LA Chimie organica pot fi găsite hidrocarburi sumă diferită carbon în lanț și o legătură C=C. Sunt omologi și se numesc alchene. Datorită structurii lor, sunt mai reactivi din punct de vedere chimic decât alcanii. Dar care sunt mai exact reacțiile lor? Luați în considerare distribuția lor în natură, căi diferite primirea și cererea.

Ce sunt ei?

Alchenele, care sunt numite și olefine (uleioase), își iau numele de la clorură de etenă, un derivat al primului membru al acestui grup. Toate alchenele au cel puțin o legătură dublă C=C. C n H 2n este formula tuturor olefinelor, iar numele este format dintr-un alcan cu același număr de atomi de carbon în moleculă, doar sufixul -an se schimbă în -enă. Cifra arabă de la sfârșitul numelui printr-o cratimă indică numărul de atomi de carbon de la care începe legătura dublă. Luați în considerare principalele alchene, tabelul vă va ajuta să le amintiți:

Dacă moleculele au o structură simplă neramificată, atunci se adaugă sufixul -ylene, acest lucru se reflectă și în tabel.

Unde pot fi găsite?

Deoarece reactivitatea alchenelor este foarte mare, reprezentanții lor în natură sunt extrem de rari. Principiul de viață al moleculei de olefină este „să fim prieteni”. Nu există alte substanțe în jur - nu contează, vom fi prieteni unul cu celălalt, formând polimeri.

Dar ele există, iar un număr mic de reprezentanți sunt incluși în gazul petrolier însoțitor, iar cei mai mari sunt în petrolul produs în Canada.

Primul reprezentant al alchenelor, etena, este un hormon care stimulează coacerea fructelor; prin urmare, reprezentanții florei îl sintetizează în cantități mici. Există o alchenă cis-9-tricosene, care la femelele muștelor de casă joacă rolul unui atractant sexual. Se mai numește și Muscalur. (Atractant - o substanță de origine naturală sau sintetică, care provoacă atracție față de sursa mirosului dintr-un alt organism). Din punct de vedere al chimiei, această alchenă arată astfel:

Deoarece toate alchenele sunt materii prime foarte valoroase, metodele de obținere a acestora artificial sunt foarte diverse. Să luăm în considerare cele mai comune.

Dacă ai nevoie de mult?

În industrie, clasa alchenelor se obține în principal prin cracare, adică. scindarea moleculei sub influența temperaturilor ridicate, alcanilor superiori. Reacția necesită încălzire în intervalul de la 400 la 700 °C. Alcanul se scindează după cum dorește, formând alchene, metodele de obținere pe care le avem în vedere, cu cantitate mare Opțiuni de structură moleculară:

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

O altă metodă comună se numește dehidrogenare, în care o moleculă de hidrogen este separată de un reprezentant al seriei de alcani în prezența unui catalizator.

În condiții de laborator, alchenele și metodele de preparare sunt diferite, ele se bazează pe reacții de eliminare (eliminarea unui grup de atomi fără a le înlocui). Cel mai adesea, atomii de apă sunt eliminați din alcooli, halogeni, hidrogen sau halogenuri de hidrogen. Cel mai comun mod de a obține alchene este din alcooli în prezența unui acid ca catalizator. Este posibil să se utilizeze alți catalizatori

Toate reacțiile de eliminare sunt supuse regulii Zaitsev, care spune:

Atomul de hidrogen este separat de carbonul adiacent carbonului care poartă grupa -OH, care are mai puțini hidrogeni.

Aplicând regula, răspunde ce produs de reacție va prevala? Mai târziu vei ști dacă ai răspuns corect.

Proprietăți chimice

Alchenele reacţionează activ cu substanţele, rupându-le legătura pi (un alt nume pentru legătura C=C). La urma urmei, nu este la fel de puternic ca o singură (legatură sigma). O hidrocarbură nesaturată se transformă într-una saturată fără a forma alte substanțe după reacție (adăugare).

• adaos de hidrogen (hidrogenare). Prezența unui catalizator și încălzirea este necesară pentru trecerea acestuia;
• adăugarea de molecule de halogen (halogenare). Este unul din reacții calitative pe o conexiune pi. Într-adevăr, în reacția alchenelor cu apa cu brom, devine transparent din maro;
• reacția cu halogenuri de hidrogen (hidrohalogenare);
• adăugare de apă (hidratare). Condițiile de reacție sunt încălzirea și prezența unui catalizator (acid);

Reacțiile olefinelor nesimetrice cu halogenuri de hidrogen și apă urmează regula Markovnikov. Aceasta înseamnă că hidrogenul se va alătura acelui carbon din legătura dublă carbon-carbon, care o are deja mai mulți atomi hidrogen.

• combustie;
• catalitic de oxidare parțială. Produsul este oxizi ciclici;
• Reacția Wagner (oxidare cu permanganat în mediu neutru). Această reacție alchenă este o altă legătură C=C de înaltă calitate. Când curge, soluția roz de permanganat de potasiu se decolorează. Dacă aceeași reacție se efectuează într-o combinație mediu acid, produsele vor fi diferite ( acizi carboxilici, cetone, dioxid de carbon);
• izomerizarea. Toate tipurile sunt caracteristice: cis- și trans-, mișcare legătură dublă, ciclizare, izomerizare scheletică;
• polimerizarea este principala proprietate a olefinelor pentru industrie.

