Alchenele se caracterizează în primul rând prin reacții aderare prin dubla legatura. Practic, aceste reacții decurg conform mecanismului ionic. Legătura pi este ruptă și se formează două noi legături sigma. Permiteți-mi să vă reamintesc că reacțiile de substituție au fost tipice pentru alcani și au decurs conform mecanismului radical. Moleculele de hidrogen se pot alătura alchenelor, aceste reacții se numesc hidrogenare, molecule de apă, hidratare, halogeni - halogenare, halogenuri de hidrogen - hidrohalogenare. Dar mai întâi lucrurile.

Reacții de adiție cu duble legătură

Asa de, primul proprietate chimică - capacitatea de a atașa halogenuri de hidrogen, hidrohalogenare.

Propena și alte alchene reacționează cu halogenurile de hidrogen conform regulii lui Markovnikov.

Atomul de hidrogen este atașat de atomul de carbon cel mai hidrogenat, sau mai corect hidrogenat.

Al doilea numărul de pe lista noastră de proprietăți ar fi hidratarea, adăugarea de apă.

Reacția are loc atunci când este încălzită în prezența unui acid, de obicei sulfuric sau fosforic. Adăugarea de apă are loc și conform regulii Markovnikov, adică alcoolul primar poate fi obținut numai prin hidratarea etilenei, restul alchenelor neramificate dau alcooli secundari.

Atât pentru hidrohalogenare, cât și pentru hidratare, există excepții de la regula lui Markovnikov. În primul rând, împotriva acestei reguli, adăugarea are loc în prezența peroxizilor.

În al doilea rând, pentru derivații de alchene în care sunt prezente grupări atrăgătoare de electroni. De exemplu, pentru 3,3,3-trifluorpropen-1.

Atomii de fluor, datorită electronegativității lor ridicate, trag densitatea de electroni pe ei înșiși de-a lungul lanțului de legături sigma. Acest fenomen se numește efect inductiv negativ.

Din această cauză, electronii pi mobili ai dublei legături sunt deplasați, iar atomul de carbon cel mai exterior are o sarcină pozitivă parțială, care este de obicei denumită delta plus. Îi va merge ionul de brom încărcat negativ, iar cationul de hidrogen se va alătura atomului de carbon cel mai puțin hidrogenat.

În plus față de gruparea trifluormetil, de exemplu, gruparea triclorometil, gruparea nitro, gruparea carboxil și unele altele au un efect inductiv negativ.

Acest al doilea caz de încălcare a regulii Markovnikov la examen este foarte rar, dar este totuși recomandabil să îl țineți cont dacă intenționați să promovați examenul pentru punctajul maxim.

Al treilea proprietate chimică - adăugarea de molecule de halogen.

În primul rând, este vorba despre brom, deoarece această reacție este calitativă pentru o legătură multiplă. Când treceți, de exemplu, etilena prin apă cu brom, adică o soluție maro de brom în apă, aceasta devine decolorată. Dacă un amestec de gaze, de exemplu, etan și etenă, este trecut prin apă cu brom, atunci etanul pur poate fi obținut fără impurități etene, deoarece va rămâne în balonul de reacție sub formă de dibrometan, care este un lichid.

De remarcată este reacția alchenelor în faza gazoasă cu încălzire puternică, de exemplu, cu clorul.

În astfel de condiții, nu are loc o reacție de adiție, ci o reacție de substituție. Mai mult decât atât, numai pe atomul de carbon alfa, adică atomul adiacent dublei legături. În acest caz, se obține 3-cloropropen-1. Aceste reacții la examen nu sunt obișnuite, așa că majoritatea studenților nu le amintesc și, de regulă, greșesc.

Al patrulea numărul este reacția de hidrogenare și odată cu ea reacția de dehidrogenare. Adică adăugarea sau îndepărtarea hidrogenului.

Hidrogenarea are loc la o temperatură nu foarte ridicată pe un catalizator de nichel. La temperaturi mai ridicate, este posibilă dehidrogenarea pentru a forma alchine.

a cincea o proprietate a alchenelor este capacitatea de a polimeriza, atunci când sute și mii de molecule de alchenă formează lanțuri foarte lungi și puternice datorită ruperii legăturii pi și formării de legături sigma între ele.

În acest caz, se obține polietilenă. Rețineți că nu există legături multiple în molecula rezultată. Astfel de substanțe sunt numite polimeri, moleculele originale sunt numite monomeri, fragmentul care se repetă este unitatea elementară a polimerului, iar numărul n este gradul de polimerizare.

Sunt de asemenea posibile reacții pentru a produce alte materiale polimerice importante, cum ar fi polipropilena.

Un alt polimer important este clorura de polivinil.

Materialul de pornire pentru producerea acestui polimer este cloroetena, al cărei nume banal este clorură de vinil. Deoarece acest substituent nesaturat se numește vinil. O abreviere comună pentru produsele din plastic PVC reprezintă doar clorură de polivinil.

Am discutat cinci proprietăți care sunt reacții de adiție cu duble legătură. Acum să ne uităm la reacții. oxidare.

Reacții de oxidare a alchenei

şaselea proprietatea chimică de pe lista noastră generală este oxidarea ușoară sau reacția Wagner. Are loc atunci când alchena este expusă la o soluție apoasă de permanganat de potasiu la rece, prin urmare, adesea în sarcinile de examinare, temperatura este zero grade.

