Splošna formula za alkene je naslednja. Fizikalne lastnosti alkenov, uporaba, proizvodne metode

Prvi predstavnik serije alkenov je eten (etilen). Če želite zgraditi formulo za naslednjega predstavnika serije, v prvotno formulo dodajte skupino CH2; s ponovitvijo tega postopka lahko tvorimo homologno vrsto alkenov.

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

Če želite zgraditi ime alkena, morate spremeniti pripono v imenu ustreznega alkana (z enakim številom atomov ogljika kot v alkenu) - an na - en (ali - ilen) Na primer alkan s štirimi atomi ogljika v verigi imenujemo butan, ustrezni alken pa buten (butilen). Izjema je dekan, ustrezni alken se ne bo imenoval decene, ampak decene (decilen). Alken s petimi atomi ogljika v verigi se poleg imena penten imenuje tudi amilen. Spodnja tabela prikazuje formule in imena prvih desetih predstavnikov številnih alkenov.

Od tretjega pa mora biti predstavnik vrste alkenov - buten, poleg besednega imena "buten", po njegovem pisanju še številka 1 ali 2, ki označuje lokacijo dvojne vezi v ogljikovi verigi .

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

buten 1 buten 2

Poleg sistematične nomenklature se pogosto uporabljajo racionalna imena za alkene, medtem ko alkeni veljajo za derivate etilena, v molekuli katerih vodikove atome nadomestijo radikali, za osnovo pa je vzeto ime "etilen".

Na primer, CH3 - CH \u003d CH - C2H5 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.

V skladu s sistematično nomenklaturo se nenasičeni ogljikovodikovi radikali imenujejo z dodajanjem končnice korenu - enil: etenil

CH 2 \u003d CH -, propenil-2 CH 2 \u003d CH - CH 2 -. Toda veliko pogosteje se za te radikale uporabljajo empirična imena vinil in alil.

Izomerija alkenov.

Za alkene je značilna velika količina različni tipi izomerija.

A) Izomerija ogljikov 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 dvojne vezi.

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

buten-1 buten-2

C) Prostorski (stereoizomerija).

Imenujemo izomere, v katerih so enaki substituenti na eni strani dvojne vezi cis-izomeri in na različne načine - trans-izomeri:

H 3 C CH 3 H 3 C H

cis-buten trans-buten

Cis- in trans- izomeri se razlikujejo ne le po prostorski strukturi, ampak tudi po številnih fizikalnih in kemijskih (in celo fizioloških) lastnostih. Trans -Izomeri so bolj stabilni kot cis izomeri... To je posledica večje razdalje v prostoru skupin z atomi, vezanimi z dvojno vezjo trans- izomeri.

D) Izomerija snovi različnih razredov organskih spojin.

Izomeri alkenov so cikloparafini, ki imajo podobno splošno formulo - C nH 2 n.

CH 3 - CH \u003d CH - CH 3

buten -2

ciklobutan

4. Iskanje alkenov v naravi in \u200b\u200bnačini njihovega pridobivanja.

Poleg alkanov najdemo tudi alkene v naravi v sestavi olja, pripadajočega nafte in naravnih plinov, lignita in premoga iz oljnega skrilavca.

A) Proizvodnja alkenov s katalitsko dehidrogenacijo alkana.

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

CH 3 kat. (K 2 O-Cr 2 O 3 -Al 2 O 3) CH 3

B) Dehidracija alkoholov pod delovanjem žveplove kisline ali s sodelovanjem 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 alkoholov sledi pravilu A.M. Zaitsev, v skladu s katero se vodik odcepi od najmanj hidrogeniranega atoma ogljika, torej sekundarnega ali terciarnega.

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

3-metilbutanol-2 2-metilbuten

IN) Interakcija haloalkilov z alkalijami(dehidrohalogeniranje).

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

1-klorov 2-metilpropan (raztopina alkohola) 2-metilpropen-1

D) Vpliv magnezija ali cinka na dihalogenirane derivate alkilov z atomi halogena na sosednjih atomih ogljika (dehalogeniranje).

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 alkinov nad katalizatorjem.

СH º CH + H2 ® CH2 \u003d CH2

etin ethen

5. Fizične lastnosti alkeni.

Prvi trije predstavniki homologne serije etilena so plini.

Od C 5 H 10 do C 17 H 34 - tekočine, začenši od C 18 H 36 in nadaljnje trdne snovi. Ko molekularna masa narašča, se tališče in vrelišče povečujeta. Alkeni z ogljikovo verigo normalne strukture vrejo pri višji temperaturi kot njihovi izomeri, ki imajo izostrukture. Temperatura vrelišča cis- izomeri, višji od trans- izomeri, tališče pa je nasprotno. Alkeni so nizko polarni, a zlahka polarizirani. Alkeni so v vodi slabo topni (vendar boljši od ustreznih alkanov). Dobro se topijo v organskih topilih. Etilen in propilen gorita z vrelim plamenom.

Spodnja tabela prikazuje osnovne fizikalne lastnosti nekaterih predstavnikov niza alkenov.

Alken	Formula	t pl. Medtem pa se glede tega ni treba skrbeti. " o C	t bal Medtem pa se glede tega ni treba skrbeti. " o C	d 4 20
Eten (etilen)	C2H4	-169,1	-103,7	0,5700
Propen (propilen)	C3H6	-187,6	-47,7	0,6100 (pri t (bala))
Buten (butilen-1)	C4H8	-185,3	-6,3	0,5951
cis- Buten-2	C4H8	-138,9	3,7	0,6213
trans- Buten-2	C4H8	-105,5	0,9	0,6042
Izobutilen (2-metilpropen)	C4H8	-140,4	-7,0	0,6260
Penten-1 (amilen)	C5H10	-165,2	+30,1	0,6400
Heksen-1 (heksilen)	C6H12	-139,8	63,5	0,6730
Hepten-1 (heptilen)	C7H14	-119	93,6	0,6970
Okten-1 (oktilin)	C8H16	-101,7	121,3	0,7140
Nonen-1 (nonilen)	C9H18	-81,4	146,8	0,7290
Decene-1 (decilen)	C10H20	-66,3	170,6	0,7410

6. Kemijske lastnosti alkenov.

A) Dodajanje vodika (hidrogeniranje).

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ® CH 3 - CH 3

eten etan

B) 6 Interakcije s halogeni(halogeniranje).

Alkenom je lažje dodati klor in brom, težje - jod

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

propilen 1,2-dikloropropan

IN) Dodajanje vodikovih halogenidov (hidrohalogeniranje)

Dodajanje vodikovih halogenidov alkenom v normalnih pogojih poteka v skladu z pravilom Markovnikova: pri ionskem dodajanju vodikovih halogenidov asimetričnim alkenom (v normalnih pogojih) se vodik doda na mestu dvojne vezi najbolj hidrogeniranemu (povezan z največjim številom atomov vodika) ogljikovemu atomu, halogen pa najmanj hidrogeniranemu .

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

eten brometan

D) Pritrditev vode na alkene (hidracija).

Dodajanje vode alkenom poteka tudi po pravilu Markovnikova.

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

propen-1 propanol-2

E) Alkilacija alkanov z alkeni.

Alkilacija je reakcija, s katero lahko v molekule organskih spojin vnesemo različne ogljikovodikove radikale (alkile). Kot alkilirajoča sredstva se uporabljajo haloalkili, nenasičeni ogljikovodiki, alkoholi in drugi. organska snov... Na primer, v prisotnosti koncentrirane žveplove kisline reakcija alkiliranja izobutana z izobutilenom aktivno poteka:

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)

Pri cepljenju molekule alkena na mestu dvojne vezi lahko pride do nastanka ustrezne karboksilne kisline, če uporabimo energijsko oksidacijsko sredstvo (koncentrirana dušikova kislina ali zmes kroma).

HNO 3 (konc.)

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

buten-2 etanska kislina (ocetna kislina)

Oksidacija etilena z atmosferskim kisikom v prisotnosti kovinskega srebra vodi do tvorbe etilen oksida.

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

IN) Reakcija polimerizacije alkenov.

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

etilen mačka. polietilen

7.Uporaba alkenov.

A) Rezanje in varjenje kovin.

B) Proizvodnja barvil, topil, lakov, novih organskih snovi.

C) Proizvodnja plastike in drugih sintetičnih materialov.

D) Sinteza alkoholov, polimerov, gume

E) Sinteza zdravil.

IV. Dienski ogljikovodiki(alkadiene ali diolefini) so nenasičeni kompleksi organske spojine s splošno formulo C nH 2 n -2vsebuje dve dvojni vezi med ogljikovimi atomi v verigi in je sposoben pritrditi molekule vodika, halogene in druge spojine zaradi valentne nenasičenosti ogljikovega atoma.

Prvi predstavnik številnih dienih ogljikovodikov je propadien (alen). Struktura dienih ogljikovodikov je podobna strukturi alkenov, edina razlika je v tem, da v molekulah dienih ogljikovodikov obstajajo dve dvojni vezi in ne ena.

Za alkene so značilne predvsem reakcije pridružitevdvojna vez. V bistvu te reakcije sledijo ionskemu mehanizmu. Povezava Pi je prekinjena in nastaneta dve novi sigma povezavi. Naj vas spomnim, da so bile substitucijske reakcije značilne za alkane in so potekale po radikalnem mehanizmu. Molekule vodika se lahko pridružijo alkenom; te reakcije se imenujejo hidrogeniranje, molekule vode, hidracija, halogeni - halogeniranje, vodikovi halogenidi - hidrohalogeniranje. Najprej pa najprej.

Reakcije dodajanja dvojnih vezi

Torej, najprejkemijske lastnosti - sposobnost vezave vodikovih halogenidov, hidrohalogeniranje.

Propen in drugi alkeni reagirajo z vodikovimi halogenidi po Markovnikovem pravilu.

Vodikov atom je vezan na najbolj hidrogeniran ali bolje rečeno hidrogeniran ogljikov atom.

Drugična našem seznamu lastnosti bo hidracija, dodajanje vode.

Reakcija poteka pri segrevanju v prisotnosti kisline - običajno žveplove ali fosforne. Dodajanje vode poteka tudi po pravilu Markovnikova, torej primarni alkohol lahko dobimo le s hidracijo etilena, preostali nerazvejani alkeni dajo sekundarne alkohole.

Za hidrohalogeniranje in hidracijo obstajajo izjeme od pravila Markovnikov. Prvič, v nasprotju s tem pravilom dodajanje poteka v prisotnosti peroksidov.

Drugič, za derivate alkenov, v katerih so prisotne elektronsko-akceptorske skupine. Na primer za 3,3,3-trifluoropropen-1.

Atomi fluora zaradi svoje visoke elektronegativnosti potegnejo elektronsko gostoto vzdolž verige sigma-vezi. Temu pravimo negativni induktivni učinek.

Zaradi tega se premični pi-elektroni dvojne vezi premaknejo in ekstremni atom ogljika ima delno pozitiven naboj, ki ga običajno označimo kot delta plus. Nanj bo prešel negativno nabit bromov ion in vodikov kation se bo pridružil najmanj hidrogeniranemu ogljikovemu atomu.

Negativni induktivni učinek imajo poleg trifluorometilne skupine na primer triklorometilna skupina, nitro skupina, karboksilna skupina in nekatere druge.

