Přehled metod přípravy alkenů

Nenasycené uhlovodíky se připravují eliminačními reakcemi, při nichž se z organické molekuly odštěpuje atom nebo skupina atomů vázaná na jednom uhlíku s atomem (nejčastěji vodíkem) na sousedním uhlíku.

Mezi významné eliminační reakce patří:

dehydrogenace,
dehydratace,
dehydrohalogenace.

1. Dehydrogenace

Při dehydrogenaci dochází k odštěpení molekuly vodíku z molekuly alkanu.

Dehydrogenace se provádí účinkem katalyzátorů, nejčastěji směsí oxidu chromitého a oxidu hlinitého nebo niklu či platiny, za zvýšené teploty (od 500 °C do 1000 °C), přičemž vysoká teplota dehydrogenace způsobuje, že mohou probíhat i vedlejší reakce, jako je např. krakování.

Ačkoli se může zdát, že hydrogenace i dehydrogenace jsou urychlovány týmiž katalyzátory, v praxi se pro hydrogenace i dehydrogenace nepoužívá stejných katalyzátorů.

Při hydrogenacích převládá použití kovových katalyzátorů, pro dehydrogenace převažují katalyzátory na bázi oxidů kovů. Příčina spočívá v tom, že dehydrogenace vyžadují poměrně vysokých teplot, při kterých kovové katalyzátory již ztrácejí svoji aktivitu. Proto je nutné použít katalyzátory odolné vůči tepelné deaktivaci i za cenu nižší účinnosti. Dalším důvodem jsou i problémy se selektivitou. Například velmi účinný a téměř univerzální niklový katalyzátor není možné použít při teplotách potřebných pro dehydrogenace, a to proto, že již při teplotách okolo 3000 °C začíná katalyzovat i nežádoucí štěpení vazeb uhlíkatého řetězce.

Příkladem je dehydrogenace butanu, jejímž produktem je směs but-1-enu a but-2-enu. Když tato reakce probíhá dále, vzniká buta-1,3-dien. Dalším příkladem může být dehydrogenace propanu.

obrazek

2. Dehydrohalogenace

Dehydrohalogenace je eliminační reakce, při které se odštěpuje molekula halogenovodíku z molekuly halogenalkanu. Provádí se působením roztoku hydroxidu draselného v alkoholu. Nejochotněji se odštěpuje jodovodík, následuje bromovodík a chlorovodík.

Při eliminaci halogenovodíku se vodík (proton) vždy odštěpuje z toho atomu uhlíku, který sousedí s uhlíkem nesoucím halogen (který má menší počet atomů vodíku – Zajcevovo pravidlo), přičemž nejsnadněji eliminují halogenovodík terciární alkylhalogenidy, potom sekundární a nejhůře primární alkylhalogenidy.

Příkladem je reakce 2-brombutanu s hydroxidem draselným:

obrazek

3. Dehydratace

Dehydratace je eliminační reakce, při které dochází k odštěpení vody z molekuly alkoholu.

Provádí se účinkem kyselin, jako je kyselina sírová nebo fosforečná, nebo ji lze uskutečnit také za katalytického působení některých oxidů, např. oxidu hlinitého, za vyšších teplot. I tato eliminace se řídí Zajcevovým pravidlem.

Snadnost dehydratace alkoholů přitom opět klesá od terciárních k primárním alkoholům.

Příkladem je reakce kyseliny sírové s ethanolem. Meziproduktem reakce je kyselina ethylsírová, která se poté rozkládá za teploty okolo 170 °C na ethen, a znovu vzniká kyselina sírová:

obrazek

Při eliminaci vody z primárních alkoholů vzniká alken s dvojnou vazbou vždy na prvním uhlíku řetězce, zatímco ze sekundárních nebo terciárních alkoholů se odštěpuje hydroxylová skupina a vodík z toho uhlíku, který má nejmenší počet vodíkových atomů.

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

Obr. 1: Autor neznámý. www.wikiwand.com [online]. [cit. 25.10.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f8/Alexander_Mikhaylovich_Zaytsev.jpg

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

Čti také

Eliminace

Eliminace je reakce, při které se ze dvou sousedních uhlíkových atomů v molekule odštěpí atomy nebo skupina atomů, které poskytnou nízkomolekulární produkt, a mezi těmito uhlíkovými atomy vznikne násobná vazba nebo se zvyšuje násobnost vazby.

Průmyslový význam má katalytická dehydrogenace alkanů, alkenů nebo arenů s nasycenými postranními řetězci (např. ethylbenzenu).

Katalyzátor

Katalyzátor je látka vstupující do chemické reakce, kterou urychluje (nebo zpomaluje), a přitom z ní vystupuje nezměněná.

Krakování

Krakování je krátkodobé zahřívání uhlovodíků za nepřístupu vzduchu na 400–600 °C. Při vysokých teplotách dochází k odštěpování vodíku, trhání uhlíkových řetězců a následné rekombinaci (izomeraci) vzniklých radikálů. Celý proces má tedy radikálový průběh, protože dochází k homolytickému štěpení vazeb C–C a C–H alkanů.

Hlavními produkty krakování jsou tak nižší a rozvětvené nasycené uhlovodíky a alkeny. Tímto způsobem se zpracovávají výševroucí podíly frakční destilace ropy s cílem vyrobit kvalitní benzíny.