UHĽOVODÍKY C, H. acyklické s otvoreným reťazcom. cyklické s uzavretým reťazcom. aromatické. nasýtené C C. nenasýtené C=C, C C.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "UHĽOVODÍKY C, H. acyklické s otvoreným reťazcom. cyklické s uzavretým reťazcom. aromatické. nasýtené C C. nenasýtené C=C, C C."

Άτροπος Αρβανίτης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 UHĽOVODÍKY C, H acyklické s otvoreným reťazcom cyklické s uzavretým reťazcom alkány nasýtené C C nenasýtené C=C, C C aromatické alkény alkíny cykloalkány cykloalkény cykloalkíny

2 ALKÁNY. nasýten tené acyklické uhľovodíky, najjednoduchšie organické zlúčeniny, jednoduché nepolárne σ väzby, hybridizácia sp 3 priestorové útvary, tvoria homologický rad, sumárny vzorec = C n H 2n+2, každý vyššíčlen sa od predchádzajúceho líši o skupinu CH 2.

3 Názov Štruktúrny vzorec Racionálny vzorec Molekulový (sumárny) vzorec metán CH 4 CH 4 etán CH 3 CH 3 C 2 H 6 propán CH 3 CH 2 CH 3 C 3 H 8 bután CH 3 (CH 2 ) 2 CH 3 C 4 H 10

5 Názvy ostatných členov s počtom uhlíkov 5 a vyšším sú tvorené základom názvu gréckej číselnej predpony vyjadrujúcej počet uhlíkov a príponou án (5 C pentán). Počnúc butánom jednému molekulovému (sumárnemu) vzorcu prislúcha niekoľko štruktúrnych vzorcov reťazová izoméria.

6 Reťazová izoméria. pentán C 5 H 12 primárny C terciárny C kvartérny C sekundárny C pentán priamy reťazec izopentán neopentán rozvetvený reťazec

7 bután izobután

8 Konformácia. bután C 4 H 10 priestorové usporiadanie atómov molekuly, ktorými môže molekula prechádzať bez porušenia väzby, atómy sa snažia zaujať energeticky najvýhodnejšiu polohu. newmanova projekcia

9 VLASTNOSTI A VYUŽITIE vlastnosti (za normálnych podmienok) využitie metán etán propán a bután Bezfarebná, plynná, horľavá látka, hlavná zložka zemného plynu, bahenného plynu a bioplynu, so vzduchom môže vytvárať výbušnú zmes, skleníkový plyn Bezfarebná, plynná, horľavá látka, ťažšia ako vzduch, súčasť zemného plynu. Bezfarebné, plynné, horľavé látky, s väčšou hustotou ako vzduch, so vzduchom môžu vytvárať výbušnú zmes. Palivo v domácnostiach i priemysle, chemická surovina pre výrobu H, sadzí, acetylénu... Palivo v domácnostiach i priemysle, surovina pre syntézu organických látok. Kvapalná zmes stlačená v oceľových fľašiach sa používa ako palivo v domácnostiach, kde nie je zavedený zemný plyn, do cestovných varičov, ako palivo do automotorov.

11 Ďalšie fyzikálne vlastnosti: alkány s počtom uhlíkov 5 17 sús kvapalné látky, alkány s počtom uhlíkov nad 17 sús tuhé látky, počet C T TOP aj T V, alkány s priamym reťazcom majú vyšš ššiu T V ako ich rozvetvené reťazov azové izoméry.

12 Závislosť teploty varu a topenia od počtu uhlíkov v alkánoch s lineárnym reťazcom: C te p lo ta v a ru te p lo ta to p p očet C v n -a lk á n e - nerozpustné v polárnych rozpúšťadlách (voda), - rozpustné v nepolárnych rozpúšťadlách (benzén), - kvapalné se používajú ako nepolárne rozpúšťadlá (tuky, oleje), - hustota menšia ako 1 g cm -3 (plávajú na vode).

13 REAKCIE ALKÁNOV. typické reakcie nasýtených uhľovodíkov majú vždy radikálový charakter, radikál = veľmi reaktívnačastica s jedným alebo viacerými nepárovými elektrónmi (Cl, H, HO...). Mechanizmus radikálových substitučných reakcií: 1. Iniciácia cia - vznik radikálov lov: Cl Cl hν 2 Cl Aby nastal zánik väzby, treba dodať aspoň toľko aktivačnej energie, ako je disociačná energia väzby aktivácia teplom, svetlom, žiarením (hν), prípadne katalyzátormi.

