Struktura

Oxidačně-redukční reakce, polymerace, substituční reakce

Oxidačně-redukční reakce, polymerace, substituční reakce

1.  Redukce alkenů – hydrogenace

Charakteristickou redukční reakcí alkenů je katalytická hydrogenace, běžně považovaná za radikálovou adici, i když se mechanismem výrazně liší od ostatních radikálových reakcí alkenů.

Hydrogenace je adice vodíku, která probíhá v přítomnosti hydrogenačních katalyzátorů (Ni, Pd, Pt nebo Raneyův nikl).

Reakce probíhá na povrchu kovového katalyzátoru, na který se nejprve adsorbuje molekula vodíku, která se potom rozpadne na atomy a ty pokryjí povrch kovu – hovoříme o tzv. chemisorpci. Alken se díky svým pohyblivým π-elektronům adsorbuje také a snadno reaguje s vodíkem adsorbovaným v své blízkosti. Dvojná vazba přitom zaniká („nasytí se“) a vzniká alkan, který již nemá π–elektrony, a proto uvolní místo na povrchu katalyzátoru další molekule alkenu.

 

 

Hydrogenace alkenů tedy vede k nasycení dvojné vazby za vzniku alkanů.

obrazek

Reakce se neomezuje na jednoduché alkeny, ale probíhá i u dienů a polyenů, cykloalkenů a derivátů uhlovodíků, které vedle dvojné vazby obsahují další substituenty, jež se mohou, ale nemusí redukovat současně s touto dvojnou vazbou.

Protože oba atomy vodíku přistupují k alkenu z jedné strany, probíhá hydrogenace jako tzv. cis adice (syn adice).

 

2.  Oxidace alkenů

Oxidace alkenů probíhá velmi snadno a vede k různým produktům v závislosti na typu oxidačního činidla a na reakčních podmínkách. Mírnější oxidační činidla, jako jsou oxid osmičelý, manganistan draselný v neutrálním prostředí nebo peroxykyseliny, oxidují násobnou vazbu se zachováním uhlíkatého skeletu a jednoduché vazby mezi oxidovanými atomy uhlíku.

Silnější oxidační činidla, jako ozon a manganistan draselný v kyselém prostředí, pak spolu s dvojnou vazbou oxidují i vazbu jednoduchou. Dochází tak k rozštěpení molekuly na menší fragmenty.

obrazek

 

Velký průmyslový význam má oxidace ethenu na oxiran vzdušným kyslíkem za přítomnosti stříbra:

obrazek

3.  Polymerace alkenů

Při této reakci dochází k řetězové adici mnoha molekul alkenů. Jednotlivé molekuly alkenu se nazývají monomery. Polymerace je velmi důležitou průmyslovou reakcí, která slouží k výrobě mnoha polymerů s širokým využitím.

Obecně lze polymeraci znázornit schématem:

obrazek

 

obrazek

 

4.  Substituční reakce alkenů

U vyšších alkenů (od tří uhlíků v řetězci) mohou v závislosti na podmínkách probíhat vedle adičních reakcí také substituce. Tyto reakce mají radikálový mechanismus a probíhají vždy na uhlíku, který sousedí s dvojnou vazbou (uhlíku v hybridním stavu sp3).

Bylo totiž zjištěno, že o jejich průběhu rozhoduje stabilita přechodně vznikajícího radikálu, přičemž právě nejstabilnější je radikál vznikající odštěpením vodíku z uhlíku sousedícím s dvojnou vazbou.

obrazek

Tento radikál je dokonce ještě stabilnější než již dříve zmiňovaný terciární radikál, protože se může stabilizovat konjugací s π-elektrony dvojné vazby. Proto radikálová substituce u alkenů proběhne vždy na uhlíku vedle dvojné vazby.

Průmyslově významnou substituční reakcí je např. radikálová chlorace propenu, kterou se vyrábí allylchlorid.

obrazek

Zdroje

  • FIKR, Jaroslav a Jaroslav KAHOVEC. Názvosloví organické chemie. Olomouc: Rubico, 2002, ISBN 80-7346-017-3.
  • HONZA, Jaroslav a Aleš MAREČEK. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, ISBN 80-7182-141-1.
  • JANECZKOVÁ, Anna a Pavel KLOUDA. Organická chemie. Ostrava: Nakladatelství Pavel Klouda, 1998, ISBN 80-902155-6-4/9802.
  • KOTLÍK, Bohumír a Květoslava RŮŽIČKOVÁ. Chemie v kostce II.. Havlíčkův Brod: Fragment, 1997, ISBN 80-7200-342-9.
  • PACÁK, Josef. Jak porozumět organické chemii. Praha: Karolinum, 1997, ISBN 80-7184-261-3.
  • SVOBODA, Jiří a kol. Organická chemie I. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 2005, ISBN 80-7080-561-7.

 

Obrázky

 

Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Mgr. Michal Bezděk.

Víte, že ...

Ztužování tuků

Katalytická hydrogenace není důležitou reakcí pouze v laboratoři, ale má velký komerční význam i v potravinářském průmyslu při tzv. ztužování tuků. Tento děj spočívá v hydrogenaci nenasycených rostlinných olejů v nasycené tuky, které se dále zpracovávají na margarín a jiné potravinářské tuky.

Obr. 1: Margarín

Ztužování tuků - video

Odkaz

Hydrogenace alkenů

 

Procvič si

Napiš rovnice hydrogenačních reakcí a pojmenuj produkt:

  1. hydrogenace but-2-enu
  2. hydrogenace hex-3-enu

Pokus

Důkaz dvojné vazby

Oxidace alkenů manganistanem draselným se v praxi využívá k důkazu dvojné vazby: původně fialový roztok manganistanu se změní v hnědý vyloučeným oxidem manganičitým.

                          

Obr. 2: Důkaz dvojné vazby

 

Důkaz dvojné vazby - video

Budou stejným způsobem reagovat i alkany? Vysvětli.

Čti také

Oxidační činidlo

Oxidační činidlo je látka, která způsobuje oxidaci jiných látek tím, že se sama redukuje. Je akceptorem elektronů.

 

Vicinální diol

Jedná se derivát uhlovodíku (diol) se dvěma -OH skupinami na sousedních = vicinálních uhlících.

 

Karboxylové kyseliny

Jsou to organické kyseliny obsahující karboxylovou funkční skupinu –COOH.

 

Epoxidy

Jedná se o deriváty uhlovodíků obsahující epoxidovou skupinu (kruh).

 

 

Polymerace

Polymerace je mnohonásobná adice, která se uskutečňuje buď za vysokých tlaků, nebo účinkem katalyzátorů. Katalyzátory, které dokáží zpolymerovat alkeny s dvojnou vazbou na konci, se nazývají podle svých objevitelů Ziegler-Nattovy katalyzátory. Jsou to organohlinité sloučeniny, které dokáží katalyzovat stereospecificky, tzn. že vzniklý polymer bude mít přesné prostorové uspořádání substituentů.

Karl Ziegler + Giulio Natta

Nobelova cena za chemii v r. 1963

Obr. 4: Giulio Natta a Karl Ziegler      

Polymerace alkenů - video

Víte, že ...

Polyethylen

Jedná se o termoplastický materiál používaný pro výrobu vstřikovaných výrobků, jako jsou přepravky, víčka na lahve, potřeby pro domácnost, hračky, popelnice. V Česku vyrábí polyethylen firma Unipetrol RPA pod obchodním označením Liten. Dalším českým polyethylenem, používaným zejména jako obalový materiál, je Mikroten, což je fólie z vysokohustotního polyethylenu, známá především pod zkratkou HDPE (případně PE-HD).

 

Polypropylen

Má podobné použití jako polyethylen - obaly potravin, skladovací boxy, kufry pro nářadí, kelímky, hmoždinky, hračky, obalové fólie pro balení potravin, vlákna (provazy, lana), netkané textilie (dětské plenky, hygienické potřeby, jednorázové oděvy).

Logolink