Rezultatul este un alcool dihidroxilic. În acest caz, etilenglicolul și, în general, astfel de alcooli sunt numiți colectiv glicoli. În timpul reacției, soluția violet-roz de permanganat devine incoloră, deci această reacție este și calitativă pentru o legătură dublă. Manganul într-un mediu neutru din starea de oxidare +7 este redus la starea de oxidare +4. Să ne uităm la câteva exemple suplimentare. ECUAȚIA

Aici obținem propandiol-1,2. Cu toate acestea, alchenele ciclice vor reacționa în același mod. ECUAȚIA

O altă opțiune este atunci când legătura dublă se află, de exemplu, în lanțul lateral al hidrocarburilor aromatice. În mod regulat, în sarcinile de examen există o reacție Wagner care implică stiren, al doilea nume este vinilbenzen.

Sper că v-am oferit suficiente exemple pentru a înțelege că oxidarea ușoară a unei duble legături urmează întotdeauna o regulă destul de simplă - legătura pi este ruptă și se adaugă o grupare hidroxi la fiecare atom de carbon.

Acum, în ceea ce privește oxidarea dură. Acesta va fi al nostru al șaptelea proprietate. Această oxidare are loc atunci când o alchenă reacţionează cu o soluţie acidă de permanganat de potasiu când este încălzită.

Există o distrugere a moleculei, adică distrugerea ei la dubla legătură. În cazul butenului-2, s-au obținut două molecule de acid acetic. În general, poziția legăturii multiple în lanțul de carbon poate fi apreciată din produsele de oxidare.

Când butena-1 este oxidată, se obține o moleculă de acid propionic (propanoic) și dioxid de carbon.

In cazul etilenei se vor obtine doua molecule de dioxid de carbon. În toate cazurile, într-un mediu acid, manganul este redus de la starea de oxidare +7 la +2.

Și, în sfârșit Al optulea proprietate - oxidare completă sau ardere.

Alchenele ard ca alte hidrocarburi la dioxid de carbon și apă. Să scriem ecuația pentru arderea alchenelor într-o formă generală.

Vor exista tot atâtea molecule de dioxid de carbon câte atomi de carbon există într-o moleculă de alchenă, deoarece o moleculă de CO 2 conține un atom de carbon. Adică n molecule de CO2. Vor fi jumătate din câte molecule de apă ca atomi de hidrogen, adică 2n / 2, ceea ce înseamnă doar n.

Există același număr de atomi de oxigen în stânga și în dreapta. În dreapta, sunt 2n din dioxid de carbon plus n din apă, pentru un total de 3n. În stânga, există același număr de atomi de oxigen, ceea ce înseamnă că există jumătate din câte molecule, deoarece doi atomi fac parte din moleculă. Adică 3n/2 molecule de oxigen. Puteți scrie 1.5n.

Am revizuit opt proprietățile chimice ale alchenelor.

Cei mai simpli compuși organici sunt hidrocarburile saturate și nesaturate. Acestea includ substanțe din clasa alcanilor, alchinelor, alchenelor.

Formulele lor includ hidrogen și atomi de carbon într-o anumită secvență și cantitate. Se găsesc adesea în natură.

Definiţia alkenes

Celălalt nume al lor este olefine sau hidrocarburi de etilenă. Așa se numea această clasă de compuși în secolul al XVIII-lea, când a fost descoperit un lichid uleios, clorură de etilenă.

Alchenele sunt compuși formați din hidrogen și elemente de carbon. Ele aparțin hidrocarburilor aciclice. În molecula lor există o singură legătură dublă (nesaturată) care leagă doi atomi de carbon între ei.

Formule alchenice

Fiecare clasă de compuși are propria sa denumire chimică. În ele, simbolurile elementelor sistemului periodic indică compoziția și structura legăturilor fiecărei substanțe.

Formula generală a alchenelor se notează astfel: C n H 2n, unde numărul n este mai mare sau egal cu 2. La descifrarea lui se poate observa că pentru fiecare atom de carbon sunt doi atomi de hidrogen.

Formulele moleculare ale alchenelor din seria omoloagă sunt reprezentate de următoarele structuri: 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 , C9H18, C10H20. Se poate observa că fiecare hidrocarbură ulterioară conține încă un carbon și încă 2 hidrogen.

Există o desemnare grafică a locației și ordinii compușilor chimici dintre atomi dintr-o moleculă, care arată formula structurală a alchenelor.Cu ajutorul liniilor de valență este indicată legătura atomilor de carbon cu hidrogenii.

Formula structurală a alchenelor poate fi prezentată în formă expandată, când sunt prezentate toate elementele chimice și legăturile. Cu o expresie mai concisă a olefinelor, combinația de carbon și hidrogen cu ajutorul liniilor de valență nu este prezentată.

Formula scheletică denotă cea mai simplă structură. O linie întreruptă ilustrează baza moleculei, în care atomii de carbon sunt reprezentați de vârfurile și capetele sale, iar hidrogenul este indicat prin legături.

Cum se formează numele de olefine

CH3-HC \u003d CH2 + H2O → CH3-OHCH-CH3.

Când este expus la alchene cu acid sulfuric, are loc procesul de sulfonare:

CH 3 -HC \u003d CH 2 + HO-OSO-OH → CH 3 -CH 3 CH-O-SO 2 -OH.

Reacția continuă cu formarea de esteri acizi, de exemplu, acidul izopropilsulfuric.

Alchenele sunt supuse oxidării în timpul arderii lor sub acțiunea oxigenului pentru a forma apă și dioxid de carbon gazos:

2CH 3 -HC \u003d CH 2 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

Interacțiunea compușilor olefinici și permanganatul de potasiu diluat sub formă de soluție duce la formarea de glicoli sau alcooli dihidroxilici. Această reacție este, de asemenea, oxidativă cu formarea de etilenglicol și decolorarea soluției:

3H 2 C \u003d CH 2 + 4H 2 O + 2KMnO 4 → 3OHCH-CHOH + 2MnO 2 + 2KOH.

