Alchenele (olefine, hidrocarburi de etilenă C n H 2n
Seria omologa.
|
etena (etilena) | |
Cea mai simplă alchenă este etilena (C 2 H 4). Conform nomenclaturii IUPAC, denumirile alchenelor se formează din denumirile alcanilor corespunzători prin înlocuirea sufixului „-ane” cu „-ene”; Poziția dublei legături este indicată de o cifră arabă.
Radicalii hidrocarburi formați din alchene au sufixul "-enil". Nume banale: CH 2 =CH- "vinil", CH 2 =CH-CH 2 - "alil".
Atomii de carbon de la legătura dublă sunt într-o stare de hibridizare sp² și au un unghi de legătură de 120°.
Alchenele se caracterizează prin izomerie a scheletului de carbon, poziții de legături duble, interclase și spațiale.
Proprietăți fizice
Punctele de topire și de fierbere ale alchenelor (simplificate) cresc odată cu greutatea moleculară și lungimea coloanei vertebrale de carbon.
În condiţii normale, alchenele de la C2H4 până la C4H8 sunt gaze; de la pentenă C 5 H 10 până la hexadecenă C 17 H 34 inclusiv - lichide, iar începând de la octadecenă C 18 H 36 - solide. Alchenele sunt insolubile în apă, dar sunt foarte solubile în solvenți organici.
Dehidrogenarea alcanilor
Aceasta este una dintre metodele industriale de producere a alchenelor
Hidrogenarea alchinelor
Hidrogenarea parțială a alchinelor necesită condiții speciale și prezența unui catalizator
O legătură dublă este o combinație de legături sigma și pi. O legătură sigma apare atunci când orbitalii sp2 se suprapun axial, iar o legătură pi apare atunci când există o suprapunere laterală.
Regula lui Zaitsev:
Abstracția unui atom de hidrogen în reacțiile de eliminare are loc predominant din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat.
13. Alchene. Structura. sp 2 hibridizare, parametri multipli de cuplare. Reacții de adiție electrofilă de halogeni, halogenuri de hidrogen, acid hipocloros. Hidratarea alchenelor. regula lui Morkovnikov. Mecanisme de reacție.
Alchenele (olefine, hidrocarburi de etilenă) - hidrocarburi nesaturate aciclice care conțin o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală C n H 2n
Unul s-și 2 p-orbitali se amestecă și formează 2 orbitali sp2-hibrizi echivalenti situati în același plan la un unghi de 120.
Dacă o legătură este formată din mai mult de o pereche de electroni, atunci se numește multiplu.
O legătură multiplă se formează atunci când există prea puțini electroni și atomi de legătură pentru ca fiecare orbital de valență care formează legături al atomului central să se suprapună cu orice orbital al atomului din jur.
Reacții de adiție electrofile
În aceste reacții, particula atacatoare este un electrofil.
halogenare:
Hidrohalogenare
Adăugarea electrofilă de halogenuri de hidrogen la alchene are loc conform regulii lui Markovnikov
domnia Markovnikov
Adăugarea de acid hipocloros pentru a forma clorhidrine:
Hidratarea
Adăugarea de apă la alchene are loc în prezența acidului sulfuric:
Carbocation- o particulă în care o sarcină pozitivă este concentrată pe atomul de carbon, atomul de carbon are un p-orbital liber.
14. Hidrocarburi etilenice. Proprietăți chimice: reacții cu agenți oxidanți. Oxidare catalitică, reacție cu peracizi, reacție de oxidare la glicoli, cu scindarea legăturii carbon-carbon, ozonare. Procesul Wacker. Reacții de substituție.
Alchenele (olefine, hidrocarburi de etilenă) - hidrocarburi nesaturate aciclice care conțin o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală C n H 2n
Oxidare
Oxidarea alchenelor se poate produce, în funcție de condițiile și tipurile de reactivi oxidanți, atât cu clivajul dublei legături, cât și cu conservarea scheletului de carbon.
Când sunt arse în aer, olefinele produc dioxid de carbon și apă.
H2C=CH2 + 3O2 => 2CO2 + 2H2O
C n H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O – formula generala
Oxidarea catalitică
În prezența sărurilor de paladiu, etilena este oxidată la acetaldehidă. Acetona se formează din propenă în același mod.
Când alchenele sunt expuse la agenți oxidanți puternici (KMnO 4 sau K 2 Cr 2 O 7 în H 2 SO 4), legătura dublă se rupe la încălzire:
Când alchenele sunt oxidate cu o soluție diluată de permanganat de potasiu, se formează alcooli diatomici - glicoli (reacția E.E. Wagner). Reacția are loc la frig.
Alchenele aciclice și ciclice, când reacţionează cu peracizii RCOOOH într-un mediu nepolar, formează epoxizi (oxirani), prin urmare reacția în sine se numește reacție de epoxidare.
Ozonarea alchenelor.
Când alchenele interacționează cu ozonul, se formează compuși de peroxid, care se numesc ozonide. Reacția alchenelor cu ozonul este cea mai importantă metodă de scindare oxidativă a alchenelor la dubla legătură.
