Alkany, cykloalkany

Alkany
 Nasycené, alkalické uhlovodíky
 -an
 CnH2n+2 n≥1
 Hybridizace
o CH4základní stav C(He) : 2s22p2
o může snadno přejít do excitovaného stavu (C*) = 1 elektron dostane E, aby se dostal do orbitalu p  C* : 2s12p3 => nebyly by stejné vazebné úhly  dochází k energetickému sjednocení hybridizace sp3¨
o vazebný úhel = 109°28‘
vlastnosti
a) fyzikální:
 C1 - C4 = plynné C5 – C16 = kapalné C17 - =pevné l. (podobné parafinu)
 Kapalné – nerozpustné v H2O (=mají nepolární vazby)  vytvoří 2 fáze s pevným fázovým rozhraním; rozpustné v octanu, lihu éteru..
 teplota tání (tt) a teplota varu (tv)  s počtem atomů C
 rozvětvené řetězce = menší tt a tv
 alkany s menším počtem atomů C v molekule jsou hořlaviny (jejich směs s O2 je výbušná)
b) chemické:
 málo reaktivní
 oxidace (hoření)
 radikálová substituce
 eliminace
 izomerie
reakce
a) oxidace:
CH4 + O2  CO2 + H2O
2C8H18 + 25O2  16CO2 + 18H2O dokonalá oxidace (spalování paliv)
C3H8 + 5O2  3CO2 + 4H2O
b) Substituce(radikálová):
CH4 + Cl  CH3 + HCl
 halogenace(3 fáze)
i) iniciace(zahájení)
Cl–Cl  Cl + Cl (za přítomnosti UV)
CH3–CH3  CH3 + CH3 (za přítomnosti UV)
ii) propagace(růst řetězce, vznik nových radikálů)
Cl + CH3–CH3  CH3-CH2-Cl + H
Cl + CH3-CH2-Cl  Cl-CH2-CH2-Cl + H
iii) terminace(zakončení reakce=vymizení radikálů ze směsy)
Cl + H  HCl
Cl + CH2-CH3  Cl-CH2-CH3
2CH3-CH2  CH3-CH2-CH2-CH3
 nitrace
HNO3 + CH4  CH3-NO2 + H2O(katalizátor je H2SO4)
 nitrace methanu za vzniku nitromethanu
 sulfonace
H2SO4 + CH3–CH3  CH3-SO4 + HCl
sulfurylchlorid  methylsulfonilchlorid
 sulfooxidace
CH4 + SO2 + Cl2 + O2  CH3-SO3H
 vzniká methylsulfonová kyselina(char.skupina - SO3H)
c) eliminace:
 termolýza – vznik směsy Alkanů a alkenů, uplatnění při zpracování vyšších alkanů)
 dehydrogenace (=odštěpení H)  vznik nenasycených úhlovodíků
 krakování = „zkracování“ řetězce
alkan1  alkan2 + alken
C16H34  C8H18 + C8H16 (převod petroleje na benzín; za přítomnosti kat. a t)
d) izomerace:
= nezrozvětvených úhlovodíků vznikají úhlovodíky rozvětvené
významné alkany
 methan
- součást zemního plynu
- bahenní plyn = močály, rašeliniště
- součást střevního plynu přežvýkavců
CH4 + O2  C + 2H2O
CH4  C + 2H2 (při 1200°C)
CH4 + H2O  CO + 3H2 (=parní reforming; reakce probíhá za zvýšené teploty(t)- H2O reaguje ve formě vodní páry)
CO + 2H2  CH3OH(kat., t)
 propanbutan
- zkapalnění
 oktan
- benzín  palivo, rozpouštědlo
 hexadekan
- hlavní složka petroleje
 hexan, heptan
- rozpouštědla
Cykloalkany
 nasycené uhlovodíky
 cyklo- -an
 CnH2n n≥3

cyklopropan (α=60°) cyklopentan (α=108°)
vysoce nestabilní nejstabilnější


cyklobutan (α=90°) cyklohexan (α=120°)
sp3vazbný úhel=109°28‘(nejstabilnější je cykopentan-jeho vazebné úhly se nejvíce blíží „ideálu“)
*v každém z vrcholů je CH2
+ H2  H3C-CH2-CH3 (cyklopropan  propan; za t, kat.)
=hydrogenace (ale u jiných cykloalkanů není=chybí násobná vazba)
2 konformace
a) Židličková  stabilnější, při nižší teplotě
b) Vaničková  méně stabilní, při vyšší teplotě
reakce
=málo reaktivní
substituce, oxidace (+ u cyklopropanu hydrogenace)
2C3H6 + 9O2  6CO2 + 6H2O (hoření=oxidace cyklopropanu)