Opća formula za alkene je sljedeća. Fizička svojstva alkena, primjena, metode proizvodnje

Prvi predstavnik serije alkena je eten (etilen), da bi se izgradila formula za sljedećeg predstavnika serije, dodajte CH2 grupu u originalnu formulu; ponavljanjem ovog postupka može se stvoriti homologni niz alkena.

CH 2 + CH 2 + CH 2 + CH 2 + CH 2 + CH 2 + CH 2 + CH 2

C 2 H 4 ® C 3 H 6 ® C 4 H 8 ® C 5 H 10 ® C 6 H 12 ® C 7 H 14 ® C 8 H 16 ® C 9 H 18 ® C 10 H 20

Da bi se izgradilo ime alkena, potrebno je promijeniti sufiks u ime odgovarajućeg alkana (s istim brojem atoma ugljenika kao u alkenu) - an na - en (ili - ilen) Na primjer, alkan s četiri atoma ugljika u lancu naziva se butan, a odgovarajući alken buten (butilen). Izuzetak je dekan, odgovarajući alken neće se zvati decene, već decen (decilen). Alken s pet atoma ugljika u lancu, pored naziva penten, naziva se i amilin. Tabela u nastavku prikazuje formule i imena prvih deset predstavnika određenog broja alkena.

Međutim, počevši od trećeg, predstavnik serije alkena - buten, pored verbalnog naziva "buten" nakon njegovog pisanja trebao bi biti i broj 1 ili 2, koji ukazuje na mjesto dvostruke veze u lancu ugljika.

CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH 3 CH 3 - CH \u003d CH - CH 3

buten 1 buten 2

Uz sustavnu nomenklaturu, često se koriste i racionalni nazivi alkena, dok se alkeni smatraju derivatima etilena, u čijoj su molekuli atomi vodika zamijenjeni radikalima, a za osnovu se uzima naziv "etilen".

Na primjer, CH 3 - CH \u003d CH - C 2 H 5 je simetrični metiletilen.

(CH 3) - CH \u003d CH - C 2 H 5 - simetrični etilizopropiletilen.

(CH 3) C - CH \u003d CH - CH (CH 3) 2 - simetrični izopropilizobutiletilen.

Prema sistematskoj nomenklaturi, nezasićeni ugljikovodični radikali nazivaju se dodavanjem sufiksa korijenu - enil: etenil

CH 2 \u003d CH -, propenil-2 CH 2 \u003d CH - CH 2 -. Ali mnogo češće se za te radikale koriste empirijska imena vinil i alil.

Izomerija alkena.

Alkene karakteriše velika količina različite vrste izomerizam.

I) Izomerizam karbonski skelet.

CH 2 \u003d C - CH 2 - CH 2 - CH 3 CH 2 \u003d CH - CH - CH 2 - CH 3

2-metil penten-1 3-metil penten-1

CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH - CH 3

4- metil penten-1

B) Izomerija položaja dvostruke veze.

CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH 3 CH 3 - CH \u003d CH - CH 3

buten-1 buten-2

C) Prostorni (stereoizomerija).

Pozvani su izomeri u kojima su isti supstituenti smješteni na jednoj strani dvostruke veze cis-izomeri, i to na različite načine - trance-izomeri:

H 3 C CH 3 H 3 C H

cis-buten trance-buten

Cis- i trance- izomeri se razlikuju ne samo u prostornoj strukturi, već i u mnogim fizičkim i hemijskim (pa čak i fiziološkim) svojstvima. Trans -Izomeri su stabilniji od cis izomeri... To je zbog veće udaljenosti u prostoru grupa sa atomima vezanim dvostrukom vezom, u slučaju trance- izomeri.

D) Izomerija supstanci različitih klasa organskih jedinjenja.

Izomeri alkena su cikloparafini, koji imaju sličnu opću formulu - C nH 2 n.

CH 3 - CH \u003d CH - CH 3

buten -2

ciklobutan

4. Pronalaženje alkena u prirodi i metode njihovog dobivanja.

Pored alkana, alkeni se u prirodi nalaze i u sastavu nafte, pripadajuće nafte i prirodnih gasova, lignita i uglja uljnih škriljaca.

I) Proizvodnja alkena katalitičkom dehidrogenacijom alkana.

CH 3 - CH - CH 3 ® CH 2 \u003d C - CH 3 + H 2

CH 3 mačka (K 2 O-Cr 2 O 3 -Al 2 O 3) CH 3

B) Dehidracija alkohola pod dejstvom sumporne kiseline ili uz učešće Al 2 O 3(parafazna dehidracija).

etanolH 2 SO 4 (konc.) ethen

C 2 H 5 OH ® CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

etanolAl 2 O 3 ethen

Dehidracija alkohola slijedi pravilo A.M. Zaitsev, prema kojem se vodonik odvaja od najmanje hidrogeniranog atoma ugljenika, odnosno sekundarnog ili tercijarnog.

H 3 C - CH - C ® H 3 C - CH \u003d C - CH 3

3-metilbutanol-2 2-metilbuten

IN) Interakcija haloalkila s lužinama(dehidrohalogeniranje).

H 3 C - C - CH 2 Cl + KOH ® H 3 C - C \u003d CH 2 + H 2 O + KCl

1-hlor 2-metilpropan (alkoholna otopina) 2-metilpropen-1

D) Djelovanje magnezijuma ili cinka na dihalogenirane derivate alkila sa atomima halogena na susjednim atomima ugljenika (dehalogenizacija).

alkohol. t

CH 3 -CHCl-CH 2 Cl + Zn ® CH 3 -CH \u003d CH 2 + ZnCl 2

1,2-dikloropropan propen-1

D) Selektivno hidrogeniranje alkina preko katalizatora.

CH º CH + H2 ® CH2 \u003d CH2

etin ethen

5. Fizička svojstva alkeni.

Prva tri predstavnika homologne serije etilena su plinovi.