14 2. Propagácia vlastný priebeh reakcie: H H H C H + Cl H C + HCl H H H H H C + Cl Cl H C Cl + H H Cl rovnováha sa posúva na stranu produktov

15 3. Terminácia - zánik radikálov lov: Cl + Cl Cl Cl znížením teploty sa spoja radikály Cl H H H C + Cl H C Cl H H reakciou organického radikálu s radikálom Cl

16 Pre väčšinu radikálových reakcií je typické: - vysoká rýchlosť, - vznik zmesi produktov. K radikálovým substitučným reakciám patria: halogenácia, sulfochlorácia, sulfooxidácia, nitrácia, autooxidácia.

17 Halogenácia. halogenačnéčinidlo = X 2 (X = F, Cl, Br, I), vyššia teplota, UV žiarenie mono, di až polyhalogénuhľovodíky a halogénvodík: CH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl CH 3 Cl + Cl 2 CH 2 Cl 2 + HCl CH 2 Cl 2 + Cl 2 CHCl 3 + HCl CHCl 3 + Cl 2 CCl 4 + HCl chlórmetán dichlórmetán trichlórmetán tetrachlórmetán (chlorid uhličitý) Najrýchlejšie - fluorácia (veľmi rýchlo, nie všetky stupne), potom chlorácia a bromácia. Jodácia sa nedarí.

18 Chlorácia propánu pri 25 C pôsobením žiarenia prebieha: CH 3 CH 2 CH 3 + Cl 2 CH 3 CH 2 CH 2 Cl + CH 3 CH CH 3 + HCl 1-chlórpropán (45 %) Cl 2-chlórpropán (55 %) Sulfochlorácia. CH 4 + Cl 2 + SO 2 CH 3 SO 2 Cl + HCl Vyššie teploty + žiarenie.

19 Sulfooxidácia. CH 4 + Cl 2 + SO 2 + O 2 CH 3 SO 3 H Teplota 450 C. Nitrácia. CH 4 + HNO 3 CH 3 NO 2 + H 2 O Teplota C, zriedená HNO 3. Autooxidácia (regulovaná oxidácia alkánov) ) = reťazová oxidácia vzdušným O 2 za prítomnosti katalyzátorov (soli Mn, Co...) alkylhydrogenperoxidy alkoholy, aldehydy, ketóny, kyseliny (v závislosti od reakčných podmienok).

20 Eliminačné reakcie alkánov dehydrogenácie. Dochádza k eliminácii H 2 a vzniku dvojitej väzby alkán alkén + H 2 Prebiehajú pri vyšších teplotách C (pyrolýza, resp. termolýza). Za prítomnosti dehydrogenačných katalyzátorov (Ni, Pt, Pd, Fe, Se) sa teplota zníži na C.

21 Technicky významné dehydrogenačné reakcie. etán etylén bután butadién hexán benzén!!! heptán toluén

22 nasýten tené cyklické uhľovodíky, CYKLOALKÁNY. tvoria homologický rad, sumárny vzorec = C n H 2n (n 3), stálosť stúpa so stúpajúcim počtom uhlíkov v cykle, hydrogenáciou cykloalkánov alkány ny, dehydrogenáciou cykloalkánov (C 6), ľahšie sa oxidujú ako alkány. aromatické zlúčeniny,

23 Názov Štruktúrny vzorec Racionálny vzorec Molekulový vzorec H 2 C H 2 C H 2 C C H 2 C H 2 cyklohexán C 6 H 12 C H 2

24 VLASTNOSTI A VYUŽITIE CYKLOHEXÁNU. Vlastnosti kvapalná, horľavá látka získavaná z ropy Využitie surovina pre výrobu plastov a vlákien, rozpúšťadlo T top = 6,5 C, T var = 81 C (Ni, Pt) - 3 H 2, 500 C + 3 H 2, 200 C, p 0, p t, H R < 0 (g)

25 ALKÉNY a CYKLOALKÉNY. nenasýten tené acyklické a cyklické uhľovodíky, okrem jednoduchých nepolárnych σ väzieb obsahujú aj jednu dvojitú väzbu (σ + π), hybridizácia sp 2 rovinné útvary tvoria homologický rad, sumárny vzorec = C n H 2n, každý vyššíčlen sa od predchádzajúceho líši o skupinu CH 2.

