CHÉMIA PRE 2. ROČ. GYMNÁZIÍ str. 88 - 95

1. -1- 16 Znázornenie väzby σa π v molekule etylénu -2- 4 CHÉMIAZLÚČENÍN UHLÍKA CHÉMIA PRE 2. ROČ. GYMNÁZIÍ str. 88 - 95 4.2.5 Alkény Podobne prebieha i reakcia alkénov s halogénvodíkmi H-X, napr etylénus bromovodíkom, pričom vzniká brómetán. Alkény majú vo svojich molekulách jednu dvojitú väzbu (pozri prehľad 2). Svojimi fyzikálnymi vlastnosťami sa podobajú alkánom, ale chemicky sa od nich líšia, a to prítomnosťou dvojitej väzby. Tá sa skladá z väzby σa z väzby π, vtedy je utvorenázo štyroch elektrónov. Dva elektróny väzby σsa nachádzajú medzi stredmi uhlíkových atómov, kým dva elektróny väzby πsa nachádzajú v priestore okolo väzby σ(obr. 16). väzba π H H CH2=CH2+HBr→ väzba σ C C R R brómetán Pri adícii halogénvodíkov na nesúmerné molekuly alkénov (propén) platí Markovnikovovo pravidlo – kladnejšia časť činidla sa aduje na uhlík, ktorý má dvojitú väzbu s väčším počtom vodíkových atómov. C ─ C H H R H H R Väzbaσje pevnejšia ako väzba π, preto pri reakciách zaniká práve väzba π. Dĺžka väzby C=C je 0,134 nm, je kratšia ako väzba C–C, ktorá má dĺžku 0,154 nm. V molekule etylénu nemôže nastať, na rozdielod molekuly etánu, samovoľná rotácia okolo väzby σ, lebo to nedovolí väzba π. Všetky väzby vychádzajúce z uhlíkových atómov spojených dvojitou väzbou ležia v jednej rovine a utvárajú uhol 120°. alkán 2-chlórpropán Pt CH2=CH–CH3+ Hδ+–Clδ–→ + H2 Adícia halogénvodíkov na väzbu C=C sa začína adíciou H+ (elektrofilnej častice) na uhlík s väčším počtom vodíkov – vznik stabilnejšieho karbkatiónu. R R Ide o tzv. elektrofilné adície. R je H alebo alkyl C ═ C Z rovinného usporiadania molekuly etylénu vyplýva, že zámenou vodíkového atómu na každom z uhlíkových atómov, napr. metylovou skupinou, vzniknú v tomto prípade dva izoméry 2-butény, ktoré majú síce rovnakú konštitúciu, ale líšia sa priestorovým usporiadaním molekúl, čiže priestorovou konfiguráciou. Sú to priestorové izoméry, čiže stereoizoméry, ktoré sa označujú ako izoméry cis a trans. R R CH2 –CH–CH3 + CH2 CH2 CH2 CH2 CH2=CH–CH3+ H+ → | H | Cl + CH3–CH2–CH2 stálejší + + menej stály CH3–CH–CH3 CH3–CH–CH3 karbkatión Veľký význam má adícia vody na etylén, lebo je základom priemyselnej výroby etanolu. Reakcia sa uskutočňuje za katalýzy kyselinou sírovou alebo fosforečnou. Takto vyrobený etanol je lacnejší ako etanol vyrobený kvasnou cestou, ale nie je vhodný na výrobu liehovín. H CH3 Br Br Br H C = C H3C H H3C CH3 H2SO4 CH2=CH2+ H–OH CH2 –CH2 cis-but-2-én trans-but-2-én t. t. -139°C, t. v. -4°C t. t. -106°C, t. v. 0°C C = C | H | OH H H Medzi veľmi významné reakcie alkénov patria ich oxidácie,ktoré sa môžu uskutočniť rozličnými oxidovadlami (KMnO4, O3, OsO4 atď), pričom vznikajú kyslíkaté deriváty, napr. dioly, aldehydy, ketóny, karboxylové kyseliny. trans-izomér cis-izomér Katalytická adícia vodíka – katalytická hydrogenácia má radikálový charakter. Ako katalyzátory sa používajú ušľachtilé kovy, napr. platina, paládium alebo nikel. Chemické vlastnosti alkénov – väčšina reakcií má charakter adícií, lebo pri nich zaniká menej pevná zložka dvojitej väzby, teda väzba π, a môže sa naviazať činidlo (ktoré sa počas reakcie rozpadáva na radikály alebo ióny) na obidva uhlíkové atómy. Modely stereoizomérov but-2-énu Príklady na adičnéreakcie Etylén reaguje veľmi ľahko s brómom, pričom vzniká 1,2-dibrómetán: Etén Významné reakcie alkénov sú najmä reakcie etylénu a propénu. Ich polymerizáciou (polyadíciou)získavame veľmi používané plasty – polyetylén a polypropylén. Pri polymerizácii vzniká mnohokrát opakovaná adícia čiže polyadícia, pri ktorej z molekúl monoméru (alkénu) vzniká polymér a zanikajú dvojité väzby. Etén reagujes brómom. Po zavedení eténu (vľavo) sa bróm hneď odfarbuje (vpravo) CH2=CH2+ Br2→ nCH2=CH2→ –CH2 –CH2– [ ]n Makromolekula sa skladá z n-krát opakujúcej sa štruktúrnej jednotky, ktorá sa vo vzorci uvádza do zátvorky. Číslon znamená polymerizačný stupeň. Tento pri niektorých polyméroch môže mať hodnotu až niekoľko desiatok tisíc. 1,2-dibrómetán etylén polyetylén Adícia brómu na väzbu C=C sa používa na dôkaz väzby. Pri adícii zaniká červenohnedé sfarbenie reakčnej zmesi, a to od prítomného brómu. Ten totiž prechádza počas adície na bezfarebný dibrómderivát; odfarbenie brómu dokazuje prítomnosť dvojitej väzby. Reakcia nie je špecifická, lebo rovnako reagujú i zlúčeniny s trojitou väzbou C≡C. –CH2 –CH– [ ]n nCH2=CH→ | CH3 | CH3 propylén polypropylén

2. -3- -4- 4 CHÉMIAZLÚČENÍN UHLÍKA CHÉMIA PRE 2. ROČ. GYMNÁZIÍ str. 88 - 95 4.2.5 Alkény (pokračovanie) 5. Napíšte reakčnú schému adície jodovodíka na but-1-én. Platí tu Markovnikovovo pravidlo? Platí toto pravidlo pri adícii jodovodíka na but-2-én? Etylén (etén) sa získava v ohromných množstvách pri chemic- kom spracovaní niektorých frakcií ropy. Je ľahký, bezfarebný plyn, sladkej chuti, ktorý zmiešaný so vzduchomv istom kon- centračnom pomere po iniciácii vybuchuje. Z neho sa vyrába polyetylén, etanol, etylénoxid, vinylchlorid, chlorované rozpúšťadlá a ďalšie produkty (pozri obr. 17). Je rastlinným hormónom (urýchľuje dozrievanie ovocia, čo sa prakticky využíva pri uskladňovaní nedozretých banánov). 6. Napíšte reakčnú schému adície vody na etylén. H CH2–CH3 4.2.6 Alkadiény C = C H H Alkadiény sú acyklické uhľovodíky, ktoré majú vo svojich molekulách dve dvojité väzby. Z nich veľký význam majú tie, ktoré majú konjugované dvojité väzby, t. j. oddelené od seba jednou jednoduchou väzbou. Z priemyselného hľadiska je významná ich polymerizácia, ktorou sa získavajú syntetické kaučuky. -H2 STYRÉN ETYLBENZÉN kat. ETANOL H3C H CH3 H H2O, kat. C6H6, kat. C = C C = C HCl, CHLÓRETÁN CH2 CH2 H H3C H CH3 POLYETYLÉN ETYLÉN Br2 CH3 | 1,2-DIBRÓMETÁN Buta-1,3-diénje plyn . Je základnou surovinou na výrobu syntetického kaučuku. Pôvodne sa u nás vyrábal z etanolu tzv. Lebedejovou reakciou, dnes sa pripravuje petrochemicky katalytickou dehydrogenáciou butánu alebo buténov. Polymerizuje sa buď sám, alebo spolu s inými nenasýtenými zlúčeninami (styrénom, C6H5CH═CH2 alebo akrylonitrilom CH2═CHCN) na syntetický kaučuk. H2C═C─CH═CH2 kat. +Cl2 , -HCl O2, kat. Br Br VINYLCHLORID 2-metylbuta-1,3-dién H2O, kat. ETÁNDIOL ETYLÉNOXID H2C═CH─CH═CH2 17 Schéma hlavných produktov vyrábaných z etylénu buta-1,3-dién Izoprén (2-metylbuta-1,3-dién) je zlúčenina, od ktorej sa odvodzuje viacero prírodných látok, predovšetkým terpenoidov a steroidov, všeobecne sa volajú izoprenoidy. Jeho polymerizáciou vzniká polyizoprén, látka svojimi vlastnosťami je veľmi blízka prírodnému kaučuku. Propylén (propén) je plyn. Získava sa z ropy podobne ako etylén. Používa sa na výrobu polypropylénu, acetónu, kuménu atď. ▼ Otázky a úlohy 1. Existujú cis-, trans- izoméry but-1-énu? CH2=CH2 2. Obidva uvedené vzorce predstavujú rovnakú zlúčeninu alebo izoméry? 3. Možno označiť zlúčeninu, ktorá vznikne adíciou brómu na etylén, ako cis-izomér ? 4. Čo vznikne pri adícii chlóru na propén? Uplatňuje sa tu Markovnikovovo pravidlo? Etén je rastlinným hormónom (urýchľuje dozrievanie ovocia)