Od C 5 H 10 do C 17 H 34 - tečnosti, počevši od C 18 H 36 i dalje čvrste materije. Kako se molekularna težina povećava, tačke topljenja i ključanja se povećavaju. Alkeni sa ugljeničnim lancem normalne strukture ključaju na višoj temperaturi od njihovih izomera koji imaju izostrukturu. Temperatura vrenja cis- izomeri veći od trance- izomeri, a tačka topljenja je suprotna. Alkeni su niskopolarni, ali lako polarizirani. Alkeni su slabo topljivi u vodi (ali bolji od odgovarajućih alkana). Dobro se rastvaraju u organskim rastvaračima. Etilen i propilen sagorevaju uzavrelim plamenom.

Tabela u nastavku prikazuje osnovna fizička svojstva nekih predstavnika niza alkena.

Alken	Formula	t pl. U međuvremenu, oko toga nema potrebe brinuti. " o C	t bala U međuvremenu, oko toga nema potrebe brinuti. " o C	d 4 20
Eten (etilen)	C 2 H 4	-169,1	-103,7	0,5700
Propen (propilen)	C 3 H 6	-187,6	-47,7	0,6100 (at t (bala))
Buten (butilen-1)	C 4 H 8	-185,3	-6,3	0,5951
cis- Buten-2	C 4 H 8	-138,9	3,7	0,6213
trance- Buten-2	C 4 H 8	-105,5	0,9	0,6042
Izobutilen (2-metilpropen)	C 4 H 8	-140,4	-7,0	0,6260
Pentene-1 (amilen)	C 5 H 10	-165,2	+30,1	0,6400
Heksen-1 (heksilen)	C 6 H 12	-139,8	63,5	0,6730
Hepten-1 (heptilen)	C 7 H 14	-119	93,6	0,6970
Okten-1 (oktilin)	C 8 H 16	-101,7	121,3	0,7140
Nonen-1 (nonilen)	C 9 H 18	-81,4	146,8	0,7290
Decene-1 (decilen)	C 10 H 20	-66,3	170,6	0,7410

6. Hemijska svojstva alkena.

I) Dodavanje vodonika (hidrogeniranje).

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ® CH 3 - CH 3

ethen etan

B) 6 interakcije s halogenima(halogeniranje).

U alkene je lakše dodati hlor i brom, teže - jod

CH 3 - CH \u003d CH 2 + Cl 2 ® CH 3 - CHCl - CH 2 Cl

propilen 1,2-dikloropropan

IN) Dodatak halogenida halogenida (hidrohalogeniranje)

Dodavanje halogenida halogenida alkenima u normalnim uvjetima odvija se prema pravilu Markovnikova: u jonskom dodavanju halogenida halogenida asimetričnim alkenima (u normalnim uslovima), vodik se dodaje na mestu dvostruke veze najviše hidrogeniranom (povezanom sa najvećim brojem atoma vodonika) atomu ugljenika, a halogen - najmanje hidrogeniranom .

CH 2 \u003d CH 2 + HBr ® CH 3 - CH 2 Br

eten brometan

D) Pričvršćivanje vode na alkene (hidratacija).

Dodavanje vode alkenima također se odvija prema pravilu Markovnikova.

CH 3 - CH \u003d CH 2 + H - OH ® CH 3 - CHOH - CH 3

propen-1 propanol-2

E) Alkilacija alkana alkenima.

Alkilacija je reakcija kojom se različiti radikali ugljikovodika (alkili) mogu uvesti u molekule organskih spojeva. Kao alkilirajuća sredstva koriste se haloalkili, nezasićeni ugljikovodici, alkoholi i drugi. organska materija... Na primjer, u prisustvu koncentrirane sumporne kiseline, reakcija alkilacije izobutana s izobutilenom aktivno traje:

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O ® 3CH 2 OH - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

eten etilen glikol

(etandiol-1,2)

Cepanje molekule alkena na mestu dvostruke veze može dovesti do stvaranja odgovarajuće karboksilne kiseline ako se koristi energetsko oksidirajuće sredstvo (koncentrovana azotna kiselina ili smeša hroma).

HNO 3 (konc.)

CH 3 - CH \u003d CH - CH 3 ® 2CH 3 COOH

buten-2 etanska kiselina (octena kiselina)

Oksidacija etilena atmosferskim kiseonikom u prisustvu metalnog srebra dovodi do stvaranja etilen oksida.

2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 ® 2CH 2 - CH 2

I) Reakcija polimerizacije alkena.

nCH 2 \u003d CH 2 ® [–CH 2 - CH 2 -] n

etilen mačka polietilen

7.Primjena alkena.

A) Rezanje i zavarivanje metala.

B) Proizvodnja boja, rastvarača, lakova, novih organskih supstanci.

C) Proizvodnja plastike i drugih sintetičkih materijala.

D) Sinteza alkohola, polimera, gume

E) Sinteza lijekova.

IV. Dijenski ugljovodonici(alkadiene ili diolefini) su nezasićeni kompleks organska jedinjenja sa općom formulom C nH 2 n -2koji sadrži dvije dvostruke veze između atoma ugljenika u lancu i sposoban je da veže molekule vodonika, halogena i drugih jedinjenja zbog valentne nezasićenja atoma ugljenika.

Prvi predstavnik niza dienih ugljikovodika je propadien (alen). Struktura dienih ugljikovodika slična je strukturi alkena, jedina razlika je u tome što u molekulama diena ugljovodonika postoje dvije dvostruke veze, a ne jedna.

Alkene karakteriziraju prvenstveno reakcije pridruživanjedvostruka veza. U osnovi, ove reakcije prate jonski mehanizam. Prekinuta je Pi veza i formirane su dvije nove sigma veze. Podsjećam da su reakcije supstitucije bile tipične za alkane i odvijale su se radikalnim mehanizmom. Molekuli vodonika mogu se pridružiti alkenima; ove reakcije se nazivaju hidrogeniranje, molekuli vode, hidratacija, halogeni - halogeniranje, halogenidi vodonika - hidrohalogeniranje. Ali prvo najprije.

Reakcije dvostruke veze

Dakle, prvihemijska svojstva - sposobnost vezivanja halogenida halogenida, hidrohalogeniranje.

Propen i drugi alkeni reagiraju s vodikovim halogenidima prema pravilu Markovnikova.

