การเกิดปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมีของแอลเคน

          โดยทั่วๆ ไปแอลเคนเป็นสารประกอบที่ค่อนข้างเฉื่อย เกิดปฏิกิริยากับสารเคมีต่างๆ ที่อุณหภูมิห้องช้า จึงได้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พาราฟิน (parafin) ซึ่งมาจากภาษาละตินคือ parum affinis ซึ่งหมายถึงไม่ถูกทำลายด้วยกรด เบส ตัวออกซิไดส์ หรือตัวรีดิวซ์ จึงไม่เหมาะแก่การทดลองในห้องปฏิบัติการ แต่ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาได้

          เนื่องจากแอลเคนเป็นสารประกอบของคาร์บอนที่อิ่มตัวจึงไม่เกิดปฏิกิริยาการเติม แต่จะเกิดปฏิกิริยาการแทนที่โดยมีปฏิกิริยาที่สำคัญดังนี้

          1. ปฏิกิริยาการเผาไหม้ (combustion oxidation)

          เมื่อแอลเคนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะติดไฟได้ง่าย ไม่มีเขม่าและคายความร้อนมากซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ใช้แอลเคนเป็นเชื้อเพลิง เขียนเป็นสมการทั่ว ๆ ไปได้ดังนี้

                             C_xH_y  +  ( x + )O₂  ®  xCO₂  +  H₂O

                   เช่น

                             C₅H₁₂ + 8O₂  ® 5CO₂  + 6H₂O  + heat

                             2C₂H₆ + 7O₂  ® 4CO₂  + 6H₂O  + heat

          2.ปฏิกิริยาการแทนที่ (substitution reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่ ไฮโดรเจน ในแอลเคนถูกแทนที่ด้วยอะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่น ๆ ถ้าถูกแทนที่ด้วยธาตุเฮโลเจน เช่น Cl₂ , Br₂   จะเรียกว่าปฏิกิริยา  ฮาโลจิเนชัน (halogenation)  โดยถ้าใช้  Cl₂  จะเรียกเป็นชื่อเฉพาะว่าปฏิกิริยา คลอริเนชัน (chlorination)  และถ้าใช้  Br₂  จะเรียกปฏิกิริยา โบรมิเนชัน (bromination) สำหรับ F₂ ไม่ใช้เพราะเกิดปฏิกิริยารุนแรง  I₂  ไม่ใช้เพราะเป็นของแข็งซึ่งไม่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยาทั้งนี้ปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นได้ต้องมีแสงสว่างเป็นตัวช่วย

          ในปฏิกิริยาฮาโลจิเนชันของแอลเคนจะได้ผลิตภัณฑ์เป็น อัลคิลเฮไลด์ (alkyl halide) และก๊าซ ไฮโดรเจนเฮไลด์ เขียนเป็นสมการทั่ว ๆ ไปดังนี้

                   C_nH_{2n +2}   +    X₂       C_nH_{2n + 1}X    +    HX

                   แอลเคน     ฮาโลเจน               อัลคิลเฮไลด์   ไฮโดรเจนเฮไลด์

ตัวอย่างเช่น

                   CH₄   +   Cl₂       CH₃ - Cl    +    HCl

                   มีเทน                             เมทิลคลอไรด์     ไฮโดรเจนคลอไรด์

          3.ปฏิกิริยาการแตกสลาย (cracking or pyrolysis)  เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้แอลเคนโมเลกุลใหญ่ๆ สลายตัวกลายเป็นโมเลกุลที่เล็กลง โดยการเผาแอลเคนในภาชนะที่อุณหภูมิประมาณ  400-600 ⁰C  พร้อมทั้งมีตัวเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาเคมีของแอลคีน

          1.ปฏิกิริยาการเผาไหม้  แอลคีนติดไฟได้ง่าย เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ที่บรรยากาศปกติจะเกิดเขม่าหรือมีควัน แต่ถ้าเผาในบริเวณที่มีออกซิเจนจำนวนมากเกินพอจะเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์ไม่มีเขม่าได้  CO₂ และ H₂O  ซึ่งเขียนเป็นสมการทั่วไปได้ในทำนองเดียวกับแอลเคน