Ta drugi primer kršitve pravila Markovnikov na izpitu je zelo redek, vendar ga je vseeno priporočljivo upoštevati, če nameravate opraviti izpit za največjo možno oceno.

Tretjičkemijske lastnosti - dodajanje molekul halogena.

Najprej gre za brom, saj je ta reakcija kakovostna za večkratno vez. Ko na primer etilen prehaja skozi bromovo vodo, to je rjavo raztopino broma v vodi, postane obarvan. Če skozi bronovo vodo speljete mešanico plinov, na primer etan in eten, lahko dobite čisti etan brez primesi etena, saj ostane v reakcijski bučki v obliki dibrometana, ki je tekočina.

Na poseben način je treba opozoriti na reakcijo alkenov v plinski fazi z močnim segrevanjem, na primer s klorom.

V teh pogojih ne pride do reakcije dodajanja, ampak do substitucije. Poleg tega samo na alfa-ogljikovem atomu, to je atomu, ki meji na dvojno vez. V tem primeru dobimo 3-kloropropen-1. Te reakcije so na izpitu redke, zato se jih večina študentov ne spomni in ponavadi naredi napake.

Četrtičštevilo je reakcija hidrogeniranja in s tem reakcija dehidrogeniranja. Se pravi dodajanje ali odstranjevanje vodika.

Hidrogeniranje poteka pri ne preveč visoki temperaturi na nikljevem katalizatorju. Pri višjih temperaturah je možno dehidrogeniranje, da se dobijo alkini.

Petilastnost alkenov je sposobnost polimerizacije, ko na stotine in tisoče molekul alkenov tvorijo zelo dolge in močne verige zaradi prekinitve pi-vezi in medsebojne tvorbe sigma-vezi.

V tem primeru je rezultat polietilen. Upoštevajte, da v nastali molekuli ni več vezi. Takšne snovi imenujemo polimeri, matične molekule monomeri, ponavljajoča se enota je osnovna enota polimera, število n pa stopnja polimerizacije.

Možne so tudi reakcije za proizvodnjo drugih pomembnih polimernih materialov, na primer polipropilena.

Drug pomemben polimer je polivinilklorid.

Izhodiščna snov za proizvodnjo tega polimera je kloroeten, trivialno ime pa je vinilklorid. Ker se ta nenasičeni substituent imenuje vinil. Pogosta okrajšava na plastičnih izdelkih, PVC, pomeni polivinilklorid.

Razpravljali smo o petih lastnostih, ki so bile reakcije dodajanja dvojnih vezi. Zdaj pa se obrnimo na reakcije oksidacija.

Reakcije oksidacije alkenov

Šestičkemijska lastnost našega splošnega seznama je blaga oksidacija ali Wagnerjeva reakcija. Pojavi se, kadar je alken na mrazu izpostavljen vodni raztopini kalijevega permanganata, zato je pri nalogah pri izpitih pogosto navedena temperatura nič stopinj.

Rezultat je dihidrični alkohol. V tem primeru je etilen glikol in na splošno takšni alkoholi so pogosto ime glikoli. Med reakcijo se vijolično-roza raztopina permanganata razbarva, zato je tudi ta reakcija kakovostna za dvojno vez. Mangan se v nevtralnem mediju iz oksidacijskega stanja +7 zniža na oksidacijsko stanje +4. Oglejmo si še nekaj primerov. ENAKOST

Tu dobimo propandiol-1,2. Vendar bodo ciklični alkeni reagirali na enak način. ENAKOST

Druga možnost, ko je dvojna vez na primer v stranski verigi aromatski ogljikovodiki... Redno pri nalogah na izpitu naletimo na Wagnerjevo reakcijo s sodelovanjem stirena, njeno drugo ime je vinilbenzen.

Upam, da sem vam dal dovolj primerov, da boste spoznali, da blaga oksidacija dvojne vezi vedno sledi dokaj preprostem pravilu - pi-vez se zlomi in na vsak ogljik je vezana hidroksi skupina.

Zdaj pa trda oksidacija. To bo naše sedmilastnine. Do te oksidacije pride, ko alken pri segrevanju reagira s kislo raztopino kalijevega permanganata.

Do uničenja molekule pride, to je do njenega uničenja vzdolž dvojne vezi. V primeru butena-2 smo dobili dve molekuli ocetna kislina... Na splošno lahko po produktih oksidacije presodimo o položaju večkratne vezi v ogljikovi verigi.

Oksidacija butena-1 tvori molekulo propionske (propanojske) kisline in ogljikov dioksid.

V primeru etilena obstajata dve molekuli ogljikovega dioksida. V vseh primerih se v kislem mediju mangan zmanjša iz oksidacijskega stanja +7 na +2.

In končno osmilastnost - popolna oksidacija ali zgorevanje.

Alkeni izgorevajo, tako kot drugi ogljikovodiki, v ogljikov dioksid in vodo. Zapišimo enačbo zgorevanja alkenov v splošni obliki.

Molekul ogljikovega dioksida bo toliko, kolikor je atomov ogljika v molekuli alkena, saj molekula CO 2 vsebuje en atom ogljika. Se pravi n molekul CO 2. Molekule vode bo za polovico manj vodikovih atomov, to je 2n / 2, kar pomeni ravno n.

Atomi kisika na levi in \u200b\u200bdesni sta enaki. Na desni je 2n ogljikovega dioksida plus n vode, skupaj 3n. Na levi strani je enako število atomov kisika, kar pomeni, da je molekul polovica, ker molekula vsebuje dva atoma. To je 3n / 2 molekuli kisika. 1,5n je mogoče posneti.

Razmislili smo osemkemijske lastnosti alkenov.