Alchenele nu suferă reacții de substituție.
Procesul Wacker-procesul de producere a acetaldehidei prin oxidarea directa a etilenei.
Procesul Wacker se bazează pe oxidarea etilenei cu diclorură de paladiu:
CH2 = CH2 + PdCl2 + H2O = CH3CHO + Pd + 2HCl
15. Alchene: proprietăți chimice. Hidrogenarea. regula lui Lebedev. Izomerizarea și oligomerizarea alchenelor. Polimerizare radicală și ionică. Conceptul de polimer, oligomer, monomer, unitate elementară, grad de polimerizare. Telomerizare și copolimerizare.
Hidrogenarea
Hidrogenarea alchenelor direct cu hidrogen are loc numai în prezența unui catalizator. Catalizatorii de hidrogenare includ platină, paladiu și nichel.
Hidrogenarea poate fi efectuată și în fază lichidă cu catalizatori omogene
Reacții de izomerizare
Când este încălzită, este posibilă izomerizarea moleculelor de alchenă, ceea ce
poate duce atât la mișcarea dublei legături, cât și la modificări ale scheletului
hidrocarbură.
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3
Reacții de polimerizare
Acesta este un tip de reacție de adiție. Polimerizarea este reacția unei combinații secvențiale de molecule identice în molecule mai mari, fără a izola niciun produs cu greutate moleculară mică. În timpul polimerizării, un atom de hidrogen este adăugat celui mai hidrogenat atom de carbon situat la legătura dublă, iar restul moleculei este adăugat celuilalt atom de carbon.
CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...
sau n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polietilenă)
O substanță ale cărei molecule suferă o reacție de polimerizare se numește monomer. O moleculă de monomer trebuie să aibă cel puțin o legătură dublă. Polimerii rezultați constau dintr-un număr mare de lanțuri repetate având aceeași structură ( unități elementare). Se numește numărul care arată de câte ori se repetă o unitate structurală (elementară) într-un polimer gradul de polimerizare(n).
În funcție de tipul de particule intermediare formate în timpul polimerizării, există 3 mecanisme de polimerizare: a) radical; b) cationic; c) anionic.
Prima metodă produce polietilenă de înaltă densitate:
Catalizatorul de reacție este peroxizii.
A doua și a treia metodă implică utilizarea acizilor (polimerizare cationică) și a compușilor organometalici ca catalizatori.
În chimie oligomer) - o moleculă sub formă de lanț de mic numărul de legături constitutive identice.
Telomerizarea
Telomerizarea este oligomerizarea alchenelor în prezența agenților de transfer de lanț (telogeni). Ca rezultat al reacției, se formează un amestec de oligomeri (telomeri), ale căror grupe terminale sunt părți ale telogenului. De exemplu, în reacția CCl4 cu etilena, telogenul este CC14.
CCl 4 + nCH 2 =CH 2 => Cl(CH 2 CH 2) n CCl 3
Inițierea acestor reacții poate fi efectuată de inițiatori radicali sau de radiații g.
16. Alchene. Reacții de adiție radicală de halogeni și halogenuri de hidrogen (mecanism). Adăugarea carbenelor la olefine. Etilenă, propilenă, butilenă. Surse industriale și utilizări principale.
Alchenele adaugă cu ușurință halogeni, în special clor și brom (halogenare).
O reacție tipică de acest tip este decolorarea apei cu brom
CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br (1,2-dibrometan)
Adăugarea electrofilă de halogenuri de hidrogen la alchene are loc conform regulii lui Markovnikov:
domnia Markovnikov: Când se adaugă acizi protici sau apă la alchene sau alchinemați nesimetrici, se adaugă hidrogen la atomul de carbon cel mai hidrogenat
Un atom de carbon hidrogenat este unul care are atașat hidrogen. Cele mai hidrogenate - acolo unde există cel mai mult H
Reacții de adiție cu carben
Carbenele CR 2: - specii foarte reactive cu viață scurtă care se pot adăuga cu ușurință la dubla legătură a alchenelor. Ca rezultat al reacției de adiție cu carben, se formează derivați de ciclopropan
Etilena este o substanță chimică organică descrisă prin formula C 2 H 4. Este cea mai simplă alchenă ( olefină)compus. În condiții normale, este un gaz inflamabil incolor, cu miros slab. Parțial solubil în apă. Conține o dublă legătură și, prin urmare, aparține hidrocarburilor nesaturate sau nesaturate. Joacă un rol extrem de important în industrie. Etilena este compusul organic cel mai produs din lume: oxidul de etilena; polietilenă, acid acetic, alcool etilic.
Proprietăți chimice de bază(nu mă învăța, lasă-i doar să fie acolo pentru orice eventualitate, în caz că o pot șterge)
Etilena este o substanță activă din punct de vedere chimic. Deoarece există o legătură dublă între atomii de carbon din moleculă, unul dintre ei, care este mai puțin puternic, se rupe cu ușurință, iar la locul ruperii legăturii are loc atașarea, oxidarea și polimerizarea moleculelor.
halogenare:
CH2 =CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
Apa cu brom devine decolorată. Aceasta este o reacție calitativă la compuși nesaturați.