          2. ปฏิกิริยาการเติมหรือปฏิกิริยาการรวมตัว (addition reaction)  แอลคีนสามารถเกิดปฏิกิริยาการเติมได้ง่ายตรงบริเวณพันธะคู่ ซึ่งเขียนเป็นสมการทั่วไปได้ดังนี้

         

                   MX  =   HCl ,  HBr,  Cl₂ , Br₂ ,  ……

          ปฏิกิริยาการเติมนี้มีชื่อเรียกต่างๆ กันตามชนิดของ  MX  ที่ใช้ บางปฏิกิริยาไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา แต่บางปฏิกิริยาต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงจะเกิดได้ดี

          2.1 addition of halogens  เป็นปฏิกิริยาการเติมฮาโลเจนที่  Cl₂ , Br₂  สามารถรวมตัวโดยตรงกับอัลคีนตรงพันธะคู่ได้ โดยไม่ต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาหรือไม่ต้องใช้แสงสว่าง ถ้ารวมกับ  Cl₂  เรียกว่าปฏิกิริยา Chlorination  ถ้ารวมกับ  Br₂  เรียกว่า Bromination ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะไม่มีฟองก๊าซ

                 

               ปฏิกิริยาดังกล่าวนี้จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่สำคัญของแอลคีนโดยเฉพาะปฏิกิริยา bromination  เนื่องจากสามารถใช้ทดสอบแอลคีนและใช้บอกความแตกต่างระหว่างแอลคีนกับแอลเคนได้ โดยทั่วไปจะใช้  Br₂  ใน  CCl₄  (Br₂/CCl₄)  แทน Br₂  ทั้งนี้เพื่อให้เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

·     กรณีแอลเคนจะทำปฏิกิริยาหรือฟอกจางสี Br₂/CCl₄ ได้ต่อเมื่อมีแสงสว่างและเมื่อเกิดปฏิกิริยาจะได้  ฟอกก๊าซ  HBr  ซึ่งแสดงสมบัติเป็นกรดต่อกระดาษลิตมัส

·     กรณีแอลคีนจะทำปฏิกิริยาหรือฟอกจางสี Br₂/CCl₄ ได้ทั้งในที่มืดและในที่มีแสงสว่างโดยไม่มีฟองก๊าซของ HBr  เกิดขึ้น

          2.2 addition of hydrogen เป็นปฏิกิริยาการเติม H₂ หรือเรียกว่าปฏิกิริยา ไฮโดรจิเนชัน (hydrogenation)  แอลคีนจะรวมตัวกับ  H₂  ได้เป็นแอลเคน โดยมี Ni, Pt, หรือ Pd  เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เขียนเป็นสมการได้ดังนี้

                  

          แอลคีน   +   H₂     ®      แอลเคน

เช่น

                   CH₂ = CH₂   +  H₂     CH₃ - CH₃

                   CH₃ - CH = CH₂   +  H₂    CH₃ - CH₂ - CH₃

           2.3  addition of hydrogen halide (HX) เป็นปฏิกิริยาการเติม HX เช่น เติม HCl , HBr, HI  ให้แอลคีน ซึ่งจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแอลคิลเฮไลด์ (alkyl halide)

                  

          เช่น

                    CH₃ = CH₂  +  HCl   ®   CH₃ - CH₂ - Cl

                                     

            2.4. ปฏิกิริยาการเติมน้ำ (hydration) หรือ addition of water with acid เป็นปฏิกิริยาที่แอลคีนทำปฏิกิริยากับ  H₂O  ในกรด  H₂SO₄  จะได้เป็นแอลกอฮอล์

                  

          โดยในตอนแรกแอลคีนจะรวมตัวกับ  H₂SO₄ ได้เป็น alkyl hydrogen sulfate ซึ่งทำปฏิกิริยาต่อกับน้ำ ได้เป็นแอลกอฮอล์

                           