Nenasičeni ogljikovodiki so tisti, ki vsebujejo več vezi med atomi ogljika v molekulah. Neomejene so alkeni, alkini, alkadijeni (polieni)... Ciklični ogljikovodiki, ki vsebujejo dvojno vez v ciklu ( cikloalkeni), pa tudi cikloalkani z majhnim številom atomov ogljika v obroču (trije ali štirje atomi). Lastnost "nenasičenosti" je povezana s sposobnostjo teh snovi, da vstopajo v reakcije dodajanja, predvsem vodika, s tvorbo nasičenih ali nasičenih ogljikovodikov - alkanov.

Struktura alkenov

Aciklični ogljikovodiki, ki vsebujejo v molekuli poleg enojnih vezi še eno dvojno vez med ogljikovimi atomi in ustreza splošni formuli СnН2n. Njegovo drugo ime je olefini - alkeni so bili pridobljeni po analogiji z nenasičenimi maščobnimi kislinami (oleinska, linolna), katerih ostanki so del tekočih maščob - olj.
Atomi ogljika, med katerimi obstaja dvojna vez, so v sp 2-hibridizacijskem stanju. To pomeni, da sta ena s in dve p orbitali vključeni v hibridizacijo, medtem ko ena p orbitala ostane nehibridizirana. Prekrivanje hibridnih orbitalov vodi do tvorbe σ-vezi in zaradi nehibridiziranih p-orbitalov
sosednjih ogljikovih atomov nastane druga, π-vez. Tako je dvojna vez sestavljena iz ene σ- in ene π - vezi. Hibridne orbitale atomov, ki tvorijo dvojno vez, so v isti ravnini, orbitale, ki tvorijo π-vez, pa se nahajajo pravokotno na ravnino molekule. Dvojna vez (0,132 jih) je krajša od enojne in je njena energija večja, saj je bolj trpežna. Kljub temu prisotnost mobilne, zlahka polarizirane π-vezi vodi do dejstva, da so alkeni kemično aktivnejši od alkanov in lahko vstopajo v reakcije dodajanja.

Struktura etilena

Nastajanje dvojnih vezi v alkenih

Homološka serija etena

Nerazvejani alkeni tvorijo homologno vrsto 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 alkenov

Za alkene je značilna strukturna izomerija. Strukturni izomeri se med seboj razlikujejo po strukturi ogljikovega okostja. Najpreprostejši alken s strukturnimi izomeri je buten:

Posebna vrsta strukturne izomerije je izomerija položaja dvojne vezi:

Alkeni so izomerni za cikloalkane (medrazredna izomerija), na primer:

Okoli ene same vezi ogljik-ogljik je možno skoraj svobodno vrtenje ogljikovih atomov, zato lahko molekule alkana dobijo najrazličnejše oblike. Vrtenje okoli dvojne vezi je nemogoče, kar vodi do pojava druge vrste izomerije v alkenih - geometrijske oz. cis in transizomerija.

Cis izomeri razlikovati od trans izomeri prostorska razporeditev drobcev molekule (v tem primeru metilnih skupin) glede na ravnino π-vezi in s tem lastnosti.

Nomenklatura alkenov

1. Izbira glavnega vezja. Tvorba imena ogljikovodika se začne z opredelitvijo glavne verige - najdaljše verige ogljikovih atomov v molekuli. Pri alkenih mora glavna veriga vsebovati dvojno vez.
2. Oštevilčenje atomov glavne verige. Oštevilčenje atomov glavne verige se začne od konca, do katerega je dvojna vez bližje.
Na primer, pravilno ime povezave je:

Če je s položajem dvojne vezi nemogoče določiti začetek oštevilčenja atomov v verigi, je to določeno s položajem substituentov na enak način kot za nasičene ogljikovodike.

3. Oblikovanje imena. Na koncu imena navedite število ogljikovega atoma, pri katerem se dvojna vez začne, in pripono -en, kar pomeni, da spojina spada v razred alkenov. Na primer:

Fizikalne lastnosti alkenov

Prvi trije predstavniki homologne serije alkenov so plini; snovi v sestavi С5Н10 - С16Н32 - tekočine; višji alkeni so trdne snovi.
Vrelišča in tališča se naravno povečujejo s povečanjem molekulske mase spojin.

Kemijske lastnosti alkenov

Reakcije seštevanja... Spomnimo se, da je značilnost predstavnikov nenasičenih ogljikovodikov - alkenov sposobnost vstopa v reakcije dodajanja. Večina teh reakcij poteka v skladu z mehanizmom elektrofilna povezava.
1. Hidrogeniranje alkenov. Alkeni lahko dodajajo vodik v prisotnosti katalizatorjev hidrogeniranja, kovin - platine, paladija, niklja:

Ta reakcija poteka pri atmosferskih in visok krvni pritisk in ne zahteva visoka temperaturaker je eksotermna. Ko se temperatura istih katalizatorjev dvigne, lahko pride do obratne reakcije - dehidrogenacije.

2. Halogeniranje (dodajanje halogenov)... Medsebojno delovanje alkena z bromno vodo ali raztopino broma v organskem topilu (CC14) vodi do hitrega obarvanja teh raztopin zaradi dodajanja molekule halogena k alkenu in tvorbe dihaloalkanov.
3. Hidrohalogeniranje (dodajanje vodikovega halogenida).

Ta reakcija uboga
Ko je vodikov halogid pritrjen na alken, je vodik vezan na bolj hidrogeniran atom ogljika, to je atom z več vodikovimi atomi, in halogen - na manj hidrogeniran atom.

4. Hidracija (dodajanje vode). Rezultat hidracije alkenov je tvorjenje alkoholov. Na primer, dodajanje vode etenu je osnova ene od industrijskih metod za proizvodnjo etilnega alkohola.

