NO química orgânica hidrocarbonetos podem ser encontrados quantidade diferente carbono na cadeia e uma ligação C=C. Eles são homólogos e são chamados de alcenos. Por causa de sua estrutura, eles são quimicamente mais reativos que os alcanos. Mas quais são exatamente suas reações? Considere sua distribuição na natureza, jeitos diferentes recebimento e aplicação.

O que eles são?

Os alcenos, que também são chamados de olefinas (oleosas), recebem o nome do cloreto de eteno, um derivado do primeiro membro desse grupo. Todos os alcenos têm pelo menos uma ligação dupla C=C. C n H 2n é a fórmula de todas as olefinas, e o nome é formado a partir de um alcano com o mesmo número de carbonos na molécula, apenas o sufixo -an muda para -eno. O algarismo arábico no final do nome por meio de um hífen indica o número de carbono a partir do qual a ligação dupla começa. Considere os principais alcenos, a tabela ajudará você a lembrá-los:

Se as moléculas tiverem uma estrutura simples não ramificada, o sufixo -ileno é adicionado, o que também se reflete na tabela.

Onde eles podem ser encontrados?

Como a reatividade dos alcenos é muito alta, seus representantes na natureza são extremamente raros. O princípio de vida da molécula de olefina é "vamos ser amigos". Não há outras substâncias por perto - não importa, seremos amigos uns dos outros, formando polímeros.

Mas eles existem, e um pequeno número de representantes está incluído no gás de petróleo que o acompanha, e os mais altos estão no petróleo produzido no Canadá.

O primeiro representante dos alcenos, o eteno, é um hormônio que estimula o amadurecimento dos frutos; portanto, representantes da flora o sintetizam em pequenas quantidades. Existe um alceno cis-9-tricoseno, que nas moscas domésticas desempenha o papel de atrativo sexual. Também é chamado de Muscalur. (Atraente - uma substância de origem natural ou sintética, que causa atração à fonte do cheiro em outro organismo). Do ponto de vista da química, este alceno se parece com isso:

Como todos os alcenos são matérias-primas muito valiosas, os métodos para obtê-los artificialmente são muito diversos. Vamos considerar o mais comum.

E se você precisar muito?

Na indústria, a classe dos alcenos é obtida principalmente por craqueamento, ou seja, divisão da molécula sob a influência de altas temperaturas, alcanos superiores. A reação requer aquecimento na faixa de 400 a 700 °C. O alcano se divide como quer, formando alcenos, os métodos de obtenção que estamos considerando, com grande quantidade opções de estrutura molecular:

C 7 H 16 -> CH 3 -CH \u003d CH 2 + C 4 H 10.

Outro método comum é chamado de desidrogenação, na qual uma molécula de hidrogênio é separada de um representante da série alcano na presença de um catalisador.

Em condições de laboratório, os alcenos e os métodos de preparação são diferentes, baseiam-se em reações de eliminação (eliminação de um grupo de átomos sem substituí-los). Na maioria das vezes, os átomos de água são eliminados de álcoois, halogênios, hidrogênio ou haleto de hidrogênio. A maneira mais comum de obter alcenos é a partir de álcoois na presença de um ácido como catalisador. É possível usar outros catalisadores

Todas as reações de eliminação estão sujeitas à regra de Zaitsev, que diz:

O átomo de hidrogênio é separado do carbono adjacente ao carbono que carrega o grupo -OH, que tem menos hidrogênios.

Aplicando a regra, responda qual produto da reação prevalecerá? Mais tarde você saberá se respondeu corretamente.

Propriedades quimicas

Alcenos reagem ativamente com substâncias, quebrando sua ligação pi (outro nome para a ligação C=C). Afinal, não é tão forte quanto uma única (ligação sigma). Um hidrocarboneto insaturado se transforma em um saturado sem formar outras substâncias após a reação (adição).

• adição de hidrogénio (hidrogenação). A presença de um catalisador e aquecimento é necessária para sua passagem;
• adição de moléculas de halogênio (halogenação). É um dos reações qualitativas em uma conexão pi. De fato, na reação de alcenos com água de bromo, torna-se transparente do marrom;
• reação com haletos de hidrogênio (hidrohalogenação);
• adição de água (hidratação). As condições da reação são o aquecimento e a presença de um catalisador (ácido);

As reações de olefinas assimétricas com haletos de hidrogênio e água seguem a regra de Markovnikov. Isso significa que o hidrogênio se unirá a esse carbono da ligação dupla carbono-carbono, que já possui mais átomos hidrogênio.

• combustão;
• oxidação parcial catalítica. O produto são óxidos cíclicos;
• Reação de Wagner (oxidação com permanganato em ambiente neutro). Esta reação de alceno é outra ligação C=C de alta qualidade. Ao fluir, a solução rosa de permanganato de potássio descolore. Se a mesma reação for realizada em uma mistura ambiente ácido, os produtos serão diferentes ( ácidos carboxílicos, cetonas, dióxido de carbono);
• isomerização. Todos os tipos são característicos: cis- e trans-, movimento ligação dupla, ciclização, isomerização esquelética;
• a polimerização é a principal propriedade das olefinas para a indústria.