26 Názvy členov (C 5) sú tvorené základom názvu gréckej číselnej predpony vyjadrujúcej počet C a príponou én (5 C pentén), resp. predponou cyklo. Počnúc buténom jednému molekulovému (sumárnemu) vzorcu prislúcha niekoľko štruktúrnych vzorcov reťazová izoméria a polohová izoméria.

27 Polohová izoméria. but-1-én (butén) but-2-én Reťazová izoméria. izobutén

28 Geometrická izoméria. cis-but-2-én trans-but-2-én

29 Názov Vlastnosti Využitie etylén (etén) propylén (propén) butén bezfarebné, horľavé plyny výroba plastu polyetylénu, etanolu, vinylchloridu, styrénu výroba plastu polypropylénu a mnohých ďalších organických látok výroba etylmetylketónu, zložky rýchloschnúcich lakov

30 Zásaditý charakter alkénov: vyčnievanie π-ē nad a pod rovinu σ-väzby, priťahovanie elektrónovo nenasýtených zlúčenín.

31 Adičné reakcie: REAKCIE ALKÉNOV. typické reakcie = elektrofilné, radikálové, násobnosť väzby sa znižuje: alkény substituované alkány... H < 0 Elektrofilná adícia: stabilnejšia molekula. Reakcia alkénov s elektrónovo nenasýtenými látkami, ktoré majú charakter Lewisových kyselín. Reaktivita alkénov stúpa dĺžkou reťazca a jeho rozvetvením.

32 Markovnikovo pravidlo. Ako bude prebiehať adícia, ak dvojitá väzba sa nachádza medzi nerovnocenne substituovanými uhlíkmi??? CH 2 =CH-CH 3 + X + Y - CH 2 -CH-CH 2 (H + ) X Y CH 2 -CH-CH 3 Y X Elektrofilná skupina sa viaže na C s väčším počtom H.

33 Adícia halogénvodíkov: rýchlosť adície energia väzby H-X : HF < HCl < HBr < HI, fluór, chlór, bróm a jód substituované alkány.

34 Adícia kyslíkatých kyselín: estery kyselín, adícia závisí od zásaditosti a reaktivity alkénu. Adícia halogénov: molekuly halogénov sú nepolárne väzba sa musí polarizovať (katalyzátory Lewisove kyseliny AlCl 3 ), reaktivita klesá: F 2 (búrlivo, rozštiepenie reťazca) > Cl 2 > Br 2 > I 2, dihalogénderiváty alkánov.

35 Adícia vody: voda je slabá kyselina, adícia prebieha len za prítomnosti silnej minerálnej kyseliny, alkoholy. Adícia alkánov: adujú sa izoalkány, rozvetvené nasýtené uhľovodíky.

36 Radikálová adícia: reakcia alkénov s radikálmi (aj tie sú elektrónovo nedosýtené), dochádza k roztrhnutiu π väzby, aktivácia UV žiarením (hν) alebo katalyzátormi peroxidového charakteru.

37 Adícia halogénov: katalyzované UV žiarením, peroxidy, F 2 (rýchlo a búrlivo) > Cl 2 > Br 2, I 2 - neprebieha. Adícia halogénvodíkov: význam má len adícia HBr, ktorá prebieha proti Markovnikovovmu pravidlu (Kharashov efekt). Adícia H 2 (hydrogenácia): kovové katalyzátory, závisí od tlaku H 2, či reakcia prebehne ako hydrogenačná alebo dehydrogenačná.

38 Adície CO a H 2, resp. CO a H 2 O (oxoreakcie( oxoreakcie): majú technický význam, t = C; p = 20 MPa; katalyzátor = Co 2 (CO) 8, aldehydy, prípadne alkoholy alebo karboxylové kyseliny (CO a H 2 O). Polymerizačné reakcie: mnohonásobná adícia molekúl alkénov navzájom polyméry, polymerizácia etylénu a propénu je katalyzovaná Zieglerovými katalyzátormi (TiCl 4 + trialkylhliník) na zníženie potrebného vysokého tlaku a teploty.

