alkany, alkeny, alkyny, areny - charakteristika, použití, reakce
1) Alkany- jedná se o nasycené uhlovodíky, v jejichž molekulách jsou všechny atomy spojeny jednoduchými vazbami. Jejich složení odráží jeden obecný vzorec: C n H 2n + 2.
Fyzikální vlastnosti alkany závisí na složení jejich molekul, tzn. na relativní molekulové hmotnosti. S nárůstem relativní molekulové hmotnosti alkanů se zvyšuje bod varu a hustota a skupenství: první čtyři alkany jsou plynné látky, dalších jedenáct jsou kapaliny a počínaje hexadekanem jsou pevné látky.
Hlavní chemická vlastnost nasycených uhlovodíků, který určuje použití alkanů jako paliva, je spalovací reakce.
Pro alkany, stejně jako pro nasycené uhlovodíky, nejcharakterističtější substituční reakce. Takže atomy vodíku v molekule metanu mohou být postupně nahrazeny atomy halogenu.
Nitrace
Alkany reagují s kyselinou dusičnou nebo N 2 O 4 v plynné fázi za vzniku nitroderivátů. Všechny dostupné údaje ukazují na mechanismus volných radikálů. V důsledku reakce se tvoří směsi produktů.
Praskání
Při zahřátí nad 500 °C podléhají alkany pyrolytickému rozkladu za vzniku komplexní směsi produktů, jejichž složení a poměr závisí na reakční teplotě a době.
Účtenka
Hlavním zdrojem alkanů je ropa a zemní plyn, které se obvykle vyskytují společně.
aplikace
Plynné alkany se používají jako cenné palivo. Kapaliny zase tvoří významný podíl v motorových a raketových palivech.
2) Alkeny- jedná se o nenasycené uhlovodíky obsahující v molekule kromě jednoduchých vazeb jednu dvojnou vazbu uhlík-uhlík. Jejich složení je znázorněno vzorcem: C n H 2n.
Fyzikální vlastnosti
Teploty tání a varu alkenů se zvyšují s molekulovou hmotností a délkou hlavního uhlíkového řetězce. Alkeny jsou nerozpustné ve vodě, ale snadno rozpustné v organických rozpouštědlech.
Alkeny jsou chemicky aktivní. Jejich chemické vlastnosti jsou do značné míry určeny přítomností dvojné vazby. Pro alkeny jsou nejtypičtější adiční reakce:
1) Vodík, 2) Voda, 3) Halogeny, 4) Halogenidy vodíku.
Alkeny snadno vstupují do oxidačních reakcí, k oxidaci alkenů může docházet v závislosti na podmínkách a typech oxidačních činidel jak s porušením dvojné vazby, tak se zachováním uhlíkového skeletu Polymerace alkenů může probíhat jak volnými radikály a kation-aniontový mechanismus.
Způsoby získávání alkenů
Hlavní průmyslovou metodou získávání alkenů je katalytické a vysokoteplotní krakování uhlovodíků v ropě a zemním plynu. Pro výrobu nižších alkenů se také používá dehydratační reakce odpovídajících alkoholů.
V laboratorní praxi se obvykle používá metoda dehydratace alkoholů za přítomnosti silných minerálních kyselin.V přírodě se acyklické alkeny prakticky nevyskytují. Nejjednodušší zástupce této třídy organické sloučeniny- etylen (C 2 H 4) - je hormon pro rostliny a je v nich syntetizován v malém množství.
aplikace
Alkeny jsou nejdůležitější chemické suroviny. Alkeny se používají jako suroviny při výrobě polymerních materiálů (plasty, fólie) a dalších organických látek. K získání vyšších alkoholů se používají vyšší alkeny.
3) Alkyny- jedná se o nenasycené uhlovodíky, jejichž molekuly obsahují kromě jednoduchých vazeb ještě jednu trojnou vazbu uhlík-uhlík. Kompozice zobrazuje vzorec: C n H 2n-2.
Fyzikální vlastnosti
Alkyny mají podobné fyzikální vlastnosti jako odpovídající alkeny. Nižší (do C 4) - plyny bez barvy a zápachu, mající vyšší body varu než jejich protějšky v alkenech. Alkyny jsou špatně rozpustné ve vodě, ale lépe v organických rozpouštědlech Přítomnost trojné vazby v řetězci vede ke zvýšení bodu varu, hustoty a rozpustnosti ve vodě.
Chemické vlastnosti
Jako všechny nenasycené sloučeniny i alkyny aktivně vstupují do adičních reakcí: 1) halogeny, 2) vodík, 3) halogenovodíky, 4) voda. Vstupují do oxidačních reakcí.Díky přítomnosti trojné vazby jsou náchylné k polymerizačním reakcím, které mohou probíhat několika směry:
a) Vlivem komplexních solí mědi dochází k dimerizaci a lineární
trimerace acetylenu.
b) Při zahřívání acetylenu v přítomnosti aktivního uhlí (Zelinsky reakce) dochází k cyklické trimerizaci za vzniku benzenu.
Metody akvizice
Hlavní průmyslovou metodou výroby acetylenu je elektro- nebo tepelné krakování metanu, pyrolýza zemního plynu a karbidová metoda Alkyny lze získat z dihalogenovaných parafinů odštěpením halogenovodíku působením alkoholového roztoku alkálie.
aplikace
Závažnou průmyslovou hodnotou je pouze acetylen, který je nejdůležitější chemickou surovinou. Při spalování acetylenu v kyslíku dosahuje teplota plamene 3150 °C, proto se acetylen používá k řezání a svařování kovů.
4) Arény- aromatické uhlovodíky obsahující jeden nebo více benzenových kruhů.
Fyzikální vlastnosti
Aromatické sloučeniny jsou zpravidla pevné nebo kapalné látky. Mají vysoký index lomu a absorpce, jsou nerozpustné ve vodě, ale vysoce rozpustné v mnoha organických kapalinách. Hořlavý, benzen je toxický.
Chemické vlastnosti
Pro aromatické sloučeniny charakteristické jsou substituční reakce atomů vodíku spojené s cyklem. Adiční a oxidační reakce jsou možné, ale jsou obtížné, protože narušují aromaticitu.
Metody akvizice
Hlavní přírodní prameny aromatické uhlovodíky jsou
uhlí Trimerizace acetylenu a jeho homologů na aktivním uhlí při 600 °C Katalytická dehydrogenace cyklohexanu a jeho derivátů.
aplikace- Aromatické uhlovodíky, především benzen, se široce používají v průmyslu: jako přísada do benzínu, při výrobě rozpouštědel, výbušnin, anilinových barviv, léků.