Hidrogenare:
CH 2 =CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (sub influența Ni)
Hidrohalogenare:
CH2 =CH2 + HBr → CH3-CH2Br
hidratare:
CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (sub influența unui catalizator)
Această reacție a fost descoperită de A.M. Butlerov și este folosit pentru producția industrială de alcool etilic.
Oxidare:
Etilena se oxidează ușor. Dacă etilena este trecută printr-o soluție de permanganat de potasiu, aceasta se va decolora. Această reacție este utilizată pentru a face distincția între compușii saturați și nesaturați. Oxidul de etilenă este o substanță fragilă, puntea de oxigen se rupe și apa se unește, rezultând formarea etilenglicolului. Ecuația reacției:
3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
Polimerizare (producția de polietilenă):
nCH2 =CH2 → (-CH2-CH2-) n
propilenă(propenă) CH 2 = CH-CH 3 - hidrocarbură nesaturată (nesaturată) din seria etilenei, gaz inflamabil. Propilena este o substanță gazoasă cu un punct de fierbere scăzut t fierbere = -47,6 °C
În mod obișnuit, propilena este izolată din gazele de rafinare a petrolului (în timpul cracării țițeiului, pirolizei fracțiilor de benzină) sau din gazele asociate, precum și din gazele de cocsificare de cărbune.
Conținând o legătură pi sunt hidrocarburile nesaturate. Sunt derivați ai alcanilor, în moleculele cărora au fost eliminați doi atomi de hidrogen. Valențele libere rezultate formează un nou tip de legătură, care este situată perpendicular pe planul moleculei. Așa apare grup nou compuși – alchene. Vom lua în considerare proprietățile fizice, producția și utilizarea substanțelor din această clasă în viața de zi cu zi și în industrie în acest articol.
Serii omoloage de etilenă
Formula generală a tuturor compușilor numiți alchene, reflectând compoziția lor calitativă și cantitativă, este C n H 2 n. Denumirile hidrocarburilor prin nomenclatura sistematică au următoarea formă: în termenul pentru alcanul corespunzător, sufixul se schimbă din -an în -ene, de exemplu: etan - etenă, propan - propenă etc. În unele surse puteți găsi un alt nume pentru compușii acestei clase - olefine. În continuare vom studia procesul de formare a dublei legături și proprietăți fizice alchene și, de asemenea, determină dependența lor de structura moleculei.
Cum se formează o legătură dublă?
Natura electronică a legăturii pi poate fi reprezentată folosind exemplul etilenei după cum urmează: Atomii de carbon din molecula sa sunt sub formă de hibridizare sp 2. În acest caz, se formează o legătură sigma. Încă doi orbitali hibrizi, câte unul din atomi de carbon, formează legături sigma simple cu atomii de hidrogen. Cei doi nori hibrizi liberi rămași de atomi de carbon se suprapun deasupra și sub planul moleculei - se formează o legătură pi. Acesta este cel care determină proprietățile fizice și chimice ale alchenelor, care vor fi discutate în continuare.
Izomerie spațială
Compușii care au aceeași compoziție cantitativă și calitativă a moleculelor, dar structuri spațiale diferite, se numesc izomeri. Izomeria apare într-un grup de substanțe numite organice. Caracteristicile olefinelor sunt mult influențate de fenomenul de izomerie optică. Se exprimă prin faptul că omologii etilenei, care conțin diferiți radicali sau substituenți la fiecare dintre cei doi atomi de carbon de la legătura dublă, pot apărea sub forma a doi izomeri optici. Ele diferă unele de altele prin poziția substituenților în spațiu față de planul dublei legături. Proprietățile fizice ale alchenelor în acest caz vor fi, de asemenea, diferite. De exemplu, aceasta se referă la punctele de fierbere și de topire ale substanțelor. Astfel, olefinele cu un schelet de carbon drept au puncte de fierbere mai mari decât compușii izomeri. De asemenea, punctele de fierbere ale izomerilor cis ai alchenelor sunt mai mari decât ale izomerilor trans. În ceea ce privește temperaturile de topire, imaginea este inversă.
Caracteristici comparative ale proprietăților fizice ale etilenei și omologilor săi
Primii trei reprezentanți ai olefinelor sunt compuși gazoși, apoi, începând cu pentena C 5 H 10 și până la alchena cu formula C 17 H 34, sunt lichide, iar apoi sunt solide. La omologii etenei se poate observa următoarea tendință: punctele de fierbere ale compușilor scad. De exemplu, pentru etilenă acest indicator este -169,1 °C, iar pentru propilenă -187,6 °C. Dar temperaturile de fierbere cresc odată cu creșterea greutății moleculare. Deci, pentru etilenă este -103,7°C, iar pentru propenă -47,7°C. Pentru a rezuma ceea ce s-a spus, putem trage o concluzie care sună scurtă: proprietățile fizice ale alchenelor depind de greutatea moleculară a acestora. Odată cu creșterea ei, starea de agregare a compușilor se schimbă în direcția: gaz - lichid - solid, iar punctul de topire scade, iar punctul de fierbere crește.
