ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.11.2021
Просмотров: 61
Скачиваний: 1
АЛКЕНИ
Алкени
– ненасичені вуглеводні, в молекулах яких між двома атомами
Карбону є один подвійний зв'язок, їх часто називають вуглеводнями
етиленового ряду, оскільки найпростішим представником його є етилен
Н
2
С=СН
2
. Іноді їх називають олефінами, оскільки нижчі газоподібні алкени,
вступаючи в реакції з хлором або бромом, утворюють оліїсті сполуки, не
розчинні у воді рідини (франц. оlefiant–маслородний). Слово «алкени» за
номенклатурою ІЮПАК є похідним слова «алкани», в якому суфікс -ан
замінений на суфікс -eн, що свідчить про наявність в молекулі речовини
подвійного зв'язку.
Гомологічний ряд. Всі алкени вважають похідними етилену. або етену,
С
2
Н
4
. Загальна формула алкенів – С
n
Н
2n
. Гомологічний ряд алкенів такий:
С
2
Н
4
, С
3
Н
6
, С
4
Н
8
, С
5
Н
10
, С
6
Н
12
, С
7
Н
14
і т.д.
Будова, ізомерія, номенклатура
Типовим представником алкенів є етилен:
С
2
Н
4
H
C
H
C
H
H
CH
2
CH
2
У молекулі етилену є два атоми Карбону і чотири атоми Гідрогену,
причому атоми Карбону – ненасичені. В кожного ненасиченого атома
Карбону гібридизується одна
s-
і дві
р-
орбіталі, а одна
p
-орбіталь
залишається в «чистому вигляді», що забезпечує максимальну віддаленість
гібридизованих електронних орбіталей, осі яких утворюють кути 120
. При
цьому створюються оптимальні умови для перекриття електронних
орбіталей. Три такі орбіталі атома Карбону утворюють три σ-зв'язки (два С–
Н, один С–С). Отже, молекула етилену має п'ять σ-зв'язків, розміщених в
одній площині, які утворюють між собою кут 120°.
р-
Електрони, що
залишились в «чистому вигляді», утворюють ще один зв'язок між обома
атомами Карбону. Орбіталь кожного такого електрона має вигляд об'ємної
вісімки, а утворений
-зв'язок між двома
p
-орбіталями має вигляд об'ємної
вісімки, перпендикулярної площині розміщення σ -зв'язків.
Ізомерія. Для алкенів характерні два види ізомерії – структурна і
геометрична.
Структурна ізомерія
у алкенів починається з бутену С
4
Н
8
Розрізняють і її різновидності – ізомерію ланцюга, або карбонового скелета, і
ізомерію розміщення подвійного зв'язку в такому ланцюзі. Наприклад, бутен
має три структурні ізомери:
СН
2
= СН - СН
2
- СН
3
(I), СН
3
- СН =СН - СН
3
(II),
CH
2
C
CH
3
CH
3
Геометрична ізомерія
обумовлена неоднаковим розміщенням замісників
Гідрогену в молекулі етилену по відношенню до площини подвійного зв'язку.
Так, у ізомеру II метильні групи в просторі можуть розміщуватися по один
бік подвійного зв'язку (
цис
-форма) або по різні боки
(транс-
форма
):
CH
3
H
C
CH
3
H
C
,
H
CH
3
H
C
C
H
3
C
.
Способи одержання.
Алкени у вільному стані в природі зустрічаються дуже рідко. Для їх
одержання використовують промислові і лабораторні способи, на головних з
них зупинимося нижче.
1.
Крекінг алканів –
основний промисловий спосіб їх одержання. Для
цього беруть фракції нафти, шо містять високомолекулярні алкани, і
піддають крекінгу:
СН
3
- (СН
2
)
8
– СН
3
→ СН
3
- (СН
2
)
3
-СН
3
+ СН
2
=СН – СН
2
– СН
2
- СН
3
декан пентан 1- пентен
Для одержання низькомолекулярних алкенів застосовують піроліз (при
700–800°С) газоподібних алканів природних . попутних газів. Вихід алкенів
становить 50 % і більше.