10. Struktura
halové deriváty, nitrosloučeniny, aminosloučeniny, alkoholy a fenoly, aldehydy a ketony, karboxylové sloučeniny – charakteristika, použití, reakce
10. Struktura, vlastnosti a význam derivátů uhlovodíků
halogenalkany, nitrosloučeniny, aminosloučeniny, alkoholy a fenoly, aldehydy a ketony, karboxylové kyseliny - charakteristika, použití, reakce
1) Halogenalkany- organické sloučeniny, které ve svém složení obsahují vazbu uhlík-halogen. Protože atomy halogenu jsou elektronegativnější než atom uhlíku, C-X připojení polarizované tak, že atom halogenu získá částečný záporný náboj a atom uhlíku částečně kladný náboj Většina halogenalkanů v čisté formě jsou bezbarvé sloučeniny. více atomů uhlík, tím vyšší jsou body tání a varu. Pokud jeden atom uhlíku obsahuje 2 nebo 3 atomy halogenu, pak teploty tání a varu takové sloučeniny naopak klesají Typickými reakcemi jsou Wurtzova reakce, nukleofilní substituce, eliminace, interakce s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin. Halogenalkany se získávají chlorací alkanů na světle, hydrochlorací nenasycených uhlíků nebo se získávají z alkoholů Halogenalkany se používají: jako rozpouštědla tuků a olejů; teflon; jako chladicí kapaliny.
2) Nitrosloučeniny- organické sloučeniny obsahující jednu nebo více nitroskupin - NO 2 . Pod nitrosloučeninami se obvykle rozumí C-nitrosloučeniny, ve kterých je nitroskupina vázána na atom uhlíku.Nitrosloučeniny jsou bezbarvé, málo rozpustné ve vodě a vysoce rozpustné v organických rozpouštědlech, kapaliny s charakteristickým mandlovým zápachem. Všechny nitrosloučeniny jsou poměrně silné jedy pro centrální nervový systém.Díky vysoké polaritě mohou nitrosloučeniny rozpouštět látky, které se v běžných rozpouštědlech nerozpouštějí. Polynitrosloučeniny jsou obvykle slabě zbarvené, výbušné při nárazu a detonaci.
Podle chemického chování nitrosloučenin vykazují určitou podobnost s kyselinou dusičnou. Tato podobnost se projevuje u redoxních reakcí: Redukce nitrosloučenin (Zinin Reaction), kondenzační reakce, Tautomerie (fenomén reverzní izomerie) nitrosloučenin.
Nitrosloučeniny jsou široce používány v organické syntéze k získání různých látek používaných při výrobě barviv a léky. Některé z nitrosloučenin se používají jako antifungální a antimikrobiální činidla. Jako výbušniny se používají polynitroderiváty - TNT, kyselina pikrová a její soli.
4) Aminosloučeniny- jedná se o organické sloučeniny, které jsou deriváty amoniaku, v jejichž molekule jsou jeden, dva nebo tři atomy vodíku nahrazeny uhlovodíkovým radikálem. Aminy jsou klasifikovány podle dvou strukturních znaků: 1) Podle počtu radikálů spojených s atomem dusíku se rozlišují primární, sekundární a terciární aminy. 2) Podle charakteru uhlovodíkového radikálu se aminy dělí na alifatické, aromatické a smíšené.
Methylamin, dimethylamin a trimethylamin jsou plyny, střední členy alifatické řady jsou kapaliny, vyšší pevné látky.Stejně jako amoniak se nižší aminy dokonale rozpouštějí ve vodě, tvoří alkalické roztoky. S nárůstem molekulové hmotnosti se zhoršuje rozpustnost aminů ve vodě.Vůně aminů připomíná vůni čpavku, vyšší aminy jsou prakticky bez zápachu.Teploty varu primárních aminů jsou mnohem nižší než u odpovídajících alkoholů.
Mastné aminy, stejně jako amoniak, jsou schopny se slučovat s kyselinami, a to i s tak slabými, jako je kyselina uhličitá a poskytují odpovídající soli substituovaných amoniových bází. Působení kyseliny dusité na aminy je jejich charakteristickou reakcí, která umožňuje rozlišit primární, sekundární a terciární aminy.
Acylace. Při zahřívání s karboxylovými kyselinami se jejich anhydridy, chloridy nebo estery kyselin, primární a sekundární aminy acylují za vzniku N-substituovaných amidů. Aminy jsou v přírodě široce rozšířeny, protože vznikají při rozpadu živých organismů. Aminy se používají v příprava léčiv, barviv a výchozích produktů pro organickou syntézu.
5) Alkoholy- organické sloučeniny obsahující jednu nebo více hydroxylových skupin Podle počtu hydroxylových skupin obsažených v molekule se alkoholy dělí na jednoatomové dvojsytné, trojsytné a vícesytné Podle toho, na kterém atomu uhlíku se hydroxyl nachází, primární, sekundární a terciární rozlišují se alkoholy. Molekuly alkoholu jsou podobné molekule vody, ale alkoholy mají výrazně vyšší teploty tání a varu. Vlastnosti charakteristické pro tuto třídu sloučenin jsou způsobeny přítomností hydroxylové skupiny. Alkoholy interagují s: alkalickými kovy a kovy alkalických zemin, s halogenovodíky a
s organickými a anorganickými kyselinami za vzniku esterů. Existují také reakce mezimolekulární dehydratace alkoholů, dehydrogenace a oxidační reakce alkoholů. Alkoholy jsou v přírodě široce distribuovány jak ve volné formě, tak ve složení esterů. Alkoholy mohou být odvozeny od široké škály tříd sloučenin, jako jsou uhlovodíky, halogenalkany, aminy a karbonylové sloučeniny. V zásadě jsou všechny metody redukovány na reakce oxidace, redukce, adice a substituce. V průmyslu se alkoholy vyrábějí pomocí chemické metody nebo biochemické způsoby výroby. Oblasti použití alkoholů jsou četné a rozmanité, zejména s ohledem na nejširší škálu sloučenin patřících do této třídy. Alkoholy se používají jako rozpouštědla a čističe, ethylalkohol je základem alkoholických produktů a je také široce používán v parfémovém průmyslu a mnoha dalších oblastech.
6) Fenoly- Jsou to organické sloučeniny, v jejichž molekulách je fenylový radikál vázán na jednu nebo více hydroxylových skupin. Podle počtu OH skupin se rozlišují monoatomické a vícesytné fenoly. Většina jednosytných fenolů normální podmínky jsou bezbarvé krystalické látky s nízkým bodem tání a charakteristickým zápachem. Fenoly jsou špatně rozpustné ve vodě, snadno rozpustné v organických rozpouštědlech, toxické a při skladování na vzduchu v důsledku oxidace postupně tmavnou.Fenol má výrazné kyselé vlastnosti. To je způsobeno tím, že volný elektronový pár kyslíku ve fenolu je přitahován k jádru. Při interakci fenolu s alkáliemi vznikají soli – fenoláty. Díky hydroxylové skupině bude fenol interagovat s alkalickými kovy.