Upoštevajte, da se primarni alkohol (s hidroksilno skupino na primarnem ogljiku) tvori šele, ko je eten hidriran. Ko so propen ali drugi alkeni hidrirani, sekundarni alkoholi.

Ta reakcija poteka tudi v skladu z pravilom Markovnikova - vodikov kation je vezan na bolj hidrogeniran ogljikov atom, hidrokso skupina pa na manj hidrogeniran.
5. Polimerizacija. Posebna priložnost dodatek je reakcija polimerizacije alkenov:

Ta reakcija dodajanja poteka po mehanizmu prostih radikalov.
Reakcije oksidacije.
1. Izgorevanje. Kot vse organske spojine tudi alkeni gorijo v kisiku s tvorbo SO2 in Н2О:

2. Oksidacija v raztopinah. Za razliko od alkanov se alkeni z delovanjem raztopin kalijevega permanganata zlahka oksidirajo. V nevtralnih ali alkalnih raztopinah se alkeni oksidirajo v diole (dihidrični alkoholi) in hidroksilne skupine združiti tiste atome, med katerimi je obstajala dvojna vez pred oksidacijo:

Alkeni so nenasičeni alifatski ogljikovodiki z eno ali več dvojnimi vezmi ogljik-ogljik. Dvojna vez pretvori dva atoma ogljika v ravninsko strukturo z koti vezi med sosednjima vezema pri 120 ° C:

Homologna vrsta alkenov ima splošno formulo; prva dva člana sta eten (etilen) in propen (propilen):

Člani serije alkenov s štirimi ali več atomi ogljika kažejo izomerijo položaja vezi. Na primer, alken s formulo ima tri izomere, od katerih sta dva izomera položaja vezi:

Upoštevajte, da je alkenska veriga oštevilčena s tega konca, ki je bližje dvojni vezi. Položaj dvojne vezi označuje spodnje od obeh številk, ki ustrezata dvema ogljikovima atomoma, vezanima z dvojno vezjo. Tretji izomer ima razvejano strukturo:

Število izomerov katerega koli alkena se povečuje s številom atomov ogljika. Na primer, heksen ima tri izomere položaja vezi:

dienes je buta-1,3-dien ali samo butadien:

Spojine, ki vsebujejo tri dvojne vezi, se imenujejo trieni. Spojine z več dvojnimi vezmi se skupaj imenujejo polieni.

Fizične lastnosti

Alkeni imajo tališča in vrelišča nekoliko nižje kot njihovi alkani. Na primer, pentan ima vrelišče. Izomeri etilena, propena in treh butenov so plinasti pri sobni temperaturi in normalnem tlaku. Alkeni s številom atomov ogljika od 5 do 15 so v normalnih pogojih v tekočem stanju. Njihova hlapnost, tako kot pri alkanih, narašča s prisotnostjo razvejanosti v ogljikovi verigi. Alkeni z več kot 15 ogljikovimi atomi so v normalnih pogojih trdne snovi.

Pridobivanje v laboratorijskih pogojih

Dve glavni metodi za pripravo alkenov v laboratoriju sta dehidracija alkoholov in dehidrohalogeniranje haloalkanov. Na primer, etilen lahko dobimo z dehidracijo etanola z delovanjem presežka koncentrirane žveplove kisline pri temperaturi 170 ° C (glej oddelek 19.2):

Etilen lahko dobimo tudi iz etanola s prehajanjem para etanola po površini segretega glinice. V ta namen lahko uporabite namestitev, shematsko prikazano na sl. 18.3.

Druga razširjena metoda za pridobivanje alkenov temelji na dehidrohalogeniranju haloalkanov v osnovnih pogojih katalize

Mehanizem te vrste reakcije izločanja je opisan v odd. 17.3.

Alkenske reakcije

Alkeni imajo veliko več reaktivnostkot alkani. To je posledica sposobnosti elektronov z dvojno vezjo, da privabljajo elektrofile (glej poglavje 17.3). Zato so značilne reakcije alkenov predvsem reakcije elektrofilnega dodajanja pri dvojni vezi:

Mnoge od teh reakcij imajo ionske mehanizme (glejte poglavje 17.3).

Hidrogeniranje

Če kateri koli alken, na primer etilen, zmešamo z vodikom in to zmes speljemo po površini platinskega katalizatorja pri sobni temperaturi ali nikljevega katalizatorja pri temperaturi približno 150 ° C, potem pride do dodatka

vodik na dvojni vezi alkena. Ta tvori ustrezni alkan:

Ta vrsta reakcije je primer heterogene katalize. Njegov mehanizem je opisan v odd. 9.2 in shematsko prikazano na sl. 9.20.

Pritrditev halogenov

Klor ali brom sta zlahka vezana na alkensko dvojno vez; ta reakcija poteka v nepolarnih topilih, kot sta tetraklorometan ali heksan. Reakcija poteka z ionskim mehanizmom, ki vključuje tvorbo karbokacije. Dvojna vez polarizira molekulo halogena in jo spremeni v dipol:

Zato raztopina broma v heksanu ali tetraklorometanu ob stresanju z alkenom obarva barvo. Enako se zgodi, če alken stresamo z bromovo vodo. Bromova voda je raztopina broma v vodi. Ta raztopina vsebuje hipobromno kislino. Molekula hipobromne kisline se veže na dvojno vez alkena in rezultat je bromo alkohol. na primer

Povezava vodikovih halogenidov

Ta reakcijski mehanizem je opisan v odd. 18.3. Kot primer razmislite o dodajanju klorovodika k propenu:

Upoštevajte, da je produkt te reakcije 2-kloropropan in ne 1-kloropropan:

Pri takih reakcijah dodajanja je na atom ogljika, na katerega je vezan, vedno vezan najbolj elektronegativni atom ali najbolj elektronegativna skupina

najmanjše število atomov vodika. Ta vzorec se imenuje pravilo Markovnikov.

