Reakce alkanů 75. mechanismem), iniciované světlem nebo radikálovými iniciátory: Oxidace kyslíkem, hoření, tvorba hydroperoxidů.

Podobné dokumenty
18. Reakce v organické chemii

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

Radikály jsou zároveň velmi reaktivní - stabilních radikálů, které lze izolovat a skladovat, není příliš mnoho.

Příklady k semináři z organické chemie OCH/SOCHA. Doc. RNDr. Jakub Stýskala, Ph.D.

Úvod do studia organické chemie

Autor: Tomáš Galbička Téma: Alkany a cykloalkany Ročník: 2.

Alkeny. Alkeny. Největšíprůmyslový význam majíethen (ethylen) a propen (propylen) jako suroviny pro další přeměny nebo pro polymerace

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

Halogenderiváty. Halogenderiváty

Rozdělení uhlovodíků

16.IZOMERIE a UHLOVODÍKY 1) Co je to izomerie a jak se dělí? 2) Co je konstituce, konfigurace a konformace? 3) V čem se izomery shodují a v čem liší?

Řešené příklady k procvičení

ORGANICKÁ CHEMIE I pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Vyučující na semináři...

Alkany a cykloalkany

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

16.UHLOVODÍKY A IZOMERIE ORGANICKÝCH SLOUČENIN IZOMERIE:

Aromacké uhlovodíky reakce

VY_32_INOVACE_29_HBENO5

UHLOVODÍKY ALKANY (...)

Vlastnosti. Pozor! H 3 C CH 3 H CH 3

Izomerie Reakce organických sloučenin Názvosloví organické chemie. Tomáš Hauer 2.LF UK

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

ALKANY. ený. - homologický vzorec : C n H 2n+2 2 -

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

Karbonylové sloučeniny

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Organická chemie (KATA) rychlý souhrn a opakování

2.4 AROMATICKÉ UHLOVODÍKY

2. Polarita vazeb, rezonance, indukční a mezomerní

1)uhlovodík musí být cyklický, všechny atomy musí být v jedné rovině

VLASTNOSTI ALKANŮ 2. RADIKÁLOVÁ SUBSTITUCE 3. ELIMINAČNÍ REAKCE VÝZNAMNÉ ALKANY. Substituční reakce. Sulfochlorace alkanů. Termolýza.

Reakce v organické chemii

Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

Struktura organických sloučenin

Obsah Chemická reakce... 2 PL:

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Reakce aldehydů a ketonů s N-nukleofily

Oxidace. Radikálová substituce alkanů. Elektrofilní adice. Dehydrogenace CH 3 CH 3 H 2 C=CH H. Oxygenace (hoření)

Chemická kinetika. Chemické změny probíhající na úrovni atomárně molekulové nazýváme reakční mechanismus.

Autoři: Pavel Zachař, David Sýkora Ukázky spekter k procvičování na semináři: Tento soubor je pouze prvním ilustrativním seznámením se základními prin

V molekulách obou skupin uhlovodíků jsou atomy uhlíku mezi sebou vázány pouze vazbami jednoduchými (sigma).

HOŘENÍ A VÝBUCH. Ing. Hana Věžníková, Ph. D.

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_10_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

HALOGENDERIVÁTY UHLOVODÍKŮ

Dusíkové pravidlo. Počet dusíků m/z lichá m/z sudá 0, 2, 4,... (sudý) EE + OE +.

ORGANICKÁ CHEMIE II pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Vyučující na semináři...

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metodika pro učitele Reakce organických sloučenin (teoretické cvičení s tablety)

AROMATICKÉ SLOUČENINY - REAKTIVITA TYPICKÉ REAKCE AROMATICKÝCH SLOUČENIN - SUBSTITUCE ELEKTROFILNÍ AROMATICKÁ

PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE bakalářský studijní obor Bioorganická chemie 2011

3. Konformační analýza alkanů a cykloalkanů

2.1 ALKANY A CYKLOALKANY

1. ročník Počet hodin

Dusíkové pravidlo. Počet dusíků m/z lichá m/z sudá 0, 2, 4,... (sudý) EE + OE +. 1, 3, 5,... (lichý) OE +. EE +

Aromáty. Aromáty. Jak bylo uvedeno v kapitole o názvosloví, jinak nakreslená molekula není jiná látka, tj. Všechny uvedené obrázky jsou TOLUEN

1. PROCES A PODMÍNKY HOŘENÍ, HOŘLAVÉ LÁTKY

ORGANICKÉ SLOUČENINY DUSÍKU

Aminy a další dusíkaté deriváty

P Ř ÍRODOVĚ DECKÁ FAKULTA

7. Pericyklické reakce

Úvod Obecný vzorec alkoholů je R-OH.

