Uhlovodíky

1. Uhlovodíky Uhlovodíky jsou organické sloučeniny obsahující pouze atomy uhlíku a vodíku.

2. Hlavní kritérium dělení: tvar uhlíkového řetězce, druhy vazeb mezi atomy uhlíku. Rozděleníuhlovodíků

3. Podle tvaru řetězce • Alifatické uhlovodíky jsou tvořeny řetězci uhlíkových atomů, které nejsou uzavřeny do kruhu (uhlovodíky s otevřeným řetězcem nebo acyklické uhlovodíky ). • Alicyklické uhlovodíky aspoň část uhlíkového řetězce je uspořádána do jednoho nebo několika kruhů, které nejsou aromatické. • Aromatické uhlovodíky obsahují konjugovaný systém dvojných vazeb.

4. Podle přítomnosti jednoduchých a násobných vazeb • Nasycené uhlovodíky mají jen jednoduché ( σ ) vazby • Nenasycené uhlovodíky mají násobné ( dvojné nebo trojné ) vazby ( vazby δ a π )

6. uhlovodíky cyklické acyklické nasycené nenasycené alicyklické aromatické alkany alkeny nasycené nenasycené alkyny cykloalkany cykloalkeny

7. Alkanyacykloalkany • Alkany a cykloalkany jsou organické sloučeniny, uhlovodíky, které obsahují jenom jednoduché vazby C - C a C - H.

8. Struktura alkanů a cykloalkanů • Mezi atomy uhlíku i mezi atomy uhlíku a vodíku jsou  vazby. • Atomy uhlíku jsou v hybridním stavu sp3, všechny jeho vazby směřují z těžiště do vrcholů pravidelného čtyřstěnu :

9. Každý následující alkan se od předcházejícího liší o jeden atom uhlíku a dva atomy vodíku, o tzv. homologický přírůstek ( homologický rozdíl ) -CH2-. • Takové řady, kde následující člen se liší od předcházejícího o skupinu -CH2 - , se nazývají řady homologické. • Obecný vzorec alkanů je CnH2n+2 .

10. Názvosloví alkanů a cykloalkanů Pojmenujte uhlovodíky : propan pentan 2-methylbutan

11. 2,2,3,3,4,4-hexamethylpentan cyklopropan cyklobutan 1-methylcyklopentan 1-ethyl-2-methyl-cykloheptan

12. Izomerie alkanů a cykloalkanů 1. Izomerie konstituční : Isobutan ( 2-methylpropan ) butan

13. pentan 2-methylbutan 2,2-dimethylpropan

14. U cykloalkanů -  izomerie kruhová, případně  kombinace kruhové a konstituční při větveném postranním řetězci : cyklobutan methylcyklopropan butylcyklopentan 2-methyl-1-cyklopentylpropan

15. 2. Stereoizomerie : • V důsledku rotace atomů uhlíku kolem vazby vznikají u alkanů a cykloalkanů různá prostorová uspořádání nazývaná konformace. • Např. u ethanu rozlišujeme dvě extrémní konformace, zákrytovou a nezákrytovou:

16. H H C H H H C H zákrytová nezákrytová

17. Cyklohexan vytváří dvě extrémní konformace - židličkovou a vaničkovou • ( pro zjednodušení nejsou uvedeny atomy vodíku ) : Konformace židličková vaničková

18. Příprava alkanů • Izolace z přírodních zdrojů ( ropa, zemní plyn, uhlí, humusové sedimenty a živice ). • Katalytická hydrogenace nenasycených uhlovodíků ( např.hydrogenace benzenu ). • Redukce alkoholů vodíkem ( teplota, katalyzátor ).

19. 4. Redukce halogenderivátů

20. Vlastnosti alkanů a cykloalkanů • Methan, ethan, propan a butan jsou plyny. • Ostatní alkany jsou kapaliny nebo pevné látky. • Cykloalkany jsou kapaliny nebo pevné látky. • Všechny uhlovodíky jsou hydrofobní látky nemísitelné s vodou, dobře rozpouštějí jiné nepolární látky.