Atom vodonika vezan je za hidrogenirani, tačnije hidrogenizovani atom ugljenika.

Sekundabroj na našem popisu svojstava bit će hidratacija, dodavanje vode.

Reakcija se odvija zagrijavanjem u prisustvu kiseline, obično sumporne ili fosforne. Dodavanje vode također se događa prema pravilu Markovnikova, odnosno primarni alkohol može se dobiti samo hidratacijom etilena, a preostali nerazgranati alkeni daju sekundarne alkohole.

I za hidrohalogeniranje i za hidrataciju postoje izuzeci od pravila Markovnikova. Prvo, protiv ovog pravila, dodavanje se nastavlja u prisustvu peroksida.

Drugo, za derivate alkena u kojima su prisutne elektronske akceptorske grupe. Na primjer, za 3,3,3-trifluoropropen-1.

Atomi fluora, zbog svoje velike elektronegativnosti, povlače gustinu elektrona duž lanca sigma-veze. To se naziva negativnim induktivnim efektom.

Zbog toga su pokretni pi-elektroni dvostruke veze pomaknuti i krajnji atom ugljika ima djelomični pozitivni naboj, koji se obično označava kao delta plus. U njega će ići negativno nabijeni bromov ion, a kation vodika pridružit će se najmanje hidrogeniranom atomu ugljenika.

Uz trifluorometilnu skupinu, na primjer, triklorometilna grupa, nitro grupa, karboksilna grupa i neke druge imaju negativan induktivni učinak.

Ovaj drugi slučaj kršenja pravila Markovnikov na ispitu vrlo je rijedak, ali ipak je poželjno imati ga na umu ako planirate položiti ispit za maksimalan broj bodova.

Trećehemijska svojstva - dodavanje molekula halogena.

Prije svega, ovo se odnosi na brom, jer je ova reakcija kvalitativna za višestruku vezu. Na primjer, kada etilen prođe kroz bromnu vodu, odnosno smeđu otopinu broma u vodi, on postaje bez boje. Ako propustite smjesu plinova, na primjer, etana i etena, kroz bromnu vodu, možete dobiti čisti etan bez primjese etena, jer će on ostati u reakcijskoj tikvici u obliku dibrometana, koji je tekućina.

Na poseban način treba zabilježiti reakciju alkena u plinskoj fazi s jakim zagrijavanjem, na primjer s klorom.

U tim uvjetima ne dolazi do reakcije adicije, već reakcije supstitucije. Štaviše, samo na alfa atomu ugljenika, odnosno atomu uz dvostruku vezu. U ovom slučaju se dobija 3-kloropropen-1. Te su reakcije rijetke na ispitu, pa ih se većina učenika ne sjeća i ima tendenciju griješiti.

Četvrtobroj je reakcija hidrogeniranja, a s njom i reakcija dehidrogenacije. Odnosno dodavanje ili uklanjanje vodonika.

Hidrogeniranje se odvija na ne baš visokim temperaturama na katalizatoru nikla. Na višim temperaturama, dehidrogenacijom se mogu dobiti alkini.

Petisvojstvo alkena je sposobnost polimerizacije, kada stotine i hiljade molekula alkena tvore vrlo dugačke i čvrste lance uslijed pucanja pi-veze i međusobnog stvaranja sigma-veza.

U ovom slučaju rezultat je polietilen. Imajte na umu da u rezultirajućoj molekuli nema višestrukih veza. Takve se tvari nazivaju polimeri, matične molekule nazivaju monomeri, ponavljajući fragment je osnovna jedinica polimera, a broj n je stupanj polimerizacije.

Moguće su i reakcije na proizvodnju drugih važnih polimernih materijala, na primjer polipropilena.

Drugi važan polimer je polivinilklorid.

Polazni materijal za proizvodnju ovog polimera je kloroeten, čiji je trivijalni naziv vinil hlorid. Zato što se ovaj nezasićeni supstituent naziva vinil. Uobičajena skraćenica na plastičnim proizvodima, PVC, označava polivinilklorid.

Razgovarali smo o pet svojstava koja su bile reakcije dodavanja dvostrukih veza. Sada ćemo se okrenuti reakcijama oksidacija.

Reakcije oksidacije alkena

Šestohemijsko svojstvo na našoj općoj listi je blaga oksidacija ili Wagnerova reakcija. Javlja se kada je alken na hladnom izložen vodenoj otopini kalijum permanganata, pa je u ispitnim zadacima često naznačena temperatura od nula stepeni.

Rezultat je dihidrični alkohol. U ovom slučaju, etilen glikol, i općenito, takvi alkoholi jesu zajedničko ime glikoli. Tokom reakcije ljubičasto-ružičasta otopina permanganata postaje bez boje, stoga je ova reakcija takođe kvalitativna za dvostruku vezu. Mangan se u neutralnom medijumu redukuje iz oksidacionog stanja od +7 do oksidacionog stanja od +4. Pogledajmo još nekoliko primjera. JEDNAČENJE

Ovo je propandiol-1,2. Međutim, ciklični alkeni reagirat će na isti način. JEDNAČENJE

Druga opcija kada je dvostruka veza, na primjer, u bočnom lancu aromatični ugljikovodici... Redovito se u zadacima ispita susreće Wagnerova reakcija uz sudjelovanje stirena, njegovo drugo ime je vinilbenzen.

Nadam se da sam vam dao dovoljno primjera da shvatite da blaga oksidacija dvostruke veze uvijek slijedi prilično jednostavno pravilo - pi veza se prekida i na svaki ugljik je vezana hidroksi grupa.

Sada za jaku oksidaciju. Ovo će biti naše sedmiimovine. Do ove oksidacije dolazi kada alken pri zagrijavanju reagira s kiselom otopinom kalijum permanganata.

Do destrukcije molekule dolazi, odnosno do njenog uništavanja duž dvostruke veze. U slučaju butena-2, dobijene su dvije molekule sirćetna kiselina... Generalno, po produktima oksidacije može se suditi o položaju višestruke veze u lancu ugljenika.

