B4.1 Carbonhydriders reaktioner

NoteDet skal du kunne
  • kende reaktionstyperne substitution, addition og elimination
  • skrive reaktionsskemaer for substitution i alkaner og addition til alkener
  • forklare, hvordan en alken kan dannes ved en elimination
  • afgøre, hvilken reaktionstype et reaktionsskema viser

Råolie er en blanding af carbonhydrider. Af dem laver den kemiske industri plast, opløsningsmidler, medicin og meget andet. Det kræver, at carbonhydriderne først bliver lavet om til stoffer med funktionelle grupper. Til det bruges tre typer af reaktioner.

Tre reaktionstyper

Figur 1: De tre reaktionstyper i dette afsnit. Læg mærke til, hvor mange stoffer der er på hver side af pilen.

Substitution og addition kender du fra afsnit 6.3 og afsnit 6.4 i bogen til C-niveau. Elimination er ny.

Substitution

Alkaner har kun enkeltbindinger og er meget lidt reaktionsvillige. De kan dog reagere med chlor og brom, når blandingen bliver belyst. Så bliver et hydrogenatom skiftet ud med et halogenatom. Det er en substitution.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

Produktet kaldes en halogenalkan. Halogenatomet står som forled i navnet: chlormethan, 2-brompropan, 1,2-dibromethan.

I en længere alkan kan halogenatomet sætte sig flere steder. Så dannes der en blanding af stillingsisomerer.

Figur 2: Substitution i propan. Bromatomet kan sætte sig på det yderste eller på det midterste carbonatom.

Er der halogen nok, fortsætter reaktionen. Chlormethan kan reagere videre til dichlormethan, CH2Cl2, og så videre, indtil alle hydrogenatomer er skiftet ud.

Addition

Alkener og alkyner er umættede. De har en dobbeltbinding eller en tripelbinding, som let reagerer. Ved en addition åbner dobbeltbindingen sig, og der sætter sig et nyt atom på hvert af de to carbonatomer. To stoffer bliver til ét.

Figur 3: Fire stoffer, der kan adderes til en alken. Her er alkenen but-2-en.
Alkenen reagerer med Produkt Bruges til
brom, Br2 en alkan med to bromatomer test for umættede stoffer
hydrogen, H2 en alkan at gøre planteolie fast
hydrogenbromid, HBr en bromalkan at lave halogenalkaner
vand, H2O en alkohol at fremstille ethanol af ethen

Addition af hydrogen og vand kræver en katalysator. Addition af brom sker af sig selv ved stuetemperatur.

Dobbeltbindingen i but-2-en sidder midt i molekylet, så det er ligegyldigt, hvilket af de to carbonatomer der får hvilket atom. Sådan er det ikke i fx propen. Adderes HBr til propen, kan bromatomet sætte sig på carbonatom 1 eller 2, og der kan dannes både 1-brompropan og 2-brompropan. I kemi B skal du kunne tegne begge muligheder.

Test for umættede stoffer

Bromvand er gult. Rystes det med et stof, der har en dobbeltbinding eller en tripelbinding, forsvinder farven med det samme, fordi brom bliver brugt i additionen. Det er en af de klassiske test i organisk kemi. Du kan se den i afsnit 6.4 i bogen til C-niveau.

Alkyner

En tripelbinding kan addere to gange. Første gang bliver den til en dobbeltbinding, og anden gang til en enkeltbinding:

HC≡CH + Br2 → CHBr=CHBr

CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2−CHBr2

Addition mange gange giver plast

Alkener kan også addere til hinanden. Så åbner dobbeltbindingerne sig, og tusindvis af molekyler bliver sat sammen til én lang kæde. Det kaldes polyaddition. Det lille molekyle kaldes en monomer, og den lange kæde en polymer.

n CH2=CH2 → −(CH2−CH2)n−

Polymeren her er polyethen, som bruges til plastposer og flasker. Et så stort molekyle kaldes et makromolekyle. Du kan læse mere på siden Tema: Fossile brændstoffer og plast i bogen til C-niveau.

Elimination

En elimination er det modsatte af en addition. To atomer eller atomgrupper på to nabocarbonatomer bliver fjernet, og der dannes en dobbeltbinding mellem de to carbonatomer. Ét stof bliver til to.

Figur 4: Elimination af vand fra propan-2-ol. OH-gruppen og et hydrogenatom fra nabocarbonatomet bliver til vand.

Der er to eliminationer, du skal kende:

  • Fra en alkohol fjernes vand. Det kræver varme og en katalysator, fx koncentreret svovlsyre.
  • Fra en halogenalkan fjernes et hydrogenhalogenid, fx HBr.

CH3CH2CH2Br → CH3CH=CH2 + HBr

Addition og elimination er hinandens modsætninger

CH2=CH2 + H2O ⇌ CH3CH2OH

Reaktionen mod højre er en addition, og reaktionen mod venstre er en elimination. Det er en ligevægt som dem i kapitel B2. Hvilken vej den går, afhænger af betingelserne. Med meget vand og højt tryk dannes der ethanol. Med varme og koncentreret svovlsyre, som fjerner vandet, dannes der ethen.

Sådan genkender du reaktionstypen

Tæl stofferne på hver side af pilen, og se, om der forsvinder eller opstår en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. De tre bokse beskriver hver sin reaktionstype.

NoteSubstitution

Før pilen: to stoffer

Efter pilen: to stoffer

Dobbeltbinding: er der ikke

Sker med: alkaner

NoteAddition

Før pilen: to stoffer

Efter pilen: ét stof

Dobbeltbinding: forsvinder

Sker med: alkener og alkyner

NoteElimination

Før pilen: ét stof

Efter pilen: to stoffer

Dobbeltbinding: opstår

Sker med: alkoholer og halogenalkaner

NoteKort sagt
  • Ved en substitution bliver et atom skiftet ud med et andet. Alkaner reagerer sådan med chlor og brom, når der er lys.
  • Ved en addition sætter to atomer sig på en dobbeltbinding. To stoffer bliver til ét.
  • Alkener kan addere brom, hydrogen, hydrogenhalogenider og vand.
  • Bromvand affarves af stoffer med dobbeltbindinger eller tripelbindinger.
  • Ved en elimination fjernes to atomer eller atomgrupper fra to nabocarbonatomer, og der dannes en dobbeltbinding.
  • Polyaddition sætter mange alkenmolekyler sammen til et makromolekyle.

Prøv selv: Addition og plastik: åbn dobbeltbindingen, og byg en polymer.