Алкены. Непредельные углеводороды Алкены
 Скачать 296 Kb.
|
Непредельные углеводороды АлкеныАЛКЕНЫ Алкенами называют ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь. Непредельные углеводороды с двойной связью – это углево-дороды, в молекулах которых имеется группировка . Они образуют гомологический ряд соединений, общая формула которых СnH2n . Тривиальные названия их получают путем замены окончания "АН" соответствующего углеводорода окончанием "ИЛЕН". По современным международным правилам названия алкенов строятся подобно названиям алканов, но окончание "АН" заменяется на окончание "ЕН", откуда и происходит общее название алкены. Часто применяют и еще одно название алкенов – олефины . Название «олефины» произошло от латинского названия этилена gaz olefiant – маслородный газ, которое он получил из-за способности образовывать в результате реакции с хлором маслянистую жидкость - C2H4Cl2. Родоначальником этого ряда является этилен (этен) С2Н4 – производное от этана С2Н6. В молекуле этилена на два атома водорода меньше, чем у этана. Физические свойства алкенов и алканов схожи. Первые три представителя гомологического ряда этиленовых углеводородов при обычных условиях газообразны. Алкены с числом атомов углерода от 5 до 18 - жидкости, начиная с углеводорода С19Н38 – твердые вещества (табл. 1). В воде алкены практически не растворяются. Плотность большинства жидких алкенов лежит в пределах 0,6 - 0,7 г/мл. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ АЛКЕНОВ Установлено, что в молекуле этилена ядра всех атомов лежат в одной плоскости, а валентные углы равны 120◦ Такое строение молекулы может быть объяснено на основе представлений о гибридизции орбиталей. Электронные орбитали атомов углерода, связанных двойной связью, находятся в состоянии - гибридизации. Каждый из этих атомов образует три σ-связи, лежащие в одной плоскости под углами, близкими к 120◦. Не участвующие в гибридизации орбитали p-электронов расположены перпендикулярно плоскости σ-связей и путем бокового перекрывания образуют π-связь. Таким образом, двойная связь представляет собой сочетание одной σ- и одной π-связи . Двойная связь короче, чем простая: длина связи С=С составляет 0,134 нм, в то время как длина связи С-С равна 0,154 нм. Электроны π-связи располагаются выше и ниже плоскости σ-связей и создают область повышенной электронной плотности. Таким образом, именно двойная связь становится реакционным центром молекулы алкена. НОМЕНКЛАТУРА АЛКЕНОВ В соответствии с рекомендациями ИЮПАК при построении названий алкенов соблюдают следующие правила. 1. Основную углеродную цепь выбирают таким образом, чтобы она обязательно включала двойную связь и имела при этом наибольшую длину. На принадлежность углеводорода к классу алкенов указывает суффикс -ен. 2. Атомы углерода в основной цепи нумеруют с того конца, к которому ближе расположена двойная связь. 3. Перечисляют заместители в алфавитном порядке, указывая перед каждым заместителем номер атома углерода основной цепи, к которому он прикреплен, и добавляют название основной цепи. 4. Чтобы обозначить положение двойной связи, в конце названия цифрой указывают номер атома углерода, от которого она начинается. Пример. Назовем алкен, структурная формула которого изображена ниже. CH3 ׀ CH2 CH3 1 ׀ 2 3 ׀ 4 5 CH2 = CH - CH2 – CH – CH3 4-метил-2-этилпентен-1 Непредельные углеводороды, как и предельные, имеют изомеры. Структурные изомеры алкенов могут отличаться разветвлением углеродной цепи (изомерия углеродного скелета) и положением двойной связи (изомерия положения). Первый из этиленовых углеводородов, для которого возможны изомеры, имеет четыре атома углерода – бутилен (бутен) С4Н8. Для него известны три изомера: Пространственная изомерия обусловлена различным расположением химических связей атомов углерода в пространстве. К числу геометрических изомеров относятся цис- и транс-изомеры, например изомеры 1,2- дибромэтена: Химические свойства Двойная связь менее прочна, чем сумма двух одинарных связей. Одна из двойных связей между атомами углерода разрывается, и за счет освобождающихся валентностей к атомам углерода присоединяются другие атомы и группы: Гидрирование СnH2n + H2 → CnH2n+2 2. Галогенирование ( Cl2 , Br2 ) СnH2n + Cl2 → CnH2n Cl2 При взаимодействии гомологов этилена с галогенами при высоких температурах ( > 400°С ) происходит замещение атома водорода в α – положении на галоген. Двойная связь при этом сохраняется. 