Oksidacijom butena-1 nastaju molekula propionske (propanojske) kiseline i ugljen-dioksid.

U slučaju etilena, postoje dva molekula ugljen-dioksida. U svim slučajevima, u kiselom mediju mangan se redukuje iz oksidacionog stanja +7 na +2.

I na kraju osmisvojstvo - potpuna oksidacija ili sagorijevanje.

Alkeni izgaraju, poput ostalih ugljikovodika, na ugljični dioksid i vodu. Napišimo jednadžbu sagorijevanja alkena u opštem obliku.

Molekula ugljičnog dioksida bit će onoliko koliko ima atoma ugljika u molekuli alkena, jer molekula CO 2 sadrži jedan atom ugljika. Odnosno n molekula CO 2. Molekula vode bit će upola manje od atoma vodonika, to jest 2n / 2, što znači samo n.

Atomi kiseonika lijevo i desno su isti broj. S desne strane nalazi se 2n ugljen-dioksida plus n vode, ukupno 3n. S lijeve strane nalazi se jednak broj atoma kiseonika, što znači da postoji polovina molekula, jer molekula sadrži dva atoma. To je 3n / 2 molekula kiseonika. Može se snimiti 1,5n.

Razmotrili smo osamhemijska svojstva alkena.

Nezasićeni ugljikovodici su oni koji sadrže višestruke veze između atoma ugljenika u molekulama. Neograničeno je alkeni, alkini, alkadijeni (polieni)... Ciklični ugljikovodici koji sadrže dvostruku vezu u ciklusu ( cikloalkeni), kao i cikloalkani sa malim brojem atoma ugljenika u prstenu (tri ili četiri atoma). Svojstvo "nezasićenja" povezano je sa sposobnošću ovih supstanci da ulaze u reakcije adicije, prvenstveno vodonika, sa stvaranjem zasićenih ili zasićenih ugljovodonika - alkana.

Struktura alkena

Aciklični ugljikovodici koji sadrže u molekuli, osim jednostrukih veza, i dvostruku vezu između atoma ugljenika i odgovaraju općoj formuli SN2n. Njegovo drugo ime je olefini - alkeni su dobijeni analogno nezasićenim masnim kiselinama (oleinska, linolna), čiji su ostaci dio tečnih masti - ulja.
Atomi ugljenika, između kojih postoji dvostruka veza, nalaze se u sp 2-hibridizacijskom stanju. To znači da su jedna s i dvije p orbitale uključene u hibridizaciju, dok jedna p orbitala ostaje nehibridizirana. Preklapanje hibridnih orbitala dovodi do stvaranja σ-veze, a zbog nehibridiziranih p-orbitala
sa susjednim atomima ugljenika nastaje druga, π-veza. Dakle, dvostruka veza se sastoji od jedne σ- i jedne π - veze. Hibridne orbitale atoma koji tvore dvostruku vezu nalaze se u istoj ravni, a orbitali koji čine π-vezu smješteni su okomito na ravninu molekule. Dvostruka veza (0,132 njih) kraća je od jednostruke veze i njena je energija veća, jer je trajnija. Ipak, prisustvo pokretne, lako polarizirajuće π-veze dovodi do činjenice da su alkeni kemijski aktivniji od alkana i da mogu ući u reakcije adicije.

Struktura etilena

Dvostruke veze u alkenima

Homološke serije etena

Nerazgranati alkeni tvore homologni niz etena ( etilen): C 2 H 4 - eten, C 3 H 6 - propen, C 4 H 8 - buten, C 5 H 10 - penten, C 6 H 12 - heksen, C 7 H 14 - hepten itd.

Izomerija alkena

Alkene karakterizira strukturna izomerija. Strukturni izomeri se međusobno razlikuju u strukturi karbonskog skeleta. Najjednostavniji alken sa strukturnim izomerima je buten:

Posebna vrsta strukturne izomerije je izomerija položaja dvostruke veze:

Alkeni su izomerni cikloalkanima (međurazredna izomerija), na primjer:

Gotovo slobodno okretanje atoma ugljenika je moguće oko jedne veze ugljenik-ugljenik, tako da molekuli alkana mogu poprimiti širok spektar oblika. Rotacija oko dvostruke veze je nemoguća, što dovodi do pojave druge vrste izomerije u alkenima - geometrijske ili cis i transizomerizam.

Cis izomeri razlikuju se od trans izomeri prostorni raspored fragmenata molekule (u ovom slučaju, metilnih grupa) u odnosu na ravninu π-veze, a time i svojstva.

Alkenska nomenklatura

1. Izbor glavnog kruga. Stvaranje imena ugljikovodika započinje definicijom glavnog lanca - najdužeg lanca atoma ugljika u molekuli. U slučaju alkena, glavni lanac mora sadržavati dvostruku vezu.
2. Numeracija atoma glavnog lanca. Numeracija atoma glavnog lanca započinje od kraja kojem je dvostruka veza bliža.
Na primjer, ispravno ime veze je:

Ako je položajem dvostruke veze nemoguće odrediti početak numeriranja atoma u lancu, onda se to određuje položajem supstituenata na isti način kao i za zasićene ugljikovodike.

3. Formiranje imena. Na kraju imena navedite broj atoma ugljenika na kojem započinje dvostruka veza i sufiks -en, što ukazuje da spoj pripada klasi alkena. Na primjer:

Fizička svojstva alkena

Prva tri predstavnika homologne serije alkena su plinovi; supstance sastava S5N10 - S16N32 - tečnosti; viši alkeni su čvrste materije.
Tačke ključanja i topljenja prirodno se povećavaju povećanjem molekularne težine jedinjenja.

Hemijska svojstva alkena

Reakcije adicije... Podsjetimo da je karakteristična karakteristika predstavnika nezasićenih ugljikovodika - alkena sposobnost ulaska u reakcije adicije. Većina ovih reakcija odvija se prema mehanizmu elektrofilna veza.
1. Hidrogeniranje alkena. Alkeni su u stanju da dodaju vodonik u prisustvu katalizatora hidrogenacije, metala - platine, paladija, nikla:

Ova reakcija se odvija na atmosferskim i visok krvni pritisak i ne zahtijeva visoke temperaturejer je egzotermno. Kada temperatura poraste na istim katalizatorima, može doći do obrnute reakcije - dehidrogenacije.