Caracteristicile etenei
Primul reprezentant al seriei omoloage de alchene este etilena. Este un gaz, ușor solubil în apă, dar foarte solubil în solvenți organici și nu are culoare. Greutate moleculară - 28, etena este puțin mai ușoară decât aerul, are un miros dulce și dulce. Reacționează ușor cu halogeni, hidrogen și halogenuri de hidrogen. Proprietățile fizice ale alchenelor și parafinelor sunt totuși destul de asemănătoare. De exemplu, starea de agregare, capacitatea metanului și etilenei de a suferi o oxidare severă etc. Cum se pot distinge alchenele? Cum se identifică natura nesaturată a unei olefine? În acest scop, există reacții calitative, asupra cărora ne vom opri mai detaliat. Să ne amintim ce particularitate au alchenele în structura moleculei. Proprietățile fizice și chimice ale acestor substanțe sunt determinate de prezența unei duble legături în compoziția lor. Pentru a-i dovedi prezența, treceți hidrocarbura gazoasă printr-o soluție violetă de permanganat de potasiu sau apă cu brom. Dacă devin decolorate, înseamnă că compusul conține legături pi în moleculele sale. Etilena intră într-o reacție de oxidare și decolorează soluțiile de KMnO4 și Br2.
Mecanismul reacțiilor de adiție
Scindarea dublei legături se termină cu adăugarea altor atomi la valențele libere ale carbonului elemente chimice. De exemplu, atunci când etilena reacţionează cu hidrogenul, numită hidrogenare, produce etan. Este necesar un catalizator cum ar fi nichel sub formă de pulbere, paladiu sau platină. Reacția cu HCI se încheie cu formarea cloretanului. Alchenele care conțin mai mult de doi atomi de carbon în moleculele lor suferă adăugarea de halogenuri de hidrogen ținând cont de regula lui V. Markovnikov.
Cum interacționează omologii etenei cu halogenurile de hidrogen
Dacă ne confruntăm cu sarcina „Caracterizarea proprietăților fizice ale alchenelor și prepararea lor”, trebuie să luăm în considerare regula lui V. Markovnikov mai detaliat. S-a stabilit în practică că omologii etilenei reacţionează cu clorura de hidrogen şi alţi compuşi la locul clivajului dublei legături, respectând un anumit model. Constă în faptul că un atom de hidrogen este atașat celui mai hidrogenat atom de carbon, iar un ion de clor, brom sau iod este atașat atomului de carbon care conține cel mai mic număr de atomi de hidrogen. Această caracteristică a apariției reacțiilor de adiție se numește regula lui V. Markovnikov.
Hidratarea și polimerizarea
Să continuăm să luăm în considerare proprietățile fizice și aplicațiile alchenelor folosind exemplul primului reprezentant al seriei omoloage - etena. Reacția sa cu apa este utilizată în industria sintezei organice și are o mare importanță practică. Procesul a fost efectuat pentru prima dată în secolul al XIX-lea de către A.M. Butlerov. Reacția necesită îndeplinirea unui număr de condiții. Aceasta este, în primul rând, utilizarea acidului sulfuric concentrat sau oleum ca catalizator și solvent etenic, o presiune de aproximativ 10 atm și o temperatură în 70°. Procesul de hidratare are loc în două faze. În primul rând, moleculele de acid sulfat se unesc cu etena în locul unde legătura pi este ruptă, rezultând formarea acidului etil sulfuric. Apoi substanța rezultată reacționează cu apa pentru a produce alcool etilic. Etanol - produs important, folosit în industria alimentară pentru producția de materiale plastice, cauciucuri sintetice, lacuri și alte produse chimie organică.
Polimeri pe bază de olefine
Continuând să studiem problema utilizării substanțelor aparținând clasei alchenelor, vom studia procesul de polimerizare a acestora, care poate implica compuși care conțin substanțe nesaturate. legături chimice ca parte a moleculelor lor. Există mai multe tipuri de reacții de polimerizare care produc produse cu greutate moleculară mare - polimeri, de exemplu polietilenă, polipropilenă, polistiren etc. Mecanismul radicalilor liberi duce la producerea de polietilenă de înaltă densitate. Este unul dintre cei mai folosiți compuși în industrie. Tipul cation-ion asigură producerea unui polimer cu o structură stereoregulată, de exemplu polistiren. Este considerat unul dintre cei mai siguri și mai convenabil polimeri de utilizat. Produsele din polistiren sunt rezistente la substanțele agresive: acizi și alcalii, neinflamabile și ușor de vopsit. Un alt tip de mecanism de polimerizare este dimerizarea, care duce la producerea de izobutenă, care este folosită ca aditiv antidetonant pentru benzină.