Chemie. 5. K uvedeným vzorcům (1 5) přiřaďte tvar struktury (A D) jejich molekuly. 1) CO 2 2) SO 2 3) SO 3 4) NH 3 5) BF 3.

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

17. DUSÍKATÉ DERIVÁTY, EL. POSUNY

Organická chemie 2. RNDr. Lucie Brulíková, Ph.D.

6. Vyberte látku, která má nepolární charakter: 1b. a) voda b) diethylether c) kyselina bromovodíková d) ethanol e) sulfan

Názvosloví uhlovodíků

SEMINÁRNÍ PRÁCE. Jméno: Obor: 1. Pojmenujte následující sloučeniny:

Ethery, thioly a sulfidy

Termochemie. Verze VG

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

15. Úvod do organické chemie. AZ Smart Marie Poštová

DERIVÁTY UHLOVODÍKŮ, HALOGENDERIVÁTY

5. CHEMICKÉ REAKCE. KLASIFIKACE CHEMICKÝCH REAKCÍ a) Podle vnějších změn Reakce skládání = SYNTÉZY z jednodušších -> složitější 2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

Rozdělení organických sloučenin

Procvičování uhlovodíky pracovní list

Herní otázky a jejich řešení:

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

(Z)-but-2-en 2.2 ALKENY A CYKLOALKENY

Projekt OCH. Tištěný výstup

Experimentální biologie Bc. chemie

CHEMIE - Úvod do organické chemie

Karboxylové kyseliny a jejich funkční deriváty

Organická chemie pro biochemiky II část

Charakteristika Teorie kyselin a zásad. Příprava kyselin Vlastnosti + typické reakce. Významné kyseliny. Arrheniova teorie Teorie Brönsted-Lowryho

1.1.2 VLASTNOSTI HALOGENDERIVÁTŮ, U KTERÝCH NENÍ HALOGEN VÁZÁN NA AROMATICKÉM JÁDŘE

c. Jakým způsobem mohou být odděleny jednotlivé složky ropy?

Pericycklické reakce

TEST + ŘEŠENÍ. PÍSEMNÁ ČÁST PŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY Z CHEMIE bakalářský studijní obor Bioorganická chemie 2010

Doplňte počet uhlíků k předponě:

Organická chemie pro biochemiky II část 15 a 16 15,16-1

6. Roztřídění reakcí a principy jejich zařazení do jednotlivých typů

ALKOHOLY, FENOLY A ETHERY. b. Jaké zdroje cukru znáte a jak se nazývají produkty jejich kvašení?

Podmínky vzniku makromolekuly

Transkript:

eakce alkanů 75 5. eakce alkanů Alkany poskytují především radikálové reakce (často probíhající řetězovým mechanismem), iniciované světlem nebo radikálovými iniciátory: alogenace pomocí X 2 ; bromaci lze provádět pomocí (N -bromsukcinimid), chloraci pomocí S 2 2. xidace kyslíkem, hoření, tvorba hydroperoxidů. Sulfochlorace (S 2 2 ), vznikají chloridy sulfonových kyselin. Nitrace (N 2 4, N 3 za zvýšené teploty). omace pomocí (N -bromsukcinimidu): omace se provádí v nepolárních rozpouštědlech. je rozkládán za uvolnění 2, který je vlastním bromačním činidlem. Výhodou je, že se stále udržuje nízká koncentrace bromu. Lze tak provést radikálovou substituci allylického atomu vodíku bez adice 2 na násobnou vazbu: N N N N 2 2 Selektivita při odštěpování atomu vodíku Prvním krokem radikálových reakcí alkanů bývá obvykle odštěpení atomu vodíku za vzniku alkylového radikálu. Stabilitu radikálů můžeme odhadnout z homolytických disociačních energií vazeb C. becně platí, že stabilita radikálů roste v tomto pořadí:

3 C C 76 eakce alkanů 2 C C vinyl C C ethynyl < C < C methyl primární alkyl C C < < < sekundární alkyl terciární alkyl 2 C allyl C 2 C 2 fenyl benzyl Selektivita při odštěpování atomů vodíků je tím více ovlivněna disociační energií vazby C (stabilitou radikálu), čím je toto odštěpování méně exergonické. Příkladem může být abstrakce atomů vodíku z molekuly 2-methylpropanu atomárním chlorem (exergonická) a atomárním bromem (endergonická) za vzniku primárního a terciárního alkylového radikálu. Během reakce (pohyb podél reakční koordináty) dochází k postupnému zániku vazby C a současně s tím ke vzniku vazby mezi vodíkem a halogenem. Jak je patrné z obrázku, v případě reakce s atomárním chlorem nastává tranzitní stav TS brzy na reakční koordinátě, podobá se tedy více výchozím látkám než produktům z velké části je ještě zachována vazba C a vazba teprve začíná vznikat. V tomto případě se jen málo projeví vliv substituentů, jež jsou schopny stabilizovat radikál, na selektivitu reakce (aktivační energii odštěpování různých druhů C vazeb). C C TS1 E C TS3 C 2 C. K. V případě reakce s atomárním bromem nastává tranzitní stav dále na reakční koordinátě, podobá se více finálnímu alkylovému radikálu a molekule

eakce alkanů 77. V energii tranzitních stavů se proto výrazněji projeví rozdíly ve stabilizaci primárního radikálu (tranzitní stav TS1) a terciárního radikálu (tranzitní stav TS3). dštěpování vodíku probíhá tedy díky většímu rozdílu v aktivačních energiích s vyšší selektivitou při bromacích než při chloracích. C TS1 C TS3 E C 2 C C 3 C C. K. Příklady: 1. Nakreslete všechny radikály, které mohou vzniknout odštěpením atomu vodíku z 2-methylbutanu! Seřaďte je podle stability! 2. Mechanismus chlorace methanu: iniciace: propagace: 2 2 C 4 1 = 4 kj mol -1 2 2 = -106 kj mol -1 = -102 kj mol -1 Pokuste se odhadnout (s využitím tabulky homolytických disociačních energií vazeb na str. 304) jednotlivých kroků alternativního mechanismu propagace! Může se tento mechanismus uplatnit? propagace: C 4 1 = kj mol -1 2 2 = kj mol -1 = -102 kj mol -1

78 eakce alkanů 3. dhadněte následujících reakcí: C 4 F 2 F F = C 4 2 = C 4 2 = C 4 I 2 I I = 4. Kolik produktů může vzniknout monochlorací pentanu? Které z produktů budou opticky aktivní? Jaké bude zastoupení jednotlivých produktů, pokud budeme předpokládat, že odštěpení atomu vodíku atomem chloru probíhá statisticky, bez ohledu na sílu vazby C? 5. Vysvětlete distribuci produktů monochlorace a monobromace propanu a 2-methylpropanu! Které faktory vedou u 2-methylpropanu k přednostní chloraci do pozice 1, když bromace poskytuje téměř výhradně 2-brom-2- -methylpropan? X 2 X X = 55 % 45 % 97 % 3 % X X 2 X X X = 37 % 63 % >99 % <1 % Nápověda: C 2 = -21 kj mol -1 C 2 = 44 kj mol -1 6. dhadněte produkt monobromace následujících sloučenin: a) b) 2 c) d) 2

eakce alkanů 79 7. Pent-1-en poskytuje reakcí s N -bromsukcinimidem v přítomnosti radikálového iniciátoru dva isomerní produkty C 5 9. Nakreslete strukturu obou produktů a vysvětlete, jak vznikají! 8. Naznačte mechanismus iniciace radikálové bromace cyklohexanu následujícími radikálovými iniciátory: N N AIBN 9. Napište mechanismus radikálově iniciované tvorby hydroperoxidu z kumenu a kyslíku! eakce probíhá řetězovým mechanismem. Pokuste se také napsat mechanismu vzniku hydroperoxidu z diethyletheru a cyklohexenu v přítomnosti kyslíku. Kumen 2