2. Halogenizacija (dodavanje halogena)... Reakcija alkena sa bromnom vodom ili otopinom broma u organskom rastvaraču (CC14) dovodi do brzog obojenja ovih otopina kao rezultat dodavanja molekule halogena alkenu i stvaranja dihaloalkana.
3. Hidrohalogeniranje (dodavanje halogenida vodonika).

Ova reakcija se pokorava
Kada je halogenid vodika vezan za alken, vodik je vezan za hidrogeniraniji atom ugljenika, tj. Atom sa više atoma vodonika, a halogen - za manje hidrogenirani atom.

4. Hidratacija (dodavanje vode). Hidratacija alkena dovodi do stvaranja alkohola. Na primjer, dodavanje vode etenu čini osnovu jedne od industrijskih metoda za proizvodnju etilnog alkohola.

Primijetite da se primarni alkohol (s hidroksilnom skupinom na primarnom ugljenu) stvara samo kada je eten hidratiziran. Kada su propen ili drugi alkeni hidratizirani, sekundarni alkoholi.

Ova reakcija se takođe odvija u skladu s pravilom Markovnikova - kation vodonika je vezan za hidrogeniraniji atom ugljenika, a hidrokso grupa za manje hidrogenirani atom.
5. Polimerizacija. Posebna prilika dodatak je reakcija polimerizacije alkena:

Ova reakcija dodavanja odvija se kroz mehanizam slobodnih radikala.
Reakcije oksidacije.
1. Sagorijevanje. Kao i bilo koja organska jedinjenja, alkeni sagorijevaju u kisiku stvaranjem SO2 i N2O:

2. Oksidacija u rastvorima. Za razliku od alkana, alkeni se lako oksidiraju dejstvom otopina kalijum permanganata. U neutralnim ili alkalnim rastvorima alkeni se oksidiraju u diole (dihidrični alkoholi) i hidroksilne grupe pridružiti one atome između kojih je postojala dvostruka veza prije oksidacije:

Alkeni su nezasićeni alifatski ugljikovodici s jednom ili više dvostrukih veza ugljik-ugljik. Dvostruka veza transformiše dva atoma ugljenika u ravnu strukturu sa uglovima veze između susednih veza na 120 ° C:

Homologni niz alkena ima opću formulu; njegova prva dva člana su eten (etilen) i propen (propilen):

Članovi serije alkena sa četiri ili više atoma ugljenika pokazuju izomerizam položaja veze. Na primjer, alken formule ima tri izomera, od kojih su dva izomeri položaja veze:

Imajte na umu da je alkanski lanac numeriran s tog kraja, koji je bliži dvostrukoj vezi. Položaj dvostruke veze označen je donjim od dva broja, koji odgovaraju dvama atomima ugljenika vezanim dvostrukom vezom. Treći izomer ima razgranatu strukturu:

Broj izomera bilo kojeg alkena povećava se s povećanjem broja atoma ugljenika. Na primjer, heksen ima tri izomera položaja veze:

dieni je buta-1,3-dien, ili samo butadien:

Jedinjenja koja sadrže tri dvostruke veze nazivaju se trieni. Jedinjenja sa višestrukim dvostrukim vezama zajednički se nazivaju polieni.

Fizička svojstva

Alkeni imaju nešto niže tačke topljenja i ključanja od njihovih odgovarajućih alkana. Na primjer, pentan ima tačku ključanja. Izomeri etilena, propena i tri butena su plinoviti na sobnoj temperaturi i normalnom pritisku. Alkeni s brojem atoma ugljenika od 5 do 15 u normalnim su uvjetima u tečnom stanju. Njihova hlapljivost, poput alkana, povećava se prisutnošću grananja u lancu ugljenika. Alkeni s više od 15 atoma ugljenika su čvrste supstance u normalnim uvjetima.

Dobivanje u laboratorijskim uslovima

Dvije glavne metode za pripremu alkena u laboratoriju su dehidracija alkohola i dehidrohalogeniranje haloalkana. Na primjer, etilen se može dobiti dehidratacijom etanola djelovanjem viška koncentrirane sumporne kiseline na temperaturi od 170 ° C (vidjeti odjeljak 19.2):

Etilen se takođe može dobiti iz etanola propuštanjem para etanola preko površine zagrijane glinice. U tu svrhu možete koristiti instalaciju shematski prikazanu na sl. 18.3.

Druga široko rasprostranjena metoda za dobivanje alkena zasniva se na dehidrohalogeniranju haloalkana u osnovnim uslovima katalize.

Mehanizam ove vrste reakcije eliminacije opisan je u pogl. 17.3.

Reakcije alkena

Alkeni imaju mnogo više reaktivnostnego alkani. To je zbog sposobnosti dvostrukih veza-elektrona da privuku elektrofile (vidi Odjeljak 17.3). Stoga su karakteristične reakcije alkena uglavnom reakcije elektrofilnog dodavanja na dvostrukoj vezi:

Mnoge od ovih reakcija imaju jonske mehanizme (vidi odjeljak 17.3).

Hidrogeniranje

Ako se bilo koji alken, na primjer etilen, pomiješa s vodikom i ta smjesa prođe preko površine platinskog katalizatora na sobnoj temperaturi ili nikalnog katalizatora na temperaturi od oko 150 ° C, tada će doći do dodavanja

vodonik na dvostrukoj vezi alkena. Ovo stvara odgovarajući alkan:

Ova vrsta reakcije je primjer heterogene katalize. Njegov mehanizam je opisan u pogl. 9.2 i shematski prikazano na sl. 9.20.

