Hemija

Tema: Alkani, alkeni i alkini

Ružica Traljić

1

Prnjavor, 2015

UVOD

Ugljovodonici su organska jedinjenja koja sadrže samo atome ugljenika i vodonika. Ugljovodonici se sastoje iz:

- osnovnog ugljovodonikovog skeleta (međusobno povezanih atoma ugljovodonika) i- vodonikovih atoma koji su povezani na taj skelet.

1. Podela ugljovodonika

Postoji više podela ugljovodonika:1. Prema vrsti veze unutar skeleta dele se na:

Zasićene – to su ugljovodonici kod kojih se između atoma ugljenika javljaju samo jednostruke hemijske veze.

Nezasićene – to su oni ugljovodonici kod kojih se između atoma ugljenika pored jednostruke javljaju još i dvostruke ili trostruke hemijske veze.

2. Prema rasporedu ugljenikovih atoma, ugljovodonici mogu biti: Aciklični – imaju linijski raspored ugljenikovih atoma. Ciklični – imaju ciklični raspored ugljenikovih atoma.

Prema tome postoje četiri veće grupe ugljovodonika: Zasićeni, aciklični alkani (parafinski ugljovodonici) Zasićeni, ciklični cikloalkani (naftenski ugljovodonici) Nezasićeni, aciklični (olefinski ugljovodonici):

- Alkeni – sa jednom dvostukom vezom- Alkini – sa jednom trostrukom vezom- Aleni - Polieni (dieni, trieni, tetraeni...) – sa više dvostrukih veza

Nezasićeni, ciklični (aromatični ugljovodonici) – areni.

1.1. Nalaženje i dobijanje ugljovodonika

Ugljovodonici su osnovni sastojci nafte i zemnog gasa iz kojih se najčešće dobijaju.

2

Nafta je osnovni izvor ugljovodonika. Čvrsti ugljovodonici mogu se naći i u mineralu ozokeritu. U laboratoriji ugljovodonici se sintetišu na više načina od kojih su najvažniji Wurtz-ova sinteza:

i suva destilacija smeše soli organskih kiselina i NaOH:

2. Alkani

Alkani su zasićeni ugljovodonici, tj. oni koji ne poseduju višestruke veze između atoma ugljenika. Razlika između metana i etana je samo u jednoj CH2 grupi. Razlika između svakog sledećeg alkana je takođe u jednoj CH2 grupi. Takav tip hemijskih jedinjenja čiji se susedni članovi razlikuju za pojednu grupu (u ovom slučaju za CH2 grupu) naziva se homologi red.

2.1. Predstavnici i nomenklatura

Sistem po kome će ime organskih jedinjenja da pokazuje sastav i strukturu tog organskog jedinjenja je usvojen 1892. godine u Ženevi. Od tog vremena on se neprestano dopunjava na sastancima komisije za nomenklaturu. Pravila IUPAC-a su veoma prosta, ime organskog jedinjenja je ustvari opis njegove strukture: jedan deo imena opisuje ugljenikov skelet, a drugi funkcionalne grupe koje su za taj skelet vezane.

Prva četiri člana homologog niza nose nazive metan, etan, butan i propan. Od alkana sa pet ugljenikovih atoma, imena se dobijaju kada se na grčki broj koji označava broj ugljenikovih atoma doda nastavak an.

3

struktura n-alkana

Alkani normalnog (opruženog) niza, n-alkani, su pripadnici homologog niza. Račvasti nizovi su sa druge strane strukturni izomeri normalnog niza.

Normalan Razgranat

Za osnovu se uzima najduži ugljenikov lanac, a smeštaj bocnih lanaca (koji dobijaju ime po radikalu) se oznacava brojevima. Oznacavanje brojevima pocinje od funkcionalne grupe, tako da se njoj dodeli najniža vrednost (0).

2,2,4-trimetilheksan

2.2. Geometrija molekula

4

Molekularna geometrija alkana direktno utiče na njihove fiziko-hemijske osobine. Specifična geometrija je proizvod stvaranja kovalentne sigma veze između atoma ugljenika koja je preduslovljena hibridizacijom jedne s i tri p orbitale ugljenika, koji je uvek četvorovalentan u organskim jedinjenjima. sp3 hibridizacija prisutna je u svim alkanima i ona uslovljava tetraedarsko prostorno raspoređivanje hibridizovanih atomskih orbitala.