Aplicație în medicină

mare valoare practică au produși de reacție alchenă. Multe dintre ele sunt folosite în medicină. Glicerina se obține din propenă. Acest alcool polihidric este un solvent excelent, iar dacă este folosit în loc de apă, soluțiile vor fi mai concentrate. În scopuri medicale, în el se dizolvă alcaloizi, timol, iod, brom etc.. Glicerina este folosită și la prepararea unguentelor, pastelor și cremelor. Le împiedică să se usuce. În sine, glicerina este un antiseptic.

La reacția cu acid clorhidric se obțin derivați care sunt utilizați ca anestezie locală atunci când sunt aplicați pe piele, precum și pentru anestezie de scurtă durată cu intervenții chirurgicale minore, prin inhalare.

Alcadienele sunt alchene cu două legături duble într-o moleculă. Principala lor aplicație este producția cauciuc sintetic, din care se fabrică apoi diverse plăcuțe și seringi de încălzire, sonde și catetere, mănuși, mameloane și multe altele, ceea ce este pur și simplu indispensabil în îngrijirea bolnavilor.

Aplicație în industrie

Tip de industrie	Ce se foloseste	Cum pot folosi
Agricultură	etena	accelerează coacerea fructelor și legumelor, defolierea plantelor, pelicule pentru sere
Laco-colorat	etenă, butenă, propenă etc.	pentru obţinerea solvenţilor, eteri, solvent
Inginerie Mecanică	2-metilpropenă, etenă	producție cauciuc sintetic, uleiuri lubrifiante, antigel
industria alimentară	etena	producție de teflon, Alcool etilic, acid acetic
Industria chimica	etenă, polipropilenă	obțineți alcooli, polimeri (policlorură de vinil, polietilenă, acetat de polivinil, poliizobtilenă, acetaldehidă
Minerit	etena etc.	explozivi

Mai mult aplicare largă au găsit alchene și derivații acestora în industrie. (Unde și cum sunt utilizate alchenele, tabelul de mai sus).

Aceasta este doar o mică parte din utilizarea alchenelor și a derivaților acestora. În fiecare an, nevoia de olefine nu face decât să crească, ceea ce înseamnă că crește și nevoia de producție a acestora.

Alchenele (olefine, hidrocarburi de etilenă C n H 2n

serie omoloagă.

etena (etilena)

Cea mai simplă alchenă este etilena (C 2 H 4). Conform nomenclaturii IUPAC, denumirile alchenelor se formează din denumirile alcanilor corespunzători prin înlocuirea sufixului „-an” cu „-en”; poziţia dublei legături este indicată printr-o cifră arabă.

Radicalii hidrocarburi derivați din alchene au sufixul "-enil". Nume banale: CH 2 =CH- "vinil", CH 2 =CH-CH 2 - "alil".

Atomii de carbon din legătura dublă sunt într-o stare de hibridizare sp² și au un unghi de legătură de 120°.

Alchenele se caracterizează prin izomerie a scheletului de carbon, poziții de legături duble, interclase și spațiale.

Proprietăți fizice

Punctele de topire și de fierbere ale alchenelor (simplificate) cresc cu greutatea moleculară și lungimea lanțului de carbon principal.

În condiţii normale, alchenele de la C 2 H 4 la C 4 H 8 sunt gaze; de la pentenă C 5 H 10 până la hexadecen C 17 H 34 inclusiv - lichide, și începând de la octadecen C 18 H 36 - solide. Alchenele sunt insolubile în apă, dar ușor solubile în solvenți organici.

Dehidrogenarea alcanilor

Aceasta este una dintre metodele industriale de obținere a alchenelor.

Hidrogenarea alchinelor

Hidrogenarea parțială a alchinelor necesită condiții speciale și prezența unui catalizator

O legătură dublă este o combinație de legături sigma și pi. Legatura Sigma apare cu suprapunerea axială a orbitalilor sp2 și pi-bond cu suprapunerea laterală

Regula lui Zaitsev:

Eliminarea unui atom de hidrogen în reacțiile de eliminare are loc predominant din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat.

13. Alchene. Structura. sp 2 hibridizare, parametri multipli de legătură. Reacții de adiție electrofilă de halogeni, halogenuri de hidrogen, acid hipocloros. Hidratarea alchenelor. regula lui Morkovnikov. Mecanisme de reacție.

Alchenele (olefine, hidrocarburi de etilenă) - aciclic hidrocarburi nesaturate conţinând o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală C n H 2n

Un orbital s- și 2 p-orbitali se amestecă și formează 2 orbitali sp2-hibrizi echivalenti situati în același plan la un unghi de 120.

Dacă o legătură este formată din mai mult de o pereche de electroni, atunci se numește multiplu.

O legătură multiplă se formează atunci când există prea puțini electroni și atomi de legătură pentru ca fiecare orbital de valență de legătură al atomului central să se suprapună cu orice orbital al atomului din jur.

Reacții de adiție electrofile

În aceste reacții, particula care atacă este un electrofil.

halogenare:

Hidrohalogenare

Adăugarea electrofilă de halogenuri de hidrogen la alchene are loc conform regulii lui Markovnikov

domnia Markovnikov

Adăugarea de acid hipocloros pentru a forma clorhidrine:

Hidratarea

Reacția de adăugare a apei la alchene are loc în prezența acidului sulfuric:

carbocation- o particulă în care este concentrat un atom de carbon sarcină pozitivă, atomul de carbon are un p-orbital liber.

