Seminární práce z chemie

Nenasycené uhlovodíky

Uhlovodíky s trojnými vazbami

K uhlovodíkům s trojnými vazbami patří alkyny s jednou trojnou vazbou v uhlíkatém řetězci.

Trojná vazba

Dva sousední uhlíky jsou poutány jednou vazbou sigma a dvěma vazbami pí. Vazbami pí procházejí roviny, které jsou navzájem kolmé a protínají se na spojnici jader uhlíkových atomů, kde se nachází vazba sigma. Pí-elektrony jsou umístěné v překrývajících se orbitalech py a pz. Trojná vazba je kratší než dvojná a je také méně reaktivní. Většina reakcí alkynů probíhá na vazbách pí. Podobně jako dvojná vazba neumožňuje rotaci.

Alkyny

Alkyny jsou nenasycené uhlovodíky s obecným vzorcem CnH2n-2. Obsahují jednu trojnou vazbu v uhlíkatém řetězci. Jejich názvy jsou odvozené od názvů alkanů a mají koncovku –yn. Chemickými a fyzikálními vlastnostmi jsou podobné alkanům a alkenům, ale mají vyšší teploty tání a varu. Body tání a varu jsou navíc závislé na poloze trojné vazby v řetězci.

Reakce alkynů

Adiční reakce

Adiční reakce alkynů probíhají mechanismem elektrofilním, nukleofilním nebo radikálovým. Radikálové a elektrofilní reakce probíhají stejným způsobem jako u alkenů s tím rozdílem, že elektrofilní reakce se uskutečňují obtížněji.

Elektrony trojné vazby jsou soustředěny do prostoru mezi atomy uhlíku. Na druhé straně atomů, která je vzdálenější od vazby, proto vzniká nedostatek elektronů, tedy kladný náboj, který umožňuje navázání nukleofilního činidla.

Elektrofilní adice halogenvodíků se řídí Markovnikovým pravidlem. Některé reakce musí být katalyzovány. Adice chlorovodíku na ethyn je katalyzována truťnatými solemi. Rtuťnaté kationty jsou přitahovány ethynem a vytváří s ním komplex s narušenou trojnou vazbou, čímž usnadňují adici. Produktem této reakce je vinylchlorid.

Adice halogenů probíhají elektrofilním mechanismem. Produktem prvního stupně halogenace jsou dihalogenalkeny, v druhém stupni vznikají tetrahalogenalkany.

Hydrogenace alkynů jsou radikálové reakce katalyzované platinou, paladiem nebo niklem. V první fázi vzniká z alkynu odpovídající alken, ve druhé alkan.

Adice vody na trojnou vazbu probíhá nukleofilně. Adice vody na ethyn je katalyzovaná síranem rtuťnatým, probíhá v prostředí s kyselinou sírovou. Nejdříve vzniká nestabilní vinylalkohol, přesmykem jeho –OH skupiny na sousední atom uhlíku a vznikem dvojné vazby mezi kyslíkem a uhlíkem vzniká ethanal. Vinylalkohol a ethanal jsou tautomery (izomery, které se liší polohou dvojné vazby a atomu vodíku), vinylalkovhol je enolforma, ethanal je ketoforma.

Rovnice nukleofilní adice vody na ethyn

U alkynů může také docházet k polymeracím, jako je dimerace, trimerace a tetramerace ethynu. Dimerace je katalyzovaná chloridem měďnatým a amoniakem, jejím produktem je but-1-en-3-yn, vinylacetylen. Trimerací ethynu se vyrábí benzen, tetramerací styren. Obě reakce probíhají při teplotě 400 – 500 °C a zvýšeném tlaku.

Rovnice dimerace ethynu

Vznik acetylidů

Odštěpením vodíkového kationtu a jeho nahrazením kovem vznikají soli alkynů, karbidy. Karbidy odvozené od ethynu (acetylenu) se označují jako acetylidy.

Hydrogenacetylidy alkalických kovů jsou produktem reakce ethynu s alkalickými kovy v kapalném amoniaku, kdy je nahrazen jeden atom vodíku. Při reakci ethynu s roztaveným kovem jsou nahrazeny oba atomy vodíku.

Rovnice reakce ethynu s roztaveným sodíkem

Acetylid vápenatý se vyrábí reakcí oxidu vápenatého s koksem.

Rovnice reakce oxidu vápenatého s koksem

Acetylidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin jsou rozpustné ve vodě - hydrolýzou vzniká ethyn a hydroxid.

Reakcí ethynu s roztoky těžkých kovů se připravují acetylidy těžkých kovů. Jsou nerozpustné ve vodě a výbušné při vyšších teplotách.

Příprava alkynů

Většinu alkynů lze vyrábět eliminačními reakcemi.

Při dehydrogenaci dihalogenalkanů se z molekuly dihalogenalkanu odštěpí dvě molekuly halogenvodíku a jednoduchá vazba se změní na trojnou.

Alkylace acetylidů probíhá jako reakce acetylidu alkalického kovu s alkylhalogenidem. Z acetylidu se odštěpením kovu stává nukleofilní činidlo.

Ethyn se vyrábí ze zemního plynu (parciální oxidací methanu) nebo hydrolýzou karbidu vápenatého.

Zástupci alkynů

Ethyn (acetylen) je bezbarvý plyn bez zápachu, jako směs se vzduchem je výbušný. Používá se při sváření. Je surovinou pro výrobu acetaldehydu a vinylových derivátů (vinylchloridu).

Vzorce uhlovodíků s trojnými vazbami

Nahoru