Pričvršćivanje halogena

Na dvostrukoj vezi alkena lako se vežu hlor ili brom; ova se reakcija odvija u nepolarnim rastvaračima kao što je tetraklorometan ili heksan. Reakcija se odvija jonskim mehanizmom, koji uključuje stvaranje karbokacije. Dvostruka veza polarizira molekulu halogena, pretvarajući je u dipol:

Zbog toga otopina broma u heksanu ili tetrahlorometanu postaje obojena kada se protrese s alkenom. Isto se događa kada se alken protrese bromnom vodom. Bromna voda je otopina broma u vodi. Ova otopina sadrži hipobromnu kiselinu. Molekul hipobromne kiseline veže se na dvostruku vezu alkena, a rezultat je bromo alkohol. na primjer

Veza vodikovih halogenida

Mehanizam reakcije ovog tipa opisan je u pogl. 18.3. Kao primjer, uzmite u obzir dodavanje hidrogenhlorida propenu:

Imajte na umu da je produkt ove reakcije 2-kloropropan, a ne 1-kloropropan:

U takvim reakcijama adicije, najelektronegativniji atom ili najelektronegativnija grupa uvijek je vezan za atom ugljenika za koji je vezan

najmanji broj atoma vodonika. Ovaj obrazac naziva se pravilom Markovnikova.

Poželjna vezanost elektronegativnog atoma ili grupe na atom ugljenika vezan za najmanji broj atoma vodonika je zbog povećane stabilnosti karbokacije kako se povećava broj alkilnih supstituenata na ugljeniku. Ovo povećanje stabilnosti, pak, objašnjava se induktivnim učinkom koji nastaje u alkilnim skupinama, jer su oni donatori elektrona:

U prisustvu bilo kojeg organskog peroksida, propen reagira s bromovodonikom, stvarajući, tj. Ne prema pravilu Markovnikova. Takav proizvod naziva se anti-Markovnikov. Nastaje kao rezultat radikalne reakcije, a ne jonskog mehanizma.

Hidratacija

Alkeni reagiraju sa hladnom koncentrovanom sumpornom kiselinom dajući alkil hidrogen sulfate. na primjer

Ova reakcija je dodatak, jer uključuje dodavanje kiseline dvostrukom vezom. Obrnuta je reakcija na dehidraciju etanola da bi se dobio etilen. Mehanizam ove reakcije sličan je mehanizmu dodavanja halogenida vodonika na dvostrukoj vezi. Uključuje nastanak srednjeg karbokationa. Ako se produkt ove reakcije razrijedi vodom i pažljivo zagrije, hidrolizira se dajući etanol:

Reakcija dodavanja sumporne kiseline na alkene poštuje Markovnikovljevo pravilo:

Reakcija sa zakiseljenom otopinom kalijum permanganata

Ljubičasta boja zakiseljene otopine kalijum permanganata nestaje ako se ova otopina promućka u smjesi s bilo kojim alkenom. Alken je hidroksiliran (uvođenje hidroksi grupe koja nastaje kao rezultat oksidacije), koja se pretvara u diol. Na primjer, kada se višak količine etilena protrese zakiseljenom otopinom, nastaje etan-1,2-diol (etilen glikol)

Ako se alken protrese s prekomjernom količinom otopine β-iona, oksidativna razgradnja alken, što dovodi do stvaranja aldehida i ketona:

Nastali aldehidi podvrgavaju se daljoj oksidaciji da bi stvorili karboksilne kiseline.

Hidroksilacija alkena da bi se stvorili dioli takođe se može izvršiti upotrebom alkalna otopina kalijum permanganat.

Reakcija s perbenzojevom kiselinom

Alkeni reagiraju s peroksijakiselinama (perakiselinama), poput perbenzojeve kiseline, dajući cikličke etere (epoksidna jedinjenja). na primjer

Kada se epoksietan pažljivo zagrije razrijeđenom otopinom kiseline, nastaje etan-1,2-diol:

Reakcije sa kiseonikom

Kao i svi ostali ugljikovodici, i alkeni sagorijevaju i, s obilnim pristupom zraku, stvaraju ugljični dioksid i vodu:

Uz ograničeni pristup vazduhu, sagorijevanje alkena dovodi do stvaranja ugljičnog monoksida i vode:

Budući da alkeni imaju veći relativni sadržaj ugljenika od odgovarajućih alkana, oni sagorijevaju stvarajući dimniji plamen. To je zbog stvaranja čestica ugljika:

Ako bilo koji alken pomiješate s kisikom i propustite ovu smjesu preko površine srebrnog katalizatora, nastaje epoksietan na temperaturi od oko 200 ° C:

Ozonoliza

Kada se plinoviti ozon propušta kroz otopinu alkena u triklorometanu ili tetrahlorometanu na temperaturama ispod 20 ° C, nastaje ozonid odgovarajućeg alkena (oksirana)

Ozonidi su nestabilna jedinjenja i mogu biti eksplozivni. Oni se podvrgavaju hidrolizi da bi stvorili aldehide ili ketone. na primjer

U ovom slučaju, dio metanala (formaldehida) reagira s vodikovim peroksidom dajući metansku (mravlju) kiselinu:

Polimerizacija

Najjednostavniji alkeni mogu se polimerizirati stvaranjem spojeva visoke molekulske težine koji imaju istu empirijsku formulu kao i izvorni alken:

Ova reakcija odvija se pod visokim pritiskom, temperaturom od 120 ° C i u prisustvu kisika, koji djeluje kao katalizator. Međutim, polimerizacija etilena može se provesti pri nižim tlakovima pomoću Ziegler katalizatora. Jedan od najčešćih Ziegler-ovih katalizatora je smjesa trietilaluminija i titan-tetraklorida.

O polimerizaciji alkena detaljnije se govori u odjeljku 2. 18.3.

Alkenes ( olefini) Jesu li ugljikovodici, čiji molekuli sadrže atome ugljika međusobno povezane dvostruko komunikacija ( nezasićeni ugljikovodici iz serije etilena). Najjednostavniji predstavnik je etilen S 2 N 4, opća formula homolognih serija etilen-ugljovodonika S n N 2n (pri n ≥ 2).

Sistematično naslovi olefini su izvedeni iz korijena imena alkana zamjenom sufiksa - an → – en:

Tradicionalna imena sačuvana su i zamjenom sufiksa - an na - ylen: C 2 H 4 - etilen, C 3 H 6 - propilen, C 4 H 8 - butilen; upotreba imena amilen za alken C 5 H 10 se ne preporučuje.