Moleculele de alchenă pot fi implicate în procesul de polimerizare cu un mecanism de radical liber sau cation-anion. În primul caz, sub influența peroxizilor, se obține un polimer precum polietilena.

Conform celui de-al doilea mecanism, acizii acționează ca catalizatori cationici, iar substanțele organometalice sunt catalizatori anionici cu eliberarea unui polimer stereoselectiv.

Ce sunt alcanii

Se mai numesc parafine sau hidrocarburi aciclice saturate. Au o structură liniară sau ramificată, care conține doar legături simple saturate. Toți reprezentanții acestei clase au formula generală C n H 2n+2 .

Conțin doar atomi de carbon și hidrogen. Formula generală a alchenelor se formează din denumirea hidrocarburilor saturate.

Denumirile alcanilor și caracteristicile acestora

Cel mai simplu reprezentant al acestei clase este metanul. Este urmat de substanțe precum etan, propan și butan. Numele lor se bazează pe rădăcina numeralului din greacă, la care se adaugă sufixul -an. Numele alcanilor sunt enumerate în nomenclatura IUPAC.

Formula generală a alchenelor, alchinelor, alcanilor include doar două tipuri de atomi. Acestea includ elementele carbon și hidrogen. Numărul de atomi de carbon din toate cele trei clase este același, diferența se observă numai în numărul de hidrogen, care poate fi separat sau adăugat. Din obțineți compuși nesaturați. Reprezentanții parafinelor din moleculă conțin cu 2 atomi de hidrogen mai mulți decât olefinele, ceea ce este confirmat de formula generală a alcanilor, alchenelor. Structura alchenei este considerată nesaturată datorită prezenței unei duble legături.

Dacă corelăm numărul de atomi apă-la-ro-dny și carbon-le-ro-dny din al-ka-nah, atunci valoarea va fi max-si-mică în comparație cu alte clase de cărbune-le-vo -to -ro-dov.

Pornind de la metan și terminând cu butan (de la C 1 la C 4), substanțele există sub formă gazoasă.

Sub formă lichidă sunt prezentate hidrocarburile din intervalul omolog de la C5 la C16. Începând cu un alcan, care are 17 atomi de carbon în lanțul principal, are loc o tranziție a stării fizice într-o formă solidă.

Ele sunt caracterizate prin izomerie în scheletul de carbon și modificări optice ale moleculei.

În parafine, valențele carbonului sunt considerate a fi ocupate complet de carbonii vecini-le-ro-da-mi sau in-do-ro-da-mi cu formarea unei legături de tip σ. Din punct de vedere chimic, acest lucru determină proprietățile lor slabe, motiv pentru care alcanii sunt numiți pre-del-ny-x sau saturat-schen-ny-x coal-le-to-do-ro-dov, lipsiți de afinitate.

Ei intră în reacții de substituție asociate cu halogenarea radicală, sulfoclorurarea sau nitrarea moleculei.

Parafinele suferă un proces de oxidare, ardere sau descompunere la temperaturi ridicate. Sub acțiunea acceleratorilor de reacție are loc eliminarea atomilor de hidrogen sau dehidrogenarea alcanilor.

Ce sunt alchinele

Se mai numesc și hidrocarburi acetilenice, care au o legătură triplă în lanțul de carbon. Structura alchinelor este descrisă prin formula generală C n H 2 n-2. Acesta arată că, spre deosebire de alcani, hidrocarburilor acetilenice le lipsesc patru atomi de hidrogen. Ele sunt înlocuite cu o legătură triplă formată din doi compuși π.

Această structură determină proprietățile chimice ale acestei clase. Formula structurală a alchenelor și alchinelor arată clar nesaturarea moleculelor lor, precum și prezența unei legături duble (H 2 C꞊CH 2) și triple (HC≡CH).

Denumirea alchinelor și caracteristicile lor

Cel mai simplu reprezentant este acetilena sau HC≡CH. Se mai numește și etină. Provine de la denumirea unei hidrocarburi saturate, în care se îndepărtează sufixul -an și se adaugă -in. În numele alchinelor lungi, numărul indică locația legăturii triple.

Cunoscând structura hidrocarburilor saturate și nesaturate, se poate determina sub ce literă este indicată formula generală a alchinelor: a) CnH2n; c) CnH2n+2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6. Răspunsul corect este a treia opțiune.

Începând cu acetilenă și terminând cu butan (de la C 2 la C 4), substanțele sunt de natură gazoasă.

În formă lichidă, există hidrocarburi cu un interval omolog de la C5 la C17. Pornind de la alchina, care are 18 atomi de carbon în lanțul principal, are loc o tranziție a stării fizice într-o formă solidă.

Ele se caracterizează prin izomerie în scheletul de carbon, în poziția triplei legături, precum și modificări interclase ale moleculei.

Hidrocarburile de acetilenă sunt similare chimic cu alchenele.

Dacă alchinele au o legătură triplă terminală, atunci ele acționează ca un acid cu formarea de săruri alchinide, de exemplu, NaC≡CNa. Prezența a două legături π face ca molecula de acetiledină de sodiu să fie un nucleofil puternic care intră în reacții de substituție.

Acetilena suferă clorurare în prezența clorurii de cupru pentru a obține dicloroacetilena, condensare sub acțiunea haloalchinelor cu eliberare de molecule de diacetilenă.

Alchinele sunt implicate în reacții al căror principiu stă la baza halogenării, hidrohalogenării, hidratării și carbonilării. Cu toate acestea, astfel de procese decurg mai slab decât în ​​alchene cu o legătură dublă.

Pentru hidrocarburile acetilenice, sunt posibile reacții de adiție de tip nucleofil a unei molecule de alcool, a unei amine primare sau hidrogen sulfurat.