Za účasti benzenového kruhu také probíhají substituční a adiční reakce.
Fenoly se nacházejí ve významném množství v černouhelném dehtu. Fenol se také získává tavením sodné soli kyseliny benzensulfonové s louhem sodným.
Fenol se používá při výrobě plastů, kyseliny pikrové, barviv, insekticidů. Všechny fenoly mají baktericidní účinek, proto se používají jako dezinfekční prostředky v lékařství a veterinární medicíně.
Aldehydy a ketony
Aldehydy- Jedná se o organické sloučeniny, jejichž molekuly obsahují karboxylovou skupinu spojenou s atomem vodíku a uhlovodíkovým radikálem.
Ketony- Tento organická hmota, jehož molekuly obsahují karbonylovou skupinu připojenou ke dvěma uhlovodíkovým radikálům.
Protože aldehydy a ketony jsou polární sloučeniny, mají vyšší body varu než nepolární, ale nižší než alkoholy, což ukazuje na nedostatek molekulární asociace. Jsou vysoce rozpustné ve vodě, ale s rostoucí velikostí molekul rozpustnost prudce klesá. Vyšší aldehydy a ketony mají příjemnou vůni, střední homology řady aldehydů mají trvalý charakteristický zápach, nižší aldehydy mají ostrý nepříjemný zápach Aldehydy a ketony se vyznačují adičními reakcemi dvojné vazby. Kromě adiční reakce na karbonylové skupině jsou aldehydy také charakterizovány reakcemi zahrnujícími alfa atomy vodíku sousedící s karbonylovou skupinou. Jejich reaktivita je spojena s účinkem karbonylové skupiny přitahujícím elektrony, který se projevuje zvýšenou polaritou vazby. To vede k tomu, že aldehydy na rozdíl od ketonů snadno oxidují. Jejich interakce s roztokem amoniaku oxidu stříbrného je kvalitativní reakcí na aldehydy. běžná cesta získávání aldehydů a ketonů je oxidace alkoholů na měděném katalyzátoru.V průmyslu se aldehydy a ketony získávají dehydrogenací alkoholů. V průmyslu se ketony používají jako rozpouštědla, léčiva, k výrobě různých polymerů.Ze všech aldehydů se nejvíce vyrábí formaldehyd. Používá se především při výrobě pryskyřic. Také se z něj syntetizují léky, které se používají jako konzervant biologických přípravků.
8) Karboxylové kyseliny- jedná se o organické sloučeniny, jejichž molekuly obsahují karboxylovou skupinu -COOH spojenou s uhlovodíkovým radikálem.Teploty varu a tání karboxylových kyselin jsou mnohem vyšší, a to nejen u příslušných uhlovodíků, ale také než u alkoholů. Dobrá rozpustnost ve vodě, ale zhoršuje se s nárůstem uhlovodíkového radikálu.Spodní členové homologické řady při normální podmínky jsou kapaliny s charakteristickým štiplavým zápachem. Středními zástupci této homologní řady jsou viskózní kapaliny; počínaje C 10 - pevné látky Karboxylová skupina je uspořádána tak, že molekula může snadno odštěpit vodík - vykazuje vlastnosti kyseliny. Karboxylové kyseliny reagují s kovy a jejich sloučeninami, vytlačují slabší kyseliny z jejich solí, interagují s bazickými a amfoterními oxidy a hydroxidy a účastní se také esterifikační reakce. Karboxylové kyseliny se získávají oxidací aldehydů a alkoholů a hydrolýzou esterů. Kyselina mravenčí se používá v lékařství, kyselina octová se používá v potravinářském průmyslu a používá se také jako rozpouštědlo.
11. Makromolekulární látky vznikající polymerací, polykondenzací a polyadicí
stavební a strukturní jednotka
vlastnosti makromolekulárních látek
polymery, polyestery, polyamidy, fenoplasty, aminoplasty, polyuretany – příklady, použití
Video lekce 2: Cykloalkany: Chemické vlastnosti
Video lekce 3: Alkeny: Chemické vlastnosti
Video lekce 4: Alkadieny (dieny): Chemické vlastnosti
Video lekce 5: Alkyny: Chemické vlastnosti
Přednáška: Charakteristické chemické vlastnosti uhlovodíků: alkany, cykloalkany, alkeny, dieny, alkyny, aromatické uhlovodíky
Chemické vlastnosti alkanů a cykloalkanů
Alkany jsou necyklické uhlovodíky. Atomy uhlíku v těchto sloučeninách mají hybridizaci sp3. V molekulách těchto uhlovodíků jsou všechny atomy uhlíku spojeny pouze jednoduchými nepolárními a nízkopolárními vazbami C-C. K překrývání orbitalů dochází podél osy spojující jádra atomů. Jedná se o σ-vazby. Tyto organické sloučeniny obsahují maximální počet atomů vodíku, proto se nazývají limitující (nasycené). Kvůli nasycení nejsou alkany schopny vstupovat do adičních reakcí. Protože atomy uhlíku a vodíku mají podobnou elektronegativitu, vede tento faktor k tomu, že vazby C-H v jejich molekulách mají nízkou polaritu. Z tohoto důvodu jsou reakce zahrnující volné radikály vlastní alkanům.
1. substituční reakce. Jak již bylo zmíněno, jedná se o nejcharakterističtější reakce pro alkany. Při takových reakcích se přeruší vazby uhlík-vodík. Zvažte některé typy substitučních reakcí:
Halogenace. Alkany reagují s halogeny (chlorem a bromem), když jsou vystaveny ultrafialovému světlu nebo vysokému teplu. Např: CH4 + Cl2 → CH3CI + HCl.S přebytkem halogenu reakce pokračuje až do vznik směsi halogenderivátů různého stupně substituce atomů vodíku: mono-, di-tri- atd. Například reakce vzniku dichlormethanu (methylenchloridu): CH 3 Cl + Cl 2 → HCl + CH2CI2.
Nitrace (Konovalovova reakce). Za tepla a tlaku reagují alkany se zředěnou kyselinou dusičnou. Následně je atom vodíku nahrazen nitroskupinou NO 2 a vzniká nitroalkan. Celkový pohled na tuto reakci: R-H + HO-N02 → R-N02 + H20. Kde R-H je alkan, R- NE 2 - nitroalkan.
2. Oxidační reakce. Za normálních podmínek alkany nereagují se silnými oxidačními činidly (konc. kyselina sírová a dusičná, manganistan draselný KMnO 4 a dichroman draselný K 2 Cr 2 O 7).