Položaj dvostruke veze C \u003d C u izomerima strukture (počevši od C4 alkena) označen je brojem poslije naslovi:

Obično se naziva etilen radikal - etenil CH2 \u003d CH - vinil, propen - propenil CH 2 \u003d CH - CH 2 - navodi se alil.

Druga vrsta izomerije u nezasićenim ugljikovodicima, pored strukturne izomerije, javlja se i zato što su atomi ugljenika koji tvore dvostruku vezu u sp 2-hibridnom stanju; σ - komponenta dvostruke veze C \u003d C i σ - veze C - H leže u istoj ravni pod uglom od 120 ° jedna prema drugoj, a π - komponenta dvostruke veze C \u003d C je elektronski oblak izdužen u pravac okomit na ravninu o-veza ... Posljedica ove strukture alkena je mogućnost geometrijska izomerija (ili cis-trans-izomerija) ovisno o položaju supstituenata (atoma ili radikala):

(cis - od lat. "Pored jedne strane" trance - od lat. "Suprotno, na suprotnim stranama").

Alkeni C 2 –C 4 na sobnoj temperaturi su bezbojni plinovi s blagim mirisom ulja, slabo topljivi u vodi; alkeni C 5 -C 18 su tečnosti, alkeni C 19 i više su čvrste materije.

Najvažnija hemijska svojstva alkena određena su činjenicom da se zbog manje čvrstoće π-veze (u odnosu na σ-vezu) lako puca, uslijed čega dolazi do reakcija pridruživanje i nastaju zasićena organska jedinjenja. Takve se reakcije u pravilu odvijaju u blagim uvjetima, često na hladnom i u rastvaračima, na primjer, vodi, tetrakloridom ugljiku CCl 4, itd.:

Interakcija alkena sa bromovodonikom odvija se na sličan način:

Veza halogenida halogenida sa asimetrična alkeni teoretski mogu dovesti do dva proizvodi:

Prema vladavina Markovnikova, dodavanje halogenida halogenida nesimetričnim alkenima odvija se na takav način da se vodik usmjerava na atom ugljika, koji već sadrži veći broj atoma vodonika. U gornjoj reakciji, proizvod je 2 - jodopropan CH 3 CH (I) CH 3.

Prema pravilu Markovnikova i reakcija hidratacije, tj. reakcija dodavanja vode u prisustvu sumporne kiseline. Odvija se u dvije faze:

a) prvo nastaje alkilsulfurna kiselina, tj. u alken se dodaje H2S04:

b) tada dolazi do njegove nepovratne hidrolize:

Alkeni obezboje otopinu kalijum permanganata na hladnom u neutralnom mediju, stvarajući tako glikoli(dihidrični alkoholi):

Alkeni mogu ući reakcije polimerizacije:

Kvalitativne reakcije na alkene – izbjeljivanje bromne vode i otopine KMnO 4 (vidi gornje jednadžbe reakcija).

Alkadienes - nezasićeni ugljikovodici, čiji molekuli sadrže dvije veze C \u003d C. Općenita formula alkadiena C n H 2n - 2 (n ≥ 3), formula je ista kao i za alkine.

Primjeri:

Od velike praktične važnosti su konjugirani dieni, u molekulima kojih su veze C \u003d C odvojene jednom vezom C - C:

Divinyl i izopren - tradicionalna imena.

Divinil je bezbojni plin koji se lako ukapljuje (na -4,5 ° C), izopren je tečnost sa niskim vrenjem (34,1 ° C).

Alkadijeni ulaze u iste reakcije pridruživanjekao alkeni. Konjugirani dieni imaju posebna svojstva, posebno dodatne reakcije; tvore 1,4-adicijske proizvode sa jednom dvostrukom vezom u sredini:

Alkadijeni su sposobni polimerizirati se gume:

Polimetilbutadien kaučuk je polimer koji postoji u prirodi (prirodni kaučuk), a polibutadien kaučuk se dobija umjetno (S.V. Lebedev, 1932) i naziva se sintetička guma.

Primanje: za alkene u industrija koristiti metodu katalitičke dehidrogenacije alkana:

IN laboratorije alkeni dobiti:

1) dehidratacija alkohola (odvajanje vode iz alkohola):

2) dehidrohalogeniranje - uklanjanje halogenida vodonika iz derivata monohalogena pod dejstvom otopine alkoholne lužine:

3) dehalogenizacija - uklanjanje halogena iz derivata dihalogena, u kojima su atomi halogena smješteni na susjednim atomima ugljika:

Industrijski dobivanje divinila:

1) dehidrogenacija butana:

2) lebedevljevim putem - istovremeno uklanjanje vode i vodonika iz etanola na katalizatoru (ZnO / Al 2 O 3):

Alkeni se koriste za organsku sintezu, proizvodnja plastike, umjetnih motornih goriva, dieni ugljikovodici su sirovina u industrijskoj sintezi gume.

Alkyne

Alkin - ugljovodonici sa trostruko veza C≡C u molekulima ( nezasićeni ugljikovodici iz acetilenske serije).Najjednostavniji predstavnik ove serije je acetilen C 2 H 2, opća formula alkina C n H 2n - 2 (za n ≥ 2).

Imena najjednostavnijih alkina:

C 2 H 2 - etin (tradicionalno: acetilen)

C 3 H 4 - propin (metilacetilen)

C 4 H 6 - butin

Izomeri butina:

Acetilen, propin i butin-1 su bezbojni gasovi na sobnoj temperaturi, butin-2 je tečnost sa malim ključanjem, laganog "eteričnog" mirisa.

U alkinima atomske orbitale ugljenika na trostrukoj vezi imaju sp‑hibridizacija (linearna struktura). Prisustvo dvije π-veze određuje njihova hemijska svojstva, posebno visoku sposobnost reagovanja postupnim dodavanjem vodonika, hlora, broma, halogenida halogenida, vode:

(dodavanje HCl hloretenu događa se prema pravilu Markovnikova; hloroten se tradicionalno naziva PVC ili vinil hlorid);

d) Kucherov reakcija (hidratacija na katalizatoru)

Kada ciklizacija nastaje acetilen benzen:

Gore navedeni vinilklorid je sposoban polimerizirati:

Polivinilklorid (PVC) je polimer na bazi plastike, vlakana i filmova, koji se koristi u proizvodnji cijevi, umjetne kože, električne izolacije i pjena.

