Ukázat zdroj – MojeChemie

Zobrazení

Z MojeChemie
stránky Organická Chemie:Nearomatické uhlovodíky
Přejít na: navigace, hledání
Nemáte oprávnění „upravit tuto stránku“. Důvod:
Požadovanou činnost smějí provádět jen uživatelé ve skupině Správci.
Můžete si prohlédnout a zkopírovat zdrojový kód této stránky:
= Uhlovodíky =

Uhlovodíky jsou organické sloučeniny, které jsou tvořené pouze uhlíkem a vodíkem. Obecně je dělíme na '''alifatické''' a '''aromatické'''. Ty alifatické se dále rozčleňují na alkany, alkeny, alkyny.

== Alkany ==

Alkany jsou uhlovodíky, obsahují ve své struktuře pouze [[Obecná_chemie:Chemická_vazba_a_vlastnosti_látek#Kovalentn.C3.AD_vazba|σ vazby]], nikdy netvoří násobné vazby. Dříve se triviálně nazývali parafíny (v překladu to znamená málo slučitelný, což je jejich charakteristickou chemickou vlastností). Jsou to acyklické, plně nasycené sloučeniny. To že jsou nasycené znamená pouze to, že mají vodík všude, kde ho jen mít mohou.

=== Názvosloví alkanů ===

Názvosloví alkanů je jednoduché. Tvoří ho koncovka '''–an'''. Je ale nutné si zapamatovat značné množství názvů řetězců. Obecně lze alkany vyjádřit vztahem C<sub>n</sub>H<sub>2n + 2</sub>.
{| class="wikitable"
|-
! počet uhlíků
! název
|-
| 1
| methan
|-
| 2
| ethan
|-
| 3
| propan
|-
| 4
| butan
|-
| 5
| pentan
|-
| 6
| hexan
|-
| 7
| heptan
|-
| 8
| oktan
|-
| 9
| nonan
|-
| 10
| dekan
|-
| 11
| undekan
|-
| 12
| dodekan
|}
Uhlovodíkové zbytky, tedy uhlovodíky, od kterých byl odtržen uhlík se nazývají '''alkyly''' a označují se jako R- (označení R vzniklo od slova radikál). V názvosloví se jim přidává koncovka '''–yl''' (methyl, ethyl…). Je-li alkan nevětvený, označuje se jako n-alkan, nebo prostě jen alkan. V případě, že větvený je určujeme hlavní řetězec, jeho lokanty, tedy pořadí jednotlivých uhlíků na něm. Dále určujeme uhlovodíkový zbytek, který přísluší svému lokantu. Číslování se vždy volí tak, aby byl lokant u uhlovodíkového zbytku co nejmenší.
[[Soubor:nazvoslovy.alkany.png|left|''názvoslový alkanů'']]
<br style="clear: both;" />
Uhlíky zapojené do řetězce dělíme na primární, sekundární, terciární a kvartérní. Primární má na sobě navázán pouze jeden další uhlík. Sekundární má dva, terciární 3 a kvartérní překvapivě 4.

=== Struktura alkanů ===

Ve struktuře alkanů rozeznáváme dva základní typy, větvené a nevětvené struktury. Mají-li látky stejný sumární vzorec, jde o řetězcovou izomerii. Řetězcové izomery se liší svými vlastnostmi. Příkladem nechť je butan a izobutan. Ten nevětvený má T<sub>T</sub>= -138°C, zatímco T<sub>V</sub>= 0°C. Naopak ten větvený má T<sub>T</sub>= -159°C a T<sub>V</sub>= -12°C. K tomuto posunu teplot varu a tání dochází díky zvýšenému počtu van der Waahlsových vazeb ve větveném uhlovodíku. Nárůst těchto vazeb způsobuje nelineárnost molekuly. Větvené izomery alkanů jsou těkavější než ty nevětvené.<br />
Struktura alkanů může podléhat '''konformaci''', tedy vnitřním rotacím v molekule kolem σ vazeb vznikají rozdílná prostorová uspořádání. Tímto způsobem se molekula stabilizuje. Rozlišujeme zákrytovou a nezákrytovou konformaci. Jejich formování je závislé na teplotě, platí, že čím více se látka bude zahřívat, tím více bude vznikat zákrytových konformací. Ty jsou ménš stálé a vznikají pouze, když jim dodáme energii, aby si udrželi tvar. Jinak se vrátí zpět k nezákrytové konformaci, což je ideální uspořádání, aby se elektrony substituentů navzájem příliš neodpuzovali. U delších alkanů dochází k posunu do cik-cak konfirmace. Úhel, o který je vazby na uhlíku otočí, tvoří-li se konfirmace, se nazývá '''torzní'''.
[[Soubor:konformace.zakrytova.nezakrytova.png|left|''komformace zákrytová a nezákrytová'']]
<br style="clear: both;" />

