Stabilnější radikály na alifatickém uhlíku: Radikály jsou stabilizovány konjugací, elektrondonorními i elektronakceptorními skupinami, stérickým bráněním => Radikály bude stabilizovat všechno, co stabilizuje anionty nebo kationty 11

12 Regioselektivita radikálové halogenace: Při halogenaci propanu mohou při propagaci vzniknout teoreticky dva možné radikály: Kladný indukční efekt alkylových zbytků způsobuje, že sekundární radikál je stabilnější a vzniká tedy snadněji. Relativní rychlost chlorace bromace -terciární atom sekundární atom primární atom 1 1 Rozhodující propagační krok je v případě chlorace exotermní, kdežto v případě bromace endotermní. 12

13 halogenace Alkany hν R-H Cl 2 R-Cl HCl Nevýhoda - vznik směsí CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + CH 2 Cl 2 + CHCl 3 + CCl 4 terciární > sekundární > primární 5 3,5 1 13

14 Nitrace (pro výrobu ředidel a organických meziproduktů) 1. HNO 3 HO NO 2 R 1 R 2 R 1 R R 1 R 1 R 1 R 1 R 2 R 2 R 2 R 2. R 1 HO R 1 OH 14

15 Nitrace Nevýhoda - vznik směsí CH 3 CH 3 HNO o C CH 3 CH 2 NO 2 + CH 3 NO % % CH 3 CH 2 CH 3 HNO o C CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH CH 3 NO 2 NO 2 CH 3 CH 2 NO 2 + CH 3 NO 2 25 % 40% 10 % 25% 15

16 Sulfochlorace R H + SO 2 + Cl 2 R SO 2 Cl + HCl Výrazná stabilizace radikálů dvěma S=O vazbami 16

17 Monocyklické alicykly Reaktivita Reakce analogické alifatickým uhlovodíkům -Příklad S R 17 -OCH/OC2_05_Alicyklické uhlovodíky

18 hoření 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O 18

19 Krakování = štěpení dlouhých uhlovodíku na kratší řetězce (plynné a kapalné produkty) - probíhá za vysoké teploty nebo vyšší teploty v přítomnosti katalyzátoru 19

20 Oktanové číslo vyjadřuje procentuální obsah iso-oktanu ve směsi iso-oktanu s n-heptanem, která je proti samozápalu stejně odolná jako zkoumané palivo iso-oktan OČ = 100 Vysoká odolnost proti samozápalu n-heptan OČ = 0 Velmi nízká odolnost proti samozápalu Automobilový benzín: 87 98, Letecký benzín: cca Závodní benzín: cca Benzín používaný ve Formuli 1: (stanoveno pravidly) LPG: cca

21 Příklad: napište všechny možné produkty chlorace 2-methylbutanu. Který bude převažovat? 21