Aplicação em medicina

grande valor prático possuem produtos de reação alceno. Muitos deles são usados ​​na medicina. A glicerina é obtida a partir do propeno. este álcool polihídricoé um excelente solvente, e se usado no lugar da água, as soluções ficarão mais concentradas. Para fins médicos, são dissolvidos alcalóides, timol, iodo, bromo, etc. A glicerina também é usada na preparação de pomadas, pastas e cremes. Isso evita que eles sequem. Por si só, a glicerina é um anti-séptico.

Ao reagir com o cloreto de hidrogênio, obtêm-se derivados que são utilizados como anestesia local quando aplicada na pele, bem como para anestesia de curta duração com pequenas intervenções cirúrgicas, por inalação.

Alcadienos são alcenos com duas ligações duplas em uma molécula. Sua principal aplicação é a produção borracha sintética, a partir do qual são feitas várias almofadas de aquecimento e seringas, sondas e cateteres, luvas, bicos e muito mais, o que é simplesmente indispensável no cuidado de doentes.

Aplicação na indústria

Tipo de indústria	O que é usado	Como eles podem usar
Agricultura	eteno	acelera o amadurecimento de frutas e legumes, desfolha de plantas, filmes para estufas
Laco-colorido	eteno, buteno, propeno, etc.	para obter solventes, éteres, solventes
Engenharia Mecânica	2-metilpropeno, eteno	produção de borracha sintética, óleos lubrificantes, anticongelante
indústria alimentícia	eteno	produção de teflon, Álcool etílico, ácido acético
Indústria química	eteno, polipropileno	obter álcoois, polímeros (cloreto de polivinila, polietileno, acetato de polivinila, poliisobtileno, acetaldeído
Mineração	eteno etc	explosivos

Mais ampla aplicação encontraram alcenos e seus derivados na indústria. (Onde e como os alcenos são usados, tabela acima).

Esta é apenas uma pequena parte do uso de alcenos e seus derivados. A cada ano a necessidade de olefinas só aumenta, o que significa que a necessidade de sua produção também aumenta.

Alcenos (olefinas, hidrocarbonetos de etileno C n H 2n

série homóloga.

eteno (etileno)

O alceno mais simples é o etileno (C 2 H 4). De acordo com a nomenclatura IUPAC, os nomes dos alcenos são formados a partir dos nomes dos alcanos correspondentes, substituindo o sufixo "-an" por "-en"; a posição da ligação dupla é indicada por um algarismo arábico.

Os radicais de hidrocarbonetos derivados de alcenos têm o sufixo "-enil". Nomes triviais: CH 2 =CH- "vinil", CH 2 =CH-CH 2 - "alil".

Os átomos de carbono na ligação dupla estão em estado de hibridização sp² e têm um ângulo de ligação de 120°.

Os alcenos são caracterizados por isomerismo do esqueleto de carbono, posições de dupla ligação, interclasse e espacial.

Propriedades físicas

Os pontos de fusão e ebulição dos alcenos (simplificados) aumentam com o peso molecular e o comprimento da cadeia de carbono principal.

Em condições normais, os alcenos de C 2 H 4 a C 4 H 8 são gases; do penteno C 5 H 10 ao hexadeceno C 17 H 34 inclusive - líquidos, e a partir do octadeceno C 18 H 36 - sólidos. Os alcenos são insolúveis em água, mas facilmente solúveis em solventes orgânicos.

Desidrogenação de alcanos

Este é um dos métodos industriais para a obtenção de alcenos.

Hidrogenação de alcino

A hidrogenação parcial de alcinos requer condições especiais e a presença de um catalisador

Uma ligação dupla é uma combinação de ligações sigma e pi. Título Sigma ocorre com sobreposição axial de orbitais sp2 e ligação pi com sobreposição lateral

Regra de Zaitsev:

A eliminação de um átomo de hidrogênio em reações de eliminação ocorre predominantemente a partir do átomo de carbono menos hidrogenado.

13. Alcenos. Estrutura. sp 2 hibridização, parâmetros de ligação múltipla. Reações de adição eletrofílica de halogênios, haletos de hidrogênio, ácido hipocloroso. Hidratação de alcenos. Regra de Morkovnikov. Mecanismos de reação.

Alcenos (olefinas, hidrocarbonetos de etileno) - acíclico hidrocarbonetos insaturados contendo uma ligação dupla entre átomos de carbono, formando uma série homóloga com a fórmula geral C n H 2n

Um orbital s e 2 p-se misturam e formam 2 orbitais híbridos sp2 equivalentes localizados no mesmo plano em um ângulo de 120.

Se uma ligação é formada por mais de um par de elétrons, ela é chamada de múltiplo.

Uma ligação múltipla é formada quando há muito poucos elétrons e átomos de ligação para que cada orbital de valência ligável do átomo central se sobreponha a qualquer orbital do átomo circundante.

Reações de adição eletrofílica

Nessas reações, a partícula atacante é um eletrófilo.

Halogenação:

Hidrohalogenação

A adição eletrofílica de haletos de hidrogênio a alcenos ocorre de acordo com a regra de Markovnikov

Regra de Markovnikov

Adição de ácido hipocloroso para formar cloridrinas:

Hidratação

A reação de adição de água a alcenos ocorre na presença de ácido sulfúrico:

carbocátion- uma partícula na qual um átomo de carbono está concentrado carga positiva, o átomo de carbono tem um orbital p vago.

