Formula generale della definizione degli alcheni. Proprietà chimiche degli alcheni

Scopriamo qual è la reazione di idratazione dell'alchene. Per questo daremo breve descrizione questa classe di idrocarburi.

Formula generale

Gli alcheni sono composti organici insaturi con la formula generale SpH2n, le cui molecole hanno un doppio legame e contengono anche legami singoli (semplici). Gli atomi di carbonio sono nello stato ibrido sp2. I rappresentanti di questa classe sono chiamati etilene, poiché l'antenato di questa serie è l'etilene.

Caratteristiche della nomenclatura

Per comprendere il meccanismo di idratazione degli alcheni è necessario evidenziare le caratteristiche dei loro nomi. Secondo la nomenclatura sistematica, quando si nomina un alchene, viene utilizzato un determinato algoritmo di azioni.

Innanzitutto, è necessario determinare la catena di carbonio più lunga che include un doppio legame. I numeri indicano la posizione dei radicali idrocarburici, a partire dal più piccolo dell'alfabeto russo.

Se nella molecola sono presenti più radicali identici, al nome vengono aggiunti i prefissi qualificanti di-, tri- e tetra.

Solo in seguito viene denominata la catena stessa di atomi di carbonio, aggiungendo alla fine il suffisso -ene. Per chiarire la posizione di un legame insaturo (doppio) in una molecola, questo è indicato da un numero. Ad esempio, 2metilpentene-2.

Ibridazione negli alcheni

Per far fronte a un compito del tipo: "Stabilire la formula molecolare di un alchene, la cui idratazione ha prodotto un alcol secondario", è necessario scoprire le caratteristiche strutturali dei rappresentanti di questa classe di idrocarburi. La presenza di un doppio legame spiega la capacità di CxHy di entrare in reazioni di addizione. L'angolo tra i doppi legami è di 120 gradi. Non si osserva alcuna rotazione nel legame insaturo, quindi i rappresentanti di questa classe sono caratterizzati da isomeria geometrica. Il principale sito di reazione nelle molecole di alcheni è il doppio legame.

Proprietà fisiche

Sono simili agli idrocarburi saturi. I rappresentanti inferiori di questa classe di idrocarburi organici sono condizioni normali sostanze gassose. Successivamente, si osserva una transizione graduale ai liquidi e gli alcheni, le cui molecole contengono più di diciassette atomi di carbonio, sono caratterizzati da uno stato solido. Tutti i composti di questa classe hanno una solubilità insignificante in acqua, mentre sono perfettamente solubili nei solventi organici polari.

Caratteristiche dell'isomeria

La presenza di composti dell'etilene nelle molecole spiega la diversità delle loro formule strutturali. Oltre all'isomerizzazione dello scheletro di carbonio, caratteristica dei rappresentanti di tutte le classi di composti organici, hanno isomeri interclasse. Sono le cicloparaffine. Ad esempio, per il propene l'isomero interclasse è il ciclopropano.

La presenza di un doppio legame nelle molecole di questa classe spiega la possibilità di isomeria geometrica cis e trans. Tali strutture sono possibili solo per idrocarburi insaturi simmetrici contenenti un doppio legame.

L'esistenza di questa variante dell'isomeria è determinata dall'impossibilità di rotazione libera degli atomi di carbonio lungo il doppio legame.

Specifiche delle proprietà chimiche

Il meccanismo di idratazione degli alcheni ha alcune caratteristiche. Questa reazione si riferisce all'addizione elettrofila.

Come procede la reazione di idratazione di un alchene? Rispondere questa domanda, consideriamo la regola di Markovnikov. La sua essenza è che viene effettuata l'idratazione degli alcheni con struttura asimmetrica In un certo modo. L'atomo di idrogeno si attaccherà al carbonio più idrogenato. Il gruppo ossidrile è attaccato a un atomo di carbonio che ha meno H. L'idratazione degli alcheni porta alla formazione di alcoli monovalenti secondari.

Affinché la reazione proceda completamente, gli acidi minerali vengono utilizzati come catalizzatori. Garantiscono l'introduzione della quantità necessaria di cationi idrogeno nella miscela di reazione.

È impossibile ottenere alcoli primari monovalenti mediante idratazione degli alcheni, poiché la regola di Markovnikov non verrà rispettata. Questa caratteristica viene utilizzata nella sintesi organica degli alcoli secondari. Qualsiasi idratazione degli alcheni viene effettuata senza l'uso di condizioni difficili, quindi il processo ha trovato il suo uso pratico.