Continuare. Pentru început, vezi № 15, 16, 17, 18, 19/2004

Lecția 9
Proprietățile chimice ale alchenelor

Proprietățile chimice ale alchenelor (etilena și omologii săi) sunt determinate în mare măsură de prezența legăturilor d ... în moleculele lor. Alchenele intră în reacții de toate cele trei tipuri, iar cele mai caracteristice dintre ele sunt reacțiile p .... Considerați-le folosind propilena C3H6 ca exemplu.
Toate reacțiile de adiție au loc printr-o legătură dublă și constau în scindarea legăturii α a alchenei și formarea a două noi legături α la locul ruperii.

Adăugarea de halogeni:

Adaos de hidrogen(reacție de hidrogenare):

Racord de apă(reacție de hidratare):

Adăugarea de halogenuri de hidrogen (HHal) și apă la alchene nesimetrice după regula lui V.V.Markovnikov (1869). Acid hidrogen Hhal se atașează de atomul de carbon cel mai hidrogenat la dubla legătură.În consecință, reziduul Hal se leagă de atomul de C, care are un număr mai mic de atomi de hidrogen.

Arderea alchenelor în aer.
Când sunt aprinse, alchenele ard în aer:

2CH 2 \u003d CHCH 3 + 9O 2 6CO 2 + 6H 2 O.

Alchenele gazoase formează amestecuri explozive cu oxigenul atmosferic.
Alchenele sunt oxidate de permanganat de potasiu într-un mediu apos, care este însoțit de decolorarea soluției de KMnO 4 și formarea de glicoli (compuși cu două grupări hidroxil la atomi de C adiacenți). Acest proces - hidroxilarea alchenelor:

Alchenele sunt oxidate de oxigenul atmosferic la epoxizi. când este încălzit în prezența catalizatorilor de argint:

Polimerizarea alchenelor- legarea multor molecule de alchenă între ele. Condiții de reacție: încălzire, prezența catalizatorilor. Conexiunea moleculelor are loc prin scindarea legăturilor intramoleculare și formarea de noi legături intermoleculare:

În această reacție, intervalul de valori n = 10 3 –10 4 .

Exerciții.

1. Scrieți ecuațiile de reacție pentru buten-1 cu: a) Br2; b) HBr; în) H2O; G) H2. Numiți produșii de reacție.

2. Sunt cunoscute condițiile în care adăugarea de apă și halogenuri de hidrogen la legătura dublă a alchenelor este împotriva regulii Markovnikov. Scrieți ecuațiile de reacție
3-bromopropilenă conform anti-Markovnikov cu: a) apă; b) bromură de hidrogen.

3. Scrieţi ecuaţiile pentru reacţiile de polimerizare: a) buten-1; b) clorură de vinil CH2 =CHCI;
c) 1,2-difluoretilenă.

4. Faceți ecuațiile pentru reacțiile etilenei cu oxigenul pentru următoarele procese: a) ardere în aer; b) hidroxilare cu apă KMn04; c) epoxidare (250 °C, Ag ).

5. Scrieți formula structurală a unei alchene, știind că 0,21 g din acest compus pot adăuga 0,8 g brom.

6. La arderea a 1 litru de hidrocarbură gazoasă, care decolorează soluția de zmeură de permanganat de potasiu, se consumă 4,5 litri de oxigen și se obțin 3 litri. CO2. Scrieți formula structurală pentru această hidrocarbură.

Lecția 10
Obținerea și utilizarea alchenelor

Reacțiile pentru obținerea alchenelor se reduc la inversarea reacțiilor reprezentând proprietățile chimice ale alchenelor (fluxul lor de la dreapta la stânga, vezi lecția 9). Trebuie doar să găsești condițiile potrivite.
Eliminarea a doi atomi de halogen din dihaloalcani conţinând halogeni la atomii vecini de C. Reacţia se desfăşoară sub acţiunea metalelor (Zn etc.):

Cracarea hidrocarburilor saturate. Deci, în timpul cracării (vezi lecția 7) a etanului, se formează un amestec de etilenă și hidrogen:

Deshidratarea alcoolilor. Când alcoolii sunt tratați cu agenți de îndepărtare a apei (acid sulfuric concentrat) sau când sunt încălziți la 350 ° C în prezența catalizatorilor, apa este despărțită și se formează alchene:

In acest fel se obtine etilena in laborator.
O metodă industrială pentru producerea propilenei, împreună cu cracarea, este deshidratarea propanolului peste alumină:

Dehidroclorurarea cloroalcanilor se realizează sub acțiunea unei soluții alcaline în alcool, deoarece În apă, produșii de reacție nu sunt alchene, ci alcooli.

Utilizarea etilenei și a omologilor săi pe baza proprietăților lor chimice, adică a capacității de a se transforma în diferite substanțe utile.

Combustibili pentru motoare, cu cifre octanice mari, se obțin prin hidrogenarea alchenelor ramificate:

Decolorarea unei soluții galbene de brom într-un solvent inert (CCl 4) are loc atunci când se adaugă o picătură de alchenă sau o alchenă gazoasă este trecută prin soluție. Interacțiunea cu bromul - caracteristică reacție calitativă la dubla legătură:

Produsul clorhidratării etilenei, cloretanul, este utilizat în sinteza chimica pentru a introduce grupa C 2 H 5 în moleculă:

Cloroetanul are, de asemenea, un efect anestezic local (ameliorarea durerii), care este utilizat în operațiile chirurgicale.

Alcoolii se obțin prin hidratarea alchenelor, de exemplu, etanol:

Alcoolul C 2 H 5 OH este utilizat ca solvent, pentru dezinfecție, în sinteza de noi substanțe.

Hidratarea etilenei în prezența unui agent oxidant [O] duce la etilenglicol - antigel și produs intermediar al sintezei chimice:

Etilena este oxidată pentru a produce oxid de etilenă și acetaldehidă. materii prime in industria chimica:

Polimeri și materiale plastice- produse de polimerizare a alchenelor, de exemplu, politetrafluoretilenă (Teflon):

Exerciții.

1. Completați ecuațiile pentru reacțiile de eliminare (clivaj), numiți alchenele rezultate:

2. Faceți ecuațiile pentru reacțiile de hidrogenare: a) 3,3-dimetilbuten-1;
b) 2,3,3-trimetilbuten-1. Aceste reacții produc alcani folosiți ca combustibili pentru motoare, dați-le nume.

3. 100 g de alcool etilic au fost trecute printr-un tub umplut cu alumină încălzită. C2H5OH. Acest lucru a dus la 33,6 litri de hidrocarburi (n.s.a.). Cât de mult alcool (în%) a reacționat?

4. Câte grame de brom vor reacționa cu 2,8 litri (n.a.s.) de etilenă?

5. Scrieți o ecuație pentru polimerizarea trifluorcloretilenei. (Plasticul rezultat este rezistent la acid sulfuric fierbinte, sodiu metalic etc.)

Răspunsuri la exercițiile pentru subiectul 1

Lecția 9

5. Reacția alchenei C n H2 n cu brom in general:

Masa molară a alchenei M(CU n H2 n) = 0,21 160/0,8 = 42 g/mol.
Aceasta este propilenă.
Răspuns. Formula alchenei este CH 2 \u003d CHCH 3 (propilenă).

6. Deoarece toate substanțele implicate în reacție sunt gaze, coeficienții stoichiometrici din ecuația de reacție sunt proporționali cu rapoartele lor de volum. Să scriem ecuația reacției:

Cu A H în+ 4,5O23C02 + 3H2O.

Numărul de molecule de apă este determinat de ecuația reacției: 4,5 2 = 9 atomi de O reacționați, 6 atomi de O sunt legați în CO 2, restul de 3 atomi de O fac parte din trei molecule de H 2 O. Prin urmare, indicii sunt egali: A = 3, în\u003d 6. Hidrocarbura dorită este propilena C 3 H 6.
Răspuns. Formula structurală a propilenei este CH2 = CHCH3.

Lecția 10

1. Ecuații de reacție de eliminare (clivaj) - sinteza alchenelor:

2. Reacții de hidrogenare ale alchenelor când sunt încălzite sub presiune în prezența unui catalizator:

3. Reacția de deshidratare a alcoolului etilic are forma:

Aici prin X este indicată masa de alcool transformată în etilenă.
Să găsim valoarea X: X\u003d 46 33,6 / 22,4 \u003d 69 g.
Proporția de alcool reacționat a fost: 69/100 = 0,69, sau 69%.
Răspuns. 69% alcool a reacţionat.

4.

Deoarece coeficienții stoichiometrici din fața formulelor reactanților (C 2 H 4 și Br 2) sunt egali cu unu, relația este valabilă:
2,8/22,4 = X/160. De aici X= 20 g Br2.
Răspuns. 20 g Br 2 .

Alchenele sunt hidrocarburi alifatice nesaturate cu una sau mai multe legături duble carbon-carbon. O legătură dublă transformă doi atomi de carbon într-o structură plană cu unghiuri de legătură între legăturile adiacente de 120°C:

Seria omoloagă de alchene are formula generală; primii doi membri ai săi sunt etena (etilenă) și propena (propilenă):

Membrii seriei de alchene cu patru sau mai mulți atomi de carbon prezintă izomerie de poziție a legăturii. De exemplu, o alchenă cu formula are trei izomeri, dintre care doi sunt izomeri de poziție a legăturii:

Rețineți că numerotarea lanțului alchenic se face din acel capăt al acestuia, care este mai aproape de legătura dublă. Poziția unei duble legături este indicată de cel mai mic dintre cele două numere, care corespund celor doi atomi de carbon legați împreună printr-o dublă legătură. Al treilea izomer are o structură ramificată:

Numărul de izomeri ai oricărei alchene crește odată cu numărul de atomi de carbon. De exemplu, hexena are trei izomeri de poziție de legătură:

diena este buta-1,3-dienă sau doar butadienă:

Compușii care conțin trei legături duble se numesc triene. Compușii cu legături duble multiple sunt denumiți în mod colectiv poliene.

Proprietăți fizice

Alchenele au puncte de topire și de fierbere puțin mai mici decât alcanii corespunzători. De exemplu, pentanul are un punct de fierbere. Etilena, propena și trei izomeri ai butenei sunt în stare gazoasă la temperatura camerei și presiunea normală. Alchenele cu un număr de atomi de carbon de la 5 la 15 sunt în stare lichidă în condiții normale. Volatilitatea lor, ca și cea a alcanilor, crește în prezența ramificării în lanțul de carbon. Alchenele cu mai mult de 15 atomi de carbon sunt solide în condiții normale.

Obținere în laborator

Cele două metode principale de obținere a alchenelor în laborator sunt deshidratarea alcoolilor și dehidrohalogenarea haloalcanilor. De exemplu, etilena poate fi obținută prin deshidratarea etanolului sub acțiunea unui exces de acid sulfuric concentrat la o temperatură de 170 ° C (vezi secțiunea 19.2):

Etilena poate fi obținută și din etanol prin trecerea vaporilor de etanol peste suprafața aluminei încălzite. În acest scop, configurația prezentată schematic în Fig. 18.3.

A doua metodă comună pentru obținerea alchenelor se bazează pe dehidrohalogenarea haloalcanilor în condițiile catalizei bazice.