2.
Дегідрування алканів –
промисловий спосіб одержання алкенів,
сировиною для якого є ізомерії алканів. а каталізатором-алюмохромокаліеві
галуни (К
2
О – Сr
2
O – Аl
2
O
3
). Реакція протікає при високих температурах
(560-620°С)
CH
2
CH
2
CH
3
H
3
C
CH
2
CH
CH
CH
CH
2
CH
3
CH
3
CH
3
H
2
2
2
3.
Дегідрування спиртів
(відщеплення води від спиртів) відноситься до
лабораторних способів одержання алкенів. Дегідратацію проводять
рідиннофазовим і парофазовим способами, При рідиннофазовому способі
найчастіше каталізатором с H
2
SO
4
(рідше – H
3
PO
4
, Al
2
O
3
, ZnCl
2
.). Реакція
протікає в дві стадії: спочатку утворюється алкілсульфатна кислота (естер),
потім – алкен:
t°
СН
3
- СН
2
O H+HO SO
3
H → СН
3
- СН
2
– O – SO
3
H + H
2
O
етанол
(140-180 °С) етилсульфатна кислота
t°
СН
3
- СН
2
–O - SO
3
H → СН
2
=
СН
2
+
H
2
SO
4
(140-180 °С) етилен
Для одержання алкенів парофазовим способом пари спирту пропускають
над каталізатором при нагріванні:
Al
2
O
3
СН
3
- СН
2
– СН
2
- СН
2
OH → СН
3
-
СН
2
– CH = СН
2
+ H
2
O
бутанол - 1
(140-180 °С)
1- бутен
4.
Дегалогенування дигалогенопохідних алканів.
На дигалогенопохідні
алканів діють цинковим пилом у спиртовому розчині при нагріванні:
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
Zn
ZnBr
2
Br
Br
диброметан
Хімічні властивості
1.
Реакція галогенування.
Здатність до взаємодії алкенів з галогенами
зменшується в ряду С1>Вr>І. Реакція протікає за електрофільним механізмом
H
H
H
H
C
C
Br
Br
Br
H
C
C
H
H
Br
2.
Реакція гідрування.
Алкени легко вступають в реакцію приєднання
Гідрогену. Реакція протікає при кімнатній температурі і в присутності
каталізаторів (Рt) або при нагріванні;
СН
2
= СН
2
+ Н
2
-> Н
3
С - СНз.
етилен
етан
3.
Приєднання галогеноводнів.
Реакція проходить за правилом
Марковникова (1896), тобто при взаємодії галогеноводнів з несиметричними
молекулами алкенів Гідроген приєднується за місцем подвійного зв'язку
переважно до того атома Карбону, біля якого є більше атомів Гідрогену
(найбільш гідрогенізованого), а атом галогену – до атома Карбону, біля якого
менше атомів Гідрогену.
СНз - СН
=
СН
2
+ НС1
СН
3
-
СНС1 – СН
3
пропілен
2-хлорпропан
4.
Реакція гідратації.
Приєднання води призводить до утворення спиртів.
За умов використання сульфатної кислоти в ролі каталізатора реакція
проходить в дві стадії: спочатку утворюється проміжний продукт –
алкілсульфатна кислота, потім вона піддається гідролізу, що призводить до
утворення спирту і виділення каталізатора – сульфатної кислоти:
CH
2
CH
2
HOSO
3
H
CH
3
CH
2
O
SO
3
H
етилсульфатна кислота
CH
2
CH
2
CH
3
O
SO
3
H
HOH
CH
3
OH
H
2
SO
4
етиловий спирт
Якщо алкен є гомологом етилену, молекула води приєднується за місцем
розриву зв'язку за правилом Марковникова.
5. Реакції
окиснення
для алкенів проходять різними способами.
а) Горіння – енергійне окиснення киснем повітря, яке призводить до
повного руйнування молекули алкену з утворенням діоксиду карбону (IV) і
води:
CH
2
CH
2
O
3
2
2
2
CO
2
H
2
O
.
