Reakce alkanů a cykloalkanů. VY_32_INOVACE_5_2_7 Ing. Jan Voříšek

Nasycené uhlovodíky jsou velmi málo reaktivní. Disociační energie vazeb C-C a C-H jsou velmi vysoké a to vysvětluje, proč reakce alkanů často probíhají za vyšších teplot. V nasycených uhlovodících jsou všechny vazby zcela nepolární nebo je polarita prakticky zanedbatelná. Proto nejsou alkany náchylné k heterolytickému štěpení vazeb za vzniku iontů.

V současné době se denně uskutečňuje řada chemických reakcí alkanů: Zkusíte sami nějakou reakci vyjmenovat? při hoření uhlovodíkových paliv s kyslíkem, při chemických procesech v ropných rafineriích, při výrobě sloučenin alkanů s halogeny atd. Všechny tyto reakce mají jedno společné: štěpení vazeb v alkanech je homolytická reakce.

Pro nasycené uhlovodíky je charakteristickou reakcí radikálová substituce. Jedná se o homolytickou reakci, kdy vznikají částice s nepárovými elektrony – radikály. Vlastní průběh reakce si vysvětlíme na reakci alkanu s halogenem tzv. halogenaci. Konkrétně na reakci methanu s chlorem.

Zdánlivě jednoduchá reakce CH4 +Cl2 CH3Cl + HCl je ve skutečnosti složitý děj, který probíhá ve třech fázích: 1. iniciace 2. propagace 3. terminace

V první fázi tzv. iniciaci dochází k homolýze vazeb V první fázi tzv. iniciaci dochází k homolýze vazeb. Většinou se neštěpí vazby v molekule alkanu, ale v molekule činidla. V našem případě se relativně slabá vazba Cl-Cl působením ultrafialového záření homolyticky štěpí na dva reaktivní atomy chloru. Cl – Cl UV Cl + Cl

Ve druhé fázi, tzv. propagaci reagují vzniklé radikály s molekulami alkanu za vzniku alkylových radikálů a halogenovodíků. H H H –C-H + Cl H –C + H-Cl

Alkylové radikály ihned napadají dosud nedisociované molekuly halogenu a vytrhávají z nich jeden atom za tvorby alkylhalogenidů a halogenového radikálu, který reaguje s další molekulou alkanu. H H H –C + Cl – Cl H –C-Cl + Cl

Ve třetí fázi terminaci dochází k ukončení celé řetězové reakce Ve třetí fázi terminaci dochází k ukončení celé řetězové reakce. Ukončení může proběhnout několika způsoby: a) sloučení dvou stejných nebo různých radikálů Cl + Cl Cl-Cl H H H-C + Cl H-C-Cl

b) Do reakční soustavy se přidá inhibitor, což je látka, která reaguje s volnými radikály za vzniku částic, které zabraňují další propagaci. Inhibitorem radikálových halogenací uhlovodíků je např. kyslík. Ten se slučuje s alkylovým radikálem za vzniku málo reaktivního peroxyalkylového radikálu, který zablokuje propagaci. H H H-C + O2 H-C-O-O

Vedle halogenace je další významnou radikálovou substituční reakcí nasycených uhlovodíků nitrace. CH4 + HNO3 4OO oC CH3NO2 + H2O

Dalším významným typem reakcí u alkanů jsou eliminační reakce. Tyto probíhají při teplotách až 6OO oC nebo při nižších teplotách za přítomnosti katalyzátorů. Při těchto reakcích vznikají nenasycené uhlovodíky. Protože se uvolňuje vodík, nazývá se reakce dehydrogenace. H H H H H-C - C-H C = C + H2 H H ( Pt ) H H

Zdroj informací: McMURRY, John. Organická chemie. Vydání první. Vydalo Vysoké učení technické v Brně – nakl. VUTIUM, Brno, 2007. Počet stran 1260. ISBN 978-80-214- 3291-8 (VUT v Brně). VACÍK, Jiří. Přehled středoškolské chemie. Třetí doplněné vydání. Vydalo SPN-pedagogické nakladatelství, a.s., Praha, 1996. Počet stran 368. ISBN 80-85937-08-5. HONZA, Jaroslav, MAREČEK, Aleš. Chemie pro čtyřletá gymnázia. 2.díl. Druhé přepracované vydání. Vydalo Nakladatelství Olomouc, 1998. Počet stran 232. ISBN 80-7182-056-3.

Téma sady: Studium uhlovodíků Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemie Tematický okruh: Organická chemie   Autor: Ing. Jan Voříšek Rok vytvoření materiálu: 2012 Název materiálu: Reakce alkanů a cykloalkanů. Jazyk: čeština Očekávaný výstup: Žák rozliší a popíše jednotlivé typy reakcí alkanů a cykloalkanů. Klíčová slova: organická chemie, alkany, cykloalkany, iniciace, propagace, terminace, homolytická reakce . Druh učebního materiálu: prezentace s aktivizací žáka Cílová skupina: žák Stupeň a typ vzdělávání: gymnaziální vzdělávání Typická věková skupina: 16 -19 let Pokyny pro práci s materiálem: Prezentace je využitelná jako výklad učiva na dané téma.