14. Hidrocarburi etilenice. Proprietăți chimice: reacții cu agenți oxidanți. Oxidare catalitică, reacție cu peracizi, reacție de oxidare la glicoli, cu ruperea legăturii carbon-carbon, ozonare. Procesul Wacker. reacții de substituție.

Alchenele (olefine, hidrocarburi de etilenă) - hidrocarburi nesaturate aciclice care conțin o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală C n H 2n

Oxidare

Oxidarea alchenelor se poate produce, în funcție de condițiile și tipurile de reactivi oxidanți, atât cu ruperea dublei legături, cât și cu păstrarea scheletului de carbon.

Când sunt arse în aer, olefinele produc dioxid de carbon și apă.

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 - formula generala

oxidare catalitică

În prezența sărurilor de paladiu, etilena este oxidată la acetaldehidă. În mod similar, acetona se formează din propenă.

Când agenții oxidanți puternici (KMnO 4 sau K 2 Cr 2 O 7 în mediu H 2 SO 4) acționează asupra alchenelor, legătura dublă se rupe la încălzire:

În timpul oxidării alchenelor cu o soluție diluată de permanganat de potasiu se formează alcooli dihidroxilici - glicoli (reacția E.E. Wagner). Reacția are loc la frig.

Alchenele aciclice și ciclice, atunci când interacționează cu peracizii RCOOOH într-un mediu nepolar, formează epoxizi (oxirani), prin urmare reacția în sine se numește reacție de epoxidare.

Ozonarea alchenelor.

Când alchenele reacţionează cu ozonul, se formează compuşi de peroxid, care se numesc ozonide. Reacția alchenelor cu ozonul este cea mai importantă metodă de scindare oxidativă a alchenelor la dubla legătură.

Alchenele nu suferă reacții de substituție.

Procesul Wacker- procesul de obţinere a acetaldehidei prin oxidarea directă a etilenei.

Procesul Wacker se bazează pe oxidarea etilenei cu diclorură de paladiu:

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

15. Alchene: proprietăți chimice. Hidrogenarea. regula lui Lebedev. Izomerizarea și oligomerizarea alchenelor. Polimerizare radicală și ionică. Conceptul de polimer, oligomer, monomer, legătură elementară, grad de polimerizare. Telomerizare și copolimerizare.

hidrogenare

Hidrogenarea alchenelor direct cu hidrogen are loc numai în prezența unui catalizator. Catalizatorii de hidrogenare sunt platina, paladiu, nichel

Hidrogenarea poate fi efectuată și în fază lichidă cu catalizatori omogene

Reacții de izomerizare

Când este încălzită, este posibilă izomerizarea moleculelor de alchenă, ceea ce

poate duce atât la deplasarea dublei legături, cât și la modificări ale scheletului

hidrocarbură.

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

reacții de polimerizare

Acesta este un tip de reacție de adiție. Polimerizarea este o reacție de conectare secvențială a moleculelor identice în molecule mai mari, fără a izola niciun produs cu greutate moleculară mică. În timpul polimerizării, un atom de hidrogen este atașat de atomul de carbon cel mai hidrogenat situat la legătura dublă, iar restul moleculei este atașat de celălalt atom de carbon.

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

sau n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polietilenă)

O substanță ale cărei molecule suferă o reacție de polimerizare se numește monomer. O moleculă de monomer trebuie să aibă cel puțin o legătură dublă. Polimerii rezultați constau dintr-un număr mare de lanțuri repetate având aceeași structură ( legături elementare). Se numește numărul care arată de câte ori se repetă o unitate structurală (elementară) într-un polimer gradul de polimerizare(n).

În funcţie de tipul de particule intermediare formate în timpul polimerizării, există 3 mecanisme de polimerizare: a) radical; b) cationic; c) anionic.

Conform primei metode, se obține polietilenă de înaltă presiune:

Reacția este catalizată de peroxizi.

A doua și a treia metodă implică utilizarea acizilor (polimerizare cationică) și a compușilor organometalici ca catalizatori.

în chimie oligomer) - o moleculă sub formă de lanț de mic numărul de componente identice.

Telomerizarea

Telomerizarea - oligomerizarea alchenelor în prezența unor substanțe - transmițători de lanț (telogeni). Ca rezultat al reacției, se formează un amestec de oligomeri (telomeri), ale căror grupe terminale sunt părți ale telogenului. De exemplu, în reacția CCl4 cu etilena, telogenul este CC14.

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

Aceste reacții pot fi inițiate de inițiatori radicali sau de radiații gamma.

16. Alchene. Reacții de adiție radicală de halogeni și halogenuri de hidrogen (mecanism). adăugarea carbenelor la olefine. Etilenă, propilenă, butilenă. Surse industriale și utilizări principale.

Alchenele adaugă ușor halogeni, în special clor și brom (halogenare).