          หมายเหตุ  :  ปฏิกิริยานี้อาจจะใช้ทดสอบแอลคีนและแอนเคนหรือใช้บอกความแตกต่างของไฮโดรคาร์บอนทั้งสองชนิดได้ เนื่องจากแอลเคนไม่ทำปฏิกิริยากับกรด H₂SO₄ (conc)  ดังนั้นถ้าใช้แอลเคนแทนในปฏิกิริยานี้จะไม่เกิดปฏิกิริยา ไม่มีความร้อนเกิดขึ้น และสารละลายแยกเป็นสองชั้น แต่ถ้าใช้แอลคีนจะเกิดปฏิกิริยาและมีการคายความร้อน สารละลายรวมเป็นเนื้อเดียว

          2.5  hydroxylation หรือ glycol formation 

          แอลคีนสามารถฟอกจางสีหรือทำปฏิกิริยากับสารละลาย  KMnO₄  ที่เจือจางและเย็นจัดในกรดได้ผลิตภัณฑ์เป็นไกลคอล (glycol) นอกจากนี้ยังได้ตะกอนสีน้ำตาลเข้มของ  MnO₂ เกิดขึ้นด้วย 

                   

          ปฏิกิริยาการฟอกสีของ KMnO₄  ใช้ทดสอบสารประกอบไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว เช่น แอลคีนและแอลเคนได้ เรียกว่า Baeyer test for unsaturation  ซึ่งใช้ทดสอบแอลเคนและแอลคีนได้ ถ้าเป็นแอลเคนจะไม่ฟอกสี  KMnO₄  แต่ถ้าเป็นแอลคีนจะฟอกสีได้

          2.6  Ozonolysis  แอลคีนสามารถทำปฏิกิริยากับโอโซน (O₃)  โดยมีกรดและ  Zn  อยู่ด้วยได้แอลดีไฮด์ หรือคีโตน

            3.  ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ (porimerisation reaction)

          เป็นปฏิกิริยารวมตัวอีกแบบหนึ่ง เกิดจากแอลคีนโมเลกุลเล็ก ๆ  หลายๆ โมเลกุลเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวเป็นโมเลกุลใหญ่ ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์จะเกิดขึ้นเมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ความดันและความร้อน จะเกิดตรงบริเวณพันธะคู่ เนื่องจากส่วนนี้มีพลังงานสูงจึงว่องไวในการเกิดปฏิกิริยากว่าส่วนอื่น ๆ

          แอลคีนโมเลกุลเล็กๆ  ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นเรียกว่า มอนอเมอร์ (monomer)  เช่น  CH₂ = CH₂ หรือ  CH₃ - CH = CH₂  เป็นต้น

          โมเลกุลใหญ่ที่เกิดขึ้นเรียกว่า พอลิเมอร์ (polymer) ซึ่งมีชื่อเรียกต่างๆ กันตามชนิดของมอนอเมอร์  เช่น

·     ถ้าใช้เอทิลีนเป็นมอนอเมอร์ จะเรียกว่า พอลิเอทิลีน

·     ถ้าใช้โพรพิลีนเป็นมอนอเมอร์ จะเรียกว่า พอลิโพรพิลีน   เป็นต้น

          สรุป  เกี่ยวกับการทดสอบแอลคีนและข้อแตกต่างระหว่างแอลคีนกับแอนเคน

          วิธีการทดสอบทั่วๆ ไปของแอลคีน อาจจะทำได้ดังนี้

          1. ทดสอบการฟอกสี Br₂/CCl₂  แอลคีนจะฟอกสีของ Br₂  ได้ทั้งในที่สว่างและที่มืดในขณะเกิดปฏิกริยาจะไม่มีฟองก๊าซ  HBr เกิดขึ้น

          2.  ทดสอบการฟอกสีสารละลาย KMnO₄  แอลคีนจะฟอกสีของสารละลาย KMnO₄ ที่เจือจางและเย็น

          3.  ทดสอบการรวมตัวกับ H₂SO₄  แอลคีนจะทำปฏิกิริยากับ H₂SO₄  ที่เข้มข้นและเย็น ได้สารละลายเนื้อเดียวและเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

          4.  ทดสอบการเผาไหม้ ที่บรรยากาศปกติการเผาแอลคีนจะมีเขม่าเกิดขึ้น

ปฏิกิริยาเคมีของแอลไคน์

          แอลไคน์มีพันธะสามซึ่งเป็นสารประกอบไม่อิ่มตัว จึงเกิดปฏิกิริยาการเติมคล้ายแอลคีน

          ปฏิกิริยาของแอลไคน์ที่สำคัญ ได้แก่

          1. ปฏิกิริยาการเผาไหม้  ถ้าเผาไหม้ในบรรยากาศปกติหรือในบริเวณที่มี  O₂ น้อยจะให้เขม่า (มากกว่าแอลคีน) แต่ถ้าเผาในบริเวณที่มีออกซิเจนมากเกินพอ จะไม่ให้เขม่าเมื่อเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์จะได้  H₂O และ CO₂ ซึ่งเขียนเป็นสมการทั่วไปเหมือนแอลเคนและแอลคีน

          2. ปฏิกิริยาการเติม จะเกิดที่บริเวณพันธะสาม (เหมือนกับแอลคีนซึ่งเกิดที่พันธะคู่)

                   ก. ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจน (hydrogenation)  โดยมี  Pt, Ni, หรือ Pd  เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแอลคีนหรือแอลเคนตามปริมาณของ H₂  ที่ใช้  ถ้า  1  โมลของแอลไคน์รวมตัวกับ  H₂  1  โมลจะได้แอลคีน แต่ถ้าใช้  H₂  โมล จะได้แอลเคน

                   - C C -   +   H₂   - CH = CH -     - CH₂ - CH₂ -

                   แอลไคน์                             แอลคีน                              แอลเคน

          หรือ

                   - C C -   +   2H₂       - CH₂ - CH₂ -

                   แอลไคน์                                   แอลคีน

          เช่น

                   CH CH  +  H₂  CH₂ = CH₂       CH₃ - CH₃

                   CH₃ - C CH  +  H₂  CH₃ -CH = CH₂     CH₃ -CH₂ - CH₃

                   ข. ปฏิกิริยาการเติมเฮโลเจน (halogenation)

                    

          เฮโลเจนที่ใช้ (X₂)  ได้แก่ Cl₂  และ  Br₂

          ปฏิกิริยานี้ไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือไม่ต้องใช้แสงสว่างเข้าช่วย และไม่มีก๊าซ HX เกิดขึ้น ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ขึ้นอยู่กับปริมาณของแอลไคน์และเฮโลเจน

          ถ้าใช้  Cl₂  เรียกว่า คลอรีเนชัน (chlorination)

          ถ้าใช้  Br₂  เรียกว่า โบรมิเนชัน (bromination)

                           

          ปฏิกิริยาโบรมิเนชัน (Br₂/CCl₄) ใช้ทดสอบแอลไคน์ได้ โดยดูจากการฟอกสีของ Br₂/CCl₄ ซึ่งเกิดขึ้นได้ทั้งในที่มืดและสว่าง รวมทั้งไม่มีฟองก๊าซ  HBr  เกิดขึ้น ลักษณะของปฏิกิริยาจะเหมือนกับแอลคีน แต่ใช้ Br₂/CCl₄  เป็น  2  เท่าของแอลคีน 

              

          ค. ปฏิกิริยาการเติม HX

                            

          ง.  ปฏิกิริยาการเติมน้ำ โดยใช้  HgSO₄  และ H₂SO₄  เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

                  

      3. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยแอลไคน์ฟอกจางสีของ  KMnO₄  ได้

                  

      4. reaction of terminal alkyne

                   แอลไคน์ที่มีโครงสร้างเป็น  R - C = CH คือพันธะสามอยู่ปลายสุดของโมเลกุล จะทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดได้ 

                  

       5. ปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ 

    อ้างอิง http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem7/type_of_hydrocarbon.htm