39 ALKADIÉNY. nenasýtené acyklické uhľovodíky s dvomi dvojitými väzbami, charakteristická prípona je dién, sumárny vzorec = C n H 2n-2 (C 3). Podľa polohy dvojitých väzieb ich delíme: 1. Kumulované: 2. Izolované: Dve dvojité väzby vychádzajúce z 1 atómu uhlíka -CH=C=CH- -CH 2 -C CH- ako alkíny. Dve dvojité väzby oddelené viacerými jednoduchými väzbami -CH=CH-CH-CH=CH- väzby sa neovplyvňujú ako alkény.

40 3. KONJUGOVANÉ DIÉNY Dve dvojité väzby oddelené 1 jednoduchou väzbou -CH=CH-CH=CH- špeciálne vlastnosti. Buta-1,3-dién (butadién): Štruktúrny vzorec Racionálny vzorec Molekulový vzorec Využitie CH 2 =CH-CH=CH 2 C 4 H 6 neoprénu, chloroprénu, výroba polymérov, adiponitrilu...

41 REAKCIE DIÉNOV. 1,2- a 1,4- adície: mechanizmus ako pri alkénoch, rozdielne produkty pri nižšej teplote prevláda produkt 1,2-adície: CH 2 =CH CH=CH 2 + Cl 2 CH 2 =CH CHCl CH 2 Cl 3,4-dichlórbut-1-én pri vyšš ššej teplote prevláda produkt 1,4-adície: CH 2 =CH CH=CH 2 + Cl 2 CH 2 Cl CH=CH CH 2 Cl 1,4-dichlórbut-2-én Diénové syntézy (Dielsove( Dielsove-Alderove): naviazanie dienofilu (látky s dvojitou väzbou, príp. voľným ē párom) na dién uzavretie kruhu.

42 Adičné polymerizácie: reťazový priebeh, mechanizmus radikálový, iónový, pri radikálovej polymerizácii iniciátormi sú látky ľahko tvoriace radikály: R R 2 R radikály atakujú molekulu diénu: R + CH 2 =CH CH=CH 2 R CH 2 CH=CH CH 2 vzniknutý radikál reaguje s ďalšou molekulou diénu: R CH 2 CH=CH CH 2 + CH 2 =CH CH=CH 2 R CH 2 CH=CH CH 2 CH 2 CH=CH CH 2...

43 ALKÍNY. nenasýten tené acyklické uhľovodíky s trojitou väzbouv (σ + 2 π) lineárne útvary, homologický rad, sumárny vzorec = C n H 2n-2 (n 2 ), majú vyššiu teplotu varu a hustotu ako alkány a alkény, názvy alkínov okrem acetylénu sú tvorené základom názvu gréckej číselnej predpony vyjadrujúcej počet uhlíkov a príponou ín (5 C pentín).

44 Acetylén najznámejší alkín C 2 H 2 : Vlastnosti: vysokohorľavý plyn, charakteristický zápach, mierny narkotický účinok. Použitie: technický plyn pri chemických procesoch, palivo, výroba plastov (PVC), kyseliny octovej...

45 Reakcie: elektrofilné adičné, ktoré prebiehajúťažšie ako pri alkénoch (platia tie isté pravidlá), prebiehajú do dvoch stupňov: alkín monosubstituovaný alkén disubstituovaný alkán + halogénvodík halogénderiváty, + kyselina dusičná a sírová estery, + kyanovodík, halogén, alkohol, tiol, voda...

46 Technicky významné reakcie: Adícia vody na acetylén (Kučerovova reakcia): HgSO 4 CH CH + H 2 O [CH 2 =CH OH] CH 3 C=O H 2 SO 4 vinylalkohol nestály molekulový prešmyk, tautomérne formy H acetaldehyd stabilnejší Dimerizácia acetylénu: CH CH + CH CH CH 2 =CH-C CH vinylacetylén + HCl chloroprén + H 2 butadién

47 Trimerizácia acetylénu (vyššia teplota a tlak): CH CH + CH CH + CH CH Teplota C benzén Tetramerizácia acetylénu (vyššia teplota a tlak): CH CH + CH CH + CH CH Teplota C + CH CH styrén

Σχετικά έγγραφα

Inkrementy na výpočet chemických posunov protónov >C=CH substituovaných alkénov

Inkrementy na výpočet chemických posunov protónov >C=CH substituovaných alkénov Substituent X z gem z cis z trans H 0 0 0 Alkyl 0.45-0.22-0.28 Aryl 1.38 0.36-0.07 CH 2 -Hal 0.70 0.11-0.04 CH 2 -O 0.64-0.01-0.02