500°C СН2 = СН – СН3 + Cl2 → CH2 = CH – CH2Cl + HCl 3-хлорпропен-1 3. Гидрогалогенирование. Присоединение галогеноводородов к несимметричным алке-нам протекает согласно правилу Марковникова: «Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам протекает так, что водород присоединяется к тому атому углерода, который содержит большее число атомов водорода, а атом галогена – к атому углерода с меньшим числом водорода»: CH3 CH3 ׀ ׀ CH3 - C = CH – CH3 + HCl → CH3 – C –CH2 – CH3 ׀ Cl 4. Реакции гидратации, т. е. присоединение воды: 5. Окисление Алкены обесцвечивают раствор перманганата калия на холоде в нейтральной среде, при этом образуются двухатомные спирты (гликоли): Окисление перманганатом калия в нейтральной (слабощелочной) среде (реакция Вагнера): 3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 2MnO2 + 2KOH + 3H2C – CH2 водный раствор | | OH OH этиленгликоль При более энергичном окислении – действии перманганата калия в кислой среде при нагревании (K2Cr2O7 + H2SO4) – протекает жесткое окисление алкенов. При этом происходит расщепление молекулы по месту двойной связи с образованием смеси карбоновых кислот: KMnO4, H2SO4 CH3-CH2-CH= CH-CH3 → CH3-CH2-CООH + CH3-CООH пропановая этановая 5СН3 –СН = СН-СН3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 10CH3COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O KMnO4, H2SO4 CH3 - CH2 - CH = CH3 → CH3 - CH2 - CООH + CО2 ↑ Если же у атома углерода, образующего двойную связь, имеется дополнительный углеводородный заместитель, и нет атома водорода, то в результате его окисления образуется не карбоновая кислота, а кетон: KMnO4, H2SO4 СH3 – C = CH2 → CH3 – C = O + СО2 ׀ ׀ CH3 CH3 диметилкетон, ацетон Окисление перманганатом калия в водной среде при нагревании также образуется смесь кислот: t°C KMnO4 CH3-CH2-CH= CH-CH3 →CH3-CH2-CООК + CH3-CООК +КОН пропановая этановая Горение CnH2n + O2 → CO2 + H2O 6. ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ Молекулы алкенов при воздействии различных инициирующих факторов (например, повышении давления, УФ-облучении, действии органических перекисей) или в присутствии катализаторов способны соединяться друг с другом, образуя длинные цепи – молекулы полимеров: n CH2 = CH2 → ( - CH2 – CH2 - )n мономер полимер этилен полиэтилен n СH3 – CH = CH2 → ( - CH - CH2 - ) ׀ CH3 полипропилен Молекула полимера состоит из многократно повторяющихся простейших фрагментов – элементарных звеньев. При записи формулы полимера элементарное звено заключают в скобки и индексом n указывают степень полимеризации. Полимеризацией алкенов и их производных получают ценные материалы, например, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ) и др. Получение алкенов В природе в значительных количествах не встречаются. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ 1. В промышленности алкены в больших количествах получают в процессах переработка нефти, в частности, при крекинге алканов. 2. Другим важным промышленным способом получения алкенов является дегидрирование алканов. В качестве катализаторов этого процесса используют металлы платиновой группы (Pt, Pd, Ni) или Cr2O3, нанесенный на пористый инертный носитель. Температура варьируется от 300 до 600 °С: 2. Отщеплением галогенов от дигалогенопроизводных предельных углеводородов. Дегалогенирование протекает при действии активных металлов (цинковой пыли, магниевой стружки) на дигалогензамещенные алканы, атомы галогенов в молекулах которых расположены у соседних атомов углерода: Дегидрогалогенирование с образованием алкенов происходит при нагревании моногалогензамещенных алканов со спиртовыми растворами щелочей. Эта реакция, как и дегидратация, протекает в соответствии с правилом Зайцева: атом водорода отщепляется преимущественно от наименее гидрированного атома углерода. СН3 – СH2Cl + KOH спирт → СH2 = CH2 + KCl + H2O 3. Отщеплением галогеноводородов от моногалогенопроиз-водных предельных углеводородов. 4. Дегидратация спиртов происходит при нагревании их с концентрированной серной кислотой. Температуру поддерживают не ниже 170 ◦С (при более низких температурах в этих же условиях преимущественно образуются простые эфиры) в присутствии конц. H2SO4: Для проведения этой реакции используют и другие водоотнимающие вещества, например, оксид алюминия: Al2O3, 400°C CH3 – CH2 – CH2OH → CH3 – CH = CH2 + H2O Алкены - важные исходные вещества для промышленного органического синтеза. Из этилена получают этиловый спирт, полиэтилен, полистирол, используют в овощехранилищах для ускорения созревания плодов. Пропилен используют для синтеза полипропилена, фенола, ацетона, глицерина и других веществ. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ |