Alkany

Hybridní stav: sp3 Obecný vzorec: CnH2n+2 Starší název – parafiny Homologická řada: methan n = 1 heptan n = 7 ethan n = 2 oktan n = 8 propan n = 3 nonan n = 9 butan n = 4 dekan n = 10 pentan n = 5 undekan n = 11 hexan n = 6 dodekan n = 12

Názvosloví isohexan neohexan

Názvy zbytků isobutyl sekundární butyl terciární butyl

Příprava alkanů 1. Katalytická hydrogenace nasycených uhlovodíků – adice H2 katalyzátory: Pt, Pd, Rh, Ra-kovy, sulfidy wolframu a molybdenu  

Redukce alkoholů CH3(CH2)4OH + H2  CH3(CH2)3CH3 + H2O (WS2, 350°C, p)

Dehydratace alkoholů Zn+HCl   R-H + ZnCl2 + HBr + HBr + Mg + H2O R-OH R-Br  RMgBr  R-H +MgOHBr -H2O + Na, Zn   R-R

Redukce halogenderivátů 1.CH3(CH2)2CH2I + Zn + 2 HCl  CH3(CH2)2CH3 + ZnCl2 + HI 2. R-I + HI  R-H + I2 3. Pomocí Grignardových činidel: +ether CH3CH2Br + Mg  CH3CH2MgBr – ethylmagnesium bromid CH3CH2MgBr  CH3-CH3 + MgOHBr 4. Würtzova syntéza 2R-CH2-Hal + 2 Na  R-CH2-CH2-R + 2NaHal

Příprava z dihalogenderivátů + C2H5OH + Zn  + ZnCl2 NaI + Na2CO3

Redukce aldehydů 1. R-CH=O + 4 H  RCH3 + H2O | Zn + HCl 2. R-CH=O + NH2-NH2  R-CH=N-NH2 hydrazon aldehydu R-CH=N-NH2  R-CH3 + N2

+ 4 H  + H2O + NH2NH2  H2O + hydrazon ketonu  + N2

Příklady redukcí ketonů CH3(CH2)5CH=O  CH3(CH2)5 (Zn + HCl)  (Zn + HCl) NH2NH2 -N2  

Redukce a odbourávání kyselin 1. Starší metoda P-červený CH3(CH2)16COOH + 6HICH3(CH2)16CH3 +2 H2O +3I2 2. Katalytická hydrogenace esterů WS2 CH3(CH2)14COOCH3+ 8H2CH3(CH2)14CH3+CH4+ 2H2O Palmitan methylnatý

RCOOR´  RCH2OH  RCH2BrRCH3 3. Přes alkoholy RCOOR´  RCH2OH  RCH2BrRCH3 Není třeba vysokých tlaků 4. Berthelotova dekarboxylace CH3COONa + NaOH  CH4 + Na2CO3 Zahřívání v roztoku NaOH Kolbeho syntéza – elektrolýza vodných roztoků alkalických solí karboxylových kyselin

Kolbeho syntéza – elektrolýza vodných roztoků alkalických solí karboxylových kyselin RCOONa  Na+ + RCOO- Anoda: oxidace RCOO-  e- + RCOO·  R· + CO2 2 R·  R-R Katoda: redukce Na++ e- Na Na + H2O  NaOH + ½ H2

Fyzikální vlastnosti alkanů Závisí: na počtu atomů v molekule na druhu atomů na typu vazeb lehčí než voda nerozpustné ve vodě C1- C4 plyny, C5-C15 kapaliny, C16→ pevné látky

Chemické vlastnosti alkanů Typická reakce – substituce radikálová 1. Chlorace CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl Mechanismus: UV Iniciace: Cl2  2 Cl· Propagace: CH4 + Cl·  CH3· + HCl CH3· + Cl2 CH3Cl + Cl· Terminace: 2 Cl·  Cl2 CH3· + Cl·  CH3Cl 2 CH3·  CH3-CH3

Příklady chlorace vyšších uhlovodíků Cl2 CH3-CH2-CH3  CH3CH2CH2Cl + 48% 52% Stabilita a snadnost tvorby alkylových radikálů: terciární > sekundární > primární > methyl

Nitrace R-H + HNO3  R-NO2 + H2O Iniciace: N2O4  2 NO2· Propagace: R-H + NO2·  R· + HNO2 R· + HO-NO2  R-NO2 + OH· R-H + OH·  R· + H2O

Sulfochlorace pomocí SO2 + Cl2 R-H + SO2 + Cl2  RSO2Cl + HCl Iniciace: Cl2  2 Cl· Propagace: R-H + Cl·  R· + HCl R· + SO2  RSO2· alkansulfonyl RSO2· + Cl2  RSO2Cl + Cl· alkansulfonyl chlorid

Sulfochlorace pomocí chloridu sulfurylu R-H + SO2Cl2  R-SO2Cl + HCl Iniciace: SO2Cl2  SO2 + 2 Cl· Propagace: R-H + Cl·  R· + H-Cl R· + SO2Cl2  R-SO2Cl + Cl·

Sulfooxidace- vznik sulfonových kyselin R-CH3 + SO2 + ½ O2  R-CH2SO3H I: R-H  R· + H· iniciátor=peroxidy P: R· + SO2  R-SO2· alkansulfonyl R-SO2· + O2  R-SO2OO· alkanperoxysulfonyl R-SO2OO· + R-H  RSO2OOH + R· alkanperoxysulfonová kyselina R-SO2OOH  RSO2O· + OH· OH· + R-H  H2O + R· R-SO2O· + R-H  RSO3H + R·

Oxidace vzdušným kyslíkem Neúplná oxidace C3H8 + 3/2 O2  CH3CH2COOH + H2O Úplná oxidace C3H8 + 5/2 O2  3 CO2 + 4 H2O

Krakování Tepelné – pyrolýza homolytické štěpení, vysoká teplota a tlak dochází k rekombinaci radikálů CH3(CH2)4CH3CH2=CH-CH3 + CH3-CH2-CH3 Katalytické heterolytické štěpení dá se ovlivnit složení reakční směsi ·

Eliminace jediná eliminační reakce = dehydrogenace energeticky náročná katalyzátory – Al2O3, Cr2O3 CH3-CH2-CH2-CH3  CH3-CH=CH-CH3 + H2  CH2=CH-CH2-CH3 + H2

Zástupci alkanů Methan součást zemního plynu se vzduchem tvoří výbušnou směs Ethan získává se z ropy Propan a butan ve směsi=topný plyn Izooktan – 2,2,4 trimethylpentan – oktanové číslo

Použití alkanů příprava nenasycených uhlovodíků (butadien, acetylen, ethylen) příprava halogenderivátů rozpouštědla plynná a kapalná paliva