Metode de obținere
Alchenele, ale căror proprietăți fizice le studiem, sunt obținute în laborator și în industrie prin diferite metode. În experimentele din cursul școlar de chimie organică, se utilizează procesul de deshidratare a alcoolului etilic cu ajutorul agenților de îndepărtare a apei, de exemplu, cum ar fi pentoxidul de fosfor sau acidul sulfat. Reacția se realizează prin încălzire și este inversul procesului de producere a etanolului. O altă metodă comună de producere a alchenelor și-a găsit aplicația în industrie și anume: încălzirea derivaților halogenați ai hidrocarburilor saturate, de exemplu, clorpropanul cu soluții concentrate de alcool de alcalii - hidroxid de sodiu sau potasiu. În reacție, o moleculă de acid clorhidric este eliminată și se formează o dublă legătură în locul unde apar valențele libere ale atomilor de carbon. Produsul final al procesului chimic va fi o olefină - propenă. Continuând să luăm în considerare proprietățile fizice ale alchenelor, să ne oprim asupra principalului proces de producere a olefinelor - piroliza.
Producția industrială de hidrocarburi nesaturate din seria etilenei
Materii prime ieftine - gazele formate în timpul cracării petrolului, servesc ca sursă pentru producția de olefine în industria chimică. În acest scop folosesc schema tehnologica piroliza - scindarea unui amestec de gaze, care are loc odată cu ruperea legăturilor de carbon și formarea de etilenă, propenă și alte alchene. Piroliza se realizează în cuptoare speciale formate din bobine de piroliză individuale. Acestea creează o temperatură de aproximativ 750-1150°C și conțin vapori de apă ca diluant. Reacțiile au loc printr-un mecanism în lanț cu formarea de radicali intermediari. Produsul final este etilena sau propena, acestea sunt produse în volume mari.
Am studiat în detaliu proprietățile fizice, precum și aplicațiile și metodele de producere a alchenelor.
Proprietățile fizice ale alchenelor sunt similare cu cele ale alcanilor, deși toate au puncte de topire și de fierbere puțin mai mici decât alcanii corespunzători. De exemplu, pentanul are un punct de fierbere de 36 °C, iar pentena-1 - 30 °C. În condiții normale, alchenele C 2 - C 4 sunt gaze. C 5 – C 15 sunt lichide, începând de la C 16 sunt solide. Alchenele sunt insolubile în apă, dar foarte solubile în solvenți organici.
Alchenele sunt rare în natură. Deoarece alchenele sunt materii prime valoroase pentru sinteza organică industrială, au fost dezvoltate multe metode pentru prepararea lor.
1. Principala sursă industrială de alchene este cracarea alcanilor care fac parte din ulei:
3. În condiții de laborator, alchenele se obțin prin reacții de eliminare, în care doi atomi sau două grupe de atomi sunt eliminate din atomii de carbon vecini și se formează o legătură p suplimentară. Astfel de reacții includ următoarele.
1) Deshidratarea alcoolilor are loc atunci când sunt încălziți cu agenți de îndepărtare a apei, de exemplu cu acid sulfuric la temperaturi peste 150 ° C:
Când H 2 O este eliminat din alcooli, HBr și HCl din halogenuri de alchil, atomul de hidrogen este eliminat de preferință de cel al atomilor de carbon vecini care este legat de cel mai mic număr de atomi de hidrogen (din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat). Acest model se numește regula lui Zaitsev.
3) Dehalogenarea are loc atunci când dihalogenurile care au atomi de halogen la atomi de carbon adiacenți sunt încălzite cu metale active:
CH2Br -CHBr -CH3 + Mg → CH2 =CH-CH3 + Mg Br2.
Proprietăți chimice alchenele sunt determinate de prezența unei duble legături în moleculele lor. Densitatea electronică a legăturii p este destul de mobilă și reacționează ușor cu particulele electrofile. Prin urmare, multe reacții ale alchenelor decurg în funcție de mecanism adiție electrofilă, desemnat prin simbolul A E (din engleză, adaos electrofil). Reacțiile de adiție electrofile sunt procese ionice care au loc în mai multe etape.
În prima etapă, o particulă electrofilă (cel mai adesea acesta este un proton H +) interacționează cu electronii p ai dublei legături și formează un complex p, care este apoi transformat într-un carbocation prin formarea unei legături s covalente între particula electrofilă și unul dintre atomii de carbon:
carbocation alchenic al complexului p
În a doua etapă, carbocationul reacționează cu anionul X, formând o a doua legătură s datorită perechii de electroni a anionului:
În reacțiile de adiție electrofile, un ion de hidrogen se atașează de atomul de carbon la legătura dublă care are o sarcină negativă mai mare. Distribuția sarcinii este determinată de schimbarea densității electronilor p sub influența substituenților: 
.
Substituenții donatori de electroni care prezintă efectul +I schimbă densitatea electronului p la un atom de carbon mai hidrogenat și creează o sarcină negativă parțială asupra acestuia. Aceasta explică regula lui Markovnikov: atunci când se adaugă molecule polare precum HX (X = Hal, OH, CN etc.) la alchenele nesimetrice, hidrogenul se atașează de preferință la atomul de carbon mai hidrogenat la legătura dublă.