O reacție tipică de acest tip este decolorarea apa cu brom

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

Adăugarea electrofilă de halogenuri de hidrogen la alchene are loc conform regulii lui Markovnikov:

domnia Markovnikov: când se adaugă acizi protici sau apă la alchene nesimetrice sau la un alchinamat, hidrogenul este atașat celui mai hidrogenat atom de carbon

Un atom de carbon hidrogenat este unul la care este atașat hidrogenul. Cel mai hidrogenat - unde există cel mai mult H

Reacții de adiție cu carben

Carbene CR 2: - particule foarte reactive cu durată scurtă de viață care se pot adăuga cu ușurință la dubla legătură a alchenelor. Ca rezultat al reacției de adiție cu carben, se formează derivați de ciclopropan

Etilena este o substanță chimică organică descrisă de formula C 2 H 4. Este cel mai simplu malken ( olefină)compus. La conditii normale Este un gaz inflamabil incolor cu miros ușor. Parțial solubil în apă. Conține o dublă legătură și, prin urmare, se referă la hidrocarburi nesaturate sau nesaturate. Joacă extrem de rol importantîn industrie. Etilena este compusul organic cel mai produs din lume: oxidul de etilenă; polietilenă, acid acetic, alcool etilic.

Proprietăți chimice de bază(nu predați, lăsați-le doar pentru orice eventualitate, dintr-o dată va fi posibil să ștergeți)

Etilena - chimic substanta activa. Întrucât între atomii de carbon din moleculă există o legătură dublă, unul dintre ei, mai puțin puternic, se rupe ușor, iar la locul ruperii legăturii moleculele sunt unite, oxidate și polimerizate.

halogenare:

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

Apa cu brom devine decolorată. Aceasta este o reacție calitativă la compuși nesaturați.

Hidrogenare:

CH 2 \u003d CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (sub acțiunea Ni)

Hidrohalogenare:

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

hidratare:

CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (sub acțiunea unui catalizator)

Această reacție a fost descoperită de A.M. Butlerov și este folosit pentru producția industrială de alcool etilic.

Oxidare:

Etilena se oxidează ușor. Dacă etilena este trecută printr-o soluție de permanganat de potasiu, aceasta va deveni incoloră. Această reacție este folosită pentru a face distincția între compușii saturați și nesaturați. Oxidul de etilena este o substanta fragila, puntea de oxigen se rupe si apa se uneste, rezultand formarea etilenglicolului. Ecuația reacției:

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

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

Polimerizare (obținerea polietilenei):

nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

propilenă(propenă) CH 2 \u003d CH-CH 3 - hidrocarbură nesaturată (nesaturată) din seria etilenei, gaz combustibil. Propilena este o substanță gazoasă cu un punct de fierbere scăzut t bp = -47,6 ° C

De obicei, propilena este izolată din gazele de rafinărie (în timpul cracării țițeiului, pirolizei fracțiilor de benzină) sau din gazele asociate, precum și din gazele de cocsificare de cărbune.

Alchenele sunt o clasă de substanțe mai activă decât alcanii. Proprietăți chimice alchenele se datorează structurii moleculelor lor.

Structura

Hidrocarburile nesaturate - alchene sau olefine - se deosebesc de alte clase de substante organice prin prezenta unei duble sau π-legaturi intre atomii de carbon. Legătura dublă poate fi oriunde în moleculă.

O legătură pi se formează prin suprapunerea orbitalilor p. Datorită faptului că orbitalul p are prelungiri în ambele direcții față de axă și seamănă cu o gantere, legătura pi are loc în două locuri. Spre deosebire de legătura σ, care apare atunci când orbitalii s se suprapun sub forma unei sfere, legătura π este mai puțin puternică și este ușor distrusă de alți compuși. Aceasta determină activitatea alchenelor.

Orez. 1. legătura π și legătura σ.

Legătura dublă acționează ca donor de electroni în reacțiile adiționale. Prin urmare, alchenele sunt caracterizate prin reacții de adiție electrofile.

Proprietăți fizice

General proprietăți fizice alchene:

• punctele de topire si de fierbere cresc odata cu cresterea greutate molecularăîn seria omoloagă;
• nu se dizolvă în apă;
• stai așa suprafața apei, deoarece au o densitate de multe ori densitate mai mică apă;
• se dizolvă în solvenți organici - alcooli, eteri.

Starea agregată a substanțelor variază de la numărul de atomi de carbon din seria omoloagă. Alchenele cu 2-4 atomi de carbon sunt gaze. De la peptenă (C 5 H 10) la heptadecen (C 17 H3 4), substanțele sunt în stare lichida. Alchenele care conțin mai mult de 17 atomi de carbon sunt solide.

Orez. 2. Serii omoloage de alchene.

Proprietăți chimice

Caracteristicile și exemplele de proprietăți chimice ale alchenelor sunt date în tabel.