Prednostna vezava elektronegativnega atoma ali skupine na atom ogljika, vezanega na najmanjše število atomov vodika, je posledica povečanja stabilnosti karbokacije, ko se poveča število alkilnih substituentov na ogljiku. To povečanje stabilnosti pa je razloženo z induktivnim učinkom, ki nastane v alkilnih skupinah, saj so dajalci elektronov:

V prisotnosti katerega koli organskega peroksida propen reagira z vodikovim bromidom, pri čemer nastane, torej ne v skladu z Markovnikovo pravilom. Tak izdelek se imenuje anti-Markovnikov. Nastane kot posledica radikalne reakcije, ne ionskega mehanizma.

Hidracija

Alkeni reagirajo s hladno koncentrirano žveplovo kislino in tvorijo alkil hidrogen sulfate. na primer

Ta reakcija je dodatek, saj vključuje dodajanje kisline z dvojno vezjo. To je obratna reakcija na dehidracijo etanola, da nastane etilen. Mehanizem te reakcije je podoben mehanizmu dodajanja vodikovih halogenidov pri dvojni vezi. Vključuje tvorbo vmesnega karbokationa. Če produkt te reakcije razredčimo z vodo in previdno segrejemo, hidrolizira, da nastane etanol:

Reakcija dodajanja žveplove kisline alkenom upošteva pravilo Markovnikova:

Reakcija z nakisano raztopino kalijevega permanganata

Če raztopino stresemo v mešanico z alkenom, vijolična barva kisle raztopine kalijevega permanganata izgine. Alken je hidroksiliran (vnos hidroksi skupine, ki nastane kot posledica oksidacije), ki se pretvori v diol. Na primer, ko odvečno količino etilena stresamo z nakisano raztopino, nastane etan-1,2-diol (etilen glikol)

Če alken stresamo s prekomerno količino raztopine β-ionov, oksidativna razgradnja alken, kar vodi do tvorbe aldehidov in ketonov:

Nastali aldehidi so podvrženi nadaljnji oksidaciji in tvorijo karboksilne kisline.

Hidroksilacija alkenov, da nastanejo dioli, lahko izvedemo tudi z uporabo alkalna raztopina kalijev permanganat.

Reakcija s perbenzojsko kislino

Alkeni reagirajo s peroksikislinami (peracidi), kot je perbenzojska kislina, in tvorijo ciklične etre (epoksi spojine). na primer

Ko se epoksietan previdno segreje z razredčeno raztopino kisline, nastane etan-1,2-diol:

Reakcije s kisikom

Tako kot vsi drugi ogljikovodiki tudi alkeni gorijo in z obilnim dostopom zraka tvorijo ogljikov dioksid in vodo:

Z omejenim dostopom zraka zgorevanje alkenov povzroči nastanek ogljikovega monoksida in vode:

Ker imajo alkeni višjo relativno vsebnost ogljika kot ustrezni alkani, sežgejo in tvorijo bolj dimljen plamen. To je posledica tvorbe ogljikovih delcev:

Če zmešate alken s kisikom in to zmes spustite po površini srebrnega katalizatorja, pri temperaturi približno 200 ° C nastane epoksietan:

Ozonoliza

Ko plinasti ozon prepustimo skozi raztopino alkena v triklorometanu ali tetraklorometanu pri temperaturah pod 20 ° C, nastane ozonid ustreznega alkena (oksirana)

Ozonidi so nestabilne spojine in so lahko eksplozivni. Hidrolizirajo se, da nastanejo aldehidi ali ketoni. na primer

V tem primeru del metanala (formaldehida) reagira z vodikovim peroksidom in tvori metansko (mravljično) kislino:

Polimerizacija

Najenostavnejši alkeni se lahko polimerizirajo s tvorbo spojin z visoko molekulsko maso, ki imajo enako empirično formulo kot prvotni alken:

Ta reakcija poteka pri visokem tlaku, temperaturi 120 ° C in v prisotnosti kisika, ki deluje kot katalizator. Polimerizacijo etilena pa lahko izvedemo pri nižjih tlakih z uporabo Zieglerjevega katalizatorja. Eden najpogostejših Zieglerjevih katalizatorjev je mešanica trietilaluminija in titanovega tetraklorida.

Polimerizacija alkenov je podrobneje obravnavana v odd. 18.3.

Alkeni ( olefini) So ogljikovodiki, katerih molekule vsebujejo med seboj povezane atome ogljika dvojno komunikacija ( nenasičeni ogljikovodiki iz serije etilen). Najenostavnejši predstavnik je etilen С 2 Н 4, splošna formula homologne serije etilen ogljikovodikov С n Н 2n (pri n ≥ 2).

Sistematično naslovov olefini izhajajo iz korenin imen alkanov z zamenjavo končnice - an → – en:

Tradicionalna imena so ohranjena tudi z zamenjavo končnice - an na - ylen: C 2 H 4 - etilen, C 3 H 6 - propilen, C 4 H 8 - butilen; uporaba imena amilen za alken C 5 H 10 ni priporočljiv.

Položaj dvojne vezi C \u003d C v izomerih strukture (začenši s C4 alkenom) je označen s številom po naslovi:

Običajno se imenuje etilenski radikal - etenil CH2 \u003d CH - vinil, propen - propenil CH 2 \u003d CH - CH 2 - omenjeno alil.

Druga vrsta izomerije v nenasičenih ogljikovodikih se poleg strukturne izomerije pojavi tudi zato, ker so atomi ogljika, ki tvorijo dvojno vez, v sp2-hibridnem stanju; σ - komponenta dvojne vezi C \u003d C in σ - vezi C - H ležita v isti ravnini pod kotom 120 ° drug proti drugemu, π - komponenta dvojne vezi C \u003d C pa je elektronski oblak, podolgovat v smer, pravokotna na ravnino o-vezi ... Posledica te strukture alkenov je možnost geometrijska izomerija (ali cis-trans-izomerija) odvisno od položaja substituentov (atomov ali radikalov):

(cis - iz lat. "Poleg ene strani" trans - iz lat. "Nasprotno, na nasprotnih straneh").

Alkeni C 2 –C 4 pri sobni temperaturi so brezbarvni plini z rahlim vonjem po olju, rahlo topni v vodi; alkeni C 5 -C 18 so tekočine, alkeni C 19 in višji so trdne snovi.

Najpomembnejše kemijske lastnosti alkenov določa dejstvo, da se zaradi nižje trdnosti π-vezi (v primerjavi z σ-vezjo) zlahka pretrga, zaradi česar pride do reakcij pridružitev in nastanejo nasičene organske spojine. Takšne reakcije praviloma potekajo v blagih pogojih, pogosto v mrazu in v topilih, na primer v vodi, ogljikovem tetrakloridu Cl4 itd.:

Interakcija alkenov z vodikovim bromidom poteka na podoben način:

Povezava vodikovih halogenidov z asimetrična alkeni lahko teoretično vodijo do dva izdelki:

Po navedbah pravilo Markovnikov, dodajanje vodikovih halogenidov nesimetričnim alkenom poteka tako, da je vodik usmerjen v atom ogljika, ki že vsebuje večje število atomov vodika. V zgornji reakciji je produkt 2 - jodopropan CH 3 CH (I) CH 3.

Po pravilu Markovnikova in reakcija hidracije, reakcija dodajanja vode v prisotnosti žveplove kisline. Poteka v dveh fazah:

a) najprej se tvori alkilsulfurna kislina, tj. H2SO4 se doda alkenu:

b) potem nastopi njegova ireverzibilna hidroliza:

Alkeni raztopino kalijevega permanganata na hladnem razbarvajo v nevtralnem mediju in tako nastanejo glikoli(dihidrični alkoholi):

Alkeni lahko vstopijo reakcije polimerizacije:

Kvalitativne reakcije na alkene – beljenje bromova voda in raztopina KMnO 4 (glej reakcijske enačbe zgoraj).

Alkadienes - nenasičeni ogljikovodiki, katerih molekuli vsebujejo dve vezi C \u003d C. Splošna formula alkadienov C n H 2n - 2 (n ≥ 3) je enaka kot za alkine.

Primeri:

Velikega praktičnega pomena so konjugirani dieni, v molekulah katerih so vezi C \u003d C ločene z eno samo vezjo C - C:

Divinil in izopren - tradicionalna imena.

Divinil je brezbarven plin, ki se lahko utekočinja (pri -4,5 ° C), izopren je tekočina z nizkim vreliščem (34,1 ° C).

Alkadiene vstopajo v enake reakcije pridružitevkot alkeni. Konjugirani dieni imajo posebne lastnosti, zlasti poleg reakcij; tvorijo 1,4-adicijske izdelke z eno dvojno vezjo na sredini:

Alkadiene se lahko polimerizirajo gume:

Polimetilbutadien kavčuk je polimer, ki obstaja v naravi (naravni kavčuk), polibutadien kavčuk pa je umetno pridobljen (S. V. Lebedev, 1932) in se imenuje sintetična guma.

Prejem: za alkene v industriji uporabite metodo katalitske dehidrogenacije alkanov:

IN laboratoriji alkeni dobijo:

1) dehidracija alkohola (odcepitev vode iz alkoholov):

2) dehidrohalogeniranje - izločanje vodikovega halogenida iz monohalogenskega derivata pod vplivom raztopine alkoholne alkalije:

3) dehalogeniranje - izločanje halogenov iz dihalogeniranih derivatov, pri katerih so atomi halogena v sosednjih atomih ogljika:

Industrijski pridobivanje divinila:

1) dehidrogenacija butana:

2) lebedeva pot - sočasno odstranjevanje vode in vodika iz etanola na katalizatorju (ZnO / Al 2 O 3):

Alkeni se uporabljajo za organsko sintezo, proizvodnja plastike, umetnih motornih goriv, \u200b\u200bdienski ogljikovodiki so surovina pri industrijski sintezi kavčukov.

Alkin

Alkini - ogljikovodiki s trojna vez C≡C v molekulah ( nenasičeni ogljikovodiki iz acetilenske serije).Najenostavnejši predstavnik te serije je acetilen C 2 H 2, splošna formula alkinov C n H 2n - 2 (za n ≥ 2).

Imena najpreprostejših alkinov:

C 2 H 2 - etin (tradicionalno: acetilen)

C 3 H 4 - propin (metilacetilen)

C4H6 - butin

Izomeri butena:

Acetilen, propin in butin-1 so brezbarvni plini pri sobni temperaturi, butin-2 je tekočina z nizkim vreliščem, ima lahkoten "eteričen" vonj.

V alkinih imajo atomske orbitale ogljika pri trojni vezi sp‑hibridizacija (linearna struktura). Prisotnost dveh π-vezi določa njihove kemijske lastnosti, zlasti visoko sposobnost reakcije s postopnim dodajanjem vodika, klora, broma, vodikovih halogenidov, vode:

(dodajanje HCl kloroetenu poteka po pravilu Markovnikova; kloreten se tradicionalno imenuje PVC ali vinilklorid);

d) Kucherov reakcija (hidracija na katalizatorju)

Kdaj ciklizacija nastane acetilen benzen:

Zgoraj omenjeni vinilklorid lahko polimerizira:

Polivinilklorid (PVC) je polimer na osnovi plastike, vlaken in filmov, ki se uporablja pri proizvodnji cevi, umetnega usnja, električne izolacije in pene.