14. Hidrocarbonetos de etileno. Propriedades químicas: reacções com agentes oxidantes. Oxidação catalítica, reação com perácidos, reação de oxidação a glicóis, com quebra da ligação carbono-carbono, ozonização. Processo Wacker. reações de substituição.

Alcenos (olefinas, hidrocarbonetos de etileno) - hidrocarbonetos insaturados acíclicos contendo uma ligação dupla entre átomos de carbono, formando uma série homóloga com a fórmula geral C n H 2n

Oxidação

A oxidação de alcenos pode ocorrer, dependendo das condições e tipos de reagentes oxidantes, tanto com a quebra da ligação dupla quanto com a preservação do esqueleto de carbono.

Quando queimadas ao ar, as olefinas produzem dióxido de carbono e água.

H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 \u003d\u003e 2CO 2 + 2H 2 O

C n H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O - fórmula geral

oxidação catalítica

Na presença de sais de paládio, o etileno é oxidado a acetaldeído. Da mesma forma, a acetona é formada a partir do propeno.

Quando agentes oxidantes fortes (KMnO 4 ou K 2 Cr 2 O 7 em meio H 2 SO 4 ) atuam sobre alcenos, a ligação dupla se rompe quando aquecida:

Durante a oxidação de alcenos com uma solução diluída de permanganato de potássio, são formados álcoois di-hídricos - glicóis (reação de E.E. Wagner). A reação ocorre no frio.

Alcenos acíclicos e cíclicos, ao interagir com perácidos RCOOOH em um meio apolar, formam epóxidos (oxiranos), portanto a reação em si é chamada de reação de epoxidação.

Ozonização de alcenos.

Quando os alcenos reagem com o ozônio, formam-se compostos de peróxido, que são chamados de ozonídeos. A reação de alcenos com ozônio é o método mais importante para a clivagem oxidativa de alcenos na ligação dupla.

Os alcenos não sofrem reações de substituição.

Processo Wacker- o processo de obtenção do acetaldeído por oxidação direta do etileno.

O processo Wacker é baseado na oxidação do etileno com dicloreto de paládio:

CH 2 \u003d CH 2 + PdCl 2 + H 2 O \u003d CH 3 CHO + Pd + 2HCl

15. Alcenos: propriedades químicas. Hidrogenação. Regra de Lebedev. Isomerização e oligomerização de alcenos. Polimerização radical e iônica. O conceito de polímero, oligômero, monômero, ligação elementar, grau de polimerização. Telomerização e copolimerização.

hidrogenação

A hidrogenação de alcenos diretamente com hidrogênio ocorre apenas na presença de um catalisador. Os catalisadores de hidrogenação são platina, paládio, níquel

A hidrogenação também pode ser realizada em fase líquida com catalisadores homogêneos

Reações de isomerização

Quando aquecido, a isomerização de moléculas de alceno é possível, o que

pode levar tanto ao deslocamento da ligação dupla quanto a mudanças no esqueleto

Hidrocarbonetos.

CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3

reações de polimerização

Este é um tipo de reação de adição. A polimerização é uma reação de conexão sequencial de moléculas idênticas em moléculas maiores, sem isolar nenhum produto de baixo peso molecular. Durante a polimerização, um átomo de hidrogênio é ligado ao átomo de carbono mais hidrogenado localizado na ligação dupla, e o restante da molécula é ligado ao outro átomo de carbono.

CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...

ou n CH2=CH2(-CH2-CH2-)n (polietileno)

Uma substância cujas moléculas sofrem uma reação de polimerização é chamada de monômero. Uma molécula de monômero deve ter pelo menos uma ligação dupla. Os polímeros resultantes consistem em um grande número de cadeias repetidas com a mesma estrutura ( ligações elementares). O número que mostra quantas vezes uma unidade estrutural (elementar) é repetida em um polímero é chamado grau de polimerização(n).

Dependendo do tipo de partículas intermediárias formadas durante a polimerização, existem 3 mecanismos de polimerização: a) radical; b) catiônico; c) aniônico.

De acordo com o primeiro método, o polietileno de alta pressão é obtido:

A reação é catalisada por peróxidos.

O segundo e terceiro métodos envolvem o uso de ácidos (polimerização catiônica) e compostos organometálicos como catalisadores.

Em química oligômero) - uma molécula na forma de uma cadeia de pequena o número de componentes idênticos.

Telomerização

Telomerização - oligomerização de alcenos na presença de substâncias - transmissores de cadeia (telógenos). Como resultado da reação, uma mistura de oligômeros (telômeros) é formada, cujos grupos terminais são partes do telógeno. Por exemplo, na reação de CCl 4 com etileno, o telógeno é CCl 4 .

CCl 4 + nCH 2 \u003d CH 2 \u003d\u003e Cl (CH 2 CH 2) n CCl 3

Essas reações podem ser iniciadas por iniciadores radicais ou por radiação gama.

16. Alcenos. Reacções de adição radical de halogéneos e halogenetos de hidrogénio (mecanismo). adição de carbenos a olefinas. Etileno, propileno, butilenos. Fontes industriais e principais utilizações.