Să luăm în considerare exemple concrete reacții de adiție.
1) Hidrohalogenare. Când alchenele interacționează cu halogenuri de hidrogen (HCl, HBr), se formează halogenuri de alchil:
CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.
Produșii de reacție sunt determinați de regula lui Markovnikov.
Cu toate acestea, trebuie subliniat că, în prezența oricărui peroxid organic, moleculele polare de HX nu reacţionează cu alchenele conform regulii lui Markovnikov:
| R-O-O-R | ||
| CH3-CH = CH2 + HBr | CH3-CH2-CH2Br |
Acest lucru se datorează faptului că prezența peroxidului determină mecanismul radical și nu ionic al reacției.
2) Hidratarea. Când alchenele reacţionează cu apa în prezenţa acizilor minerali (sulfuric, fosforic), se formează alcooli. Acizii minerali acționează ca catalizatori și sunt surse de protoni. Adăugarea de apă urmează, de asemenea, regula lui Markovnikov:
CH3-CH = CH2 + HON® CH3-CH(OH)-CH3.
3) Halogenare. Alchenele decolorează apa cu brom:
CH2 = CH2 + Br2® B-CH2-CH2Br.
Această reacție este calitativă pentru o legătură dublă.
4) Hidrogenarea. Adăugarea de hidrogen are loc sub acțiunea catalizatorilor metalici:
unde R = H, CH3, CI, C6H5 etc. Molecula CH 2 =CHR se numește monomer, compusul rezultat se numește polimer, numărul n este gradul de polimerizare.
Polimerizarea diverșilor derivați de alchenă produce produse industriale valoroase: polietilenă, polipropilenă, clorură de polivinil și altele.
Pe lângă în plus, alchenele suferă și reacții de oxidare. În timpul oxidării ușoare a alchenelor cu o soluție apoasă de permanganat de potasiu (reacția Wagner), se formează alcooli dihidroxilici:
ZSN2 =CH2 + 2KMnO4 + 4H2O® ZNOSN2-CH2OH + 2MnO2↓ + 2KOH.
Ca urmare a acestei reacții, soluția violetă de permanganat de potasiu se decolorează rapid și precipită un precipitat maro de oxid de mangan (IV). Această reacție, ca și reacția de decolorare a apei cu brom, este calitativă pentru o legătură dublă. În timpul oxidării severe a alchenelor cu o soluție de fierbere de permanganat de potasiu într-un mediu acid, legătura dublă este complet ruptă cu formarea de cetone, acizi carboxilici sau CO2, de exemplu:
| [DESPRE] | ||
| CH3-CH=CH-CH3 | 2CH3-COOH |
Pe baza produșilor de oxidare, se poate determina poziția dublei legături în alchena originală.
Ca toate celelalte hidrocarburi, alchenele ard și, cu mult aer, formează dioxid de carbon și apă:
CnH2n+Zn/2O2®nCO2+nH2O.
Când aerul este limitat, arderea alchenelor poate duce la formarea de monoxid de carbon și apă:
CnH2n + n02® nCO + nH20.
Dacă amestecați o alchenă cu oxigen și treceți acest amestec peste un catalizator de argint încălzit la 200°C, se formează un oxid de alchenă (epoxialcan), de exemplu:
La orice temperatură, alchenele sunt oxidate de ozon (ozonul este un agent oxidant mai puternic decât oxigenul). Dacă ozonul gazos este trecut printr-o soluție de alchenă în tetraclorura de metan la temperaturi sub temperatura camerei, are loc o reacție de adiție și se formează ozonidele corespunzătoare (peroxizi ciclici). Ozonidele sunt foarte instabile și pot exploda ușor. Prin urmare, de obicei nu sunt izolate, dar imediat după producție sunt descompuse cu apă - aceasta produce compuși carbonilici (aldehide sau cetone), a căror structură indică structura alchenei care a fost supusă ozonării.
Alchenele inferioare sunt materii prime importante pentru sinteza organică industrială. Alcoolul etilic, polietilena și polistirenul sunt produse din etilenă. Propena este utilizată pentru sinteza polipropilenei, fenolului, acetonei și glicerinei.
Alchenele- hidrocarburi nesaturate, care conțin o dublă legătură. Exemple de alchene:
Metode de obţinere a alchenelor.
1. Cracarea alcanilor la 400-700°C. Reacția are loc printr-un mecanism de radicali liberi:
2. Dehidrogenarea alcanilor:
3. Reacția de eliminare (eliminare): se elimină 2 atomi sau 2 grupe de atomi din atomii de carbon vecini și se formează o legătură dublă. Astfel de reacții includ:
A) Deshidratarea alcoolilor (încălzire peste 150°C, cu participarea acidului sulfuric ca reactiv de eliminare a apei):
B) Eliminarea halogenurilor de hidrogen atunci când sunt expuse la o soluție alcalină alcoolică:
Atomul de hidrogen este separat în mod preferenţial de atomul de carbon care este legat de mai puţini atomi de hidrogen (atomul cel mai puţin hidrogenat) - regula lui Zaitsev.