K získání energie se široce používají spalovací reakce alkanů:
a) Při úplném spalování s přebytkem kyslíku vzniká oxid uhličitý a voda: CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
b) Částečné spalování s nedostatkem kyslíku: CH 4 + O 2 → C + 2H 2 O. Tato reakce se využívá v průmyslu k výrobě sazí.
Zahřívání alkanů kyslíkem (~200 o C) pomocí katalyzátorů vede k porušení části vazeb C–C a C–H. V důsledku toho se tvoří aldehydy, ketony, alkoholy, karboxylové kyseliny. Například při neúplné oxidaci butanu se získá kyselina octová: CH3-CH2-/-CH2-CH3 + 302 -> 2CH3COOH + 2H20.
Velký význam má reakce metanu a vodní páry za vzniku směsi plynů oxidu uhelnatého (II) s vodíkem. Teče při t 800 0 C: CH4+ H20 → 3H2 + CO. Tato reakce také umožňuje získat různé uhlovodíky.
3. Tepelné přeměny alkanů. Zahřívání alkanů bez přístupu vzduchu na vysokou t vede k porušení vazby C-C. Tento typ reakce zahrnuje krakování a izomeraci používanou pro rafinaci ropy. Tyto reakce také zahrnují dehydrogenaci, která je nezbytná pro získání alkenů, alkadienů a aromatických uhlovodíků.
Výsledkem praskání je porušení uhlíkové kostry molekul alkanu. Celkový pohled na krakování alkanů při t 450-700 0 C: CnH2n+2 -> Cn-kH2(n-k)+2 + CkH2k.Při zahřátí na 1000 0 C se metan rozkládá na jednoduché látky: CH 4 → C + 2 H2. Tato reakce se nazývá pyrolýza metanu.Při zahřátí methanu na 1500 °C vzniká acetylen: 2 CH 4 → C2H2 + 3 H2.
Izomerizace. Pokud se při krakování použije chlorid hlinitý jako katalyzátor, alkany s normálním řetězcem se převedou na alkany s rozvětveným řetězcem:
Dehydrogenace, tzn. štěpení vodíku nastává v přítomnosti katalyzátorů a při t 400-600 0 C. V důsledku toho dochází k přerušení vazby C-H, vzniká alken: CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2 nebo alkadien: CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2 \u003d CH-CH \u003d CH2 + 2H2.
Chemické vlastnosti cykloalkanů s více než čtyřmi atomy uhlíku v cyklech jsou prakticky podobné vlastnostem alkanů. Cyklopropan a cyklobutan se však vyznačují adičními reakcemi. To je způsobeno velkým napětím uvnitř cyklu, které vede k tendenci cyklů se lámat a otevírat. Takže cyklopropan a cyklobutan snadno přidávají brom, vodík nebo chlorovodík. Například:
Chemické vlastnosti alkenů
1. Adiční reakce. Alkeny jsou aktivní sloučeniny, protože dvojná vazba v jejich molekulách se skládá z jedné silné sigma vazby a jedné slabé pí vazby. Alkeny často vstupují do adičních reakcí i za studena, ve vodných roztocích a organických rozpouštědlech.
Hydrogenace, tzn. přidání vodíku je možné v přítomnosti katalyzátorů: CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH 3. Stejné katalyzátory se používají pro dehydrogenaci alkanů na alkeny. Ale proces dehydrogenace bude probíhat při vyšším t a nižším tlaku.
Halogenace. Reakce alkenů s bromem snadno probíhají ve vodném roztoku a v organických rozpouštědlech. V důsledku toho žluté roztoky bromu ztrácejí svou barvu, to znamená, že se zbarvují: CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br- CH 2 Br.
Hydrohalogenace. Přidáním molekuly halogenovodíku k nesymetrické molekule alkenu vznikne směs dvou izomerů. Při absenci specifických podmínek dochází k přidávání selektivně, podle pravidla V.V. Markovnikov. Existuje následující schéma přidávání: vodík se váže na atom uhlíku, který má více atomů vodíku, a halogen se váže na atom uhlíku s méně atomy vodíku: CH2 \u003d CH-CH3 + HBr → CH3-CHBr-CH3. Vznikl 2-brompropan.
Hydratace alkenů vede k tvorbě alkoholů. Protože přidání vody k molekule alkenu probíhá podle Markovnikovova pravidla, tvorba primárního alkoholu je možná pouze hydratací ethylenu: CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 - CH 2 - OH.
Polymerace probíhá mechanismem volných radikálů: nCH 2 \u003d CH 2 → ( - CH 2 - CH 2 -) n. tvarovaný polyethylen.
2. Oxidační reakce. alkeny Na Stejně jako všechny ostatní uhlovodíky hoří v kyslíku. Rovnice pro spalování alkenů v přebytku kyslíku má tvar: CnH2n+2 + O2 → nC02 + (n+1)H20. Vznikl oxid uhličitý a voda.
Alkeny se poměrně snadno oxidují. Při působení na alkeny vodný roztok KMnO 4, dochází ke změně barvy.
Oxidací alkenů manganistanem draselným v neutrálním nebo mírně alkalickém roztoku vznikají dioly: C 2H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2OH–CH 2OH + 2MnO 2 + 2KOH(chlazení).
V kyselém prostředí je dvojná vazba zcela přerušena a následuje přeměna atomů uhlíku, které vytvořily dvojnou vazbu, na karboxylové skupiny: 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K2SO 4 + 17H 2O(topení).
Když je dvojná vazba C=C umístěna na konci molekuly alkenu, oxid uhličitý bude působit jako oxidační produkt extrémního atomu uhlíku na dvojné vazbě. Tento proces je způsoben skutečností, že meziprodukt oxidace, jmenovitě kyselina mravenčí, je zcela jednoduše oxidován v přebytku oxidačního činidla: 5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2O(topení).
Chemické vlastnosti alkynů
Alkyny jsou nenasycené uhlovodíky, které vstupují do adičních reakcí.
Halogenace alkynů vede k adici jejich molekul jak na jednu, tak na dvě molekuly halogenu. To je způsobeno přítomností jedné silné sigma vazby a dvou slabých pí vazeb v trojné vazbě alkynových molekul. Adice dvou molekul halogenu jednou molekulou alkynu probíhá elektrofilním mechanismem postupně, ve dvou fázích.
Hydrohalogenace také probíhá elektrofilním mechanismem a ve dvou stupních. V obou fázích se přidávání molekul halogenovodíku řídí Markovnikovovým pravidlem.
Hydratace probíhá za účasti solí rtuti v kyselém prostředí a nazývá se Kucherovova reakce:
Hydrogenace (reakce s vodíkem) alkynů probíhá ve dvou fázích. Jako katalyzátory se používají kovy, jako je platina, palladium a nikl.