Os alcenos adicionam facilmente halogênios, especialmente cloro e bromo (halogenação).

Uma reação típica deste tipo é a descoloração água de bromo

CH2=CH2 + Br2 → СH2Br-CH2Br (1,2-dibromoetano)

A adição eletrofílica de haletos de hidrogênio a alcenos ocorre de acordo com a regra de Markovnikov:

Regra de Markovnikov: quando ácidos próticos ou água são adicionados a alcenos assimétricos ou a um alquinamato, o hidrogênio é ligado ao átomo de carbono mais hidrogenado

Um átomo de carbono hidrogenado é aquele ao qual o hidrogênio está ligado. O mais hidrogenado - onde há mais H

Reações de adição de carbeno

Carbenos CR 2: - partículas de vida curta altamente reativas que podem facilmente se somar à dupla ligação dos alcenos. Como resultado da reação de adição de carbeno, derivados de ciclopropano são formados

O etileno é um produto químico orgânico descrito pela fórmula C 2 H 4. É o malken mais simples ( olefina)composto. No condições normaisÉ um gás inflamável incolor com um leve odor. Parcialmente solúvel em água. Contém uma ligação dupla e, portanto, refere-se a hidrocarbonetos insaturados ou insaturados. Joga extremamente papel importante na industria. O etileno é o composto orgânico mais produzido no mundo: Óxido de etileno; polietileno, ácido acético, álcool etílico.

Propriedades químicas básicas(não ensine, apenas deixe-os por precaução, de repente será possível anular)

Etileno - quimicamente substância ativa. Como existe uma dupla ligação entre os átomos de carbono da molécula, um deles, menos forte, é facilmente rompido e, no local da quebra da ligação, as moléculas são unidas, oxidadas e polimerizadas.

Halogenação:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

A água de bromo fica descolorida. Esta é uma reação qualitativa a compostos insaturados.

Hidrogenação:

CH 2 \u003d CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (sob a ação de Ni)

Hidrohalogenação:

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

Hidratação:

CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (sob a ação de um catalisador)

Esta reação foi descoberta por A.M. Butlerov, e é usado para a produção industrial de álcool etílico.

Oxidação:

O etileno é facilmente oxidado. Se o etileno for passado por uma solução de permanganato de potássio, ele se tornará incolor. Esta reação é usada para distinguir entre compostos saturados e insaturados. O óxido de etileno é uma substância frágil, a ponte de oxigênio se rompe e a água se une, resultando na formação de etileno glicol. Equação de reação:

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Polimerização (obtenção de polietileno):

nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

Propileno(propeno) CH 2 \u003d CH-CH 3 - hidrocarboneto insaturado (insaturado) da série de etileno, gás combustível. O propileno é uma substância gasosa com baixo ponto de ebulição t bp = -47,6 ° C

Normalmente, o propileno é isolado de gases de refinaria (durante o craqueamento de petróleo bruto, pirólise de frações de gasolina) ou gases associados, bem como de gases de coque de carvão.

Os alcenos são uma classe de substâncias mais ativa do que os alcanos. Propriedades quimicas alcenos são devidos à estrutura de suas moléculas.

Estrutura

Os hidrocarbonetos insaturados - alcenos ou olefinas - diferem de outras classes de substâncias orgânicas pela presença de uma ligação dupla ou π entre os átomos de carbono. A ligação dupla pode estar em qualquer parte da molécula.

Uma ligação pi é formada pela sobreposição de orbitais p. Devido ao fato de o orbital p ter extensões em ambas as direções a partir do eixo e se assemelhar a um haltere, a ligação pi ocorre em dois lugares. Ao contrário da ligação σ, que ocorre quando os orbitais s se sobrepõem na forma de uma esfera, a ligação π é menos forte e é facilmente destruída por outros compostos. Isso causa a atividade dos alcenos.

Arroz. 1. Ligação π e ligação σ.

A ligação dupla atua como um doador de elétrons em reações de adição. Portanto, os alcenos são caracterizados por reações de adição eletrofílica.

Propriedades físicas

Em geral propriedades físicas alcenos:

• Os pontos de fusão e ebulição aumentam com o aumento peso molecular na série homóloga;
• não se dissolva na água;
• aguentar superfície da água, uma vez que têm uma densidade muitas vezes menos densidade agua;
• dissolver em solventes orgânicos - álcoois, éteres.

O estado agregado das substâncias varia do número de átomos de carbono na série homóloga. Alcenos com 2-4 átomos de carbono são gases. Do pepteno (C 5 H 10) ao heptadeceno (C 17 H3 4), as substâncias estão em Estado líquido. Alcenos contendo mais de 17 átomos de carbono são sólidos.

Arroz. 2. Série homóloga de alcenos.

Propriedades quimicas

Características e exemplos de propriedades químicas de alcenos são dados na tabela.

Reação	Descrição	Equações de reação
Hidrogenação - adição de hidrogênio	Procede a alta pressão na presença de um catalisador - níquel, paládio ou platina. Os alcanos são formados - hidrocarbonetos saturados	CH 2 \u003d CH-CH 3 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
Halogenação - adição de halogênios	Vazamentos em condições normais. Os halogênios se unem na ligação dupla. Os dihaloalcanos são formados	CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl (1,2-dicloroetano); CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + Br 2 → CH 3 -CH-Br-CH-Br-CH 3 (2,3-dibromobutano)
Hidrohalogenação - adição de haletos de hidrogênio	Reação de adição eletrofílica. Um eletrófilo é um próton de hidrogênio em um halogênio. haloalcanos são formados	CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl (cloroetano)
Hidratação - adição de água	A reação ocorre na presença ácidos inorgânicos- sulfúrico, fosfórico. Atuam como catalisadores e são fontes de hidrogênio. Os álcoois monohídricos são formados	CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 OH
Polimerização - um aumento no número de átomos	Prossegue na presença de um catalisador, a pressão e temperatura elevadas. Desta forma, são obtidos polietileno, cloreto de polivinila, polipropileno	nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n
	Ocorre com excesso de oxigênio	CH 2 \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + H 2 O
oxidação incompleta	Funciona na presença de um catalisador. Alceno misturado com oxigênio é passado sobre prata aquecida. Epóxido é formado - óxido de alceno	2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 → 2CH 2 -O-CH 2
Reação de Wagner	Oxidação com permanganato de potássio em meio alcalino ou neutro. Os álcoois são formados	3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3CH 2 OH-CH 2 OH + 2KOH + 2MnO 2
Oxidação com permanganato de potássio em ebulição em meio ácido	ácidos carboxílicos são formados	CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + 4 [O] → 2CH 3 COOH

Quando aquecidos na presença de um catalisador, os alcenos entram em uma reação de isomerização. A posição da ligação dupla ou a estrutura do esqueleto de carbono muda. Por exemplo, o buteno-1 (a posição da ligação dupla entre o primeiro e o segundo átomo) é convertido em buteno-2 (a ligação dupla é "deslocada" para o segundo átomo).

Arroz. 3. Isomerização de alcenos.

O que aprendemos?

Na aula de química do 10º ano, eles aprenderam sobre as propriedades químicas dos alcenos. A dupla ligação torna essas substâncias mais reativas que os alcanos. Os alcenos interagem com halogênios, oxigênio, água, hidrogênio e haletos de hidrogênio. A maioria das reações ocorre na presença de um catalisador em alta temperatura ou em pressão alta. Polímeros são feitos de alcenos. Os isômeros também são formados sob a ação de catalisadores.

Questionário do tópico

Avaliação do relatório

classificação média: 4.6. Total de avaliações recebidas: 64.

Tópico da lição: Alcenos. Obtenção, propriedades químicas e aplicação de alcenos.

Metas e objetivos da aula:

• considerar as propriedades químicas específicas do etileno e propriedades gerais alcenos;
• aprofundar e concretizar os conceitos de ?-conexão, sobre os mecanismos reações químicas;
• dar ideias iniciais sobre as reações de polimerização e a estrutura dos polímeros;
• analisar métodos laboratoriais e industriais gerais para obtenção de alcenos;
• continuar a desenvolver a capacidade de trabalhar com um livro didático.

Equipamento: dispositivo para obtenção de gases, solução de KMnO 4, álcool etílico, concentrado ácido sulfúrico, fósforos, lâmpada de álcool, areia, tabelas "Estrutura da molécula de etileno", "Propriedades químicas básicas dos alcenos", amostras de demonstração"Polímeros".

DURANTE AS AULAS

I. Momento organizacional

Continuamos a estudar série homóloga alcenos. Hoje temos que considerar os métodos de obtenção, propriedades químicas e aplicações dos alcenos. Devemos caracterizar as propriedades químicas devido à dupla ligação, obter uma compreensão inicial das reações de polimerização, considerar laboratório e métodos industriais obtenção de alcenos.

II. Ativação do conhecimento dos alunos

1. Quais hidrocarbonetos são chamados de alcenos?

1. Quais são as características de sua estrutura?

1. Em que estado híbrido estão os átomos de carbono que formam uma ligação dupla em uma molécula de alceno?

Conclusão: os alcenos diferem dos alcanos na presença de uma ligação dupla nas moléculas, o que determina as características das propriedades químicas dos alcenos, métodos para sua preparação e uso.

III. Aprendendo novos materiais

1. Métodos para obter alcenos

Compor equações de reação confirmando os métodos para obtenção de alcenos

– craqueamento de alcanos C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (craqueamento térmico a 400-700 o C)
octano buteno butano
– desidrogenação de alcanos C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butano buteno hidrogênio
– desidrohalogenação de haloalcanos C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
hidróxido de clorobutano cloreto de buteno água
potássio potássio
– desidrohalogenação de dihaloalcanos
- desidratação de álcoois C 2 H 5 OH --> C 2 H 4 + H 2 O (quando aquecido na presença de ácido sulfúrico concentrado)
Lembrar! Nas reações de desidrogenação, desidratação, desidrohalogenação e desalogenação, deve-se lembrar que o hidrogênio é predominantemente destacado de átomos de carbono menos hidrogenados (regra de Zaitsev, 1875)

2. Propriedades químicas dos alcenos

A natureza da ligação carbono-carbono determina o tipo de reações químicas nas quais as substâncias orgânicas entram. A presença de uma dupla ligação carbono-carbono nas moléculas de hidrocarbonetos de etileno determina as seguintes características desses compostos:
- a presença de uma ligação dupla permite classificar os alcenos como compostos insaturados. Sua transformação em saturados só é possível como resultado de reações de adição, que é a principal característica do comportamento químico das olefinas;
- uma ligação dupla é uma concentração significativa de densidade eletrônica, de modo que as reações de adição são de natureza eletrofílica;
- uma ligação dupla consiste em uma - e uma - ligação, que é facilmente polarizada.

Equações de reação que caracterizam as propriedades químicas dos alcenos

a) Reações de adição

Lembrar! As reações de substituição são características de alcanos e cicloalcanos superiores, que têm apenas ligações simples, reações de adição - a alcenos, dienos e alcinos com ligações duplas e triplas.

Lembrar! Os seguintes mecanismos de quebra de link são possíveis:

a) se os alcenos e o reagente são compostos apolares, então a ligação -se rompe com a formação de um radical livre:

H 2 C \u003d CH 2 + H: H -–> ++

b) se o alceno e o reagente são compostos polares, a quebra da ligação leva à formação de íons:

c) ao se conectar no local da quebra de ligação de reagentes contendo átomos de hidrogênio na molécula, o hidrogênio sempre se liga a um átomo de carbono mais hidrogenado (regra de Morkovnikov, 1869).

- reação de polimerização nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
polietileno de eteno

b) reação de oxidação

Experiência laboratorial. Obtenha etileno e estude suas propriedades (instruções nas carteiras dos alunos)

Instruções para obter etileno e experimentos com ele

1. Coloque 2 ml de ácido sulfúrico concentrado, 1 ml de álcool e uma pequena quantidade de areia em um tubo de ensaio.
2. Feche o tubo de ensaio com uma rolha com tubo de saída de gás e aqueça-o na chama de uma lâmpada de álcool.
3. Passe o gás que escapa através de uma solução de permanganato de potássio. Observe a mudança de cor da solução.
4. Acenda o gás na extremidade do tubo de gás. Preste atenção na cor da chama.

- Os alcenos queimam com uma chama luminosa. (Por que?)

C 2 H 4 + 3O 2 --> 2CO 2 + 2H 2 O (em oxidação completa os produtos da reação são dióxido de carbono e água

Reação qualitativa: "oxidação leve (em solução aquosa)"

- os alcenos descolorem uma solução de permanganato de potássio (reação de Wagner)

Sob condições mais severas em um ambiente ácido, os produtos da reação podem ser ácidos carboxílicos, por exemplo (na presença de ácidos):

CH 3 - CH \u003d CH 2 + 4 [O] --> CH 3 COOH + HCOOH

- oxidação catalítica

Lembre-se do principal!

1. Os hidrocarbonetos insaturados entram ativamente nas reações de adição.
2. A reatividade dos alcenos deve-se ao fato de que - a ligação é facilmente quebrada sob a ação de reagentes.
3. Como resultado da adição, ocorre a transição dos átomos de carbono do estado sp 2 - para sp 3 - híbrido. O produto da reação tem um caráter limitante.
4. Quando etileno, propileno e outros alcenos são aquecidos sob pressão ou na presença de um catalisador, suas moléculas individuais são combinadas em longas cadeias - polímeros. Polímeros (polietileno, polipropileno) são de grande importância prática.

3. Uso de alcenos(mensagem do aluno de acordo com o plano a seguir).

1 - obtenção de combustível com alto índice de octanas;
2 - plásticos;
3 – explosivos;
4 - anticongelante;
5 - solventes;
6 - acelerar o amadurecimento dos frutos;
7 - obtenção do acetaldeído;
8 - borracha sintética.

III. Consolidação do material estudado

Trabalho de casa:§§ 15, 16, ex. 1, 2, 3 p. 90, ex. 4, 5 p. 95.

ALCENOS

Hidrocarbonetos, em cuja molécula, além de simples ligações σ carbono-carbono e carbono-hidrogênio, existem ligações π carbono-carbono, são chamados ilimitado. Como a formação de uma ligação π é formalmente equivalente à perda de dois átomos de hidrogênio por uma molécula, os hidrocarbonetos insaturados contêm 2p menos átomos de hidrogênio do que o limite, onde P- número de ligações π:

Uma série cujos membros diferem entre si por (2H) n é chamada lado isológico. Assim, no esquema acima, os isólogos são hexanos, hexenos, hexadienos, hexinos, hexatrienos, etc.

Hidrocarbonetos contendo uma ligação π (ou seja, ligação dupla) são chamados alcenos (olefinas) ou, de acordo com o primeiro membro da série - etileno, hidrocarbonetos de etileno. A fórmula geral para suas séries homólogas C p H 2n.

1. Nomenclatura

De acordo com as regras da IUPAC, ao construir os nomes dos alcenos, a cadeia carbônica mais longa que contém uma ligação dupla recebe o nome do alcano correspondente, em que a terminação -pt mudou para -pt. Essa cadeia é numerada de forma que os átomos de carbono envolvidos na formação de uma ligação dupla recebam o menor número possível:

Os radicais são nomeados e numerados como no caso dos alcanos.