B) Dehalogenare:
Proprietățile chimice ale alchenelor.
Proprietățile alchenelor sunt determinate de prezența unei legături multiple, prin urmare alchenele intră în reacții de adiție electrofile, care au loc în mai multe etape (H-X - reactiv):
etapa 1:
a 2-a etapa:
.
Ionul de hidrogen din acest tip de reacție aparține atomului de carbon care are o sarcină mai negativă. Distribuția densității este:
Dacă substituentul este un donor, ceea ce manifestă efectul +I-, atunci densitatea electronică se deplasează către atomul de carbon cel mai hidrogenat, creând asupra acestuia o sarcină parțial negativă. Reacțiile merg conform regula lui Markovnikov: la unirea unor molecule polare ca NH (HCI, HCN, HOH etc.) la alchenele nesimetrice, hidrogenul se atașează de preferință de atomul de carbon mai hidrogenat la dubla legătură.
A) Reacții de adiție:
1) Hidrohalogenare:
Reacția urmează regula lui Markovnikov. Dar dacă peroxidul este prezent în reacție, atunci regula nu este luată în considerare:
2) Hidratarea. Reacția urmează regula lui Markovnikov în prezența acidului fosforic sau sulfuric:
3) Halogenare. Ca rezultat, apa de brom devine decolorată - aceasta este o reacție calitativă la o legătură multiplă:
4) Hidrogenarea. Reacția are loc în prezența catalizatorilor.
Nesaturatele includ hidrocarburile care conțin legături multiple între atomii de carbon din moleculele lor. Sunt nelimitate alchene, alchine, alcadiene (poliene). Hidrocarburile ciclice care conțin o dublă legătură în ciclu (cicloalchene), precum și cicloalcanii cu un număr mic de atomi de carbon în ciclu (trei sau patru atomi) au și ele un caracter nesaturat. Proprietatea de „nesaturare” este asociată cu capacitatea acestor substanțe de a intra reacții de adiție, în principal hidrogen, cu formarea de hidrocarburi saturate sau saturate - alcani.
Structura alchenelor
Hidrocarburi aciclice care conțin în moleculă, pe lângă legăturile simple, o legătură dublă între atomi de carbon și corespunzătoare formulei generale CnH2n.
Al doilea nume este olefine- alchenele au fost obținute prin analogie cu acizii grași nesaturați (oleic, linoleic), ale căror resturi fac parte din grăsimi lichide - uleiuri (din engleză ulei - ulei).
Atomii de carbon care au o dublă legătură între ei sunt într-o stare sp 2 -hibridare. Aceasta înseamnă că un orbital s și doi p participă la hibridizare, iar un orbital p rămâne nehibridat.
Suprapunerea orbitalilor hibrizi duce la formarea unei legături σ, iar datorită orbitalilor p nehibridați ai atomilor de carbon vecini, se formează o a doua legătură π. Astfel, o legătură dublă constă dintr-un singur σ- și o legătură π.
Orbitalii hibrizi ai atomilor care formează o legătură dublă sunt în același plan, iar orbitalii care formează o legătură π sunt perpendiculari pe planul moleculei.
Legătura dublă (0,132 nm) este mai scurtă decât legătura simplă, iar energia ei este mai mare, deoarece este mai puternică. Cu toate acestea, prezența unei legături π mobile, ușor polarizabile, duce la faptul că alchenele sunt mai active din punct de vedere chimic decât alcanii și sunt capabile să sufere reacții de adiție.
Serii omoloage de alchene
Primii trei membri ai seriei omoloage de alchene sunt gaze, de la C 5 H 10 la C 17 H 34 sunt lichide, iar de la C 18 H 36 sunt solide. Alchenele lichide și solide sunt practic insolubile în apă, dar sunt foarte solubile în solvenți organici.
În conformitate cu regulile IUPAC, sufixul -ene este folosit în numele omologilor unui număr de alchene. Poziția dublei legături este indicată de un număr care indică locația legăturii. Numărul este plasat după numele lanțului principal, separat printr-o cratimă. Numerotarea atomilor dintr-o moleculă de alchenă începe de la capătul de care este cea mai apropiată legătură, de exemplu, o alchenă care corespunde formulei CH 3 −CH 2 −CH=CH−CH 3 ar trebui numită penten-2, deoarece legătura începe de la al doilea atom de carbon, pornind de la lanțurile terminale.
Alchenele neramificate alcătuiesc seria omoloagă de etenă (etilenă): C 2 H 4 - etenă, C 3 H 6 - propenă, C 4 H 8 - butenă, C 5 H 10 - pentenă, C 6 H 12 - hexenă etc.