Trimerizace alkynů, jako je acetylen. Pokud tato látka prochází přes aktivní uhlí při vysoké t, vzniká směs různých produktů, z nichž hlavní je benzen:
Dimerizace alkynu probíhá v přítomnosti solí mědi jako katalyzátorů: HC≡CH + HC≡CH → H2C= CH - C ≡CH
Alkynová oxidace: С nH 2n-2 + (3n+1) / 2 O 2 → nC02 + (n+1)H20.
- Alkyny s trojitým C≡C na konci molekuly interagují s bázemi. Například reakce acetylenu s amidem sodným v kapalném amoniaku: HC≡CH + NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH 3. Reakcí s roztokem amoniaku oxidu stříbrného vznikají acetylenidy (nerozpustné látky podobné soli). Tato reakce se provádí, pokud je nutné rozpoznat alkyny s koncovou trojnou vazbou nebo takový alkyn izolovat ze směsi s jinými alkyny. Všechny acetylidy stříbra a mědi jsou výbušné. Acetylidy jsou schopny reagovat s halogenderiváty. Tato možnost se využívá pro syntézu složitějších organických sloučenin s trojnou vazbou: CH3-C=CH + NaNH2 -> CH3-C=CNa + NH3; CH3-C=CNa + CH3Br -> CH3-C=C-CH3 + NaBr.
Chemické vlastnosti dienů
Alkadieny jsou chemicky podobné alkenům. Existují však některé funkce:
- Halogenace. Alkadieny jsou schopny adovat vodík, halogeny a halogenovodíky v polohách 1,2-adice: CH 2 \u003d CH -CH \u003d CH2 + Br2 → CH 2 \u003d CH -CH Br- CH2Br
stejně jako 1,4-přílohy: CH 2 \u003d CH -CH \u003d CH2 + Br2 → Br CH 2 - CH =CH - CH2Br
- Polymerizace: nCH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2 t, Na→ (-CH2-CH=CH-CH2-) n . Takto se získává syntetický kaučuk.
Chemické vlastnosti aromatických uhlovodíků (arenů)
Zpět dopředu
Pozornost! Náhled snímku slouží pouze pro informační účely a nemusí představovat celý rozsah prezentace. Jestli máte zájem tato práce stáhněte si prosím plnou verzi.
Cílová: představit chemické vlastnosti nasycených uhlovodíků, naučit psát rovnice chemické reakce, uveďte podmínky jejich vzniku. Pokračovat ve formování světonázorových pojmů: o poznatelnosti přírody, vztahu příčiny a následku mezi složením, strukturou, vlastnostmi a použitím nasycených uhlovodíků.
Typ lekce: učení nového materiálu.
Typ lekce: konverzace, přednáška.
Metody lekce:
Výuka - dialogická, názorná.
Výuka - informační, informativní, výkladová.
Vybavení lekce: počítač, projektor, svíčka, zápalky.
1. Aktualizace.
1. Jaké organické látky jsou klasifikovány jako uhlovodíky? (Uhlovodíky jsou organické sloučeniny složené ze dvou prvků: uhlíku a vodíku.)
2. Jak se nazývají nasycené uhlovodíky podle mezinárodní nomenklatury? (Alkanes.)
3. Jaký je obecný vzorec alkanů. (C n H 2n+2 .)
4. Napište vzorce alkanů obsahujících atomy uhlíku: a) 16; b) 21; c) 23. (C16H34, C21H44, C23H48.)
5. Specifikujte typ hybridizace typický pro nasycené uhlovodíky. ( sp 3-G příbuzenská plemenitba.)
6. Pojmenujte vazebný úhel a délkovou charakteristiku alkanů. (Úhel je 109°28" a délka vazby uhlík-uhlík je 0,154 nm.)
2. Učení nového materiálu.
Za normálních podmínek jsou alkany chemicky inertní. Jsou odolné vůči působení mnoha činidel: neinteragují s koncentrovanými kyselinami sírovou a dusičnou, s koncentrovanými a roztavenými alkáliemi, nejsou oxidovány silnými oxidačními činidly - manganistan draselný KMnO 4 atd.
Chemická stabilita alkanů je dána vysokou pevností s-C-C a C-H vazby, stejně jako jejich nepolarita. Nepolární vazby C-C a C-H v alkanech nejsou náchylné k iontové ruptuře, ale jsou schopny se homolyticky štěpit působením aktivních volných radikálů. Proto se alkany vyznačují radikálovými reakcemi, v jejichž důsledku se získávají sloučeniny, kde jsou atomy vodíku nahrazeny jinými atomy nebo skupinami atomů.
Alkany proto vstupují do reakcí probíhajících podle mechanismu radikálové substituce, označovaného symbolem S R (z angličtiny, substituce radikální). Podle tohoto mechanismu se atomy vodíku nejsnáze nahrazují na terciárních, poté na sekundárních a primárních atomech uhlíku.
2.1. Halogenace.
Když alkany reagují s halogeny (chlorem a bromem) působením UV záření nebo vysoké teploty, vzniká směs produktů z mono- až polyhalogenem substituovaných alkanů.
CH4 + CL2 ->CH3CL- chlormethan
CH3CL + CL2 ->CH2CL2 - dichlormethan
CH 2 CL 2 + CL 2 -> CHCL 3 - trichlormethan
CHCL3 + CL2 -> CCL4-tetrochlormethan
2.2. Nitrace.
Navzdory skutečnosti, že za normálních podmínek alkany nereagují s koncentrovanou kyselinou dusičnou, při zahřátí na 140 ° C se zředěnou (10%) kyselinou dusičnou pod tlakem dochází k nitrační reakci - nahrazení atomu vodíku nitro skupina (reakce M.I. Konovalova ). Všechny alkany vstupují do nitrační reakce, ale reakční rychlost a výtěžky nitrosloučenin jsou nízké. Nejlepší výsledky jsou pozorovány u alkanů obsahujících terciární atomy uhlíku.
CH3-CH3 + HNO3 -> CH3-CH2-NO2 + H20.
2.3. Izomerizace.
Uhlovodíky normální struktury pod vlivem katalyzátorů při zahřívání podléhají izomerizaci - přeskupení uhlíkového skeletu za vzniku rozvětvených alkanů.
2.4. Tepelný rozklad.
CH4->C + 2H 2
C2H2->2C +H2
Praskání- při vysoké teplotě v přítomnosti katalyzátorů dochází k štěpení nasycených uhlovodíků, které se nazývá krakování. Při krakování dochází k homolytickému přetržení vazeb uhlík-uhlík za vzniku nasycených a nenasycených uhlovodíků s kratšími řetězci.
C8H18 -> C4H10 + C4H8
Tyto reakce mají velký průmyslový význam. Tímto způsobem se vysokovroucí ropné frakce (topný olej) přeměňují na benzín, petrolej a další cenné produkty.
