UHLOVODÍKY – ALKANY (...........................) alifatické nasycené uhlovodíky nerozvětvené i rozvětvené mezi atomy uhlíku pouze jednoduché vazby (σ vazby), mezi nimi úhel 109°28´ název: kmen + an obecný vzorec CnH2n + 2
tvoří homologickou řadu – homologický přírůstek -CH2-
uhlovodíkový zbytek od alkanů = ALKYL (methyl-, butyl-…) od butanu – řetězová izomerie (jeden sumární vzorec odpovídá více strukturám)
výskyt: zemní plyn – plynné alkany CH4 až C4H10 o ropa – kapalné a tuhé alkany vlastnosti: o skupenství: C1 – C4 – ................. , C5 – C15 – ................., C16 a více – ............................ o tt a tv roste s délkou řetězce o .................................... sloučeniny o nerozpustné ve vodě, rozpustné pouze v ........................................... – benzín (směs C5 – C10) 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 příprava: z nenasycených uhlovodíků katalytickou hydrogenací (katalyzátory: Pt, Pd …) z halogenderivátů z karboxylových kyselin a jejich solí
alkalickým tavením sodných solí CH3 – C = O + NaOH → CH4 + Na2CO3 │ O - Na
výroba: z přírodních zdrojů – ropa, zemní plyn – frakční destilací
1
reaktivita: substituce, eliminace, izomerace, krakování, hoření, oxidace o SR – substituce radikálová podmínky: zvýšená t, záření, katalyzátory … 3 fáze: 1. iniciace, 2. propagace, 3. terminace příklad halogenace (chlorace), postupně mohou být nahrazeny všechny H 1.
............................. – rozštěpení vazeb za vzniku radikálů
2.
............................. – šíření – radikál je nestálý, z alkanu odebere vodík, vzniká organický radikál. Ten štěpí další činidlo. Reakce řetězová až do spotřebování činidla
3.
.............................. – spojení radikálů
nitrace: vodík se nahrazuje nitroskupinou –NO2 • sulfonace: vodík se nahrazuje sulfoskupinou –SO3H • o E – eliminace podmínky: zvýšená t, katalyzátory… vznikají nenasycené uhlovodíky odštěpuje se H2 → DEHYDROGENACE • o izomerace za přítomnosti katalyzátorů vznikají alkany s rozvětveným řetězcem • CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 → CH3 – CH – CH2 – CH3 │ CH3 o krakování štěpení dlouhých řetězců na kratší za vysokých t nebo přít. katalyzátorů vznik nasycených i nenasycených (často ethen) uhlovodíků • CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 → CH3 – CH2 – CH3 + CH2 = CH2
2
o hoření exotermická reakce – teplo a světlo za dostatečného přístupu vzduchu na CO2 za nedostatečného přístupu vzduchu na CO, C • CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O • 2 CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O • CH4 + O2 → C + 2 H2O 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 98 – ....... dílů izooktanu ....... dílů heptanu
3
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 CnH2n 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
reaktivita: adice, oxidace, polymerace o adice
AR – adice vodíku
...........................................
•
AE – adice halogenu
..........................................
•
Markovnikovo pravidlo – Atom vodíku se váže na ten atom dvojné vazby, na kterém je vázán větší počet atomů vodíku!!! AE – adice halogenvodíku ....................................... •
AE – adice vody
........................................
•
o oxidace (reakce s oxidačními činidly – KMnO4, O3)
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(CH2=CH2) → (CH2—CH2)—n
polymer může obsahovat až 10 000 monomerů
využití: o ETHEN = ETHYLEN CH2 = CH2 lehký, bezbarvý plyn nasládlé chuti ve směsi se vzduchem výbušný, určitá koncentrace = zrání tropického ovoce výroba polyetylenu PE, ethanolu, styrenu, vinylchloridu… o PROPEN = PROPYLEN CH2 = CH – CH3 výroba polypropylenu (PP), kumenu, acetonu
5
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
UHLOVODÍKY – ALKYNY obsahují trojnou vazbu trojná vazba: tvořená vazbou σ a dvěma vazbami π ⇒ π elektrony pohyblivější ⇒ velmi reaktivní název: kmen + poloha vazby +yn obecný vzorec CnH2n - 2 nejvýznamnější ethyn = ACETYLEN výskyt: v přírodě se nevyskytují vlastnosti: nejnižší plyny, vyšší kapaliny, pevné látky (podobně jako alkany, alkeny) příprava, výroba : dehydrogenací z alkanů a alkenů z karbidu vápenatého reaktivita: adice o adice
AR – adice vodíku
.......................................
•
AE – adice halogenvodíku
.......................................
•
AE – adice halogenu
.......................................
•
6
.........................................
AE – 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
HC HC
CH CH
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
reaktivita: substituce, adice, hoření, oxidace, polymerace
1) substituce elektrofilní o při navazování prvního substituentu se tento substituent naváže na jakýkoliv atom uhlíku
SE – halogenace – zavedení halogenu, např. reakce s Cl2
SE – nitrace – zavedení skupiny -NO2, reakce s HNO3
SE – sulfonace – zavedení skupiny -SO3H, reakce s H2SO4
SE – alkylace – zavedení alkylu, reakce např. s halogenuhlovodíkem (chlormethan)
SE – acylace – zavedení acylu, reakce např. s acylhalogenidem (acetylchlorid)
8
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, - NH2 (amino), -Cl, -Br, alkyly (-CH3) substituenty II. řádu – mají násobnou vazbu • aktivují polohu m• např. – SO3H (sulfo), -NO2 (nitro), -COOH (karboxyl)
např. nitrace nitrobenzenu
nitrace toluenu
2) adice o pouze za mimořádných podmínek (UV, katalýza)
HYDROGENACE – zavedení vodíku
HALOGENACE – zavedení halogenu
9
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
