ALKANY

1

2

• Názvosloví

• Konformace

• Isomerie

Uhlíky:

primární (1o)

sekundární (2o)

terciární (3o)

kvartérní (4o)

3

Alkany (resp. cykloalkany) jsou nejzákladnější organické sloučeniny

složené pouze z atomů uhlíku a vodíku.

Všechny vazby uhlík-uhlík jsou jednoduché (C-C).

Pro alkany se dříve používalo označení parafiny, což pochází ze

spojení latinských slov parum (= málo) a affinis (= slučivý), které

vystihují vlastnosti těchto sloučenin. (Cykloalkany byly označovány

jako nafteny, neboť se vyskytují v naftě.)

Alkany a cykloalkany jsou hlavní složky zemního plynu a ropy.

Alkany

Vlastnosti

Alkany

4

s ohledem na kovalentní charakter vazeb C-C a C-H patří mezi nepolární

sloučeniny (jsou nerozpustné ve vodě, dobře rozpustné v organických

rozpouštědlech, nevedou elektrický proud)

těkavost je přímo závislá na Mr

C1-C4 plyny (CH4, t.t.= -182.6 °C, t.v.=-161.6 °C)

C5-C17 kapaliny (n-C5H12, t.t.= -129.7 °C, t.v.=36.1 °C)

od C18 tuhé látky (n-C18H38 )

způsobeno slabými mezimolekulárními disperzními silami

• dány silou mezimolekulových přitažlivých sil

• vzhledem k nepolárnímu charakteru chybí dipól-dipólové interakce a interakce dipól-indukovaný dipól

• pouze indukovaný dipól-indukovaný dipól

Body varu alkanů

6 http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Alkan_bt_bv.png

Vlastnosti

Alkany

• stoupají s délkou řetězce

(více atomů, více elektronů, více možností pro vytvoření indukovaných dipólů)

• Klesají s větvením řetězce

(větvené molekuly mají menší povrch – míň kontaktu s ostatními molekulami)

Body varu alkanů

Pentan – b.v. 36,1 oC Oktan - b.v. 125,7 oC

Isopentan – b.v. 27,9 oC Isooktan – b.v. 99,3 oC

Neopentan – b.v. 9,5 oC

Reaktivita

“Parafíny“ – lat. parum affinis (malá slučivost)

nejméně reaktivní sloučeniny

alkan + H2SO4 nereaguje

alkan + NaOH nereaguje

alkan + Na nereaguje

alkan + H2,Ni nereaguje

alkan + Br2 nereaguje

alkan + H2O nereaguje

podléhají pouze substituci radikálové s reaktivními radikály

8

Alkany

9

Reaktivita

Alkany

Substituce radikálová

Iniciace:

Propagace:

Terminace:

10

Radikálová halogenace:

Reakce proveditelní pouze pro X = Cl nebo Br

Fluorace je natolik exotermní, že ji bez speciálních opatření nelze provést

Jodace je také prakticky neproveditelná, důvody jsou opačné – první a

poslední krok jodace je silně endotermní reakce a použijeme-li takové reakční

podmínky, aby přesto probíhala, produkty jsou již za těchto podmínek nestabilní

Chlorace – průmyslově – směs chloru a metanu se zahřívá na 300°C –vznikají

4 produkty, které lze od sebe oddělit destilací

Rychlost určující krok je propagační krok, kdy se přenáší radikál

Alkany

Stabilita radikálů:

11

R

CR

R

H

CR

R

H

CR

H

H

CH

H

terciární sekundární primární methylový

> > >

Alkany

Stabilnější radikály na alifatickém uhlíku:

• Radikály jsou stabilizovány konjugací, elektrondonorními i

elektronakceptorními skupinami, stérickým bráněním

=> Radikály bude stabilizovat všechno, co stabilizuje anionty nebo kationty

12

Regioselektivita radikálové halogenace:

Při halogenaci propanu mohou při propagaci vzniknout teoreticky dva možné

radikály:

Kladný indukční efekt alkylových zbytků způsobuje, že sekundární radikál je

stabilnější a vzniká tedy snadněji.

Relativní rychlost

chlorace bromace

-terciární atom 5 1640

-sekundární atom 4 82

-primární atom 1 1

Rozhodující propagační krok je v případě chlorace exotermní, kdežto v případě

bromace endotermní.

Alkany

halogenace

R-H Cl2 R-Cl HClhν

Nevýhoda - vznik směsí

CH4 + Cl2

CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3

+ CCl4

terciární > sekundární > primární

5 3,5 1

13

Alkany

Nitrace

(pro výrobu ředidel a organických meziproduktů)

3. R1 R1 R1 R1

R2 R2 R2 R2

R1 HO R1 OH

. . .

. . .

HNO3 HO NO21.

R1 R2 R2R1

14

Alkany

CH3CH3

HNO3

450oCCH3CH2NO2 + CH3NO2

80-90 % 20-10 %

CH3 CH2 CH3

HNO3

450oC

CH3CH2NO2 + CH3NO2CH3 CH2 CH2

NO2

CH3 CH CH3

NO2

25 % 40% 10 % 25%

15

Nitrace

Nevýhoda - vznik směsí

Alkany

Sulfochlorace

R – H + SO2 + Cl2 R – SO2Cl + HCl

16

Alkany

Výrazná stabilizace

radikálů dvěma S=O

vazbami

Monocyklické alicykly

Reaktivita

Reakce analogické alifatickým uhlovodíkům

-Příklad SR

17

-OCH/OC2_05_Alicyklické uhlovodíky

hoření

2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O

18

Alkany

19

Krakování = štěpení dlouhých uhlovodíku na kratší řetězce (plynné a kapalné produkty)

- probíhá za vysoké teploty nebo vyšší teploty v přítomnosti katalyzátoru

Alkany

Oktanové číslo vyjadřuje procentuální obsah iso-oktanu ve směsi iso-oktanu s n-heptanem,

která je proti samozápalu stejně odolná jako zkoumané palivo

• Automobilový benzín: 87–98,

• Letecký benzín: cca 87–107

• Závodní benzín: cca 95–130

• Benzín používaný ve Formuli 1: 95–102 (stanoveno pravidly)

• LPG: cca 110

iso-oktan

OČ = 100

Vysoká odolnost

proti samozápalu

n-heptan

OČ = 0

Velmi nízká odolnost

proti samozápalu

20

Alkany

21

Příklad: napište všechny možné produkty chlorace 2-methylbutanu. Který bude

převažovat?