21. Protože alkany mají v molekulách jen jednoduché vazby, jsou poměrně málo reaktivní. • Reagují jen za dodání velkého množství energie, reakce probíhají radikálovým mechanismem. • Další charakteristickou reakcí alkanů a cykloalkanů je eliminace. Za velmi vysokých teplot a za přítomnosti katalyzátorů lze z molekuly alkanu odštěpit vodík, proběhne dehydrogenace ,alkan se změní na alken, cykloalkan na cykloalken.

22. Oxidace Běžnými oxidačními činidly ( dichroman, manganistan ) se alkany a cykloalkany oxidují nesnadno. Silně exotermické a široce využívané jsou oxidace alkanů kyslíkem - hoření. ( Při hoření se štěpí vazby mezi atomy uhlíku a mezi atomy uhlíku a vodíku. )

23. Pyrolýza - krakování • = rozklad molekul uhlovodíků za vysokých teplot. • Z uhlovodíku s delším řetězcem vznikají uhlovodíky s kratším řetězcem. Při krakování se štěpí vazby C - C i vazby C - H . • Krakování je složitý proces, který má uplatnění při zpracování frakcí ropy.

24. Nejdůležitější alkany a cykloalkany • Methan • Ethan • Propan a butan • Cyklopropan a cyklohexan • Isooktan ( 2,2,3-trimethylpentan )

25. Účinky alkanů a cykloalkanů na organismus • Nasycené uhlovodíky většinou nejsou příliš toxické. • V plynné stavu mají narkotický účinek a některé z nich poškozují plicní tkáň a nervový systém. • Kapalné alkany a cykloalkany se vstřebávají kůží, po požití vyvolávají pálení v ústech, jícnu a žaludku. • Parafinový olej (paraffinum liquidum) jako součást některých přípravků může změkčit stolici. Nelze jej však podávat dlouhodobě, protože se nepatrně vstřebává a kromě toho by zabraňoval vstřebávání v tucích rozpustných vitaminů. • Nebezpečné mohou být akutní otravy motorovým benzinem. Jednak obsahuje určitý podíl aromatických uhlovodíků (včetně benzenu), jednak se stále ještě vyrábí i s příměsí toxického tetraethylolova. Motorový benzin se nikdy nesmí používat jako rozpouštědlo.

26. Alkenyaalkadieny • Alkeny jsou acyklické nenasycené uhlovodíky, které obsahujív molekule jednu dvojnou vazbu. • Alkadieny jsou acyklické nenasycené uhlovodíky, kteréobsahují dvě dvojné vazby v molekule.

27. Struktura alkenů a alkadienů • Ze strukturního hlediska je důležitá vzájemná poloha dvojných vazeb v uhlíkatém řetězci. Mohou nastat tři možnosti: 1. Dvojné vazby jsou izolované dvěma jednoduchými vazbami. 2. Dvojné vazby jsou kumulované. 3. Dvojné vazby konjugované

28. Izomerie alkenů a alkadienů • Konstitučníizomery se mohou lišit uspořádáním řetězce ( nerozvětvený a různé způsoby rozvětvení ) nebo polohou dvojné vazby ( či vazeb ) v řetězci. • Dvojná vazba alkenů a alkadienů je příčinou konfiguračníizomerie typu cis-trans.

29. cis-2-buten trans-2-buten

30. Názvosloví alkenů a alkadienů • Název odpovídajícího alkanu, zakončení -an se nahradí zakončením -en. Jestliže poloha dvojné vazby není jednoznačná ( větší počet atomů uhlíku v molekule ), označí se číslem tak, aby číslo označující atom uhlíku, ze kterého dvojná vazba vychází, bylo co nejnižší. • Názvy alkadienů tvoříme obdobně, přítomnost dvou dvojných vazeb vyjádříme dvěma čísly a zakončením -dien.

31. Příprava alkenů a alkadienů • Alkeny a dieny připravujeme nejčastěji eliminačními reakcemi: 1. Z alkanů 2. Z alkoholů 3. Kučerovova reakce

33. Vlastnosti alkenů a alkadienů • Alkeny a alkadieny jsou nenasycené sloučeniny, dvojná vazba mezi atomy uhlíku je tvořena vazbou σ a vazbou π. • Vazebná energie vazby π je nižší, proto je tato vazba štěpena přednostně.

34. Charakteristické reakce alkenů a alkadienů • Adiční reakce Markovníkovovo pravidlo: Při adici halogenovodíku na dvojnou vazbu se atom vodíku aduje na ten atom uhlíku dvojné vazby, který je na vodík bohatší. Hydrohalogenace Hydrogenace Hydratace Halogenace

35. Polymerace • Ke štěpení vazby dochází radikálovým mechanismem. Přitom vznikají radikály, které se spojují do větších celků, molekuly monomeru se spojují za vzniku polymeru. • Polymerace probíhá ve třech fázích - iniciace, propagace a terminace.

36. Oxidace • Nenasycené uhlovodíky jsou mnohem citlivější k oxidaci než uhlovodíky nasycené. • Již za nízkých teplot působením alkalického roztoku manganistanu draselného dochází k adici dvou hydroxylových skupin na dvojnou vazbu za vzniku diolu ( dvojsytného alkoholu ):

37. Za vyšší teploty a při použití kyselého roztoku manganistanu draselného nebo jiných oxidačních činidel ( dichroman draselný, oxid chromový ) stadium diolu již nezachytíme. Dochází totiž k další oxidaci, celá molekula se přitom štěpí a vznikají karboxylové kyseliny : R - CH = CH - R´ + 4 O  R - COOH + R´- COOH

38. Substituční reakce • Substituce není charakteristická reakce nenasycených uhlovodíků, může však nastat působením halogenů na alkeny ( dieny ... ) za vysokých teplot ( 500 - 600 oC ) : • CH3 - CH = CH2 + Cl2 CH2 = CH - CH2Cl + HCl propen allylchlorid

39. Nejdůležitější alkeny a dieny • Ethen ( ethylen ) • Propen ( propylen ) • Buta-1,3-dien • 2-methylbuta-1,3-dien, isopren

40. Alkyny • Alkyny jsou nenasycené acyklické uhlovodíky s jednou trojnou vazbou ( 1x vazba σ a 2x vazba π ).

41. Názvosloví alkynů • Názvosloví alkynů vychází z názvu alkanů, zakončení -an se mění na zakončení -yn. Nejnižší člen homologické řady alkynů je ethyn, triviálním názvem acetylen. • Polohu trojné vazby vyjádříme číslovkou před zakončením –yn.

42. Příprava alkynů • Přímá syntéza z vodíku a uhlíku • Rozklad karbidu vápníku vodou • Nedokonalá oxidace zemního plynu ( methanu ) • Eliminační reakce

43. Vlastnosti alkinů • Adice Při adici vodynení produktem alkohol, ale aldehyd nebo keton. • Adicí vody na alkin vzniká zv. enol který je velmi nestálý a snadno přesmykuje na stabilnější aldehyd nebo keton. • Přesmyk dvojné vazby a atomu vodíku je zvratný, v rovnovážném stavu vedle sebe existují dvě rozdílné formy jedné sloučeniny. Tento jev se nazývá tautomerie. V tomto případě se jedná o tzv. keto-enol (nebo oxo-enol) tautomerii.

44. Tvorba acetylidů: • Oxidace ( hoření ) alkynů

45. Nejdůležitější alkiny • Ethyn, acetylen Výroba PVC:

46. Aromatickéuhlovodíky,areny • Aromatické uhlovodíky jsou zvláštní skupina cyklickýchuhlovodíků se systémem dokonale konjugovaných dvojných vazeb, většinou ve formě benzenového jádra nebo několika kondenzovaných kruhů. Toto zvláštní uspořádání jim dodává vlastnosti souhrnně nazývané aromatický charakter.

47. Názvosloví aromatických uhlovodíků • Jednoduché aromatické uhlovodíky jsou pojmenovány triviálními názvy. • Pokud je na benzenovém jádře navázán substituent ( nahrazuje atom vodíku ), číslujeme cyklus od místa připojení substituentu. Pokud je substituentů více, číslujeme tak, aby polohy navázání substituentů měly nejnižší možná čísla.

49. Názvy některých aromatických zbytků - arylů, ev. arylenů ( volné valence na benzenovém jádře ) : benzen fenyl o-fenylen toluen o-tolyl naftalen 1-naftyl

50. benzyl benzyliden benzylidin