Zvýšení procesní teploty vede k hlubšímu rozkladu uhlovodíků a zejména k dehydrogenaci, tzn. k eliminaci vodíku. Metan tedy při 1500 °C vede k acetylenu.
2CH4 -> C2H2 + 3H2
2.5. Oxidace.
Za normálních podmínek jsou alkany odolné vůči působení kyslíku a oxidačních činidel. Při zapálení na vzduchu alkany hoří, mění se na oxid uhličitý a vodu a uvolňují velké množství tepla.
CH4 + 202 -> C02 + 2H20
C5H12 + 802 -> 5C02 + 6H20
CnH2n+2+ (Zn + 1) / 202 \u003d nC02 + (n + 1) H20.
(ukázka hoření svíčky)
3. Přihláška ( samostatná práce s učebnicovým textem ).
První ze série alkanů - metan- je hlavní složkou zemních a souvisejících plynů a je široce používán jako průmyslový a domácí plyn. Průmyslově se zpracovává na acetylen, saze, fluor a deriváty chloru.
Nižší členy homologní řady se používají k získání odpovídajících nenasycených sloučenin dehydrogenační reakcí. Jako domácí palivo se používá směs propanu a butanu.
Střední členy homologové řady se používají jako rozpouštědla a motorová paliva. Vyšší alkany se používají k výrobě vyšších mastné kyseliny, syntetické tuky, mazací oleje atd.
4. Domácí práce: odstavec 11, např. 4, 5.
Alkanes
Omezit uhlovodíky - alkany- vstupovat do substitučních reakcí a nevstupovat do adičních reakcí. Zatímco u téměř všech nenasycených sloučenin, tzn. látek obsahujících dvojné a trojné vazby, je tento typ reakce nejcharakterističtější.
1. Substituční reakce
A) Halogenace:
Kde hv je vzorec pro množství lehkého chlormethanu
Při dostatečném množství chloru reakce pokračuje dále a vede ke vzniku směsi produktů substituce dvou, tří a čtyř atomů vodíku:
Halogenační reakce alkanů probíhá podle mechanismu radikálového řetězce, tzn. jako řetězec po sobě jdoucích transformací zahrnujících částice volných radikálů.
Zvažte mechanismus radikálové substituce na příkladu monochlorace metanu:
Fáze 1 - původ řetězu- výskyt volných radikálů v reakční zóně. Působením světelné energie je vazba v molekule Cl:Cl homolyticky zničena na dva atomy chloru s nepárovými elektrony (volné radikály):
Fáze 2 - růst (vývoj) řetězce. Volné radikály, které interagují s molekulami, dávají vzniknout novým radikálům a rozvíjejí řetězec transformací:
Fáze 3 - otevřený obvod. Radikály, které se navzájem spojují, tvoří molekuly a přerušují řetězec transformací:
Při chloraci nebo bromaci alkanu se sekundárními nebo terciárními atomy uhlíku je nejjednodušší nahradit vodík na terciárním atomu, obtížnější u sekundárního a ještě obtížnější u primárního. To se vysvětluje větší stabilitou terciárních a sekundárních uhlovodíkových radikálů ve srovnání s primárními v důsledku delokalizace nepárového elektronu. Proto například při chloraci propanu je hlavním reakčním produktem 2-chlorpropan:
b) Nitrace alkanů (Konovalovova reakce)
Alkany jsou ovlivněny zředěnou kyselinou dusičnou za zahřívání (140-150 °C) a tlaku. V důsledku toho je atom vodíku nahrazen zbytkem kyselina dusičná- NO 2 nitro skupina. Tato reakce se nazývá nitrační reakce a reakční produkty se nazývají nitrosloučeniny.
Schéma reakce:
2. Oxidační reakce
a) všechny alkany shoří oxid uhličitý a voda:
b) částečná oxidace alkanů při relativně nízké teplotě a za použití katalyzátorů je doprovázena porušením pouze části vazeb C-C a C-H:
V důsledku oxidačních reakcí lze v závislosti na struktuře alkanu získat další látky: ketony, aldehydy, alkoholy.
3. Izomerizační reakce(s katalyzátorem AlCl3):
4. Rozkladné reakce:
Cykloalkany
Chemické vlastnosti cykloalkanů do značné míry závisí na počtu atomů uhlíku v cyklu. Tří- a čtyřčlenné cykly ( malé cykly), jsou nasycené, nicméně se výrazně liší od všech ostatních nasycených uhlovodíků. Vazebné úhly v cyklopropanu a cyklobutanu jsou mnohem menší než normální čtyřstěnný úhel 109° 28", charakteristický pro sp 3 -hybridizovaný atom uhlíku. To vede k vysokému napětí takových cyklů a jejich tendenci se otevírat působením činidel. Proto do nich vstupuje cyklopropan, cyklobutan a jejich deriváty adiční reakce, ukazující charakter nenasycených sloučenin. Snadnost adičních reakcí klesá s klesající intenzitou cyklu v sérii:
cyklopropan > cyklobutan >> cyklopentan.
Nejstabilnější jsou 6členné cykly, ve kterých nedochází k úhlovému a jinému druhu namáhání.
Malé cykly(С 3 -С 4) poměrně snadno vstoupí do hydrogenačních reakcí:
Cyklopropan a jeho deriváty přidávají halogeny a halogenovodíky:
Pro cykloalkany (C 5 a vyšší) jsou pro jejich větší stabilitu charakteristické reakce, při kterých je zachována cyklická struktura, tzn. substituční reakce.
Chlorace cyklohexan má řetězový mechanismus (podobný substituci v alkanech):
Tyto sloučeniny, stejně jako alkany, také vstupují do dehydrogenačních reakcí v přítomnosti katalyzátoru atd.
Dehydrogenace cyklohexan a jeho alkylderiváty:
alkeny
Alkeny jsou nenasycené uhlovodíky. Jejich molekuly obsahují jednu dvojnou vazbu (σ-vazba a π-vazba). Právě s přerušením slabší π-vazby probíhají adiční reakce.
Alkeny podléhají různým adičním reakcím. Molekuly vodíku mohou působit jako reaktanty ( hydrogenační reakce), halogeny ( halogenační reakce), halogenovodíky ( hydrohalogenační reakce), voda ( hydratační reakce). V důsledku přetržení π-vazby probíhá i polymerační reakce. V obecný pohled schémata těchto procesů lze zapsat následovně.
Uvažujme mechanismus hydratační reakce probíhající v přítomnosti minerálních kyselin podle mechanismu elektrofilní adice 1:
Při interakci nesymetrických alkenů s molekulami halogenovodíků nebo vody platí pravidlo V.V. Markovnikov: k adici atomu vodíku k nesymetrické molekule alkenu dochází převážně k více hydrogenovanému atomu uhlíku (již připojenému k velký počet atomy vodíku).
Obměnou adiční reakce je polymerační reakce, při kterém dochází k tvorbě vysokomolekulární sloučeniny (polymeru) postupným přidáváním molekul nízkomolekulární látky (monomeru) podle schématu:
Číslo n ve vzorci polymeru (M n) se nazývá stupeň polymerace. Polymerizační reakce alkenů jsou způsobeny přidáním vícenásobných vazeb:
Alkeny vstupují do oxidačních reakcí např. s manganistanem draselným.
V neutrálním a kyselém prostředí probíhají reakce odlišně.
Alkadieny (dieny)
Vlastnosti alkadienů (dienů) jsou podobné jako u alkenů. Hlavní rozdíl v jejich vlastnostech je způsoben přítomností dvou dvojných vazeb v molekulách, a důležitá role hraje přesně jejich umístění. Největší zájem je o konjugované alkadieny (tj sdružené dvojné vazby (oddělené jednou σ-vazbou). Liší se charakteristické vlastnosti kvůli elektronická struktura molekuly, konkrétně kontinuální sekvence čtyř atomů uhlíku sp2, například butadien-1,3: CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2
Zvažte chemické vlastnosti dienů.
1. hydrogenace
Hydrogenací butadienu-1,3 se získá buten-2, tzn. Dochází k přidání 1,4. V tomto případě jsou dvojné vazby přerušeny, atomy vodíku jsou připojeny ke krajním atomům uhlíku C1 a C4 a volné valence tvoří dvojnou vazbu mezi atomy C2 a C3:
V přítomnosti katalyzátoru Ni se získá kompletní hydrogenační produkt:
2. Halogenace- probíhá obdobně jako hydrogenační reakce. Výhodně jsou atomy halogenu připojeny k prvnímu a čtvrtému atomu uhlíku (adice-1,4):
Jako vedlejší proces dochází k 1,2-adici:
Při přebytku chloru se v místě zbývající dvojné vazby přidá ještě jedna jeho molekula za vzniku 1,2,3,4-tetrachlorbutanu.
Přidání halogenů, halogenovodíků, vody a dalších polárních činidel probíhá elektrofilním mechanismem (jako u alkenů).
Adiční reakce zahrnují reakce polymerizace charakteristické pro dieny. Tento proces je nezbytný při výrobě syntetických kaučuků.
Polymerace 1,3-dienů může probíhat buď 1,4-adičním typem nebo směsným 1,2- a 1,4-adičním typem. Směr přidávání závisí na reakčních podmínkách.
První syntetický kaučuk získaný metodou S.V. Lebedev během polymerace divinylu působením kovového sodíku byl nepravidelným polymerem se smíšeným typem 1,2- a 1,4-adičních jednotek:
alkyny
Hlavním typem reakce pro alkyny, stejně jako pro alkeny a dieny, je adiční reakce.
1. hydrogenace
V přítomnosti kovových katalyzátorů (Pt, Ni) alkyny přidávají vodík (první π-vazba se přeruší) za vzniku alkenů a poté se přeruší druhá π-vazba a tvoří se alkany:
Při použití jiných (méně aktivních katalyzátorů) se hydrogenace zastaví ve fázi tvorby alkenu.
2. Halogenace
Elektrofilní adice halogenů na alkyny probíhá pomaleji než u alkenů (první π-vazba je obtížnější přerušit než druhá):
Alkyny odbarvují bromovou vodu (kvalitativní reakce).
3. Hydrohalogenace
Adice halogenovodíků na aminy také probíhá elektrofilním mechanismem. Produkty adice na nesymetrické alkyny jsou určeny pravidlem V.V. Markovnikov:
Hydrochlorace acetylenu se používá v jedné z průmyslových metod výroby vinylchloridu:
Vinylchlorid je výchozí materiál (monomer) při výrobě polyvinylchloridu (PVC).
4. Hydratace (Kucherovova reakce)
Přidání vody k alkynům nastává v přítomnosti katalyzátoru rtuťnaté (II) soli a probíhá tvorbou nestabilního nenasyceného alkoholu, který se izomerizuje na acetaldehyd (v případě acetylenu):
nebo na keton (v případě jiných alkynů):
5. Polymerizace
a) Dimerizace působením vodného roztoku amoniaku CuCl:
b) Trimerace acetylenu na aktivním uhlí vede ke vzniku benzenu (Zelinsky reakce):
6. Kyselé vlastnosti acetylenu
Acetylen a jeho homology s trojitou koncovkou R-C připojení≡ С-Н (alkyny-1), v důsledku polarity vazby C(sp)-Н, vykazují slabé kyselé vlastnosti: atomy vodíku mohou být nahrazeny atomy kovů. V důsledku toho se tvoří soli acetylenidy:
Acetylidy alkalických a kovy alkalických zemin používané k získání homologů acetylenu.
Když acetylen (nebo R-C ≡ C-H) interaguje s roztoky amoniaku oxid stříbrný nebo chlorid měďný sráží nerozpustné acetylidy:
7. Oxidace alkynů
Acetylen a jeho homology se snadno oxidují různými oxidačními činidly (manganistan draselný v kyselině a alkalické prostředí dichroman draselný v kyselém prostředí atd.). Struktura oxidačních produktů závisí na povaze oxidačního činidla a reakčních podmínkách.
Například, když je acetylen oxidován v alkalickém prostředí, vzniká oxalát:
Na tvrdý Oxidací (zahříváním, koncentrovanými roztoky, kyselým prostředím) se štěpí uhlíkatý skelet molekuly alkynu podél trojné vazby a vznikají karboxylové kyseliny:
Alkyny odbarvují zředěný roztok manganistanu draselného, který se používá k prokázání jejich nenasycenosti. Za těchto podmínek tam měkký oxidace bez porušení σ-vazby С-С (zničí se pouze π-vazby). Například, když acetylen interaguje se zředěným roztokem KMnO 4 při teplotě místnosti, jsou možné následující transformace za vzniku kyseliny šťavelové HOOC-COOH:
Když jsou alkyny spáleny, oni kompletní oxidace na CO 2 a H 2 O. Spalování acetylenu je doprovázeno uvolňováním velkého množství tepla:
Kvalitativní reakcí na nenasycené uhlovodíky je odbarvení bromové vody a roztoku manganistanu draselného (viz oddíl 4).
Nasycené uhlovodíky mají ve svých molekulách pouze nízkopolární a slabě polarizující vazby, které se vyznačují vysokou pevností, proto se za normálních podmínek jedná o látky, které jsou vůči polárním činidlům mírně chemicky aktivní: neinteragují s koncentrované kyseliny, celá čísla, alkalické kovy, oxidační činidla. To byl důvod jejich jména - parafíny. Parumaffinus je latinsky nepříbuzný. Jejich chemické přeměny probíhají především za zvýšených teplot a působením UV záření.
Existují tři hlavní typy reakcí nasycených uhlovodíků: substituce, oxidace a eliminace. Tyto reakce mohou probíhat buď přerušením vazby C-C (energie 83,6 kcal) nebo přerušením vazby C-H (energie 98,8 kcal/mol). Reakce často probíhají s přerušením vazby C-H, tk. je přístupnější působení činidla, i když vazba C-C vyžaduje ke štěpení méně energie. V důsledku takových reakcí se intermediárně tvoří velmi aktivní druhy - alifatické uhlovodíkové radikály.
Příprava a vlastnosti alifatických radikálů
1. K tvorbě volných radikálů při homolytickém štěpení vazeb C-C nebo C-H dochází při teplotě 300-700 °C nebo působením činidel pro volné radikály.
2. Životnost volných radikálů (rezistence) se zvyšuje z primárních na sekundární a terciární radikály:
b) Interakce s nenasycenými sloučeninami: k adici dochází také za vzniku nového radikálu:
CH3. + CH2 \u003d CH2CH3-CH2-CH2.
c) -rozpad - radikály s dlouhým uhlíkovým řetězcem se rozkládají s mezera C-C vazby v poloze -k uhlíku s nepárovým elektronem.
CH3-CH2: CH2-CH2. CH3-CH2. + CH 2 \u003d CH 2
d) Disproporcionace - redistribuce vodíku spojená s -rozpadem podle S-N připojení:
| + CH3-CH2. | + CH3-CH3 |
e) Rekombinace - spojení volných radikálů mezi sebou
CH 3. + CH3. CH3-CH3
Když známe vlastnosti chování volných radikálů, snáze pochopíme základní zákony specifických reakcí nasycených uhlovodíků.
Píši. substituční reakce
1. Halogenační reakce. Nejúčinnějším činidlem je fluor. Přímá fluorace má za následek výbuch. Reakce chlorace. Mohou probíhat působením molekul chlóru na světle již při pokojové teplotě. Reakce probíhá podle mechanismu řetězce volných radikálů a zahrnuje následující hlavní fáze:
a) první pomalá fáze - řetězová iniciace:
Cl:ClCl. +Cl.
R: H+. Cl HCl + R.
b) vývoj řetězce - tvorba reakčních produktů se současnou tvorbou volných radikálů, které pokračují v řetězovém procesu:
R. + Cl: Cl RCl + Cl.
R:H+Cl. HCl+R.
c) otevřený okruh:
Od CI. činidlo je aktivní, může atakovat molekulu již získaného derivátu chloru, v důsledku toho vzniká směs mono- a polyhalogenovaných sloučenin. Například:
CH 4 + Cl 2 HCl + CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4
methylchlorid –HCl -HCl -HCl
methylenchlorid chloroform čtyři-
chlorid uhličitý
Bromační reakce postupuje mnohem obtížněji, protože brom je méně aktivní než chlor a reaguje hlavně tvorbou stabilnějších terciárních nebo sekundárních radikálů. V tomto případě druhý atom bromu obvykle vstupuje do polohy sousedící s prvním, hlavně na sekundárním uhlíku.
jodační reakce prakticky neprosakují, protože HI redukuje výsledné alkyljodidy.
2. Nitrace- substituce atomu H skupinou NO 2 působením kyseliny dusičné. Prochází působením zředěné kyseliny dusičné (12%) při vysoké teplotě 150 ° C pod tlakem (Konovalovova reakce). Parafiny izostruktury reagují snadněji, tk. substituce nastává snadněji na terciárním atomu uhlíku:
Mechanismus nitrační reakce je spojen se střední tvorbou volných radikálů. Iniciace je usnadněna částečně probíhajícím oxidačním procesem:
RH + HONO 2 ROH + HONO
kyselina dusitá
HONO + HONO 2 HOH + 2 . NE 2
| + . NE 2 |
CH3-C-CH3+. N02CH3-C-CH3 + HN02
CH3-C-CH3+. N02CH3-C-CH3
těch. radikální reakce nitrace uhlovodíků nemá řetězový charakter.
II typ. Oxidační reakce
Za normálních podmínek parafíny neoxidují ani kyslík, ani silná oxidační činidla (KMnO 4, HNO 3, K 2 Cr 2 O 7 atd.).
Při zavádění otevřeného plamene do směsi uhlovodíku se vzduchem dojde k úplné oxidaci (spálení) uhlovodíku na CO 2 a H 2 O. Zahřívání nasycených uhlovodíků ve směsi se vzduchem nebo kyslíkem za přítomnosti katalyzátorů pro oxidaci MnO 2 a dalších do teploty 300 °C vede k jejich oxidaci za vzniku peroxidových sloučenin. Reakce probíhá mechanismem řetězových volných radikálů.
A: R: HR . +H. iniciace okruhu
R:R. + O: :O: R-O-O.
R-O-O. + R: H R-O-O-H + R.
alkanhydroperoxid
O:R-O-O. +R. Přerušený obvod R-O-O-R
alkanperoxid
Nejsnáze oxidují terciární jednotky, obtížněji sekundární a ještě obtížněji primární. Vzniklé hydroperoxidy se rozkládají.
Primární hydroperoxidy při rozkladu tvoří aldehydy nebo primární alkohol, například:
CH3-C-C-O: O-H CH3-C-O. + . OH CH3-C \u003d O + H20
ethanhydroperoxid acetaldehyd
CH3-CH3
boční
CH3-CH2OH + CH3-CH2.
Sekundární hydroperoxidy při rozkladu tvoří ketony nebo sekundární alkoholy, například:
CH3-C-O:OH CH3-C-O. + . OH H20 + CH3-C \u003d O
CH 3 CH 3 CH 3
propanhydroperoxid
CH3-CH2-CH3
boční
CH3-CH-OH + CH3-. CH-CH 3
isopropylalkohol
Terciární hydroperoxidy tvoří ketony, stejně jako primární a terciární alkoholy, například:
CH 3 CH 3 CH 3
CH3-C-CH3CH3-C: CH3+. OH CH3OH + CH3-C \u003d O
hydroperoxid isobutanu
CH3-CH-CH3
boční
Isobutan
CH3-C-CH3+ CH3-C-CH3
terc-butylalkohol
Jakýkoli hydroperoxid se může také rozkládat za uvolnění atomárního kyslíku: CH 3 -CH 2 -O-O-H CH 3 CH 2 -OH + [O],
která jde do další oxidace:
CH3-C+[0]CH3-C-OH
Proto kromě alkoholů, aldehydů a ketonů vznikají karboxylové kyseliny.
Volbou reakčních podmínek je možné získat jakýkoli produkt. Například: 2 CH 4 + O 2 2 CH 3 OH.