Para alcenos, relativamente estrutura simples nomes mais simples são permitidos. Assim, alguns dos alcenos mais comuns são chamados adicionando o sufixo -pt ao nome de um radical de hidrocarboneto com o mesmo esqueleto de carbono:

Os radicais de hidrocarbonetos formados a partir de alcenos recebem o sufixo -enil. A numeração no radical começa a partir do átomo de carbono que tem uma valência livre. No entanto, para os radicais alquenil mais simples, em vez de nomes sistemáticos, é permitido usar os triviais:

Átomos de hidrogênio ligados diretamente a átomos de carbono insaturados formando uma ligação dupla são muitas vezes referidos como átomos de hidrogênio de vinil,

2. Isomeria

Além do isomerismo do esqueleto de carbono, na série dos alcenos há também o isomerismo da posição da ligação dupla. Em geral, isomerismo deste tipo - isomerismo de posição substituinte (funções)- é observado em todos os casos em que existem quaisquer grupos funcionais na molécula. Para alcano C 4 H 10, dois isômeros estruturais são possíveis:

Para o alceno C 4 H 8 (buteno), três isômeros são possíveis:

Buteno-1 e buteno-2 são isômeros de função de posição (em este caso seu papel é desempenhado por uma ligação dupla).

Os isômeros espaciais diferem no arranjo espacial dos substituintes em relação uns aos outros e são chamados isômeros cis, se os substituintes estiverem do mesmo lado da ligação dupla, e isômeros trans, se em lados opostos:

3. Estrutura de ligação dupla

A energia de quebra de uma molécula na ligação dupla C=C é 611 kJ/mol; como a energia da ligação σ C-C é 339 kJ/mol, a energia de quebra da ligação π é apenas 611-339 = 272 kJ/mol. Os elétrons π são muito mais fáceis de serem influenciados do que os elétrons σ, por exemplo, por solventes polarizadores ou por qualquer reagente de ataque. Isso é explicado pela diferença na simetria da distribuição da nuvem eletrônica de elétrons σ e π. A sobreposição máxima dos orbitais p e, consequentemente, a energia livre mínima da molécula são realizadas apenas com uma estrutura planar do fragmento de vinil e com um encurtamento distância s-s, igual a 0,134 nm, i.e. muito menor do que a distância entre os átomos de carbono ligados por uma ligação simples (0,154 nm). Com a rotação das "metades" da molécula uma em relação à outra ao longo do eixo da ligação dupla, o grau de sobreposição dos orbitais diminui, o que está associado ao gasto de energia. A consequência disso é a ausência de rotação livre ao longo do eixo da ligação dupla e a existência de isômeros geométricos com a correspondente substituição nos átomos de carbono.

4. Propriedades físicas

Como os alcanos, os homólogos inferiores de alguns dos alcenos mais simples em condições normais são gases, e a partir de C 5 são líquidos de baixo ponto de ebulição.

Todos os alcenos, como os alcanos, são praticamente insolúveis em água e facilmente solúveis em outros solventes orgânicos, com exceção do álcool metílico; todos eles têm uma densidade mais baixa do que a água.

5. Propriedades químicas

Ao revisar reatividade compostos orgânicos complexos atuam princípio geral. Na maioria das reações, não está envolvido um radical hidrocarboneto "inerte", mas os grupos funcionais existentes e seu ambiente imediato. Isso é natural, já que a maioria dos vínculos é menos forte do que Conexões C-C e CH, e, além disso, as ligações no grupo funcional e próximo a ele são as mais polarizadas.

É natural esperar que as reações dos alcenos passem por uma ligação dupla, que também pode ser considerada um grupo funcional e, portanto, serão reações de adição, e não de substituição, características dos alcanos anteriormente considerados.

Adição de hidrogênio

A adição de hidrogênio a alcenos leva à formação de alcanos:

A adição de hidrogênio a compostos de etileno na ausência de catalisadores ocorre apenas em altas temperaturas, nas quais a decomposição de substâncias orgânicas geralmente começa. A adição de hidrogênio é muito mais fácil na presença de catalisadores. Os catalisadores são metais do grupo da platina em estado finamente disperso, a própria platina e principalmente o paládio - já em temperatura normal. De grande importância prática foi a descoberta de Sabatier, que usou níquel finamente dividido especialmente preparado a uma temperatura de 150-300°C e em vários trabalhos mostrou a versatilidade desse catalisador para várias reações de redução.

Adição de halogênios

Os halogênios se adicionam aos alcenos para formar derivados di-halogênicos contendo átomos de halogênio em átomos de carbono vizinhos:

Na primeira etapa desta reação, ocorre a interação entre os elétrons π da dupla ligação e a partícula eletrofílica de halogênio com a formação do complexo π (I). Além disso, o complexo π se reorganiza no íon ônio (bromônio) (II) com a eliminação do ânion halogênio, que está em equilíbrio com o carbocátion (III). O ânion então ataca o íon ônio para formar o produto de adição (IV):

O ataque aniônico do íon bromônio (II) com a formação do dibrometo (IV) ocorre na posição trans. Assim, no caso de adição de Br 2 ao ciclopenteno, apenas trans-1,2-dibromodiclo-pentano é formado:

Evidência para a adição de dois estágios de um halogênio a alcenos é o fato de que quando Br 2 é adicionado ao ciclohexeno na presença de MaCl, não apenas trans-1,2-dibromociclohexano é formado, mas também trans-1-bromo-2 -clorociclohexano:

Halogenação radical

Sob condições adversas (fase gasosa, 500°C), os halogênios não se somam à ligação dupla, mas a posição α é halogenada:

Neste caso, a reação prossegue por um mecanismo radical.

