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
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 3 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 2 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
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 400 500 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
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 (400 600 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 200 400 C užívá se například při výrobě but 1,3 dienu 4
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
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 3 + 12 2 O 3 C 4 + 4 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
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