2.4. Konformacije

Eklipsna (levo) i stepeničasta (desno) konformacija u Njumanovoj projekciji kod etana

Veze između ugljenika i vodonika nalaze se postavljene paralelno jedna naspram druge. Ovakva konformacija se naziva zaklonjena ili eklipsna, i odlikuje je visok stepen nestabilnosti zbog torzionog (eklipsnog) napona koji se javlja i teži da iskrivi vezu. Zato se, rotiranjem oko sigma veze, uspostavlja daleko stabilnija stepeničasta konformacija gde su elektronski oblaci fazno pomereni a stepen interakcije između suprotnih naelektrisanja sveden na minimum. Ovakvi različiti prostorni oblici nazivaju se rotomeri, a oblici sa najmanjim sadržajem energije konformeri.

2.5. Nalaženje i laboratorijsko dobijanje

Alkani se u velikim količinama mogu naći u nafti (čiji najveći deo čine) i u prirodnom gasu (metan, etan, propan, butan). Metan nastaje usled truljenja organskih materija i može se naći u močvarama, a ima ga i u rudnicima. Metan u rudnicima prestavlja veoma veliku opasnost jer kada se naiđe na njegove zalihe može da izazove eksploziju jer pri većim koncentracijama može i spontano da se zapali.

Listovi karfiola, kupusa, kao i kora jabuke u sebi sadrže alkan C29H60 koji služi kao zaštita od gubitka vlage, dok većina drugih biljaka kao zaštitu koristi biljne voskove koji su po sastavu estri.

Alkani se mogu dobiti iz raznih jedinjenja redukcijom. U labaratoriji se metan dobija zagrevanjem natrijum-acetata sa natrijum hidroksidom:

CH3COOH-Na + NaOH → CH4 + Na2CO3

Druge metode uključuju:

Katalitičku hidrogenizaciju alkana na paladijumovoj (ili platine/nikla) rešetki:

5

R-CH2-CH=CH-R + H2 → R-CH2-CH2-CH2-R Redukciju alkil-halogenida u kiseloj sredini:

RX + Zn + H+ → RH + Zn+ + X-

Reakcijom Grinjarevog reagensa (magnezijuma u „suvom“ etru) i hidrolizom dobijenog proizvoda:

RX + Mg → RMgX + H2O → RH + MgX(OH)

2.6. Fizičke osobine

Fizičke osobine alkana zavise od nekoliko faktora. Prvi i najvažniji je broj ugljenikovih atoma. Drugi je struktura niza.

Pod normalnim uslovima alkani koji sadrže od 1 do 4 ugljenikovih atoma su u gasovitom agregatnom stanju, alkani koji sadrže od 5 do 17 ugljenikovih atoma su u tečnom agregatnom stanju, a sa preko 18 su u čvrstom.

Svaki sledeći predstavnik homologog niza ima temperaturu ključanja za 20-30 °C višu od prethodnog. Ovo se objašnjava činjenicom da između molekula vladaju Londonove sile a da se dipol daleko lakše indukuje kod većih molekula, pa su kod njih mećumolekulske sile veće.

Račvanjem niza se uvek smanjuje temperatura ključanja. Ovo se objašnjava smanjenjem dodirnih površina molekula, što smanjuje disperzione sile.

Alkani se kao i većina neorganskih jedinjenja rastvaraju u nepolarnim rastvaračima, a u polarnim (npr. voda) se ne rastvaraju.

2.7. Hemijske osobine – reakcije

Alkani su slabo reaktivna hemijska jedinjenja, pod normalnim uslovima ne reaguju sa jakim kiselinama kao što su sulfatna kiselina i hloridna kiselina a ni sa jakim bazama kao što su natrijum hidroksid i kalijum hidroksid. Alkani ne reaguju ni sa oksidacionim sredstvima kao što su kalijum permanganat ili kalijum dihromat, ali je njihova oksidacija moguća. Alkani su nereaktivni jer su izgrađeni od sigma C-C-C veza. Ove veze se teško raskidaju jer je potrebno uložiti veliku energiju za taj proces. Zato alkani reaguju samo na posebnim uslovima.

2.7.1. Oksidacija

Oksidacija je proces sagorevanja ugljovodika. Pri potpunom sagorevanju bilo kog ugljovodonika nastaje ugljenik(IV)-oksid(ugljendioksid) i voda.

= CH4 + 2O2 ---------> CO2 + 2H2O

6

2.7.2. Halogenovanje

Za alkane je karakteristična reakcija supstiticije halogenim elementima pri čemu nastaju derivati alkana - alkil halogenidi. U mehanizam reakcije uključeni su slobodni radikali, sama reakcija je veoma egzotermna i odvija se pod specifičnim uslovima. Odvija se u tri faze:

1. Inicijacija - u kojoj dolazi do homolitičkog rakidanja kovalentne veze u molekulu halogena npr. hlora. Da bi se ovo desilo potrebno je prisustvo sunčeve svetlosti odnosno ultravioletnog zračenja. Pritom nastaju slobodni radikali sa po jednim nesparenim elektronom koji su inicijatori reakcije.

Cl2 → 2 Cl·2. Propagacija - u kojoj dolazi do reakcije između slobodnih radikala i alkana.

Najčešće je dvostepena pri čemu je proizvod monosupstituisan ali u zavisnosti od koncentracije hlora, može doći i do supstituisanja većeg broja vodonika.

CH4 + Cl· → CH3· + HClCH3· + Cl2 → CH3Cl + Cl·

u višku hlora, može dalje da nastaje:

CH3Cl + Cl· → CH2Cl· + HClCH2Cl· + Cl2 → CH2Cl2 + Cl·

... 3. Terminacija - nakon supstituisanja većeg broja vodonika, povećava se šansa sudara

i reakcije slobodnih radikala međusobno odnosno njihove rekombinacije do neutralnih molekula. Ovime nestaju inicijatori reakcije i ona se postepeno gasi. Proizvod reakcije je usled toga uvek smeša različitih produkata reakcije čije se udeo može pretpostaviti preko njihove statističke distribucije.

Cl· + Cl· → Cl2

CH3· + CH3· → C2H6

CH3· + Cl· → CH3Cl

Ovu reakciju jako inhibira prisustvo kiseonika jer nastaje manje reaktivan

CH3-O-O·

radikal koji usporava ili u potpunosti zaustavlja reakciju.

2.7.3. Krakovanje

Krakovanje je proces razlaganja ugljovodonika na ugljenik i vodonik ili neki drugi ugljovodonik i vodonik. Proces se obavlja na vrlo visokim temperaturama(proko 500 stepeni Celzijusa) i bez vazduha. Ovaj proces je vieoma bitan u industriji nafte.

7

=== CH4 ------> C + 2H2 иC2H6------> C2H4 + H2

2.8. Primena alkana

Alkani se upotrebljavaju kao gorivo. Koriste se i za proizvodnju velikog broja organskih supstancija u hemijskoj industriji

3. Metan

molekul metana

Metan (CH4), poznat i kao blatni gas je najprostiji zasićeni ugljovodonik (alkan). Ukoliko vladaju normalni uslovi on je bezbojan gas.

U prirodi metan nastaje usled bezkiseoničnog raspada organskih materija (npr. namočvarama). Metan je glavni sastojak zemnog gasa. Koristi se kao gas za grejanje i kao sirovina za dobijanje organskih jedinjenja

Molekul metana ima oblik tetraedra. Atom ugljenika s ima sp3 hibridizaciju. Ostale orbitale grade hemijsku vezu sa četri atoma vodonika. Sve četri veze su podjednake (uglovi između veza iznose 109°28') i veoma su malo polarizovane, što je zajedno sa nedostatkom slobodnih elektronskih parova velike postojanosti ovog jedinjenja. Metan može da učestvuje samo u reakcijama tipičnim za alkane (npr: sagorevač).

Labaratorijski metan se dobija prženjem natrijum oktana sa natrijum hidroksidom:

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

Druga metoda je hidroliza aluminijum karbida:

Al4C3 +12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3

Osobine metana:

kritičan pritisak 46,3 bar gustina 0,717 kg/m3

n toplota sagorevanja 13 264 kcal/kg = 55,53 MJ/kg

Mešavina metana sa vazduhom u razmeri 1:10 ima eksplozivno dejstvo. Nastanak ovakve smeše u rudnicima je često razlog velikih eksplozija i smrti mnogih ljudi.

8

Velike količine metana se nalaza na planetama u obliku mora (kao što na zemlji postoje mora vode, tako na nekim planetama postoje mora metana).

4. Etan

etan

Etan je zasićeni ugljovodonik iz homologog reda alkana sa molekulskom formulom C2H6. Osobine:

bezbojan, bezmirisan gas tačka topljenja: -182,76 °C tačka ključanja: -88,6 °C

Etan se u prirodi javlja kao jedan od sastojaka zemnog gasa.

Dobija se iz produkata prerade nafte i kamenog uglja. Labaratorijski se dobija elektrolizom koncentrovanog rastvora acetata:

CH3COO− → CH3• + CO2 + e−

CH3• + •CH3 → C2H6

5. Butan

Struktura i molekul

Butan, pošto ima izomere obeležava se i sa n-butan, je četvrti pripadnik homologog reda alkana. Racionalna formula butana je CH3CH2CH2CH3. Butan se često koristi i kao naziv za n-butan i za njegov izomer 2-metilpropan (poznat i pod nazivom izobutan), CH3CH(CH3)2. Butan je veoma zapaljiv, slabo rastvorljiv gas.

9

5.1. Hemijska struktura

n-Butan ima sledeću strukturnu formulu:

H H H H| | | |

H - C - C - C - C - H| | | |

H H H H

5.2. Reakcije i primena

Na vazduhu butan sagoreva na ugljen dioksid i vodenu paru:

butan + kiseonik -> ugljen dioksid + vodena para

Ukoliko je vazduh zagađen , umesto ugljen dioksida mogu nastati i čađ ili ugljen monoksid.

Granice zapaljivosti u smesi sa vazduhom (u zapreminskim procentima gasa u vazduhu) su 1,9 ÷ 8,5 vol% (uz prisustvo izvora upaljenja).

Butan je jedan od dva glavna sastojka "plina" ("propan-butan", tj. tečni naftni gas - TNG) koji se koristi za kuvanje, a takođe i kao pogonsko gorivo za vozila ("autogas" - TNG).

Usled oštećivanja ozonskog omotača zemlje od freona povećava se primena izobutana u rashladnim uređajima.

6. Propan

propan

Propan, (molekulska formula C3H8), je bezbojan alkan, u gasovitom agregatnom stanju. Propan je nerastvorljiv u voda, a rastvara se u organskim rastvaračima kao što je

10

npr. Etil alkohol. U malim količinama se javlja u zemnom gasu a u većim količinama javlja se u nafti. Iz nafte se dobiva destilacijom u obliku smeše sa butanom, koja se koristi kao gorivo poznato pod nazivom Tečni naftni gas (TNG) i kojom se pune boce koje se koriste u domaćinstvima (tzv. butan boce), a koristi se i kao alternativno gorivo za vozila (LPG, "autogas").

Propan je veoma slabo reaktivan kao i svi alkani. Na višim temperaturama podleže reakcijama paljenja. Reaguje i sa gasovitim hlorovodonikom i hlorom, usled čega nastaju hloroalkani. Propan je sirovina za mnoge organske sinteze.

Granice zapaljivosti u smesi sa vazduhom (u zapreminskim procentima gasa) su 2,1 ÷ 9,5 vol% (u prisustvu izvora upaljenja).

7. Alken

Alkeni su organska jedinjenja iz grupe nezasićenih ugljovodonika kod kojih se javlja najmanje jedna dvostruka hemijska veza između atoma ugljenika (C=C). Alkeni kao i alkani grade homologi red čiji se susedni članovi razlikuju za pojednu CH2 grupu. Svaki atom ugljenika povezan je sa dva atoma vodonika, a ugljenikovi atomi koji grade dvostruku vezu međusobno su povezani sa dva elektronska para. Ta dvostruka veza između ugljenikovih atoma predstavlja funkcionalnu grupu alkena.

Najjednostavniji alken ima formulu C2H4 koji nosi naziv eten. Opšta formula alkena je CnH2n

Alkeni koji sadrže dve dvostruke veze nazivaju se dieni. Alkeni sa više od dve dvostruke veze (trieni, tetraeni itd.) se uopšteno nazivaju polieni.

7.1. Nomenklatura alkena

Po JUPAKovoj nomenklaturi imena alkena se izvode iz imena odgovarajućih alkana sa istim brojem ugljenikovih atoma., tako što se odbija nastavak an i na njegovo mesto dodaje nastavak en. Položaj dvostruke veze se označava brojem prvog ugljenikovog atoma za koga je vezana dvostruka veza. Numerisanje atoma ugljeni se vrši brojevima tako da su ugljenikovi atomi na kojima se javlja dvostruka veza obeleženi najmanjim mogućim brojevima. Taj broj se stavlja ispred imena alkena. Ako je alken račvast obeležavanje se vrši na isti način kao i kod alkana.

CH3CH2CH2CH2CH==CH2

6  5  4  3  2   1

1-Heksen

      CH3

      |CH3CH2CH2CH2CH==CH2

6  5  4  3  2   1

4-Metil-1-heksen

      CH3

      |CH3CH2CH2CH2CH==CH2

6  5  4  3  |2   1            CH2CH3

2-Etil-4-metil-1-heksen

11

eten C2H4

propen C3H6

n-buten C4H8

n-penten C5H10

n-heksen C6H12

n-hepten C7H14

n-okten C8H16

n-nonen C9H18

n-deken C10H20

7.2. Nalaženje i dobijanje

Alkani se mogu naći u nekim vrstama nafte, ali u veoma malim količinama jer su dosta reaktivni. Najprostiji alkeni kao npr: eten, propen i buten u velikim količinama proizvode se krakovanjem nafte. U laboratorijama alkeni se najčešće dobijaju eliminacijom atoma ili atomskih grupa sa susednih ugljenikovih atoma.

Reakcija sa oksidacionim sredstvima:

CH3CH=CH2 + (O) → CH3CH-CH2

| |OH OH

12

7.3. Reaktivnost

Alkeni su dosta reaktivniji od alkana. Reaktivnost alkena je posledica dvostruke veze između ugljenikovih atoma. Proizvodi reakcije alkena su uglavnom stabilniji nego supstrat.

Oni podležu reakcijama:

1. oksidacije (sagorevanjem i pomoću oksidacionih sredstava) C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

2. polimerizacije i reakcijama 3. adicije npr: dodavanja gasovitog hlora, hlorovodonika, vode.

7.3.1. Adicione reakcije alkena adicija vodonika - U prisustvu katalizatora platine ili paladijuma alkeni se jedine sa

vodonikom na sobnoj temperaturi. Ovaj postupak se naziva katalitičko hidrogenovanje.

adicija bromovodonika - Bromovodonik u gasovitom agregatnom stanju se adira na alkene na sobnoj temperaturi bez prisustva katalizatora gradeći zasićeno jedinjenje:

CH2=CH2 + HBr → CH3CH2Br

Mehanizam ove reakcije izgleda ovako:

Kada se adicija vrši na alken, čiji atomi ugljenika vezani dvostrukom vezom ne sadrže isti broj vodonikovih atoma, onda se vodonik iz reangensa vezuje za onaj ugljenikov atom koji ima više vezanoh vodonikovih atoma.

adicija sulfatne kiseline - Sulfatna kiselina se adira na alkenena isti način kao i hlorovodonik (po Markovnikovom pravilu):

CH3CH=CH2 + HOSO2OH → CH3CH-CH3

|OSO2H

Adicija vode - pod normalnim uslovima voda ne reaguje sa alkanima, ali ukoliko je prisutna sulfatna kiselina voda se adira po Markovnikovljevom pravilu:

CH3CH=CH2 + HOH → CH3CH-CH3

|OH

13

Adicija halogena - Halogeni se pod normalnim uslovima veoma brzo adiraju na dvostruku vezu alkena:

CH3CH=CH2 + Br2 → CH3CH-CH2

| |Br Br

ili:

Mehanizam reakcije halogenovanja izgleda ovako:

7.3.2. Oksidacija Sagorevanje alkena - Alkeni kao i alkani sagorevaju na vazduhu usled čega nastaje

ugljen dioksid i voda. Usled ove reakcije oslobađa se toplotna energija.

CH2=CH2 + 3O2 → CO2 + H2O

7.3.3. Polimerizacija

Molekul iz koga nastaje polimer nnaziva se monomer. Polimeri su jedinjenja velkikih molekulskih masa koja nastaju sjedinjavanjem velikog broja monomera. Reakcija u kojoj nastaju polimeri naziva se polimerizacija. U slučaju alkena uglavnom se odigrava adiciona polimerizacija. Usled polimerizacije alkena najčešće nastaju plastične mase. U Srbiji najpoznatiji polimer koji se proizvodi je polieten .

7.4. Fizičke osobine

Fizičke osobine alkena su veoma slične fizičkim osobinama alkana sa istim brojem atoma ugljenika. Alkeni sa manjim brojem ugljenikovih atoma su gasovi, sa više tečnosti ili čvrste supstancije. Alkeni se ne rastvaraju u neorganskim rastvaračima (npr. voda), a rastvaraju se u organskim (alkoholi).

7.5. Hemijske osobine

Reaktivnost alkena potiče od π veze jer se elektronski oblak nalazi iznad i ispod ravni molekula i lako stupa u reakciju sa drugim reagensima. Drugi razlog reaktivnosti je što π

14

elektroni nisu deo ugljenikovog skeleta i π veza se lako raskida pri povoljnom sudaru sa reagensom a da skelet ugljenikovog atoma ostane nepromenjen.

8. Eten

strukturna formula etena

Eten (raniji naziv etilen) je hemijsko jedinjenje koje spada u grupu alkena. U laboratoriji se dobija sagorijevanjem alkohola etanola i koncentrovane sumporne kiseline. Koncentrovana sumporna kiselina je jako dehidrataciono sredstvo i oduzima vodu etanolu.

Eten je lako zapaljiv gas, i sa vazduhom gradi eksplozivnu smješu. Pri sagorjevanju etena oslobađa se velika količina toplotne energije.

8.1. Hemijske osobine

Eten je gas bez boje mirisa i ukusa i slabo se rastvara u vodi.

8.2. Eten kao hormon

Eten se smatra jednim od osnovnih biljnih hormona, čija je funkcija regulisanje fizioloških procesa u biljkama. Eten (etilen) u biljkama nastaje razgradnjom aminokiseline metionina, i kao slabo rastvorljiv u vodenoj sredini ćelije, brzo napušta mesto sinteze.

Dejstvo etena na biljke je dvojako:

uzrokuje sazrevanje plodova; inhibira izduživanje ćelija korena i stabla.

9. Dieni

Dieni (alkadieni) su nezasićeni ugljovodonici koji sadrže dve dvostruke veze. Dieni su izomerni sa alkinima. Opšta formula diena je:

Cn2Hn-2.

Dve dvostruke veze u nekom alkadienu mogu biti raspoređene na više načina.

15

9.1. Podela po rasporedu dvostrukih veza

Po rasporedu dvostrukih veza dieni se dele na:

1. kumulovane diene 2. konjugovane diene 3. izolovane diene.

9.1.1. Kumulovani dieni

Kumulovani dieni su oni dieni kod kojih se dvostruke veze nalaze jedna pored druge:

CH2=C=CH-CH2CH3

(1,2-pentadien)

Ovi dieni nemaju praktičan značaj u hemiji.

9.1.2. Izolovani dieni

Izolovani dieni su dieni kod kojih su dvostruke veze međusobno udaljene. Njihove dvostruke veze reaguju nezavisno jedna od druge. Oni se po hemijskom pogledu ponašaju isto kao i alkeni.

CH2=CH-CH2-CH=CH2

(1,4-pentadien)

9.1.3. Konjugovani dieni

Konjugovani dieni su oni dieni kod kojih su dvostruke veze rastavljene jednom jednostrukom vezom. Ovakav sistem dvostrukih veza utiče na stabilnost jedinjenja.

butadien (izopren)

Najprostiji konjugovani dieni su:

CH3

|CH2=CH-CH=CH2 и CH2=CH-C=CH2

(1,3 бутаgиен) (2-метил-1,3 бутаgиен (изопрен))

16

Konjugovani dieni su veoma bitni u hemiji i imaju značajnu praktičnu primenu. Takođe imaju karakterističan način reagovanja. Tako na primer kada se na 1,3-butadien dejstvuje bromom u zavisnosti od količine reangensa dobijaju se sledeći proizvodi:

CH2=CH-CH=CH2 + 2 мола брома → CH2-CH-CH-CH2

| | | |Br Br Br Br

CH2=CH-CH=CH2 + 1 mol broma →

1) takozvana 1,2 adicija usled čega nastaje 3,4-dibrom-1-buten:

CH2-CH-CH=CH2

| |Br Br

2) takozvana 1,4 adicija usled čega nastaje 1,4-dibrom-2-buten:

CH2-CH=CH-CH2

| |Br Br

9.2. Značaj diena

Karakteristična reakcija koja se javlja kod konjugovanih diena je 1,4-adicija. Za konjugovane diene je takođe karakteristično što su dosta stabilniji od odgovarajućih diena sa različitim rasporedom dvostrukih veza. 1,4 adicija ima veoma veliki praktičan značaj jer se u3 pomoć nje dobijaju brojna organska jedinjenja od kojih je najpoznatiji veštački (sintetički) kaučuk koji nastaje polimerizaciom izoprena.

10. Alkini

strukturna formula alkina

Alkini su ugljovodonici koji imaju najmanje jednu trostruku vezu između dva ugljenikova atoma. Oni sadrže dva atoma vodonika manje od odgovarajućih alkena sa istim brojem ugljenikovih atoma. Opšta formula alkina je CnH2n-2. Kao i drugi ugljovodonici alkani grade homologi red. Alkini su tradicionalno poznati kao aciteleni, po imenu acitelen koje se koristilo za označavanje najjednostavnijeg člana alkina poznatog pod nazivom etin.

17

10.1. Nomenklatura alkina

Alkini JUPAKovoj nomenklaturi imena alkena se izvode iz imena odgovarajućeg alkana tako što se odbije nastavak -an i doda nastavak -in. Položaj trostruke veze označava se brojem ugljenikovog atoma od koga počinje trostruka veza. Broj na kome počinje trostruka veza stavlja se ispred imena alkina.

CH3CH2C≡CH CH3C≡CCH3

1-butin ili atilacetan 2-butin ili dimetil acetilen

Prvih deset alkina

Ime Molekulska formula

etin C2H2

propin C3H4

1-butin C4H6

1-pentin C5H8

1-heksin C6H10

1-heptin C7H12

1-oktin C8H14

1-nonin C9H16

1-dekin C10H18

10.2. Nalaženje i dobijanje

Nalaženje:

Alkini se ne mogu naći u prirodi. Ipak postoje neke vrste gljiva koje mogu da proizvode složena jedinjenja sa više trostrukih veza. Primer za to je mikromicin.

HC≡C-C≡C-CH=C=CH-CH=CH-CH-CHCOOH

Dobijanje:

Etin (najprostiji alkin) u industriji se proizvodi u velikim količinama na više načina:

Dejstvom vode na kalcijum karbid:

18

CaC2 + 2H2O → HC≡CH + Ca(OH)2

Kontrolisanom oksidacijom metana na 1500 °C (1.773K):

6CH4 + O2 → 2HC≡CH + 2CO +10H2

Krakovanjem (pirolizom) nafte.

U laboratorijskim uslovima dobijaju se eliminacijom halogenovodonika iz dihalogenoalkana

CH3-CH-CH-CH3 + 2KOH → CH3C≡CCH3 + 2KBr + 2H2O| |

Br Br

10.3. Hemijske osobine

Zbog toga što sadrže trostruku vezu, tj. dve pi veze alkini su veoma reaktivni, mnogo više od alkena i alkana. Reakcije alkina se dele u dve grupe:

1. reakcije trostruke veze 2. reakcije vodonikovog atoma vezanog za sp hibridizovan ugljenikov atom (H-C≡ ).

10.3.1. Reakcije trostruke veze

Adicione reakcije:

Pošto se trostruka veza sastoji od jedne sigma i dve pi veze alkini iz istih razloga kao i alkeni veoma lako ulaze u adicione reakcije. Ipak kod alkina za razliku od alkena mogu da se adiraju i jedan i dva mola reangensa, dok kod alkena može samo jedan.

H-C≡C-H + Cl2 → H-C=C-H| |

ClCl1,2 gихлоро етан

Cl Cl| |

H-C≡C-H + 2Cl2 → H-C-C-H| |

Cl Cl1,1,2,2 тетрахлороетан

Adicijom hlorovodonika na etin dobija se vinil hlorid, čijom polimerizacijom se dobija polivinil hlorid. Adicija hlorovodonika na trostruku vezu vrši se po Markovnikovljevom pravilu:

19

Cl|

H-C≡C-H + HCl → H-C=CH2

Ove adicije se vrše istim mehanizmom kao i kod alkena i to su ustvari elektrofilne adicije.

Pored ovih adicija postoji i adicija vode. U kiseloj sredini i prisustvu određenih katalizatora (npr. živa(II)sulfat), etin adira vodu i daje proizvod reakcije koji se odmah pretvara u etanal.

H H| /

H-C≡C-H + HOH → H-C=C-H → H-C-C| | | \\

H OH H Oетанал

10.3.2. Reakcije vodonikovog atoma

Vodonikovi atomi etina i 1-alkina, mogu se pod nekim specjalnim uslovima zameniti nekim metalom. Takva jedinjenja poznata su pod nazivom acetilidi. Acetilidi teških metala su nestabilni.

10.4. Fizičke osobine

Fizičke osobine alkina su vrlo slične fizičkim osobinama odgovarajućih alkena i alkana, samo su temperature ključanja malo veće. Alkini su nerastvorljivi u vodi i polarnim ima a dobro se rastvaraju u nepolarnim (organskim) rastvaračima.

11. Etin (Acetilen)

Acetilen (IUPACov naziv: etin) je hemijsko jedinjenje formule C2H2. Najjednostavniji je alkin. Kao alkin, acetilen je nezasićen zbog toga što su dva atoma ugljenika vezana trostrukom vezom. Trostruka veza ugljenik-ugljenik daje ugljenikovim atomima sp hibridne orbitale, postavljajući sva četiri atoma u pravu liniju, gde je ugao CCH veze 180°. Acetilen je otkriven 1836. od strane Edmunda Dejvija koji ga je okarakterisao kao "novo ugljenikovo jedinjenje vodonika".

11.1. Dobijanje

Materijali za industrijsko dobijanje acetilena su kalcijum-karbonat (krečnjak) i ugalj. Kalcijum-karbonat se prvo prevede u kalcijum-oksid a ugalj u koks, pa naposletku se oni jedine da bi nagradili kalcijum-karbid i ugljen-monoksid:

CaO + 3C → CaC2 + CO

20

Kalcijum-karbid (ili kalcijum-acetilid) i voda se mešaju različitim metodama da bi nagradili acetilen i kalcijum-hidroksid. Ovu reakciju je otkrio Fridrih Veler 1862. godine.

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Sinteza kalcijum-karbida zahteva jako visoke temperature, oko 2000 stepena Celezijusa, pa se reakcija odigrava u električnom kazanu. Ova reakcija je odigrala važnu ulogu u revoluciji kasnih 1800-tih godina oko masivnog hidroenergetskog projekta na Nijagarinim vodopadima.

Acetilen se isto tako može dobiti nepotpunim sagorevanjem metana sa kiseonikom ili krekovanjem ugljovodonika.

11.2. Reakcije

Iznad 400 °C (673 K) počinje piroliza acetilena, što je podosta nisko za ugljovodonike. Glavni proizvodi su dimer vinil-acetilen (C4H4) i benzen. Na temperaturama iznad 900 °C, (1173 K), glavni proizvod je čađ.

Pomoću acetilena, Marselen Bertelo je prvi pokazao da je moguće da alifatično jedinjenje može da nagradi aromatično kada je zagrevao acetilen u staklenoj cevi da bi dobio benzen sa primesama toluena. Bertelo je oksidovao acetilen da bi dobio sirćetnu i oksalnu kiselinu. Uvideo je da se acetilen može redukovati u eten i etan.

Polimerizacija acetilena sa Cigler-Natovim katalizatorom stvara poliacetilen. Poliacetilen, niz ugljenikovih atoma među kojima se smenjuju jednostruke i dvostruke veze bio je prvi organski poluprovodnik ikad otkriven; u reakciji sa jodom daje izuzetno provodan materijal.

U Kučerovoj reakciji (otkrivene 1881. od strane Mihaila Kučerova)[1] acetilen se hidratiše u acetaldehid sa živinom solju, kakva je živa(II)-bromid.

Karbidi se dobijaju od mnogih metalnih jona koji se pomešaju sa rastvorima njihovih soli. Par njih, kao srebro-karbid ili bakar-karbid su eksplozivi. Bakar-karbid se dobija takođe u reakciji sa acetilenom i metalnim bakrom ili njegovim legurama

21

ZAKLJUČAK

Ugljovodonici (hr. ugljikovodici) su najprostija organska jedinjenja koja se sastoje samo iz ugljenika i vodonika. U molekulu ugljovodonika veze između ugljenikovih atoma su nepolarne, a između atoma ugljenika i vodonika su gotovo nepolarne. Tečni ugljovodonici se ne mešaju sa vodom, a gasoviti i čvrsti se ne rastvaraju u njoj.

Ugljovodonici predstavljaju važan izvor energije (goriva). Lako su zapaljivi. Prilikom njihovog potpunog sagorevanja oslobađa se velika količina toplote, a kao proizvodi reakcije nastaju ugljen-dioksid i voda. Prva četiri alkana: metan, etan, propan i butan nazive su dobili po svojim svojstvima ili poreklu. Metan je najprostiji ugljovodonik, a usto i najprostije organsko jedinjenje.

22

Literatura Aleksandra Stojiljković, Hemija za 3 razred gimnazije prirodno matematičkog smera, medicinske,

veterinarske i škole za negu lepote, 2007 godina. Prof. dr Božidar Rožina, „Organska hemija“ , skripta Prirodno – matematičkog fakulteta. www.wikepedija.org www.blogger.com

23