Mecanismul acestui tip de reacție de eliminare este descris în Sec. 17.3.

Reacții ale alchenelor

Alchenele sunt mult mai reactive decât alcanii. Acest lucru se datorează capacității electronilor cu duble legătură de a atrage electrofili (vezi Secțiunea 17.3). Prin urmare, reacțiile caracteristice ale alchenelor sunt în principal reacții de adiție electrofilă la dubla legătură:

Multe dintre aceste reacții au mecanisme ionice (vezi secțiunea 17.3).

hidrogenare

Dacă orice alchenă, cum ar fi etilena, este amestecată cu hidrogen și acest amestec este trecut pe suprafața unui catalizator de platină la temperatura camerei sau a unui catalizator de nichel la o temperatură de aproximativ 150 ° C, atunci va avea loc adăugarea.

hidrogen la dubla legătură a alchenei. În acest caz, se formează alcanul corespunzător:

Acest tip de reacție este un exemplu de cataliză eterogenă. Mecanismul său este descris în sec. 9.2 și este prezentat schematic în fig. 9.20.

Adăugarea de halogeni

Clorul sau bromul se adaugă ușor la dubla legătură a alchenei; această reacție are loc în solvenți nepolari, cum ar fi tetraclorura de carbon sau hexanul. Reacția se desfășoară conform mecanismului ionic, care include formarea unui carbocation. Legătura dublă polarizează molecula de halogen, transformând-o într-un dipol:

Prin urmare, o soluție de brom în hexan sau tetraclormetan devine incoloră atunci când este agitată cu o alchenă. Același lucru se întâmplă dacă agitați alchena cu apă cu brom. Apa cu brom este o soluție de brom în apă. Această soluție conține acid hipobrom. Molecula de acid hipocloros este atașată la dubla legătură a alchenei și, ca urmare, se formează un alcool bromo-substituit. de exemplu

Adăugarea de halogenuri de hidrogen

Mecanismul acestui tip de reacție este descris în Sec. 18.3. Ca exemplu, luați în considerare adăugarea de clorură de hidrogen la propenă:

Rețineți că produsul acestei reacții este 2-cloropropan, nu 1-cloro-propan:

În astfel de reacții de adiție, atomul cel mai electronegativ sau grupul cel mai electronegativ este întotdeauna adăugat atomului de carbon legat de

cel mai mic număr de atomi de hidrogen. Această regularitate se numește regula lui Markovnikov.

Adăugarea preferată a unui atom sau grupare electronegativă la atomul de carbon asociat cu cei mai puțini atomi de hidrogen se datorează creșterii stabilității carbocationului pe măsură ce numărul de substituenți alchil de pe atomul de carbon crește. Această creștere a stabilității, la rândul său, se explică prin efectul inductiv care apare în grupările alchil, deoarece acestea sunt donatori de electroni:

În prezența oricărui peroxid organic, propena reacționează cu bromură de hidrogen, formând, adică nu conform regulii lui Markovnikov. Un astfel de produs se numește anti-Markovnikov. Se formează ca rezultat al reacției care se desfășoară mai degrabă conform unui mecanism radical decât ionic.

Hidratarea

Alchenele reacţionează cu acidul sulfuric concentrat la rece pentru a forma hidrogen sulfat de alchil. de exemplu

Această reacție este o adăugare deoarece adaugă un acid la legătura dublă. Este reacția inversă în ceea ce privește deshidratarea etanolului cu formarea etilenei. Mecanismul acestei reacții este similar cu mecanismul de adăugare a halogenurilor de hidrogen la legătura dublă. Implică formarea unui carbocation intermediar. Dacă produsul acestei reacții este diluat cu apă și încălzit ușor, se hidrolizează pentru a forma etanol:

Reacția de adăugare a acidului sulfuric la alchene respectă regula Markovnikov:

Reacția cu o soluție acidulată de permanganat de potasiu

Culoarea violetă a unei soluții acidulate de permanganat de potasiu dispare dacă această soluție este agitată într-un amestec cu o alchenă. Are loc hidroxilarea alchenei (introducerea în ea a unei grupări hidroxi, care se formează din cauza oxidării), care, ca urmare, se transformă într-un diol. De exemplu, când se agită o cantitate în exces de etilenă cu o soluție acidificată, se formează etan-1,2-diol (etilen glicol).

Dacă alchena este agitată cu un exces de soluție de ioni, are loc scindarea oxidativă a alchenei, ducând la formarea de aldehide și cetone:

Aldehidele formate în acest proces suferă o oxidare suplimentară pentru a forma acizi carboxilici.

Hidroxilarea alchenelor pentru a forma dioli poate fi realizată și folosind o soluție alcalină de permanganat de potasiu.

Reacția cu acidul perbenzoic

Alchenele reacţionează cu peroxiacizii (peracizii), cum ar fi acidul perbenzoic, pentru a forma eteri ciclici (compuşi epoxidici). de exemplu

Când epoxietanul este încălzit ușor cu o soluție diluată de orice acid, se formează etan-1,2-diol:

Reacții cu oxigenul

Ca toate celelalte hidrocarburi, alchenele ard și, cu aer din abundență, formează dioxid de carbon și apă:

Cu acces limitat la aer, arderea alchenelor duce la formarea de monoxid de carbon și apă:

Deoarece alchenele au un conținut relativ mai mare de carbon decât alcanii corespunzători, ele ard cu o flacără fumurie. Acest lucru se datorează formării particulelor de carbon:

Dacă amestecați orice alchenă cu oxigen și treceți acest amestec pe suprafața unui catalizator de argint, epoxietanul se formează la o temperatură de aproximativ 200 ° C:

Ozonoliza

Când ozonul gazos este trecut printr-o soluție de alchenă în triclormetan sau tetraclormetan la o temperatură sub 20 ° C, se formează ozonida alchenei corespunzătoare (oxiran)

Ozonidele sunt compuși instabili și pot fi explozive. Ele suferă hidroliză pentru a forma aldehide sau cetone. de exemplu

În acest caz, o parte din metanal (formaldehidă) reacţionează cu peroxidul de hidrogen, formând acid metan (formic):

Polimerizare

Cele mai simple alchene se pot polimeriza pentru a forma compuși cu greutate moleculară mare care au aceeași formulă empirică ca și alchena părinte:

Această reacție are loc la presiune mare, la o temperatură de 120°C și în prezența oxigenului, care joacă rolul de catalizator. Cu toate acestea, polimerizarea etilenei poate fi efectuată și la presiuni mai mici folosind un catalizator Ziegler. Unul dintre cei mai obișnuiți catalizatori Ziegler este un amestec de trietilaluminiu și tetraclorură de titan.

Polimerizarea alchenelor este discutată mai detaliat în Sec. 18.3.

Cele care conțin o legătură pi sunt hidrocarburi nesaturate. Sunt derivați ai alcanilor, în moleculele cărora au fost separați doi atomi de hidrogen. Valențele libere rezultate formează un nou tip de legătură, care este situată perpendicular pe planul moleculei. Așa apare un nou grup de compuși - alchene. Vom lua în considerare proprietățile fizice, prepararea și utilizarea substanțelor din această clasă în viața de zi cu zi și în industrie în acest articol.

Serii omoloage de etilenă

Formula generală pentru toți compușii numiți alchene, reflectând compoziția lor calitativă și cantitativă, este C n H 2 n. Denumirile hidrocarburilor conform nomenclaturii sistematice sunt următoarele: în termenul alcanului corespunzător, sufixul se schimbă din -an în -enă, de exemplu: etan - etenă, propan - propenă etc. În unele surse, puteți găsiți un alt nume pentru compușii din această clasă - olefine. În continuare, vom studia procesul de formare a dublei legături și proprietățile fizice ale alchenelor și, de asemenea, vom determina dependența acestora de structura moleculei.

Cum se formează o legătură dublă?

Natura electronică a legăturii pi folosind exemplul etilenei poate fi reprezentată astfel: atomii de carbon din molecula sa sunt sub formă de hibridizare sp 2. În acest caz, se formează o legătură sigma. Încă doi orbitali hibrizi, câte unul din atomi de carbon, formează legături sigma simple cu atomii de hidrogen. Cei doi nori hibrizi liberi rămași de atomi de carbon se suprapun deasupra și sub planul moleculei - se formează o legătură pi. Ea este cea care determină proprietățile fizice și chimice ale alchenelor, despre care vor fi discutate mai târziu.

Izomerie spațială

Compușii care au aceeași compoziție cantitativă și calitativă a moleculelor, dar o structură spațială diferită, se numesc izomeri. Izomeria apare într-un grup de substanțe numite organice. Caracterizarea olefinelor este foarte influențată de fenomenul de izomerie optică. Se exprimă prin faptul că omologii de etilenă care conțin radicali sau substituenți diferiți la fiecare dintre cei doi atomi de carbon din legătura dublă pot apărea sub forma a doi izomeri optici. Ele diferă unele de altele prin poziția substituenților în spațiu față de planul dublei legături. Proprietățile fizice ale alchenelor în acest caz vor fi, de asemenea, diferite. De exemplu, acest lucru se aplică punctelor de fierbere și de topire ale substanțelor. Astfel, olefinele cu catenă liniară au puncte de fierbere mai mari decât compușii izomeri. De asemenea, punctele de fierbere ale izomerilor cis ai alchenelor sunt mai mari decât ale izomerilor trans. În ceea ce privește temperaturile de topire, imaginea este inversă.

Caracteristici comparative ale proprietăților fizice ale etilenei și omologilor săi

Primii trei reprezentanți ai olefinelor sunt compuși gazoși, apoi, începând de la pentenă C 5 H 10 și până la alchena cu formula C 17 H 34, sunt lichide, iar apoi sunt solide. Omologii etenei prezintă următoarea tendință: punctele de fierbere ale compușilor scad. De exemplu, pentru etilenă acest indicator este -169,1 °C, iar pentru propilenă -187,6 °C. Dar punctele de fierbere cresc odată cu creșterea greutății moleculare. Deci, pentru etilenă este -103,7°C, iar pentru propenă -47,7°C. Rezumând ceea ce s-a spus, putem concluziona că proprietățile fizice ale alchenelor depind de greutatea moleculară a acestora. Odată cu creșterea acesteia, starea agregată a compușilor se schimbă în direcția: gaz - lichid - solid, iar punctul de topire scade și el, iar punctele de fierbere cresc.

Caracteristicile etenei

Primul reprezentant al seriei omoloage de alchene este etilena. Este un gaz incolor, ușor solubil în apă, dar foarte solubil în solvenți organici. Greutate moleculară - 28, etena este puțin mai ușoară decât aerul, are un miros dulce subtil. Reacționează ușor cu halogeni, hidrogen și halogenuri de hidrogen. Proprietățile fizice ale alchenelor și parafinelor sunt totuși destul de apropiate. De exemplu, starea de agregare, capacitatea metanului și etilenei de a suferi o oxidare severă etc. Cum se pot distinge alchenele? Cum să dezvălui caracterul nesaturat al unei olefine? Pentru aceasta, există reacții calitative, asupra cărora ne vom opri mai detaliat. Amintiți-vă ce caracteristică în structura moleculei au alchenele. Proprietățile fizice și chimice ale acestor substanțe sunt determinate de prezența unei duble legături în compoziția lor. Pentru a-și dovedi prezența, hidrocarbura gazoasă este trecută printr-o soluție violetă de permanganat de potasiu sau apă cu brom. Dacă sunt decolorate, atunci compusul conține legături pi în compoziția moleculelor. Etilena intră într-o reacție de oxidare și decolorează soluțiile de KMnO 4 și Br 2 .

Mecanismul reacțiilor de adiție

Ruperea dublei legături se încheie cu adăugarea atomilor altor elemente chimice la valențele libere ale carbonului. De exemplu, reacția etilenei cu hidrogenul, numită hidrogenare, produce etan. Este necesar un catalizator, cum ar fi nichel sub formă de pulbere, paladiu sau platină. Reacția cu HCI se încheie cu formarea cloretanului. Alchenele care conțin mai mult de doi atomi de carbon în moleculele lor suferă reacția de adiție a halogenurilor de hidrogen, ținând cont de regula lui V. Markovnikov.

Cum interacționează omologii etenei cu halogenurile de hidrogen

Dacă ne confruntăm cu sarcina „Caracterizarea proprietăților fizice ale alchenelor și prepararea lor”, trebuie să luăm în considerare regula lui V. Markovnikov mai detaliat. În practică, s-a stabilit că omologii de etilenă reacționează cu acid clorhidric și alți compuși la locul rupturii dublei legături, respectând un anumit model. Constă în faptul că atomul de hidrogen este atașat de atomul de carbon cel mai hidrogenat, iar ionul de clor, brom sau iod este atașat de atomul de carbon care conține cel mai mic număr de atomi de hidrogen. Această caracteristică a cursului reacțiilor de adiție se numește regula lui V. Markovnikov.

Hidratarea și polimerizarea

Să continuăm să luăm în considerare proprietățile fizice și aplicarea alchenelor folosind exemplul primului reprezentant al seriei omoloage - etena. Reacția sa cu apa este utilizată în industria sintezei organice și are o importanță practică deosebită. Procesul a fost efectuat pentru prima dată în secolul al XIX-lea de către A.M. Butlerov. Reacția necesită îndeplinirea unui număr de condiții. Aceasta este, în primul rând, utilizarea acidului sulfuric concentrat sau oleum ca catalizator și solvent pentru etenă, o presiune de aproximativ 10 atm și o temperatură de 70 °. Procesul de hidratare are loc în două faze. La început, moleculele de sulfat sunt adăugate la etenă în punctul de ruptură al legăturii pi și se formează acid etilsulfuric. Apoi substanța rezultată reacționează cu apa, se obține alcool etilic. Etanolul este un produs important folosit în industria alimentară pentru producția de materiale plastice, cauciucuri sintetice, lacuri și alte substanțe chimice organice.

Polimeri pe bază de olefine

Continuând să studiem problema utilizării substanțelor aparținând clasei alchenelor, vom studia procesul de polimerizare a acestora, la care pot participa compuși care conțin legături chimice nesaturate în compoziția moleculelor lor. Sunt cunoscute mai multe tipuri de reacții de polimerizare, conform cărora se formează produse cu greutate moleculară mare - polimeri, cum ar fi polietilena, polipropilena, polistirenul etc. Mecanismul radicalilor liberi duce la producerea de polietilenă de înaltă presiune. Este unul dintre cei mai folosiți compuși în industrie. Tipul cationic-ionic oferă un polimer cu o structură stereoregulată, cum ar fi polistirenul. Este considerat unul dintre cei mai siguri și mai convenabil polimeri de utilizat. Produsele din polistiren sunt rezistente la substante agresive: acizi si alcaline, neinflamabile, usor de vopsit. Un alt tip de mecanism de polimerizare este dimerizarea, care duce la producerea de izobutenă, care este folosită ca aditiv antidetonant pentru benzină.

Cum să obțineți

Alchenele, ale căror proprietăți fizice le studiem, sunt obținute în laborator și industrie prin diferite metode. În experimentele de la un curs școlar de chimie organică, procesul de deshidratare a alcoolului etilic este utilizat cu ajutorul agenților de îndepărtare a apei, cum ar fi pentoxidul de fosfor sau acidul sulfat. Reacția se realizează atunci când este încălzită și este inversul procesului de obținere a etanolului. O altă metodă comună de obținere a alchenelor și-a găsit aplicația în industrie și anume: încălzirea derivaților halogenați ai hidrocarburilor saturate, precum cloropropanul cu soluții alcoolice concentrate de alcalii - hidroxid de sodiu sau potasiu. În reacție, se desprinde o moleculă de clorură de hidrogen, se formează o legătură dublă în locul în care apar valențe libere ale atomilor de carbon. Produsul final al procesului chimic va fi o olefină - propenă. Continuând să luăm în considerare proprietățile fizice ale alchenelor, să ne oprim asupra principalului proces de obținere a olefinelor - piroliza.

Producția industrială de hidrocarburi nesaturate din seria etilenei

Materiile prime ieftine - gazele formate în procesul de cracare a petrolului, servesc ca sursă de olefine în industria chimică. Pentru a face acest lucru, utilizați schema tehnologică de piroliză - divizarea amestecului de gaze, care vine cu ruperea legăturilor de carbon și formarea de etilenă, propenă și alte alchene. Piroliza se realizează în cuptoare speciale, constând din piro-bobine individuale. Ele creează o temperatură de ordinul 750-1150°C și există vapori de apă ca diluant. Reacțiile se desfășoară printr-un mecanism în lanț care continuă cu formarea de radicali intermediari. Produsul final este etilena sau propena și sunt produse în volume mari.

Am studiat în detaliu proprietățile fizice, precum și aplicarea și metodele de obținere a alchenelor.