=== Fyzikální vlastnosti alkanů===

V plynném skupenství jsou látky, které obsahují 1 až 4 uhlík.V kapalném stavu jsou ty, co obsahují 5 až 18 uhlovodíků a pevné látky jsou ty, které mají více než 18 uhlíků. Většinou jsou to bezbarvé látky s nepolárními vazbami, takže je nerozpustíte v polárních rozpouštědlech (jako je třeba voda),  zato v těch nepolárních ano. Jejich hustota je větší než hustota vody. Obecně jsou málo reaktivní.<br />
Viskozita alkanů je daná silou van der Waahlsových sil a délkou molekuly. Dosekán tedy teče pomaleji než hexan. Alkany jsou v sobě vzájemně rozpustné, pro rozpouštění ve vodě platí čím menší molekula, tím rozpustnější. Při hoření platí pravidlo, čím je delší molekula, tím je větší pravděpodobnost, že se uhlík bude uvolňovat ve své elementární formě, tedy jako saze.

=== Chemické vlastnosti alkanů ===

Dochází u nich k několika zásadním reakcím. První z nich je '''hoření''', ke kterému napomáhá hořením vzniklý biradikál kyslíku,  je to tedy S<sub>R</sub> (radikálová substituce). Běží podle této rovnice:
CH<sub>4</sub> + O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
Proti oxidacím jsou vazby alkanů docela odolné. Neoxidují se ani manganistanem draselným, ale oxidaci chromsírovou směsí již podlehnou.
Další důležitou reakcí je '''eliminace'''. Průběh reakce se musí katalyzovat niklem, platinou a zvýšeným teplem. Dochází ke vzniku dvojné vazby a uvolnění molekuly vodíku. Eliminace se využívá při krakování alkanů, kdy vznikají z dlouhých řetězců malé a vícevazné. <br />
H<sub>3</sub>C–CH<sub>3</sub>→H<sub>2</sub>C=CH<sub>2</sub> + H<sub>2</sub> <br />
Velmi důležitou reakcí je '''radikálová substituce'''. Ta probíhá ve třech fázích. První fází radikálové chlorace (obecně radikálové substituce) je '''iniciace'''. Dochází při ní k homolýze vazby. Většinou se homolyzuje vazba činidla, v našem případě chloru. K tomu dochází za působení UV záření:<br />
CH<sub>4</sub> + Cl<sub>2</sub> → 2Cl<sup>•</sup> + CH<sub>4</sub> <br />
nebo obecně: <br />
Cl<sub>2</sub> → 2Cl<sup>•</sup> <br />
Další fází je fáze '''propagace''', při které dochází k reakci radikálu s uhlovodíkem za vzniku alkylových radikálů a halogenvodíku.<br />
CH<sub>4</sub> + Cl<sup>•</sup> → CH3<sup>•</sup> + HCl <br />
CH3<sup>•</sup> + Cl<sub>2</sub> → H<sub>3</sub>C-Cl + Cl<sup>•</sup> <br />
H<sub>3</sub>C-Cl + Cl<sup>•</sup> → CH<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub> + H<sup>•</sup> <br />
H<sup>•</sup> + CH<sub>4</sub> → H<sub>2</sub> + CH3<sup>•</sup> <br />
Třetí fází je '''terminace'''. Při ní dochází k zániku všech radikálů, které se ještě v reakční soustavě vyskytují.<br />
CH<sub>3</sub><sup>•</sup> + Cl<sup>•</sup> → H<sub>3</sub>C-Cl <br />
Na příkladu radikálové bromace propanu si ukážeme stabilitu vznikajících radikálů. Dochází k ní účinkem tepla a světla a vznikají dva produkty. 2-brompropan vzniká v 97% případů, zatímco 1-brompropan pouze ve 3%. Je to dáno uspořádáním elektronů ve vazbách.
[[Soubor:bromace.propanu.png|left|''bromace propanu'']]
<br style="clear: both;" />
Rozhodující vliv na výsledné zastoupení produktů má stabilita obou radikálů. První radikál je stabilizován elektrony z obou vazeb, které k jeho uhlíku vedou. Druhý radikál má elektrony pouze z jedné vazby, a to není dostatečné pro stabilizaci. Dalšími radikálovými substitucemi je například nitrace, pomocí NO2<sup>•</sup> a sulfochlorace pomocí SO<sub>2</sub> a Cl<sub>2</sub><sup>.</sup>

=== Použití alkanů ===

==== Methan ====

'''Methan''' CH<sub>4</sub> je obsažen v zemním plynu, tvoří ho asi z 90%. Jeho značné zásoby se také nachází poblíž nalezišť ropy (k jeho vzniku docházelo i při utváření ropy). Je součástí bahenních a sopečných plynů. Vzniká při skladování a při rozkladu potravy v bachoru (jednoho ze žaludků přežvýkavců). K jeho vzniku dochází také při prouhelnaťování, v uhlí se tedy nachází také. Je to skleníkový plyn. Vyrábí se ze zemního plynu a připravuje se reakcí octanu sodného a hydroxidem sodným. Používá se na topení a na výrobu dalších surovin, například syntézního plynu, methanolu.<br />
CH<sub>3</sub>COONa + NaOH → CH<sub>4</sub> + NaCO<sub>3</sub> <br />
'''Ethan''', '''propan''' a '''butan''' tvoří mokrý zemní plyn. Užívají se jako směs propan-butan do tlakových lahví a do vařičů, butanem se plní zapalovače. '''Pentan''' a '''hexan''' jsou součástí směsi petrolether. Šesti až devíti uhlíkaté alkany jsou součástí motorových benzínů, deseti až osmnácti uhlíkaté jsou součástí kerosinu a petroleje a vyšší alkany tvoří parafínové vosky, vazelíny a oleje. Drtivou většinu alkanů se dnes používá ve spojení s ropou a jejím krakováním, popřípadě se zemním plynem.<br />

=== Zpracování ropy ===

Jelikož tvoří alkany podstatnou část ropy a samotné alkany se používají jako pohonné hmoty, je jejich upravování průmyslově hojně využíváno. Ropa se zpracovává '''frakční destilací''' v rafineriích. Ta má 3 základní složky. V trubkovité peci se ropa předehřívá na 300 až 400 °C a poté jde do '''atmosférické kolony''', kde dochází k destilaci za atmosférického tlaku. V jednotlivých patrech kolony se postupně směrem dolu snižuje teplota. Tedy směrem dolů vznikají postupně frakce o delších a delších uhlovodíkových řetězcích.<br />
Z nejvrchnějších pater odchází methan až butan, které se dále zpracovávají jako '''zemní plyn'''. Směrem dolů se v koloně dále zpracovává '''benzín''' (benzínová frakce) a z následující frakce se odvádí petrolej (neboli kerosin) (C10 – C16). Dále kolona pokračuje '''naftovou frakcí''', kde se odvádí nafta a lehké topné oleje (C16 – C20). Lehký topný olej je v podstatě nafta. Důvod proč se tomu říká jinak je kvůli účelu použití na který se stahuje jiná daň (byrokratický rozdíl).Poslední frakcí se odvádí '''petrolejové oleje''', které se krakováním převádí na benzín. Zbytek po atmosférické destilaci, '''mazut''', již dále nelze atmosféricky destilovat. Buď se používá jako tzv. těžký topný olej nebo se zpracovává ve '''vakuové koloně''' (destilace za sníženého tlaku). V ní dochází k vytvoření lehkého, středního a těžkého (vazelína) mazacího oleje. Po vakuové destilaci také zůstává nezdestilovatelný zbytek, kterému se říká '''asfalt''' a používá se na stavbu pozemních komunikací. <br />
Již jsem zmínila, že se petrolejové oleje či mazut '''krakují'''. Tento proces je prosté chemické upravení produktů jednotlivých frakcí. Z mazutu se za kovové katalýzy a za zvýšené teploty bez přístupu O<sub>2</sub> vytváří benzín či nafta. Parní krakování probíhá vháněním přehřáté páry do přehřáté kolony (s přehřátou ropou) za vzniku benzenu, toluenu a xylenů.