Izomeria și nomenclatura alchenelor
Pentru alchene, precum și pentru alcani, este caracteristic izomerie structurală. Izomerii structurali diferă între ei în structura scheletului de carbon. Cea mai simplă alchenă, caracterizată prin izomeri structurali, este butena.
Un tip special de izomerie structurală este izomeria poziției dublei legături:
Rotația aproape liberă a atomilor de carbon este posibilă în jurul unei singure legături carbon-carbon, astfel încât moleculele de alcani pot lua o mare varietate de forme. Rotația în jurul legăturii duble este imposibilă, ceea ce duce la apariția unui alt tip de izomerie în alchene - geometric, sau izomerie cis-trans.
Izomerii cis diferă de izomerii trans în aranjarea spațială a fragmentelor moleculare (în acest caz, grupări metil) în raport cu planul legăturii π și, în consecință, în proprietățile lor.
Alchenele sunt izomeri la cicloalcani (izomerie interclasă), de exemplu:
Nomenclatura IUPAC pentru alchene este similară cu cea pentru alcani.
1. Selectarea circuitului principal. Formarea numelui unei hidrocarburi începe cu definirea lanțului principal - cel mai lung lanț de atomi de carbon din moleculă. În cazul alchenelor, lanțul principal trebuie să conțină o legătură dublă.
2. Numerotarea atomilor din lanțul principal. Numerotarea atomilor lanțului principal începe de la capătul de care este cea mai apropiată legătură dublă. De exemplu, numele corect al conexiunii este:
5-metilhexen-2, nu 2-metilhexen-4, așa cum s-ar putea aștepta.
Dacă poziția dublei legături nu poate determina începutul numerotării atomilor din lanț, atunci aceasta este determinată de poziția substituenților în același mod ca și pentru hidrocarburile saturate.
3. Formarea numelui. Denumirile alchenelor sunt formate în același mod ca și numele alcanilor. La sfârșitul denumirii, indicați numărul atomului de carbon la care începe legătura dublă și sufixul -enă, indicând faptul că compusul aparține clasei alchenelor. De exemplu:
Proprietățile fizice ale alchenelor
Primul trei reprezentanţi ai seriei omoloage de alchene- gaze; substanțe din compoziția C 5 H 10 - C 16 H 32 - lichide; Alchenele superioare sunt solide.
Punctele de fierbere și de topire cresc în mod natural odată cu creșterea greutății moleculare a compușilor.
Proprietățile chimice ale alchenelor
Reacții de adaos. Să ne amintim că o trăsătură distinctivă a reprezentanților hidrocarburilor nesaturate - alchene este capacitatea de a intra în reacții de adiție. Cele mai multe dintre aceste reacții au loc în funcție de mecanism adiție electrofilă.
1. Hidrogenarea alchenelor. Alchenele sunt capabile să adauge hidrogen în prezența catalizatorilor de hidrogenare, metale - platină, paladiu, nichel:
Această reacție are loc la presiune atmosferică și ridicată și nu necesită temperatură ridicată, deoarece este exotermă. Când temperatura crește, aceiași catalizatori pot provoca o reacție inversă - dehidrogenare.
2. Halogenare(adăugarea de halogeni). Interacțiunea unei alchene cu apa de brom sau o soluție de brom într-un solvent organic (CCl 4) duce la decolorarea rapidă a acestor soluții ca urmare a adăugării unei molecule de halogen la alchenă și a formării dihaloalcanilor:
3. Hidrohalogenare(adăugarea de halogenură de hidrogen).
Această reacție se supune regula lui Markovnikov:
Când o halogenură de hidrogen se leagă de o alchenă, hidrogenul se atașează de atomul de carbon mai hidrogenat, adică atomul la care există mai mulți atomi de hidrogen, iar halogenul de cel mai puțin hidrogenat.
4. Hidratarea(racord la apă). Hidratarea alchenelor duce la formarea de alcooli. De exemplu, adăugarea de apă la etenă stă la baza uneia dintre metodele industriale de producere a alcoolului etilic:
Vă rugăm să rețineți că alcool primar(cu o grupare hidroxo la carbonul primar) se formează numai în timpul hidratării etenei. Când propena sau alte alchene sunt hidratate, se formează alcooli secundari.
Această reacție decurge, de asemenea, conform regula lui Markovnikov- un cation de hidrogen este atașat unui atom de carbon mai hidrogenat, iar la unul mai puțin hidrogenat se adaugă o grupare hidroxo.
5. Polimerizare. Un caz special de adiție este reacția de polimerizare a alchenelor:
Această reacție de adiție are loc printr-un mecanism de radicali liberi.
Reacții de oxidare.
1. Combustie. Ca orice compuși organici, alchenele ard în oxigen pentru a forma CO 2 și H 2 O:
2. Oxidarea în soluții. Spre deosebire de alcani, alchenele sunt ușor oxidate de soluții de permanganat de potasiu. În soluții neutre sau alcaline, alchenele sunt oxidate în dioli (alcooli dihidroxilici), iar grupările hidroxil sunt adăugate acelor atomi între care a existat o legătură dublă înainte de oxidare:
