Kohlenstoffreaktionen

Alkane und andere Kohlenwasserstoffe verbrennen an der Luft unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser, wobei in einer Verbrennungsreaktion Wärme freigesetzt wird. Wenn Alkane bei Raumtemperatur mit Sauerstoff gemischt werden, passiert nichts. Wird aber ein Funke oder eine Flamme zugeführt, kommt es zu einer heftigen Verbrennungsreaktion. Da die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen äußerst exotherm ist, werden diese häufig als Brennstoffe verwendet.

Abbildung 1: Verbrennungsgleichung

Alkane als Verbindungsklasse zeigen generell eine geringe Reaktivität, können aber dennoch einige Reaktionen eingehen. Abgesehen von der Verbrennung können Alkane in Gegenwart eines Katalysators mit sich selbst reagieren und eine Isomerisierungsreaktion eingehen, wobei unverzweigte Alkane in ihre verzweigtkettigen Isomere umgewandelt werden. Außerdem können Alkane mit Halogenen wie Brom und Chlor reagieren. Als Auslöser ist jedoch Energie in Form von erhöhter Temperatur oder UV-Licht erforderlich.

Abbildung 2: Chlorierung von Methan

Alkene reagieren mit weitaus mehr Verbindungen als Alkane. Dabei ist die Additionsreaktion die gängigste Reaktion von Alkenen und Alkinen. Die Hydrierung ist die Addition von Wasserstoff an Mehrfachbindungen und kann Alkene in Alkane umwandeln. Die Halogenierung (Addition von Brom oder Chlor an Alkene) kann zur Bildung von Halogenalkanen führen. Die Addition von H-X, wobei X ein Halogen oder eine andere elektronegative Gruppe ist, wird auch als Hydrohalogenierung bezeichnet. Alkene können auch in einer Polymerisationsreaktion aneinander addiert werden, um Polymere aus einzelnen Alkenmonomeren herzustellen.

Abbildung 3: Polymerisation von Alkenen

Alkine gehen weitgehend die gleichen Reaktionen ein wie Alkene. Die Hydrierung von Alkinen kann so gesteuert werden, dass entweder Alkene oder Alkane entstehen, indem die Stöchiometrie der Reaktion angepasst wird. In ähnlicher Weise kann die Addition anderer Reagenzien an die Alkin-Dreifachbindung durch die sorgfältige Kontrolle der Reagenzäquivalente gesteuert werden, um die gewünschten Produkte zu erzeugen. Zum Beispiel kann eine Alkinreaktion mit Brom entweder ein Dihalogenalkan oder ein Tetahaloalkan ergeben, indem die Anzahl der zugegebenen Bromäquivalente verändert wird.

Abbildung 4: Bromierung von 1-Butin