Adição de haletos de hidrogênio

Haletos de hidrogênio são adicionados a alcenos para formar haloalquilas. A fixação no caso de moléculas assimétricas segue a regra de Markovnikov, ou seja, o hidrogênio se liga ao átomo de carbono mais hidrogenado (com maior númeroátomos de hidrogênio):

Esta reação, como a adição de bromo ao etileno, prossegue após a formação do complexo π através do estágio de formação do íon protônio:

Na presença de peróxidos, o brometo de hidrogênio não adiciona de acordo com a regra de Markovnikov (Efeito Harash):

Na presença de peróxidos, a reação ocorre não de acordo com o mecanismo de adição eletrofílica, como acima, mas de acordo com o mecanismo de radical. A primeira etapa é o ataque do radical peróxido na molécula de HBr:

O radical bromo resultante é adicionado ao propileno para formar um novo radical:

Este último é estabilizado retirando o hidrogênio da nova molécula de HBr com a regeneração de um novo radical bromo, etc.:

Também neste caso, a direção do processo é determinada pela estabilidade dos radicais bromopropano: um mais estável é predominantemente formado, levando ao 1-bromopropano.

Adição de água e ácido sulfúrico

Na presença de ácidos, a água é adicionada na ligação dupla de acordo com a regra de Markovnikov:

A mesma reação ocorre com o ácido sulfúrico:

Oxidação com permanganato de potássio em meio neutro ou levemente alcalino (Reação de Wagner)

Na primeira etapa, de acordo com o mecanismo de adição cis, o íon MnO 4 é adicionado à ligação múltipla, seguido pela clivagem hidrolítica do produto de adição instável e a liberação do íon MnO 3 -

A reação prossegue de acordo com o esquema de adição cis:

Soluções ácidas de permanganato oxidam alcenos com quebra de cadeia na ligação C=C e formação de ácidos ou cetonas:

O efeito do ozônio sobre os alcenos

Esta reação leva a ozonídeos cristalinos altamente explosivos, que por hidrólise formam aldeídos ou cetonas:

A reação é frequentemente usada para determinar a posição de uma ligação dupla em uma molécula, uma vez que a estrutura do alceno inicial também pode ser imaginada a partir dos compostos carbonílicos resultantes.

A reação prossegue por cis-cicloadição através do estágio de molozonida instável, que sofre dissociação e subsequente recombinação:

Polimerização de alcenos

De particular importância é a polimerização de etileno e propileno em polímeros com um peso molecular de cerca de 10 5 . Até 1953, a polimerização radical (iniciada por radicais livres) era usada principalmente, embora a iniciação aniônica e catiônica do processo fosse usada em princípio.

Após o trabalho de Ziegler e Nutt, que receberam o Prêmio Nobel por esses estudos, o chamado polimerização de coordenação. O catalisador "Ziegler" mais simples deste tipo consiste em compostos de trietilalumínio e titânio (IV). Isso resulta na formação de polímeros um alto grau estereoregularidade. Por exemplo, durante a polimerização do propileno, o polipropileno isotático é formado - um polímero no qual todos os grupos CH 3 laterais ocupam a mesma posição espacial:

Isso confere maior resistência ao polímero e pode até ser usado para fazer fibras sintéticas.

O polietileno produzido por este processo é hidrocarboneto saturado com uma cadeia não ramificada. É menos elástico que o polietileno de alta pressão, mas possui maior dureza e é capaz de suportar temperaturas mais altas.

Devido à combinação de muitas propriedades valiosas, o polietileno tem uma aplicação muito ampla. É um dos melhores materiais para isolamento de cabos, para uso em tecnologia de radar, engenharia de rádio, agricultura, etc. Com ele são feitos tubos, mangueiras, vasos, recipientes para produtos agrícolas e fertilizantes, filmes de várias espessuras e muitos utensílios domésticos. Filmes de polietileno duráveis ​​começaram a ser usados ​​como cobertura para o fundo de canais artificiais para torná-los impermeáveis.

Telomerização

Uma aplicação industrial interessante é o processo de copolimerização de etileno com tetracloreto de carbono, denominado telomerização. Se o peróxido de benzoíla ou outro iniciador que se decompõe com a formação de radicais livres é adicionado a uma mistura de etileno com CC1 4, ocorre o seguinte processo:

Radicais СС1 3 "iniciam a polimerização em cadeia do etileno:

Ao se encontrar com outra molécula CC1 4, o crescimento da cadeia para:

Radical CC1 3 - dá origem a uma nova cadeia.

Os produtos de polimerização de baixo peso molecular resultantes contendo átomos de halogênio nas extremidades da cadeia são chamados de telômeros. Telômeros obtidos com valores n = 2,3, 4, ..., 15.

Durante a hidrólise de produtos de telomerização, são formados ácidos carboxílicos ω-cloro-substituídos, que são produtos químicos valiosos.