Właściwości chemiczne alkanów (nasyconych węglowodorów alifatycznych)
Alkany mają wszystkie atomy węgla połączone wiązaniami pojedynczymi, co czyni je strukturalnie stabilnymi. Podlegają głównie następującym reakcjom:
Reakcje podstawienia: Pod wpływem światła atomy wodoru w alkanach można zastąpić halogenami, tworząc haloalkany i halogenowodory. Typowym przykładem jest reakcja podstawienia metanem i chlorem, przebiegająca etapowo, dająca wiele produktów podstawienia.
Reakcja utleniania (spalanie): Alkany są palne, a całkowite spalanie powoduje powstanie dwutlenku węgla i wody. Ogólny wzór to: CnH2n + 2 + 3n + 1 2 O2= = = (zapłon) nWSPÓŁ 2 + (n + 1)H2OC nWSPÓŁ 2 + (n+1)H2O. Metan pali się bladoniebieskim płomieniem i nie reaguje z kwaśnym roztworem nadmanganianu potasu w temperaturze pokojowej (nie ma oczywistego zjawiska).
Reakcja pękania: w wysokich temperaturach alkany ulegają rozerwaniu łańcucha i odwodornieniu, tworząc alkany i alkeny o niższej liczbie atomów węgla. Jest to podstawowa reakcja w produkcji petrochemicznej.. 1. Cykle odwodornienia: alkany C6-C8 o prostych-łańcuchach mogą ulegać cyklizacji odwodornienia, tworząc węglowodory aromatyczne na bazie benzenu.
Właściwości chemiczne alkenów (zawierających podwójne wiązania węgiel-węgiel, nienasycone węglowodory alifatyczne)
Struktury z wiązaniami podwójnymi są wysoce reaktywne i mogą ulegać różnym typom reakcji:
Reakcje utleniania: Produkt palny, wytwarzający jasny płomień z czarnym dymem; podwójne wiązanie może zostać utlenione przez kwaśny nadmanganian potasu, powodując odbarwienie kwaśnego roztworu nadmanganianu potasu.
Reakcje addycji: Nienasycone atomy węgla mogą bezpośrednio łączyć się z innymi atomami/grupami, tworząc nowe związki. Typowe reakcje obejmują:
Dodatek bromu: Odbarwia wodę bromową/brom w roztworze czterochlorku węgla. Wzór reakcji to:
CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br−CH₂ =CH₂ + Br₂ →CH₂Br−CH₂ Br reaguje z wodorem tworząc alkany, z chlorowodorem tworząc chlorowane węglowodory i z wodą tworząc alkohole (przemysłowa metoda produkcji etanolu).
Polimeryzacja addycyjna: Pod działaniem katalizatora otwierają się wiązania podwójne, co powoduje polimeryzację z wytworzeniem związków o dużej masie cząsteczkowej, taką jak polimeryzacja etylenu z wytworzeniem polietylenu:
n Katalizator CH2=CH2== =
[− CH2− CH2−]
n nCH2 =CH2
=== katalizator
[−CH2−CH2−]
n
Specjalny dodatek dienów: Dieny, takie jak 1,3-butadien, wykazują zarówno addycję 1,2, jak i 1,4.
Właściwości chemiczne alkinów (zawierających potrójne wiązanie węgla-węgla, nienasycone węglowodory alifatyczne)
Struktura wiązania potrójnego jest bardziej reaktywna niż wiązanie podwójne, a jego charakterystyka reakcji jest podobna do alkenów:
Reakcje utleniania: Produkt palny, wytwarzający bardzo jasny płomień i gęsty czarny dym; wiązanie potrójne może zostać utlenione przez kwaśny nadmanganian potasu, powodując odbarwienie kwaśnego roztworu nadmanganianu potasu.
Reakcje dodawania: Można dodawać stopniowo; 1 mol wiązania potrójnego może reagować z maksymalnie 2 molami dodatku. Na przykład acetylen dodaje się do małej ilości wody bromowej, tworząc CHBr=CHBr, i dodaje do nadmiaru wody bromowej, tworząc CHBr2-CHBr2-CHBr2; może również ulegać reakcjom addycji z wodorem, chlorowodorem, wodą itp. Polimeryzacja addycyjna: Pod działaniem katalizatora polimery mogą tworzyć związki o wysokiej masie cząsteczkowej. Na przykład acetylen polimeryzuje, tworząc poliacetylen:
n CH≡ CH====katalizator
[− CH= CH−]
n nCH≡CH
=== katalizator
[−CH=CH−]
n