H H C C C C C C H CH 3 H C C H H H H H H

Transkript

1 Alkany a cykloalkany sexta Martin Dojiva uhlovodíky obsahující pouze jednoduché vazby obecný vzorec alkanů: C n 2n+2 cykloalkanů: C n 2n homologický přírůstek C 2 Dělení alkanů přímé větvené u větvených rozlišujeme uhlíkové atomy primární sekundární terciární kvartérní C 3 C 3 C C C C 3 1

2 Fyzikální vlastnosti alkanů nízký bod varu a tání (slabé van der Waalsovy síly) C 1 C 4 nevětvené plyny C 5 C 17 kapaliny > C 18 pevné bod varu a tání klesá s větvením, cykloalkany mají tyto body vyšší nerozpustné ve vodě, ale dobře rozpustné v nepolárních rozpouštědlech alkany s menším počtem C jsou hořlavé a se vzduchem vytváří výbušnou směs C O 2 3 CO O Chemické vlastnosti alkanů velmi málo reaktivní => parafíny charakteristické reakce: radikálová substituce S R radikálová eliminace E R molekulový přesmyk (izomerace) Substituce radikálová reakce probíhá ve třech stupních: 1. iniciace zahájení reakce, vznik prvních radikálů; teplo, UV záření, iniciátor 2. propagace samotný průběh substituční reakce 3. terminace ukončení reakce, zánik radikálů sloučení radikálů eliminace inhibice výsledkem těchto reakcí je směs různých produktů 2

3 alogenace reaktivita halogenů klesá s protonovým číslem F substituuje kterýkoliv vodík Cl a Br nejsnadněji reagují s terc. vodíkem I téměř nereaguje u cykloalkanů probíhá reakce stejně v přítomnosti Lewisových kyselin probíhá reakce jako S E Sulfochlorace dochází k náhradě vodíku skupinou SO 2 Cl alkansulfonový radikál se využívá pro reakce s dalšími neutrálními molekulami UV iniciace: Cl 2 Cl + Cl propagace: Cl + C 4 C 3 + Cl C 3 + SO 2 C 3 SO 2 C 3 SO 2 + Cl 2 C 3 SO 2 Cl + Cl itrace dochází k náhradě vodíku skupinou O 2 probíhá při teplotě C nitračním činidlem jsou oxidy dusíku nebo zředěná kyselina dusičná propagace: R + O 2 R + O 2 R + O 3 R O 2 + O R + O R + 2 O nitrace cykloalkanů probíhá při teplotách nad 100 C 3

4 Eliminační reakce radikál je schopen odštěpit vodík ze sousedního atomu uhlíku, který nese volný elektron, na odštěpení vodíku se podílí jiný radikál C 3 + R 1 2 C 4 + R 1 2 tyto reakce probíhají za vyšších teplot ( C) nejvýznamnější eliminační reakce jsou termolýza dehydrogenace alkanů Termolýza uplatňuje se při zpracování vyšších alkanů krakování probíhá za vysoké teploty bez přístupu vzduchu v jejím průběhu vzniká směs alkanů a alkenů Dehydrogenace alkanů reakce probíhá za přítomnosti katalyzátorů při teplotách C užívá se například při výrobě but 1,3 dienu 4

5 Izomerace alkanů přeměna nerozvětvených na rozvětvené reakce probíhá za teplot nad 100 C v přítomnosti halogenalkanů, alkoholů apod. s chloridem hlinitým, případně s jiným halogenidem Al 3+ reakce je zahájena vznikem karbkationu účinkem Lewisovy kyseliny karbkation odtrhne vodík z alkanu a následně tento izomeruje využívá se při zpracování ropných frakcí Příprava a výroba alkanů alkany a cykloalkany lze získat mnoha způsoby některé lze izolovat z ropy, uhlí nebo zemního plynu nejčastěji se využívá: katalytická hydrogenace nenasycených uhlovodíků redukce alkylhalogenidů kovem dekarboxylace solí karboxylových kyselin Katalytická hydrogenace nenasycených uhlovodíků založena na působení elementárního vodíku nasloučeninu nebo její roztok za přítomnosti katalyzátoru katalyzátory: Pt, Pd, i (Raneyův), CuO Cr 2 O 3 v závislosti na katalyzátoru a substrátu je potřeba dodržet vhodnou teplotu a tlak 5

6 Redukce alkylhalogenidů kovem reakce probíhá v kyselém prostředí nejčastěji je redukujícím kovem Zn R X + Zn + + R + Zn 2+ + X redukcí dihalogenderivátů lze získat cykloalkany redukcí sodíkem lze získat alkany s dvojnásobným řetězcem Dekarboxylace solí karboxylových kyselin dekarboxylace = odstranění karboxylové skupiny jedná se o termický rozklad příslušné bezvodé soli org. kyseliny s alkalickým hydroxidem R COO a + ao R + a 2 CO 3 vzniklý alkan má o jeden uhlík méně než původní sůl Methan C 4 podstatná část zemní plynu, rozpuštěný v ropě, součást důlního, bahenního a sopečného plynu, vzniká při metabolizmu připravuje se reakcí Al 4 C O 3 C Al(O) 3 nebo dekarboxylací octanu sodného při spalování v dostatku kyslíku hoří modrým plamenem za vzniku vody a oxidu uhličitého při spalování v nedostatku uhlíku vznikají saze částečnou oxidací vodní parou za katalýzy i při teplotě 850 C vzniká vodní plyn částečnou oxidací kyslíkem při teplotě 1500 C vzniká ethyn 6

7 v zemním plynu, rozpuštěný v ropě připravuje se dekarboxylací natrium propanoátu vyrábí se katalytickou hydrogenací ethenu nebo ethynu využívá se jako palivo a chem. surovina Ethan C 2 6 Propan C 3 8, butan C 4 10 složky zemního plynu a ropy, odpadní produkty výroby benzínu snadno zkapalnitelné, hořlavé (s vysokou výhřevností) využití: palivo, chem. surovina kapalné: součást kapalných paliv, nepolární rozpouštědla; jsou získávány při zpracování ropy pevné: součást vazelín, mazacích tuků a parafínu; jsou získávány z ropy Ostatní alkany 7