Kvalitativne reakcije:

1) za alkine katere koli strukture - razbarvanje raztopine KMnO 4, najpogosteje se ogljikova veriga pretrga na mestu trojne vezi (primerjaj z alkeni);

2) na alkine s končno trojno vezjo - nadomestitev končnega atoma vodika za baker (I) s tvorbo živo rdeče oborine:

Prejem: v industriji Acetilen je bil prej pridobljen s hidrolizo kalcijevega dikarbida (acetilenid):

(neprijeten vonj po karbidnem plinu povzročajo nečistoče, predvsem fosfin PH 3).

Sodoben način je piroliza (toplotna razgradnja) metana:

IN laboratoriji da dobimo acetilen in njegove homologe, uporabimo interakcijo dihalogeniranih alkanov z alkalijami v raztopini alkohola pri segrevanju:

(predpogoj - atomi halogena morajo biti na sosednjih atomih ogljika). Ta reakcija lahko poteka v eni fazi (kot je prikazano zgoraj), pogosteje pa v dveh fazah:

Alkini, zlasti acetilen, se uporabljajo kot surovina v kemični industriji za številne organske sinteze. Poleg tega acetilen zaradi visoke kalorične vrednosti:

uporablja se za avtogeno varjenje in rezanje kovin.

Arene

Arene so nenasičeni ogljikovodiki, ki jih lahko štejemo za derivate najpreprostejših izmed njih - benzen C6H6. Splošna formula ogljikovodikov homolognih serij benzena С n Н 2n - 6 (pri n ≥ 6).

V molekuli benzena so vsi atomi ogljika v sp 2-hibridizaciji, vsak atom ogljika je povezan eno letalo σ-vezi z dvema drugima atomoma ogljika in enim atomom vodika. V ogljikovem atomu se še vedno nahaja oblak četrtega valentnega elektrona pravokotna letalo. Ti oblaki sodelujejo pri tvorbi π-vezi in v molekuli ne nastanejo tri ločene π-vezi (kot smo prej mislili, glej formulo Kekule, 1865), temveč enojna π-vez s šestimi središči (C 6) (vsi atomi so enakovredni):

Kekulejeva formula se pogosto uporablja v primerih, ko je treba jasneje predstaviti potek reakcije benzenski obroč C6; njegova podoba:

V obeh formulah sta atoma C obroča in atoma H, ki ne sodelujejo v reakciji, izpuščena (za kratkost). Nekaj \u200b\u200bnajpreprostejših homologov benzena:

Imenuje se benzenski radikal C 6 H 5 fenil, toluenski radikal С 6 Н 5 СН 2 - benzil.

Benzen in njegovi najbližji homologi so brezbarvne tekočine, vendar imajo značilen vonj širok razpon tekočega stanja. Praktično netopen v vodi, vendar se dobro meša med seboj in z drugimi organskimi topili. Hlap benzena je zelo strupen.

Kljub formalni nenasičenosti je benzen zelo odporen na segrevanje in oksidacijo (v homologah benzena je oksidirana le stranska veriga). Reakcije so značilne za benzen zamenjave:

a) nitriranje v prisotnosti koncentrirane žveplove kisline na mrazu:

b) halogeniranje v prisotnosti železovih (III) halidov:

v) alkilacija v prisotnosti aluminijevega klorida:

Ti ponazarjajo posebno naravo nenasičenosti benzena in njegovih homologov kemijske lastnosti in se imenuje "aromatični" znak.

V derivatih benzena atom ali skupina, ki nadomešča vodikov obroč in sam benzenski obroč, vplivata drug na drugega. Po naravi vpliva se ločijo:

1) substituenti prve vrste - CI, Br, I, CH 3, C n H 2n + 1, OH in NH 2. Olajšajo nadaljnje substitucijske reakcije in usmerjajo drugega substituenta k sebi orto- (o- ali 2-) in v položaju par- (p-, ali 4-) položaj [zapomniti si: približnousta - približnokolo, pmacaw - protacijski], na primer:

2) substituenti druge vrste - NO 2, C (H) O, COOH in CN. Ovirajo nadaljnje substitucijske reakcije in usmerjajo drugega substituenta v meta- (m-, ali 3-) položaj, na primer:

Očitno sta dva orto-mesta poleg prvega namestnika X, dva meta- položaji, ločeni od prvega substituenta z enim obročnim ogljikom in samo enim par- položaj skozi dva atoma ogljika benzenskega obroča:

Ugotovljeno je bilo že, da je benzen odporen na oksidacijo, tudi če je izpostavljen močnim oksidantom. Homologi benzena z enim stranskim radikalom reagirajo oksidacija samo na račun radikala; v tem primeru se ne glede na njegovo dolžino odcepi celotna veriga, razen ogljikovega atoma, ki je najbližji obroču (tvori karboksilno skupino):

V težkih pogojih benzen reagira pridružitev:

Stiren C6H5 –CH \u003d CH2 tako kot etilen enostavno polimerizira:

Polistiren - termoplastična plastika (termoplastika), prozoren material, ki se mehča pri temperaturah nad 80 ° C. Uporablja se za izdelavo izolacije električnih žic, posode za enkratno uporabo, embalažne mase (pene).

Prejemanje areni - aromatizacija alifatskih in alicikličnih ogljikovodikov, ki jih vsebujejo naftne ali lignitne bencinske frakcije:

1) dehidrogenacijo:

2) dehidrociklizacija:

3) trimerizacija acetilen (zastarela metoda):

Benzen in njegovi homologi se uporabljajo kot topila z nizko polarnostjo (za gumo, lakovske smole, polimere), surovine v organski sintezi.