Reacţie	Descriere	Ecuații de reacție
Hidrogenare - adaos de hidrogen	Se desfășoară la presiune înaltă în prezența unui catalizator - nichel, paladiu sau platină. Se formează alcani - hidrocarburi saturate	CH 2 \u003d CH-CH 3 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
Halogenare - adaos de halogeni	Scurgeri la conditii normale. Halogenii se unesc la dubla legătură. Se formează dihaloalcani	CH2 \u003d CH2 + CI2 → CI-CH2-CH2-CI (1,2-dicloretan); CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + Br 2 → CH 3 -CH-Br-CH-Br-CH 3 (2,3-dibromobutan)
Hidrohalogenare - adaos de halogenuri de hidrogen	Reacția de adiție electrofilă. Un electrofil este un proton de hidrogen într-un halogen. se formează haloalcani	CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl (cloretan)
Hidratarea - adăugarea de apă	Reacția are loc în prezență acizi anorganici- sulfuric, fosforic. Acţionează ca un catalizator şi sunt surse de hidrogen. Se formează alcooli monohidroxilici	CH2 \u003d CH2 + H2O → CH3-CH2OH
Polimerizarea - o creștere a numărului de atomi	Se desfășoară în prezența unui catalizator, la presiune și temperatură ridicate. In acest fel se obtine polietilena, clorura de polivinil, polipropilena	nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n
	Apare cu excesul de oxigen	CH 2 \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + H 2 O
oxidare incompletă	Funcționează în prezența unui catalizator. Alchena amestecată cu oxigen este trecută peste argint încălzit. Se formează epoxid - oxid de alchenă	2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 → 2CH 2 -O-CH 2
Reacția lui Wagner	Oxidare cu permanganat de potasiu într-un mediu alcalin sau neutru. Se formează alcooli	3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3CH 2 OH-CH 2 OH + 2KOH + 2MnO 2
Oxidare cu permanganat de potasiu la fierbere într-un mediu acid	se formează acizi carboxilici	CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + 4 [O] → 2CH 3 COOH

Când sunt încălzite în prezența unui catalizator, alchenele intră într-o reacție de izomerizare. Poziția dublei legături sau structura scheletului de carbon se modifică. De exemplu, buten-1 (poziția dublei legături dintre primul și al doilea atom) este convertit în buten-2 (dubla legătură este „deplasată” la al doilea atom).

Orez. 3. Izomerizarea alchenelor.

Ce am învățat?

De la lecția de chimie de clasa a X-a, au învățat despre proprietățile chimice ale alchenelor. Legătura dublă face aceste substanțe mai reactive decât alcanii. Alchenele interacționează cu halogenii, oxigenul, apa, hidrogenul și halogenurile de hidrogen. Majoritatea reacțiilor au loc în prezența unui catalizator la temperatură ridicată sau la tensiune arterială crescută. Polimerii sunt fabricați din alchene. Izomerii se formează și sub acțiunea catalizatorilor.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

rata medie: 4.6. Evaluări totale primite: 64.

Tema lecției: Alchenele. Obținerea, proprietățile chimice și aplicarea alchenelor.

Scopurile și obiectivele lecției:

• ia în considerare proprietățile chimice specifice ale etilenei și proprietăți generale alchene;
• să aprofundeze și să concretizeze conceptele de?-conectare, despre mecanisme reacții chimice;
• dați idei inițiale despre reacțiile de polimerizare și structura polimerilor;
• analiza metodelor de laborator si industriale generale pentru obtinerea alchenelor;
• continua să-și dezvolte capacitatea de a lucra cu un manual.

Echipament: aparat pentru obtinerea gazelor, solutie KMnO 4, alcool etilic, concentrat acid sulfuric, chibrituri, lampă cu alcool, nisip, tabele „Structura moleculei de etilenă”, „Proprietăți chimice de bază ale alchenelor”, mostre demo„Polimeri”.

ÎN CURILE CURĂRILOR

I. Moment organizatoric

Continuăm să studiem serie omoloagă alchene. Astăzi trebuie să luăm în considerare metodele de obținere, proprietățile chimice și aplicațiile alchenelor. Trebuie să caracterizam proprietățile chimice datorate dublei legături, să obținem o înțelegere inițială a reacțiilor de polimerizare, să luăm în considerare laborator și metode industriale obţinerea de alchene.

II. Activarea cunoștințelor elevilor

1. Ce hidrocarburi se numesc alchene?

1. Care sunt caracteristicile structurii lor?

1. În ce stare hibridă sunt atomii de carbon care formează o legătură dublă într-o moleculă de alchenă?

Concluzie: alchenele diferă de alcani prin prezența unei duble legături în molecule, ceea ce determină caracteristicile proprietăților chimice ale alchenelor, metodele de preparare și utilizare a acestora.

III. Învățarea de materiale noi

1. Metode de obţinere a alchenelor

Alcătuiți ecuații de reacție confirmând metodele de obținere a alchenelor

– cracarea alcanilor C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (cracare termica la 400-700 o C)
octan buten butan
– dehidrogenarea alcanilor C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butan buten hidrogen
– dehidrohalogenarea haloalcanilor C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
apă clorură de buten hidroxid de clorbutan
potasiu potasiu
– dehidrohalogenarea dihaloalcanilor
- deshidratarea alcoolilor C 2 H 5 OH -–> C 2 H 4 + H 2 O (la incalzire in prezenta acidului sulfuric concentrat)
Tine minte! În reacțiile de dehidrogenare, deshidratare, dehidrohalogenare și dehalogenare, trebuie amintit că hidrogenul este preponderent desprins din atomi de carbon mai puțin hidrogenați (regula lui Zaitsev, 1875)

2. Proprietăţile chimice ale alchenelor

Natura legăturii carbon - carbon determină tipul de reacții chimice în care intră substanțele organice. Prezența unei legături duble carbon-carbon în moleculele de hidrocarburi de etilenă determină următoarele caracteristici ale acestor compuși:
- prezenta unei duble legaturi face posibila clasificarea alchenelor ca compusi nesaturati. Transformarea lor în saturate este posibilă numai ca urmare a reacțiilor de adiție, care este principala caracteristică a comportamentului chimic al olefinelor;
- o legătură dublă este o concentrație semnificativă a densității electronice, deci reacțiile de adiție sunt de natură electrofilă;
- o legătură dublă este formată dintr-o legătură și una, care se polarizează destul de ușor.

Ecuații de reacție care caracterizează proprietățile chimice ale alchenelor

a) Reacții de adiție

Tine minte! Reacțiile de substituție sunt caracteristice alcanilor și cicloalcanilor superiori, care au numai legături simple, reacții de adiție - la alchene, diene și alchine având legături duble și triple.

Tine minte! Sunt posibile următoarele mecanisme de rupere:

a) dacă alchenele și reactivul sunt compuși nepolari, atunci legătura - se rupe odată cu formarea unui radical liber:

H 2 C \u003d CH 2 + H: H -–> + +

b) dacă alchena și reactivul sunt compuși polari, atunci ruperea legăturii duce la formarea de ioni:

c) atunci când se conectează la locul legăturii de rupere a reactivilor care conțin atomi de hidrogen în moleculă, hidrogenul se atașează întotdeauna la un atom de carbon mai hidrogenat (regula lui Morkovnikov, 1869).

- reacția de polimerizare nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
eten polietilenă

b) reacția de oxidare

Experienta de laborator. Obține etilenă și studiază proprietățile acesteia (instrucțiuni pe birourile studenților)

Instrucțiuni pentru obținerea etilenei și experimente cu aceasta

1. Puneți 2 ml de acid sulfuric concentrat, 1 ml de alcool și o cantitate mică de nisip într-o eprubetă.
2. Închideți eprubeta cu un dop cu tub de evacuare a gazului și încălziți-o în flacăra unei lămpi cu alcool.
3. Treceți gazul care se scurge printr-o soluție de permanganat de potasiu. Observați schimbarea culorii soluției.
4. Aprindeți gazul de la capătul tubului de gaz. Atenție la culoarea flăcării.

- Alchenele ard cu o flacără luminoasă. (De ce?)

C 2 H 4 + 3O 2 -–> 2CO 2 + 2H 2 O (la oxidare completă produșii de reacție sunt dioxidul de carbon și apa

Reacție calitativă: „oxidare ușoară (în soluție apoasă)”

- alchenele decolorează o soluție de permanganat de potasiu (reacția Wagner)

În condiții mai severe într-un mediu acid, produșii de reacție pot fi acizi carboxilici, de exemplu (în prezența acizilor):

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

– oxidare catalitică

Amintiți-vă principalul!

1. Hidrocarburile nesaturate intră activ în reacții de adiție.
2. Reactivitatea alchenelor se datoreaza faptului ca - legatura se rupe usor sub actiunea reactivilor.
3. Ca urmare a adăugării, are loc trecerea atomilor de carbon de la starea sp 2 - la sp 3 - hibrid. Produsul de reacție are un caracter limitativ.
4. Când etilena, propilena și alte alchene sunt încălzite sub presiune sau în prezența unui catalizator, moleculele lor individuale sunt combinate în lanțuri lungi - polimeri. Polimerii (polietilenă, polipropilenă) sunt de mare importanță practică.

3. Utilizarea alchenelor(mesajul elevului conform planului următor).

1 - obţinerea de combustibil cu cifră octanică mare;
2 - materiale plastice;
3 – explozivi;
4 - antigel;
5 - solvenți;
6 - pentru a accelera coacerea fructelor;
7 - obţinerea acetaldehidei;
8 - cauciuc sintetic.

III. Consolidarea materialului studiat

Teme pentru acasă:§§ 15, 16, ex. 1, 2, 3 p. 90, ex. 4, 5 p. 95.

ALKENES

Hidrocarburile, în molecula cărora, pe lângă legăturile simple carbon-carbon și carbon-hidrogen σ, există legături π carbon-carbon, se numesc nelimitat. Deoarece formarea unei legături π este echivalentă formal cu pierderea a doi atomi de hidrogen de către o moleculă, hidrocarburile nesaturate conțin 2p mai puțini atomi de hidrogen decât limita, unde P - numărul de legături π:

Se numește o serie ai cărei membri diferă unul de celălalt prin (2H) n latura izologica. Deci, în schema de mai sus, izologii sunt hexani, hexene, hexadiene, hexine, hexatriene etc.

Hidrocarburile care conțin o legătură π (adică legătură dublă) se numesc alchene (olefine) sau, conform primului membru al seriei - etilena, hidrocarburi de etilenă. Formula generală pentru seria lor omoloagă C p H 2n.

1. Nomenclator

În conformitate cu regulile IUPAC, la construirea denumirilor de alchene, cel mai lung lanț de carbon care conține o legătură dublă primește numele alcanului corespunzător, în care terminația -un schimbat în -ro. Acest lanț este numerotat în așa fel încât atomii de carbon implicați în formarea unei duble legături să primească cel mai mic număr posibil:

Radicalii sunt denumiți și numerotați ca în cazul alcanilor.

Pentru alchene, relativ structură simplă sunt permise nume mai simple. Deci, unele dintre cele mai comune alchene sunt numite prin adăugarea sufixului -ro la numele unui radical de hidrocarbură cu același schelet de carbon:

Radicalii de hidrocarburi formați din alchene primesc sufixul -enil. Numerotarea în radical începe de la atomul de carbon care are o valență liberă. Cu toate acestea, pentru cei mai simpli radicali alchenil, în loc de denumiri sistematice, este permisă utilizarea celor banale:

Atomii de hidrogen legați direct de atomi de carbon nesaturați formând o legătură dublă sunt adesea denumiți ca atomi de hidrogen de vinil,

2. Izomerie

Pe lângă izomeria scheletului de carbon, în seria alchenelor mai există și izomeria poziției dublei legături. În general, izomeria de acest tip - izomeria poziției substituenților (funcții)- se observă în toate cazurile când există grupări funcționale în moleculă. Pentru alcanul C 4 H 10, sunt posibili doi izomeri structurali:

Pentru alchena C 4 H 8 (butenă), sunt posibili trei izomeri:

Buten-1 și buten-2 sunt izomeri ai poziției funcției (în acest caz rolul său este jucat de o dublă legătură).

Izomerii spațiali diferă în aranjarea spațială a substituenților unul față de celălalt și sunt numiți izomeri cis, dacă substituenții sunt de aceeași parte a dublei legături și izomeri trans, dacă pe părți opuse:

3. Structura legături duble

Energia de rupere a unei molecule la dubla legătură C=C este de 611 kJ/mol; întrucât energia legăturii σ C-C este de 339 kJ / mol, energia de rupere a legăturii π este de numai 611-339 = 272 kJ / mol. Electronii π sunt mult mai ușor decât electronii σ să fie influențați, de exemplu, de solvenți polarizați sau de orice reactivi de atac. Acest lucru se explică prin diferența de simetrie a distribuției norului de electroni a electronilor σ- și π. Suprapunerea maximă a orbitalilor p și, în consecință, energia liberă minimă a moleculei se realizează numai cu o structură plană a fragmentului de vinil și cu o structură scurtă. distanta s-s, egal cu 0,134 nm, adică mult mai mică decât distanța dintre atomii de carbon legați printr-o singură legătură (0,154 nm). Odată cu rotația „jumătăților” moleculei una față de alta de-a lungul axei dublei legături, gradul de suprapunere a orbitalilor scade, ceea ce este asociat cu cheltuirea de energie. Consecința acestui fapt este absența rotației libere de-a lungul axei dublei legături și existența izomerilor geometrici cu substituția corespunzătoare la atomi de carbon.

4. Proprietăți fizice

Ca și alcanii, omologii inferiori ai unui număr dintre cele mai simple alchene în condiții normale sunt gazele, iar începând de la C5 sunt lichide cu punct de fierbere scăzut.

Toate alchenele, ca și alcanii, sunt practic insolubile în apă și ușor solubile în alți solvenți organici, cu excepția alcoolului metilic; toate au o densitate mai mică decât apa.

5. Proprietăți chimice

Prin revizuire reactivitate compuși organici complecși acționează principiu general. În majoritatea reacțiilor, nu este implicat un radical de hidrocarbură „inert”, ci grupările funcționale existente și mediul lor imediat. Acest lucru este natural, deoarece majoritatea legăturilor sunt mai puțin puternice decât Conexiuni C-Cși CH și, în plus, legăturile din grupul funcțional și din apropierea acesteia sunt cele mai polarizate.

Este firesc să ne așteptăm ca reacțiile alchenelor să treacă printr-o legătură dublă, care poate fi considerată și o grupare funcțională și, prin urmare, vor fi reacții de adiție, și nu reacții de substituție, caracteristice alcanilor considerați anterior.

Adaos de hidrogen

Adăugarea de hidrogen la alchene duce la formarea de alcani:

Adăugarea de hidrogen la compușii de etilenă în absența catalizatorilor are loc numai la temperaturi ridicate, la care începe adesea descompunerea substanțelor organice. Adăugarea de hidrogen este mult mai ușoară în prezența catalizatorilor. Catalizatorii sunt metale din grupa platinei în stare fin dispersată, platina însăși și în special paladiu - deja la temperatură obișnuită. De o mare importanță practică a fost descoperirea lui Sabatier, care a folosit nichel fin divizat special preparat la o temperatură de 150-300°C și a arătat în numeroase lucrări versatilitatea acestui catalizator pentru o serie de reacții de reducere.

Adăugarea de halogeni

Halogenii se adaugă la alchene pentru a forma derivați de dihalogen care conțin atomi de halogen la atomii de carbon vecini:

În prima etapă a acestei reacții, interacțiunea dintre electronii π ai dublei legături și particula de halogen electrofilă are loc odată cu formarea complexului π (I). În plus, complexul π se rearanjează în ionul de oniu (bromoniu) (II) cu eliminarea anionului halogen, care este în echilibru cu carbocationul (III). Anionul atacă apoi ionul de oniu pentru a forma produsul de adiție (IV):

Atacul anionic al ionului de bromoniu (II) cu formarea de dibromură (IV) are loc în poziția trans. Astfel, în cazul adăugării de Br2 la ciclopentenă, se formează doar trans-1,2-dibromodiclo-pentan:

Dovada pentru adăugarea în două etape a unui halogen la alchene este faptul că atunci când Br 2 este adăugat la ciclohexenă în prezența MaCl, nu se formează doar trans-1,2-dibromociclohexan, ci și trans-1-bromo-2. -clorociclohexan:

Halogenare radicală

În condiții dure (fază gazoasă, 500°C), halogenii nu se adaugă la dubla legătură, dar poziția α este halogenată:

În acest caz, reacția are loc printr-un mecanism radical.

Adăugarea de halogenuri de hidrogen

Halogenurile de hidrogen sunt adăugate la alchene pentru a forma haloalchili. Atașarea în cazul moleculelor asimetrice urmează regula Markovnikov, adică hidrogenul se atașează de atomul de carbon cel mai hidrogenat (cu cel mai mare număr atomi de hidrogen):

Această reacție, ca și adăugarea de brom la etilenă, are loc după formarea complexului π prin etapa de formare a ionului de protoniu:

În prezența peroxizilor, bromura de hidrogen nu se adaugă conform regulii lui Markovnikov (efect Harsh):

În prezența peroxizilor, reacția se desfășoară nu conform mecanismului de adiție electrofilă, ca mai sus, ci după mecanismul radicalilor. Prima etapă este atacul radicalului peroxid asupra moleculei HBr:

Radicalul brom rezultat este adăugat la propilenă pentru a forma un nou radical:

Acesta din urmă este stabilizat prin extragerea hidrogenului din noua moleculă de HBr cu regenerarea unui nou radical de brom etc.:

Și în acest caz, direcția procesului este determinată de stabilitatea radicalilor brompropan: se formează în mod predominant unul mai stabil, conducând la 1-brompropan.

Adăugarea de apă și acid sulfuric

În prezența acizilor, se adaugă apă la dubla legătură conform regulii lui Markovnikov:

Aceeași reacție are loc cu acidul sulfuric:

Oxidare cu permanganat de potasiu într-un mediu neutru sau ușor alcalin (reacția lui Wagner)

În prima etapă, conform mecanismului de adiție cis, ionul MnO 4 este adăugat la legătura multiplă, urmat de scindarea hidrolitică a produsului de adiție instabil și eliberarea ionului de MnO 3 -

Reacția se desfășoară conform schemei de adiție cis:

Soluțiile acide de permanganat oxidează alchenele cu o rupere a lanțului la legătura C=C și formarea de acizi sau cetone:

Efectul ozonului asupra alchenelor

Această reacție duce la ozonide cristaline extrem de explozive, care la hidroliză formează aldehide sau cetone:

Reacția este adesea folosită pentru a determina poziția unei duble legături într-o moleculă, deoarece structura alchenei inițiale poate fi imaginată și din compușii carbonilici rezultați.

Reacția se desfășoară prin cis-cicloadiție prin stadiul de molozonide instabile, care suferă disociere și recombinare ulterioară:

Polimerizarea alchenelor

De o importanță deosebită este polimerizarea etilenei și propilenei în polimeri cu o greutate moleculară de aproximativ 105. Până în 1953 s-a folosit în principal polimerizarea radicalică (inițiată de radicali liberi), deși în principiu s-a folosit atât inițierea anionice, cât și cationică a procesului.

După munca lui Ziegler și Nutt, care au primit Premiul Nobel pentru aceste studii, așa-numitul polimerizare prin coordonare. Cel mai simplu catalizator „Ziegler” de acest tip constă din compuși de trietilaluminiu și titan (IV). Acest lucru duce la formarea polimerilor un grad înalt stereoregularitate. De exemplu, în timpul polimerizării propilenei, se formează polipropilenă izotactică - un polimer în care toate grupările CH3 laterale ocupă aceeași poziție spațială:

Acest lucru conferă polimerului o rezistență mai mare și poate fi folosit chiar și pentru a face fibre sintetice.

Polietilena produsă prin acest proces este hidrocarbură saturată cu un lanț neramificat. Este mai puțin elastic decât polietilena de înaltă presiune, dar are o duritate mai mare și este capabil să reziste la temperaturi mai ridicate.

Datorită combinației multor proprietăți valoroase, polietilena are o aplicație foarte largă. Este unul dintre cele mai bune materiale pentru izolarea cablurilor, pentru utilizare în tehnologia radar, inginerie radio, agricultură etc. Din el sunt realizate țevi, furtunuri, vase, recipiente pentru produse agricole și îngrășăminte, folii de diferite grosimi și multe articole de uz casnic. Foliile durabile din polietilenă au început chiar să fie folosite ca acoperire pentru fundul canalelor artificiale pentru a le face impermeabile.

Telomerizarea

O aplicație industrială interesantă este procesul de copolimerizare a etilenei cu tetraclorură de carbon, numită telomerizare. Dacă la un amestec de etilenă cu CC1 4 se adaugă peroxid de benzoil sau un alt inițiator care se descompune cu formarea de radicali liberi, are loc următorul proces:

Radicalii СС1 3" inițiază polimerizarea în lanț a etilenei:

La întâlnirea cu o altă moleculă CC1 4, creșterea lanțului se oprește:

Radical CC1 3 - dă naștere unui nou lanț.

Produșii de polimerizare cu greutate moleculară mică care rezultă care conțin atomi de halogen la capetele lanțului se numesc telomerii. Telomeri obţinuţi cu valori n = 2,3, 4, ..., 15.

În timpul hidrolizei produșilor de telomerizare se formează acizi carboxilici ω-cloro-substituiți, care sunt produse chimice valoroase.