Ανόργανη και Οργανική Χημεία (Θ) Ενότητα 13: Αλκάνια – Alkanes, Αλκένια ή ολεφίνες, Αλκίνια Σπύρος Παπαγεωργίου, Χημικός MSc, Καθηγητής Εφαρμογών Τμήμα.

Παρουσίαση με θέμα: "Ανόργανη και Οργανική Χημεία (Θ) Ενότητα 13: Αλκάνια – Alkanes, Αλκένια ή ολεφίνες, Αλκίνια Σπύρος Παπαγεωργίου, Χημικός MSc, Καθηγητής Εφαρμογών Τμήμα."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ανόργανη και Οργανική Χημεία (Θ) Ενότητα 13: Αλκάνια – Alkanes, Αλκένια ή ολεφίνες, Αλκίνια Σπύρος Παπαγεωργίου, Χημικός MSc, Καθηγητής Εφαρμογών Τμήμα Αισθητικής και Κοσμητολογίας Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

2 Αλκάνια 1

3 Αλκάνια: o Κορεσμένοι υδρογονάνθρακες. o Αποτελούνται μόνο από C και H συνδεδεμένα με απλούς δεσμούς. o Έχουν το γενικό τύπο: C n H 2n+2 (γραμμικά αλκάνια). 2

4 Αλκάνια Φυσικές ιδιότητες Εξάρτηση των φυσικών ιδιοτήτων από το μοριακό βάρος Αύξηση με το μοριακό βάρος Μείωση με διακλαδώσεις Εξήγηση : Διαμοριακές δυνάμεις Van der Waals wou.edu 3

5 Αλκάνια Φυσικές πηγές “RefineryFlow”, από Mbeychok διαθέσιμο με άδεια CC BY-SA 3.0RefineryFlowMbeychokCC BY-SA 3.0 4

6 Υδρογόνωση αλκενίων. Υδρογόνωση αλκινίων. Αναγωγή αλκυλαλογονιδίων. Υδρόλυση ενώσεων Grignard. Αντίδραση Wurtz. Αντίδραση Corey-House. 5 Παρασκευή αλκανίων

7 6 Υδρογόνωση αλκενίων Υδρογόνωση αλκινίων

8 Αναγωγή αλκυλαλογονιδίων via lithium aluminum hydride. Αναγωγή αλκυλαλογονιδίων με Zn και οξύ. 7 Αναγωγή αλκυλαλογονιδίων

9 8 Υδρόλυση ενώσεων Grignard

10 Wurtz reaction 9

11 10 Αντίδραση Corey-House

12 11 Χημικές ιδιότητες αλκανίων 1/6

13 12 Χημικές ιδιότητες αλκανίων 2/6

14 Αλογόνωση μέσω ελευθέρων ριζών (φωτοχημική αλογόνωση) Αντίδραση με Br 2 ή Cl 2 σε υψηλές θερμοκρασίες ή παρουσία υπεριώδους ακτινοβολίας  αλκυλαλογονίδια. Σχετική σειρά δραστικότητας: τριτοταγής > δευτεροταγής > πρωτοταγής > μεθυλ-. Δραστικότητα αλογόνων F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 Εργαστηριακά ενδιαφέρουσες είναι μόνο η χλωρίωση και η βρωμίωση. Η βρωμίωση είναι εκλεκτική για τον υδρογονάνθρακα, που δίνει την πιο σταθερή ρίζα. Η χλωρίωση είναι λιγότερο εκλεκτική. Η αλογόνωση γίνεται μέσω μηχανισμού ελευθέρων ριζών. C 2 H 6 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl hνhν 13 Χημικές ιδιότητες αλκανίων 3/6

15 Αλογόνωση μέσω ελευθέρων ριζών (φωτοχημική αλογόνωση) Μηχανισμός αλογόνωσης Στάδιο έναρξης Στάδιο διάδοσης Στάδιο τερματισμού 14 Χημικές ιδιότητες αλκανίων 4/6

16 Αλογόνωση μέσω ελευθέρων ριζών (φωτοχημική αλογόνωση) The Rate determining step in the halogenation of CH 4 is the attacking of Cl 2 on CH 4 molecules. Cl 2 is a stronger reducing agent than Br 2.Therefore it donates its electrons much faster than Br 2 to form a bond. Why does Br 2 react slower than Cl 2 in the halogenation of CH 4 ? 15 Χημικές ιδιότητες αλκανίων 5/6

17 Χλωροφθοριωμένοι υδρογονάνθρακες, CFCs Καταστροφή του στρώματος όζοντος Applications and replacements for CFCs ApplicationPreviously used CFCReplacement Refrigeration & air-conditioning CFC-12 (CCl 2 F 2 ); CFC-11(CCl 3 F); CFC- 13(CClF 3 ); HCFC-22 (CHClF 2 ); CFC-113 (Cl 2 FCCClF 2 ); CFC-114 (CClF 2 CClF 2 ); CFC- 115 (CF 3 CClF 2 ); HFC-23 (CHF 3 ); HFC-134a (CF 3 CFH 2 ); HFC-507 (a 1:1 azeotropic mixture of HFC 125 (CF 3 CHF2) and HFC-143a (CF 3 CH 3 )); HFC 410 (a 1:1 azeotropic mixture of HFC-32 (CF 2 H 2 ) and HFC-125 (CF 3 CF 2 H)) Propellants in medicinal aerosolsCFC-114 (CClF 2 CClF 2 ) HFC-134a (CF 3 CFH 2 ); HFC-227ea (CF 3 CHFCF 3 ) Blowing agents for foams CFC-11 (CCl 3 F); CFC 113 (Cl 2 FCCClF 2 ); HCFC-141b (CCl 2 FCH 3 ) HFC-245fa (CF 3 CH 2 CHF 2 ); HFC-365 mfc (CF 3 CH 2 CF 2 CH 3 ) Solvents, degreasing agents, cleaning agentsCFC-11 (CCl 3 F); CFC-113 (CCl 2 FCClF 2 )None CCl 2 F 2  CClF 2. + Cl. Cl. + O 3 => ClO. + O 2 ClO. + O 3 => Cl. + 2O 2 16 Χημικές ιδιότητες αλκανίων 6/6

18 κυκλοπροπάνιοκυκλοβουτάνιο κυκλοπεντάνιο C n H 2n, n  3 17 Κυκλοαλκάνια (Ναφθένια)

19 18 Κυκλοαλκάνια 1/2

20 Κυκλοαλκάνια 2/2 axiale en equatoriale waterstoffen Conformations of Alkanes and Cycloalkanes 19

21 Αλκένια ή ολεφίνες 20

22 Αλκένια ή ολεφίνες 1/6 Χαρακτηριστική ομάδα: διπλός δεσμός Γενικός τύπος: C ν H 2ν, ν  2 Αιθένιο ή αιθυλένιο Προπένιο ή προπυλένιο βουτένιο 21

23 Αλκένια ή ολεφίνες 2/6 Υβριδισμός sp 2 22

24 Αλκένια ή ολεφίνες 3/6 Σχηματισμός αιθενίου 23

25 Αλκένια ή ολεφίνες 4/6 Γεωμετρική ισομέρεια 24

26 Αλκένια ή ολεφίνες E και Z ισομερή Ζ- ισομερές Ε- ισομερές E is for "Enemies", which are on opposite sides Το άτομο με το μεγαλύτερο ατομικό αριθμό παίρνει και τη μεγαλύτερη προτεραιότητα. chemguide.co.uk 25

27 Αλκένια ή ολεφίνες 5/6 (E)-but-2-ene. (E)- form (Ζ)- form Στην περίπτωση ίδιου ατομικού αριθμού, υψηλότερη προτεραιότητα παίρνει το άτομο με τη μεγαλύτερη ατομική μάζα. 26

28 Αλκένια ή ολεφίνες 6/6 In the CH 3 group: The atoms attached to the carbon are H H H. In the CH 3 CH 2 group: The atoms attached directly to the carbon of the CH 2 group are C H H. In the CH 2 OH group: The atoms attached directly to the carbon are O H H. In the CHO group: The atoms attached directly to the carbon are O O H. (Z)- form 1 2 1 2 27

29 Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 1/7 Αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων 28

30 Α. Αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων 2-chloropropane προπένιο ΚΟΗ 2-βρωμοβουτάνιο 1-βουτένιο 2-βουτένιο (κύριο προϊόν) Κανόνας Saytzeff Το κύριο προϊόν της απόσπασης θα είναι το περισσότερο υποκατεστημένο αλκένιο. Κατά την απόσπαση ΗΧ, το Η αποσπάται από το γειτονικό C που έχει τα λιγότερα Η. 29 Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 2/7

31 2-μεθυλο-3-χλωρο πεντάνιο 2-μεθυλο-2-πεντένιο 4-μεθυλο-2-πεντένιο (κύριο προϊόν) Ο C έχει τα λιγότερα Η Ο C έχει τα περισότερα Η 30 Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 3/7

32 Β. Αφυδάτωση αλκοολών Ισχύει ο κανόνας Saytzeff 2- βουτανόλη 1- βουτένιο 2- βουτένιο (κύριο προϊόν) 31 Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 4/7

33 Γ. Απόσπαση αλογόνου από 1,2 διαλογονίδια 32 Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 5/7

34 Δ. Αντίδραση Wittig Ένα μόνο αλκένιο, χωρίς παραπροϊόντα. Με κατάλληλη επιλογή πρώτων υλών συνθέτουμε το επιθυμητό αλκένιο. 33 Από chemtube3d.com διαθέσιμο με άδεια CC BY-NC-SA 2.0 UKchemtube3d.comCC BY-NC-SA 2.0 UK Από chemtube3d.com διαθέσιμο με άδεια CC BY-NC-SA 2.0 UKchemtube3d.comCC BY-NC-SA 2.0 UK Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 6/7

35 Ε. Καταλυτική υδρογόνωση αλκυνίων 34 Αλκένια Μέθοδοι παρασκευής 7/7

36 Αλκένια Ιδιότητες 1/5 Καταλυτική υδρογόνωση Προσθήκη αλογόνου Προσθήκη υδραλογόνου Προσθήκη νερού Υδροξυλίωση Οζονόλυση 35

37 Καταλυτική υδρογόνωση (υπό πίεση και σε θ~200 0 C) CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3 Η2Η2 καταλύτης Παρασκευή μαργαρινών 36 Αλκένια Ιδιότητες 2/5

38 Προσθήκη αλογόνου CH 2 =CH 2 + Br 2 → BrCH 2 -CH 2 Br Αριθμός ιωδίου : μέτρο του κορεσμού μιας λιπαρής ουσίας. Δείκτης ποιότητας λιπαρής ουσίας. Δείκτης νοθείας φυτικών λιπών με ζωϊκά ή συνθετικά λίπη. 37 “Alkene-bromine-addition-2D-skeletal”, από Benjah-bmm27 διαθέσιμο ως κοινό κτήμαAlkene-bromine-addition-2D-skeletalBenjah-bmm27 Αλκένια Ιδιότητες 3/5

39 Προσθήκη υδραλογόνου CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CHBr-CH 2 -H Kανόνας Markovnikov: κατά την προσθήκη ΗΧ σε διπλό δεσμό, το Η προστίθεται στον άνθρακα του διπλού δεσμού που έχει τα περισσότερα Η. προσθήκη κατά Markovnikov 38 Αλκένια Ιδιότητες 4/5 “AlkeneAndHBrReaction”, από Borb διαθέσιμο με άδεια CC BY-SA 3.0AlkeneAndHBrReactionBorbCC BY-SA 3.0

40 Οζονόλυση (οξειδωτική διάσπαση αλκενίων) R 1 -CH=CH-R 2 + O 3 → R 1 -CHO + R 2 -CHO + H 2 O παρασκευή καρβονυλικών ενώσεων Αν υπάρχει Η στους C του διπλού δεσμού  αλδεύδες. Αν δεν υπάρχει Η στους C του διπλού δεσμού  κετόνες. 39 Αλκένια Ιδιότητες 5/5

41 Αλκίνια 40

42 Χαρακτηριστική ομάδα: τριπλός δεσμός Γενικός τύπος: C ν H 2ν-2, ν  2 Αιθίνιο ή ακετυλένιο Προπίνιο ή μεθυλακετυλένιο 1-βουτίνιο2-βουτίνιο Αλκίνια 41

43 Αλκίνια Μέθοδοι παρασκευής Απόσπαση υδραλογόνου από 1,2 διαλογονίδια ΚΟΗ 42

44 Σύνθεση αλκινίων 43

45 Καταλυτική υδρογόνωση Αλκίνια Ιδιότητες 1/5 44

46 Προσθήκη αλογόνου Αλκίνια Ιδιότητες 2/5 45

47 Προσθήκη υδραλογόνου Κανόνας Markovnikov: κατά την προσθήκη ΗΧ σε διπλό δεσμό, το Η προστίθεται στον άνθρακα του διπλού δεσμού που έχει τα περισσότερα Η. προσθήκη κατά Markovnikov Αλκίνια Ιδιότητες 3/5 46

48 Προσθήκη νερού Αλκίνια Ιδιότητες 4/5 47

49 Υδροβορίωση βοράνιο RC≡CH + (C 5 H 11 ) 2 B-H  [ RCH=CH-B(C 5 H 11 ) 2 ] [ RCH=CH-B(C 5 H 11 ) 2 ] + H 2 O 2  [ RCH=CH-OH ] ——> RCH 2 -CH=O NaOH ενόλη κετόνη Αλκίνια Ιδιότητες 5/5 48

50 Τέλος Ενότητας

51 Σημειώματα

52 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Σπύρος Παπαγεωργίου. Σπύρος Παπαγεωργίου. «Ανόργανη και Οργανική Χημεία (Θ). Ενότητα 13: Αλκάνια – Alkanes, Αλκένια ή ολεφίνες, Αλκίνια». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.ocp.teiath.gr

53 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί και δοθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

54 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. © διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. χωρίς σήμανσηΣυνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

55 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει:  το Σημείωμα Αναφοράς  το Σημείωμα Αδειοδότησης  τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων  το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

56 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.