б) Окиснення розчином КМnO
4
в нейтральному або слабколужному
середовищі. Дану реакцію називають реакцією Вагнера (1886), вона дає
можливість відкрити в молекулах органічних речовин подвійний зв'язок. В
результаті реакції розчин перманганату калію знебарвлюється або стає бурим
(при надлишку КМnO
4
утворюється бурий осад МnО). Окисненняе тилену
призводить до утворення двоатомного спирту етиленгліколю:
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
O
OH
H
2
O
OH
етиленглiколь
3.Окиснення хромової сумiшi. При такому окисненні відбувається розрив
подвійного зв’язку алкену, внаслідок чого утворюються двi групи речовин,
що мiстять в свiох молекулах Оксисен, з меншою кiлькiстю атомiв Карбону в
порвняннi вихідною речовиною:
CH
2
CH
2
CH
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
H
2
SO
4
K
2
Cr
2
O
7
COOH H
COOH
1-пентен
мурашина кислота
г) Озонування алкенiв. При дii озону на алкени утворюються кристалiчнi
вибуховонебезпечнi речовини-озонiди.Останн можуть взаємодіяти з водою,
утворюючи альдегіди або кетони (реакція Гаррєса, 1902-1904):
CH
2
CH
CH
2
CH
3
CH
3
H
O
3
H
3
C
CH
H
2
O
2
O
O O
O
O
C
H
H
C
пропен
озон
озонiд
етаналь
метаналь
6.
Реакція полімеризації.
Процес сполучення однакових молекул
(мономерів) в одну складну складну молекулу (полiмер) називається
полімеризанцією. Кiлькiсть мономерв, яка утворює полiмер, визначає ступінь
полiмеризацii n. Iснує два головних види- ступінчаста та ланцюгова.
а) Ступінчата полiмеризацiя – послідовне. з'єднання двох або декількох
мономерів в одну молекулу. Відкрита і вивчена О.М. Бутлеровим (1877).
Використовується в промисловості для полімеризації алкенів. Для
проведення реакції застосовують каталізатори – хлориди амонію або цинку,
їх броміди, флуориди та ін. Змінюючи умови реакції, можна одержати
полімери з різною молекулярною масою і фізичними властивостями (від
в'язких рідин до твердих еластичних матеріалів). Прикладом такої
полімеризації є димеризація 2-метилпропену (каталізатор Н
2
SО
4
):
CH
3
CH
3
CH
3
CH
CH
2
CH
3
CH
3
CH
3
C
C
CH
3
CH
3
CH
3
CH
C
H
C
2-метилпропен
2, 2, 4-триметил-3-пентен
б) Ланцюгова, або лінійна полімеризація. З багатьох мономерів
утворюються довгі ланцюги за рахунок розриву подвійних зв'язків у
молекулах алкенів (найчастіше етилену і пропілену). Реакція протікає
постадійно: спочатку утворюється димер, потім – тример, потім – тетраметр і
нарешті, полімер з потрібною довжиною карбонового ланцюга.
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
C
1-бутен
Процес полімеризації складається з ряду стадій.
Дослід 1.
Одержання пропену і його взаємодія з бромною водою
В пробірку заливають 5 мл ізопропілового спирту і 2,5 мл фосфорної
кислоти, закривають пробірку пробкою з газовідвідною трубкою і реакційну
масу нагрівають. Кінець газовідвідної трубки опускають у пробірку з
бромною водою
(1:5)
. Пробірку із сумішшю для одержання етилену
обережно нагрівають.
Висновки, спостереження___________________________________
Дослід 2.
Реакція пропену з водним розчином
KMnO
4
(реакція
Є.Є.Вагнера)
У пробірку наливають 2 мл
2%-го
розчину
KMnO
4
, додають 0.5 мл
10%-го
розчину соди і пропускають етилен.
Висновки, спостереження____________________________________
Дослід 3.
Горіння пропену
Підпалюють пропен біля кінця газовідвідної трубки.
Висновки, спостереження________________________________