80 eakce alkanů Autorské řešení příkladů: 1. Mohou vzniknout čtyři různé radikály: C 2 C 2 < 3 C < 3C 2 C 2. Velikost jednotlivých reakcí můžeme odhadnout pomocí homolytických disociačních energií vazeb, které vznikají nebo zanikají: propagace: C 4 2 alternativní mechanismus propagace: 1 = 4 kj mol -1 2 = -106 kj mol -1 r = -102 kj mol -1 C 4 1 = 435-349 = 86 kj mol -1 2 2 = 243-431 = -188 kj mol -1 r = 86-188 = -102 kj mol -1 Alternativní mechanismus má pochopitelně stejné r, ale zahrnuje krok, který je výrazně více endotermní než endotermní krok v prvním mechanismu. Můžeme očekávat, že v podobném vztahu budou i aktivační energie obou endotermních kroků. V alternativním mechanismu propagace tedy existuje větší kinetická bariera, která brání reakci. 3. S použitím tabulky homolytických disociačních energií vypočteme: C 4 F 2 F F = -427 kj mol -1 C 4 2 = -102 kj mol -1 C 4 2 = -32 kj mol -1 C 4 I 2 I I = 55 kj mol -1 4. Mohou vzniknout tři různé chlorpentany. Ve formě enantiomerů se bude vyskytovat pouze 2-chlorpentan. V molekule pentanu jsou přítomny tři skupiny ekvivalentních atomů vodíku (ekvivalentní atomy v molekule jsou vzájemně zaměnitelné jakoukoliv operací symetrie, např. rotací nebo

eakce alkanů 81 zrcadlením). Nahrazením libovolného atomu vodíku ze skupiny ekvivalentních atomů poskytne stejný produkt. Pokud bude tedy chlorace řízena čistě statisticky, zastoupení jednotlivých produktů bude rovno podílu dané skupiny atomů vodíku na celkovém počtu atomů vodíku v molekule pantanu C 5 12. 2-2/12 16,7 % 3 C * 4/12 33,3 % 3 C 6/12 50 % 5. Selektivitu halogenací zmíněných uhlovodíků lze z velké části vysvětlit jako výsledek souhry dvou opačně působících faktorů. Prvním faktorem je síla štěpených C vazeb (a stabilita odpovídajících alkylových radikálů), druhým faktorem je počet symetricky ekvivalentních atomů vodíku, které mohou být v reakci nahrazovány. V případě bromace je selektivita dána téměř výhradně disociačními energiemi, protože odštěpování atomu vodíku, které určuje pozici bromu v produktu, je mírně endergonické. Při reakci s chlorem, kdy se uvolňuje více energie, se uplatňují oba faktory. Podíl statistického faktoru je nejvíce patrný u chlorace 2- -methylpropanu, kdy převládá 1-chlor-2-methylpropan, který vzniká odštěpením jednoho z devíti vodíků - skupin. 2-Chlor-2-methylpropan vzniká ze stabilnějšího terciárního radikálu, ale tento radikál může vzniknout odštěpením pouze jednoho atomu vodíku. 6. Řešení: a) b) 2 c) 2 racemát d)

82 eakce alkanů 7. je v reakční směsi pouze zdrojem 2, samotná bromace probíhá klasickým mechanismem. V prvním kroku dochází téměř výhradně k odštěpování atomu vodíku na třetím atomu uhlíku. ezonanční struktury vzniklého radikálu vystihují distribuci nepárového elektronu v π systému a vysvětlují vznik obou produktů: 8. Řešení: a) N N T N 2 2 2 b) T 2 c) T 2 C 2 2

eakce alkanů 83 9. eakci musí iniciovat radikály, vzniklé např. účinkem slunečního záření. iniciace: propagace: diethylether: - cyklohexen: -