Kvalitativne reakcije:

1) za alkine bilo koje strukture - promjena boje otopine KMnO 4, najčešće se ugljenični lanac prekida na mjestu trostruke veze (uporedi s alkenima);

2) na alkine s terminalnom trostrukom vezom - supstitucija krajnjeg atoma vodonika za bakar (I) sa stvaranjem svijetlocrvenog taloga:

Primanje: u industrija Acetilen je prethodno dobijen hidrolizom kalcijum dikarbida (acetilenida):

(neugodan miris karbidnog plina uzrokuju nečistoće, uglavnom fosfin PH 3).

Moderan način je piroliza (termička razgradnja) metana:

IN laboratorije za dobivanje acetilena i njegovih homologa koristi se interakcija dihalogeniranih alkana s lužinama u otopini alkohola tijekom zagrijavanja:

(preduvjet - atomi halogena moraju biti na susjednim atomima ugljenika). Ova se reakcija može odvijati u jednoj fazi (kao što je gore prikazano), ali češće u dvije faze:

Alkini, posebno acetilen, koriste se kao sirovina u hemijskoj industriji za mnoge organske sinteze. Pored toga, acetilen, zbog visoke kalorijske vrijednosti:

koristi se za autogeno zavarivanje i rezanje metala.

Arene

Arene su nezasićeni ugljikovodici, koji se mogu smatrati derivatima najjednostavnijeg od njih - benzen C 6 H 6. Opšta formula ugljovodonika homologne serije benzena S n N 2n - 6 (pri n ≥ 6).

U molekulu benzena svi atomi ugljenika su u sp 2-hibridizaciji, sa kojim je povezan svaki atom ugljenika jedan avion σ-veze sa dva druga atoma ugljenika i jednim atomom vodonika. Atom ugljenika i dalje ima oblak četvrtog valentnog elektrona koji se nalazi okomito avion. Ovi oblaci sudjeluju u stvaranju π-veze, a u molekuli se ne stvaraju tri odvojene π-veze (kao što se prethodno mislilo, vidi Kekuleovu formulu, 1865), već jedna π-veza sa šest centara (C 6) (svi atomi su ekvivalentni):

Kekuleova formula se često koristi u slučajevima kada je potrebno jasnije predstaviti tok reakcije koja uključuje benzenski prsten C 6; njegova slika:

U obje formule izostavljeni su C atomi prstena i H atomi koji ne sudjeluju u reakciji (radi kratkoće). Neki od najjednostavnijih homologa benzena:

Nazvan je benzenski radikal C 6 H 5 fenil, toluenski radikal S 6 N 5 SN 2 - benzil.

Benzen i njegovi najbliži homolozi su bezbojne tečnosti, ali karakterističnog mirisa imaju širok raspon tečnog stanja. Praktično nerastvorljiv u vodi, ali se dobro međusobno miješa i sa drugim organskim rastvaračima. Pare benzena su vrlo toksične.

Uprkos formalnoj nezasićenosti, benzen je vrlo otporan na zagrijavanje i oksidaciju (samo bočni lanac je oksidiran u homologima benzena). Reakcije su karakteristične za benzen zamjene:

i) nitriranje u prisustvu koncentrirane sumporne kiseline na hladnoći:

b) halogeniranje u prisustvu halogenida željeza (III):

u) alkilacija u prisustvu aluminijum hlorida:

Oni ilustriraju posebnu prirodu nezasićenja benzena i njegovih homologa hemijska svojstva i naziva se "aromatičnim" likom.

U derivatima benzena, atom ili grupa koja zamenjuje vodonikov prsten i sam benzenski prsten utiču jedni na druge. Po prirodi uticaja postoje:

1) supstituenti prve vrste - CI, Br, I, CH 3, C n H 2n + 1, OH i NH 2. Oni olakšavaju daljnje reakcije supstitucije i usmjeravaju drugi supstituent prema sebi orto- (o- ili 2-) položaj i u par- (str-, ili 4-) položaj [da zapamtite: ousta - ocolo, strara - strrotacijski], na primjer:

2) supstituenti druge vrste - NO 2, C (H) O, COOH i CN. One ometaju daljnje reakcije supstitucije i usmjeravaju drugi supstituent na meta- (m-, ili 3-) položaj, na primjer:

Očito postoje dvije orto-pozicije pored prvog zamjenika X, dva meta- položaji odvojeni od prvog supstituenta jednim ugljenikom u prstenu i samo jednim par- položaj kroz dva atoma ugljenika u benzenskom prstenu:

Već je primijećeno da je benzen otporan na oksidaciju čak i kada je izložen jakim oksidansima. Homolozi benzena s jednim bočnim radikalom reagiraju oksidacija samo nauštrb radikala; u ovom slučaju, bez obzira na njegovu dužinu, odijeljen je čitav lanac, osim atoma ugljenika najbližeg prstenu (stvara karboksilnu skupinu):

U teškim uvjetima benzen reagira pridruživanje:

Stiren C 6 H 5 –CH \u003d CH 2 poput etilena lako se polimerizira:

Polistiren - termoplastična plastika (termoplastika), prozirni materijal koji omekšava na temperaturama iznad 80 ° C. Koristi se za proizvodnju izolacije električnih žica, posuđa za jednokratnu upotrebu, ambalažne mase (pjene).

Prijem areni - aromatizacija alifatskih i alicikličnih ugljikovodika sadržanih u naftnim ili lignitnim benzinskim frakcijama:

1) dehidrogenacija:

2) dehidrociklizacija:

3) trimerizacija acetilen (zastarjela metoda):

Benzen i njegovi homolozi koriste se kao rastvarači niske polarnosti (za gumu, smole laka, polimere), sirovine u organskoj sintezi.