=== Cykloalkany ===

Cykloalkany jsou nasycené uhlovodíky (mají maximálně možný počet vodíků, tedy neobsahují násobné vazby), které obsahují cyklus, tedy jejich uhlíkatý řetězec se spojil do kruhu. Názvosloví je jednoduché, stejné jako u alkanů, jen se před název přidá cyklo-.<br />
Cyklopropan, cyklobutan a cyklopentan mají poměrně nízké vazebné úhly (60°, 90° a 108°) a proto jsou méně stabilní než ostatní cykloalkany. Rozdíl mezi potenciální energií cykloalkanu a příslušného alkanu se označuje jako '''napětí kruhu'''. Oproti alkanům mají nižší molekulovou hmotnost. CnH2n oproti alkanům C<sub>n</sub>H<sub>2n + 2</sub> a proto mají nižší teplotu varu.<br />
V molekulách vyšších cylkoalkanů dochází k jevu zvanému konformace. Při něm dochází ke změně tvaru molekuly vlivem snahy zachovat si takové vazebné úhly, aby nedocházelo ke vzniku napětí kruhu. Rozlišujeme 3 konformery, vidličkové, vaničkové a zkřížené. Nejčastěji se utváří vidličková konformace, protože má nejmenší energii.
komformace.cykloalkany.png
[[Soubor:komformace.cykloalkany.png|left|''komformace cykloalkanů'']]
<br style="clear: both;" />
Tvoří konfigurační izomery, konkrétně cis/trans izomery. Při katalytické reakci s vodíkem se hydrogenují, dochází k rozkladu na alkany. Z cykloalkanů se používají pouze cyklopropan jako narkotikum a cyklohexan jako výchozí látka pro organické syntézy a jako nepolární rozpouštědlo.

== Alkeny ==

Alkeny jsou alifatické uhlovodíky s jednou dvojnou vazbou, jsou to tedy nenasycené uhlovodíky. Jejich názvosloví je opět podobné. Ke kořeni názvu se přidává koncovka '''–en'''. Složení alkenů odpovídá vztahu C<sub>n</sub>H<sub>2n</sub>. Zbytky od alkenů se nazývají alkenyly.
[[Soubor:alkeny.nazvoslovy.png|left|''alkeny nazvoslový'']]
<br style="clear: both;" />
=== Fyzikální a chemické vlastnosti alkenů ===

Dvou až čtyř uhlíkaté sloučeniny jsou v plynném, ostatní v kapalném či pevném skupenství. Jsou o trochu rozpustnější ve vodě než alkany. Tuto vlastnost způsobuje dvojná vazba. Díky dvojné vazbě jsou reaktivnější než alkany.<br />
Dvojná vazba způsobuje obecně řadu odlišností ve vlastnostech alkenů oproti alkanům. Nejdůležitější je ale strukturní změna, kterou působí fakt, že díky dvojné vazbě se v alkenech vyskytují dva atomy s [[Organická_Chemie:Úvod#Hybridizace_orbital.C5.AF|sp<sup>2</sup> hybridizovanými orbitaly]]. Spoje [[Obecná_chemie:Chemická_vazba_a_vlastnosti_látek#Kovalentn.C3.AD_vazba|π-vazeb]] vedou mimo spojnici středů obou atomů a vytváří tak prostor, kde se daný π-elektron nachází. Tento prostor, který se nachází nad i pod jednoduchou vazbou jí zabraňuje v konformaci. Alkeny tedy nerotují. Na rozdíl od alkanů se zde vyskytuje více možností izomerie. Příkladem je [[Organická_Chemie:Úvod#Izomerie|cis/trans]], [[Organická_Chemie:Úvod#Izomerie|polohová]] i [[Organická_Chemie:Úvod#Izomerie|řetězcová]] izomerie.

=== Chemické reakce alkenů ===

Zásadní reakcí alkenů je '''oxidace'''. Ta může probíhat buď formou hoření za klasického průběhu:<br />
H<sub>2</sub>C=CH<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
a nebo probíhá oxidací nějakým anorganickým oxidačním činidlem, jako manganistan draselný. V tomto případě rozlišujeme zda se jedná o oxidaci za studena, nebo zda ji zahříváme. V obou případech dochází k zániku dvojné vazby mezi uhlíky, tedy k adici.
[[Soubor:oxidace.alkeny.manganistan.png|350 px|left|''oxidace alkenů manganistanem'']]
<br style="clear: both;" />
V případě, že oxidaci provádíme dehydrogenací, provádíme vlastně eliminaci.<br />
[[Soubor:alkeny.dehydrogenace.png|350 px|left|''eliminace alkenů'']]
<br style="clear: both;" />
'''Redukce''' alkenů běží přesně naopak, dochází tedy k adici, a provádí se nejčastěji hydrogenací. Jako hydrogenační činidlo se nejčastěji používá reakce zinku s kyselinou chlorovodíkovou, která poskytne ZnCl<sub>2</sub> a H<sup>+</sup>, nebo komplexní látku Na[BH<sub>4</sub>], která je schopna rovněž uvolnit kation H<sup>+</sup>, který funguje jako redukční činidlo.<br />
'''Adice elektrofilní''' je pro alkeny nejtypičtější reakcí. Dochází při ní k rozdělení činidla na ionty.<br />
[[Soubor:elektrofilni.adice.alkeny.png|600 px|left|''elektrofilní adice alkeny'']]
Jeden z častých iontů je vodíkový kation, který hraje roli '''elektrofilu''' (částice milující elektrony). Ten napadá jako první dvojnou vazbu na alkenu (dvojná vazba je místo s kumulace většího množství elektronů) a navazuje se na něj. Po navázání vodíku na někdejší alken vzniká karbokation, který je tím stálejší, čím více je stabilizován. Takovýto karbokation pak také mnohem častěji vzniká. Navázání elektrofilu na alken je řízeno podle tzv. '''Markovnikova pravidla'''. To říká, že se elektrofil! navazuje na ten uhlík, který má větší počet vodíků.<br />
Reakce je započata tím, že π elektrony z dvojné vazby „přitáhnou“ elektrofil, v našem případě H<sup>+</sup>. Markovnikovo pravidlo potvrzuje fakt, že při výše demonstrované reakci vzniká 95% 2-brompronanu, zatímco 1-brompropanu vzniká pouze 5%. To je dáno [[stabilita_karbokationtu|stabilitou karbokationtů]]. První karbokation je schopen chybějící elektron nahrazovat tím, že k sobě přitáhne elektrony z obou ostatních vazeb, a tím se stabilizuje. Druhý kation k sobě může přitáhnout pouze elektrony z jedné vazby, což evidentně nestačí a je poměrně nestabilní.  
<br style="clear: both;" />
Adice vodou probíhá pouze v kyselém prostředí, kvůli vzniku elektrofilu.
[[Soubor:elektrofilni.adice.alkeny2.png|600 px|left|''elektrofilní adice alkeny'']]
<br style="clear: both;" />

Adice, která většinově probíhá proti Markovnikovu pravidlu probíhá je '''radikálová adice'''. Činidlo se při ní homologicky štěpí na radikály a to několika způsoby. Často se využívá UV záření nebo peroxidu.<br />
Pravděpodobně průmyslově nejvyužívanější je polymerace. Při ní dochází k adici dvojné vazby. Celé reakce musí být katalyzována Zieglerovými katalyzátory, což jsou organoaluminiové sloučeniny.
[[Soubor:alkeny.polymerace.png|600 px|left|''polymerace alkenů'']]
<br style="clear: both;" />

=== Příprava alkenů===


Alkeny se v laboratoři nejčastěji připravují dehydratací alkoholů. Jako dehydratační činidlo se obvykle používá kyselina sírová, která má hygroskopické vlastnosti. Aby byla ale účinná, musí se použít v koncentrované formě. Další často používaným dehydratačním činidlem je SiO<sub>2</sub>. Jako vedlejší produkt reakce vzniká voda.
[[Soubor:priprava.alkeny.png|450 px|left|''příprava alkenů'']]
<br style="clear: both;" />

=== Využití alkenů ===

==== Ethen ====

'''Ethen''' je významný v potravinářství. Funguje totiž jako fytohormon, zpomaluje růst buněk a stimuluje tak dozrávání plodů. Toho se využívá při transportech ovoce. Jeho nejčastější příprava je dehydratací ethanolu oxidem hlinitým.<br />

==== Propen ====

'''Propen''' se používá především na výrobu dalších organických látek. Příkladem je aceton a nebo polypropylen.<br /> 

==== Buten ====

'''Butenu''' se využívá jako suroviny při výrobě syntetických kaučuků.

=== Cykloalkeny ===

Cykloalkeny jsou cyklické nenasycené uhlovodíky o obecném vzorci CnH2n-2. Důležité jsou jen ty, které mají praktické vyžití. Tedy například '''cyklopropen''', což je extrémně nestálá látka. Její nestálost je daná malými vazebnými úhly, ještě umocněnými dvojnou vazbou. Další důležitou látkou je '''cyklohexen''', který se používá při výrobě [[Organická_Chemie:Makromolekulární_látky#Polyamidy|silonu]].

== Alkadieny ==

Alkadieny jsou alifatické, nenasycené uhlovodíky s dvěmi dvojnými vazbami. Ty mohou být různě uspořádané. Prvním typem uspořádání jsou '''kumulované''' dvojné vazby, které jsou hned vedle sebe a sdílí spolu uhlík. Takovéto vazby jsou ale nestálé a dochází k přesmyku. V rámci přesmyku vzniká jedna trojná a jedna jednoduchá vazba, vzniká tedy alkyn. Druhou možností jsou '''konjugované''' uspořádání, kde jsou dvojné vazby vždy ob jednu. Takovéto řetězce jsou barevné. Poslední možností jsou '''izolované''' vazby, které mezi sebou mají nejméně jeden volný uhlík.
[[Soubor:alkadieny.png|700 px|left|''alkadieny'']]
<br style="clear: both;" />

=== Názvosloví alkadienů ===
[[Soubor:nazvoslovy.alkeny.png|450 px|left|''názvosloví alkenů'']]
<br style="clear: both;" />

=== Chemické reakce alkadienů ===

Mezi nejpodstatnější reakce alkadienů patří elektrofilní adice, polymerace a '''cykloadice'''. Při cykloadici spolu reagují konjugovaný alkadien a dienofil (částicí milující dieny), například ethenyl chlorid.
[[Soubor:cykloadice.alkeny.png|550 px|left|''cykloadice alkeny'']]
<br style="clear: both;" />
=== Význam alkadienů ===

==== Buta-1,3-dien ====

'''Buta-1,3-dien'''dává při polymeraci vzniknout syntetickým kaučukům. Polymerace samotného butadienu ale nestačí. Ke vzniku kaučuku je zapotřebí další látky, a proto mluvíme o vzniku kopolymeru. Tou druhou látkou je styren, neboli vynilbenzen, neboli ethenylbenzen.
[[Soubor:synteticky.kaucuk.png|450 px|left|''syntetický kaučuk'']]
<br style="clear: both;" />

==== Isopren ====

I isopren se používá k polymerizaci. Jeho polymer ho označujeme jako '''přírodní kaučuk'''. Je elastický i plastický, postupně své vlastnosti ale ztrácí oxidačními procesy a proto se jeho vlastnosti zlepšují procesem '''vulkanizace'''. I nevulkanizované kaučuky mají své použití. Vyrábí se z nich například kondomy a dudlíky, tedy věci, které neslouží k dlouhodobějšímu používání.<br />
Vulkanizace je založena na principu „vyztužení“ molekuly isoprenu sirnými můstky. Mezi jednotlivé molekuly isoprenu se vkládají molekuly síry a to všude, kde je to jen možné. V praxi se do reakční směsi přidává prášková síra. Vulkanizací se mění kaučuk na '''pryž''', která již nepodléhá oxidaci. Extrémně tvrdé pryži se říká '''ebonit''', a právě ten obsahuje maximální počet sirných můstků. Aby se zvýšila pryži i mechanická odolnost přidává se do pryže ještě plniva jako jsou saze, křída a nebo kaolín.

[[Soubor:kaucuk.png|450 px|left|''kaučuk'']]
[[Soubor:vulkanizace.png|450 px|left|''vulkanizace'']]
<br style="clear: both;" />

== Alkyny ==

Triviálně se alkynům - nenasyceným uhlovodíkům s trojnou vazbou říká acetyleny. Jejich homologický vzorec je C<sub>n</sub>H<sub>2n-2</sub>.
[[Soubor:nazvoslovy.alkyny.png|800 px|left|''názvoslový alkynů'']]
<br style="clear: both;" />

=== Chemické vlastnosti alkynů===

Alkyny jsou velmi výrazně ovlivňovány trojnou vazbou. Atomy uhlíku, které jsou vázány trojnou vazbou mají [[Organická_Chemie:Úvod#Hybridizace_orbital.C5.AF|hybridní orbitaly sp]]. Oba dva uhlíky jsou poutány dvěmi [[Obecná_chemie:Chemická_vazba_a_vlastnosti_látek#Kovalentn.C3.AD_vazba|π-vazbami]],  které jsou na sebe kolmé. V průsečíku obou pomyslných rovin π-vazeb se nachází spojnice jader. V zhledem k tomu, že se mluví pouze o teoretickém prostoru, kde se s určitou pravděpodobností může nalézat elektron, lze hovořit i o pomyslném válci, který se utvoří kolem dvou atomů navzájem spojených elektrony. Tento válec pak způsobí obtížnější průběh A<sub>E</sub> (elektrofilní adice), a proto je nutné použít katalyzátor. Naopak toto rozmístění elektronů vysvětluje proč u alkynů může probíhat A<sub>N</sub> (adice nukleofilní) a u alkenů nikoliv.

=== Reakce alkynů ===

Acetylen (CHCH) je schopen reagovat s anorganickými sloučeninami za vzniku solí. Při těchto reakcích se projevují kyselé vlastnosti alkynů. Obecně vznikají acetylidy C<sub>2</sub><sup>2-</sup>, jejichž specifickými sloučeninami jsou karbidy. O této reakci lze mluvit jako o '''neutralizaci'''. Regenerace vzniklých produktů do původního tvaru se provádí silnou kyselinou za vzniku acetylenu a soli kyseliny.<br />
[Ag(NO<sub>3</sub><sub>2</sub>]+ + HC≡CH → HC≡CAg + 2 NH<sub>3</sub> + H<sup>+</sup>
Již klasicky u nich probíhá elektrofilní '''adice''', ale může docházet i k té '''nukleofilní'''. A<sub>N</sub> umožňují π- elektrony, které kolem sloučeniny vytváří „elektronový válec“, který umožňuje přístup nukleofilů. Příkladem je tzv. '''kučerovova reakce''', kdy reaguje acetylen s vodou za katalýzy kyselinou sírovou a hořčíkem. Produktem je vynilalkohol, což je ale poměrně nestálá forma a tak dochází k přeměně na acetaldehyd. Tyto dvě látky jsou '''tautomery''', liší se tedy pouze polohou dvojné vazby. Alkohol je enol a aceton je keto forma.
[[Soubor:kucerova.reakce.png|550 px|left|''kučerova reakce'']]
<br style="clear: both;" />
Mezi nejvýznamnější elektrofilní adice (A<sub>E</sub>)  alkynů patří jejich reakce s halogenvodíky. I tato A<sub>E</sub> probíhá v souladu s Markovnikovým pravidlem. Řadu reakcí alkynů je včas třeba katalyzovat. K tomu se často uplatňují soli těžkých kovů. Například takový rtuťnatý kation pak naruší trojnou vazbu, tím že s ethinem vytvoří komplex. Adice se využívá i při přidávání halogenů do struktury alkynů. Chlorací ethinu za katalytického působení rtuťnatých kationů se vyrábí vinylchlorid.
[[Soubor:reakce.alkyny.png|600 px|left|''reakce alkynů'']]
<br style="clear: both;" />
Za katalytického působení je možné vyrobit '''cykloadicí''' ze tří molekul acetylenu benzen.
cykloadice.acetylen.png
[[Soubor:cykloadice.acetylen.png|350 px|left|''cykloadice acetylenu'']]
<br style="clear: both;" />
'''Oxidace''' acetylenů je odlišná než u ostatních nearomatických uhlovodíků. Při spalování dochází ke vzniku nejen CO<sub>2</sub> a vody, ale uvolňují se i saze. Uvolňování elementárního uhlíku ve formě sazí je způsobeno malým, vyrovnaným poměrem mezi uhlíkem a vodíkem. Při oxidaci oxidačními činidly vznikají karboxylové kyseliny. Dehydrogenace neprobíhá („čtverná“ vazba neexistuje) a hydrogenace se projeví jako elektrofilní adice, ale je nutno ji katalyzovat.

=== Použití alkynů ===

==== Acetylen (ethyn) ====

Jediným alkynem, který má širší použití, je '''acetylen''', neboli '''ethyn'''. Jako jediný z alkylů je v plynném skupenství a se vzduchem vytváří výbušnou směs. Technický acetylen bývá často znečištěn hydridy různých prvků (H<sub>2</sub>Se, AsH<sub>3</sub>, PH<sub>3</sub>), které jsou v něm cítit, což mu dodává česnekový zápach.<br />
Z acidobazického hlediska se acetylem chová jako velmi slabá kyselina. Je dokonce tak slabý, že i voda jej dokáže vytěsnit z jeho solí. I voda je tedy silnější kyselinou.<br />
CaC<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O→H<sub>2</sub>C<sub>2</sub> + Ca(OH)<sub>2</sub> <br />
Acetylen se vyrábí vždy v okolí vápenek, na jeho výrobu se totiž používá CaO. Vyrábí se zahříváním CaO a uhlíku a následnou reakcí s vodou, která jej vytěsní ze soli.<br />
CaO + C → CaC<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub> <br />
V laboratoři se acetylen vyrábí pyrolýzou methanu. '''Pyrolýza''' je zahřívání za nepřístupu vzduchu. Jinou možností výroby je dehydrohalogenace dihalogenalkanů. Tímto způsobem se připravuje velmi čistý acetylen.
[[Soubor:dehydrohalogenace.dihalogenalkanu.png|450 px|left|''dehydrohalogenace dihalogenalkanu'']]
<br style="clear: both;" />
Acetylen se používá jako '''autogen''', resp. na autogenové sváření. Při něm se pouští proud acetylenu v inertním proudu kyslíku. V inertní kyslíkové atmosféře (kyslík je v nadbytku) hoří nedoutnavým silným plamenem.<br />
Dalším použitím jsou '''karbidky''', lampy, které svůj vývojový vrchol zažili v 19. století při pracích v dolech. Dnes je používají jeskyňáři. Karbidka je tvořena dvěma komorami, v té horní je voda, které pomalu kape do té spodní, ve které je uložen CaC<sub>2</sub>. Ten s vodou reaguje za vzniku acetylenu, který uniká a v místě vyústění se zapaluje. (Staré pořekadlo: kape ti na karbid?)<br />
Acetylen je rovněž základní surovinou pro výrobu PVC, tedy polyvynilchloridu. Mimo to se z acetylenu připravuje i acetaldehyd.
[[Soubor:vyroba.pvc.png|550 px|left|''výroba PVC'']]
<br style="clear: both;" />
Návrat na stránku „Organická Chemie:Nearomatické uhlovodíky“.
Citováno z „http://mojechemie.cz/Organick%C3%A1_Chemie:Nearomatick%C3%A9_uhlovod%C3%ADky“
Organická Chemie:Nearomatické uhlovodíky

Zobrazení

Navigace

Obecná Chemie

Anorganická Chemie

Organická Chemie

Biochemie

Hledat

Nástroje

Osobní nástroje