Se si prende l’etilene come rappresentante iniziale della classe SpH2n, la regola di Markovnikov non funziona. Quali alcoli non si possono ottenere mediante l'idratazione degli alcheni? È impossibile ottenere alcoli primari da alcheni asimmetrici come risultato di un tale processo chimico. Come viene utilizzata l'idratazione degli alcheni? La produzione di alcoli secondari viene effettuata in questo modo. Se come idrocarburo viene scelto un rappresentante della serie dell'acetilene (alchini), l'idratazione porta alla produzione di chetoni e aldeidi.

Secondo la regola di Markovnikov, viene effettuata l'idratazione degli alcheni. La reazione ha un meccanismo di addizione elettrofila, la cui essenza è ben studiata.

Diamo alcuni esempi specifici di tali trasformazioni. A cosa porta l'idratazione degli alcheni? Esempi offerti in corso scolastico chimica, indicano che il propanolo-2 può essere ottenuto dal propene reagendo con l'acqua, e il butanolo-2 può essere ottenuto dal butene-1.

L'idratazione degli alcheni viene utilizzata commercialmente. In questo modo si ottengono gli alcoli secondari.

Alogenazione

L'interazione degli idrocarburi insaturi con le molecole di alogeni è considerata una reazione qualitativa a un doppio legame. Abbiamo già analizzato come avviene l'idratazione degli alcheni. Il meccanismo di alogenazione è simile.

Le molecole di alogeno hanno un legame chimico covalente non polare. Quando si verificano fluttuazioni temporanee, ciascuna molecola diventa elettrofila. Di conseguenza, aumenta la probabilità di addizione, accompagnata dalla distruzione del doppio legame nelle molecole di idrocarburi insaturi. Dopo il completamento del processo, il prodotto di reazione è un dialogeno derivato dell'alcano. La bromurazione è considerata una reazione qualitativa agli idrocarburi insaturi, poiché il colore marrone dell'alogeno scompare gradualmente.

Idroalogenazione

Abbiamo già visto qual è la formula per l'idratazione degli alcheni. Le reazioni con l'acido bromidrico hanno un'opzione simile. In un dato composto inorganico, il covalente polare legame chimico, quindi, c'è uno spostamento nella densità elettronica verso l'atomo di bromo più elettronegativo. L'idrogeno acquisisce una carica parziale positiva, cedendo un elettrone all'alogeno e attaccando la molecola dell'alchene.

Se un idrocarburo insaturo ha una struttura asimmetrica, quando reagisce con un alogenuro di idrogeno si formano due prodotti. Pertanto, dal propene durante l'idroalogenazione si ottengono 1-bromoproano e 2-bromopropano.

Per una valutazione preliminare delle opzioni di interazione, viene presa in considerazione l'elettronegatività del sostituente selezionato.

Ossidazione

Il doppio legame insito nelle molecole di idrocarburi insaturi è esposto a forti agenti ossidanti. Sono anche di natura elettrofila e vengono utilizzati in industria chimica. Di particolare interesse è l'ossidazione degli alcheni con una soluzione acquosa (o debolmente alcalina) di permanganato di potassio. Si chiama reazione di idrossilazione perché dà come risultato alcoli diidrici.

Ad esempio, quando le molecole di etilene vengono ossidate con una soluzione acquosa di permanganato di potassio, si ottiene l'etinidiolo-1,2 (glicole etilenico). Questa interazione è considerata una reazione qualitativa a un doppio legame, poiché durante l'interazione si osserva uno scolorimento della soluzione di permanganato di potassio.

In un ambiente acido (in condizioni difficili), l'aldeide può essere notata tra i prodotti di reazione.

Quando interagisce con l'ossigeno atmosferico, l'alchene corrispondente viene ossidato in anidride carbonica e vapore acqueo. Il processo è accompagnato dal rilascio di energia termica, quindi nell'industria viene utilizzata per generare calore.

La presenza di un doppio legame in una molecola di alchene indica la possibilità che si verifichino reazioni di idrogenazione in questa classe. L'interazione di SpH2n con le molecole di idrogeno avviene quando platino e nichel vengono utilizzati termicamente come catalizzatori.

Molti rappresentanti della classe degli alcheni sono inclini all'ozonizzazione. A basse temperature, i rappresentanti di questa classe reagiscono con l'ozono. Il processo è accompagnato dalla scissione del doppio legame, dalla formazione di composti di perossido ciclico chiamati ozonidi. Le loro molecole contengono Comunicazioni O-O, pertanto le sostanze sono esplosive. Gli ozonidi non vengono sintetizzati forma pura, vengono decomposti mediante un processo di idrolisi, quindi ridotti utilizzando lo zinco. I prodotti di questa reazione sono composti carbonilici, che vengono isolati e identificati dai ricercatori.

Polimerizzazione

Questa reazione comporta la combinazione sequenziale di diverse molecole di alcheni (monomeri) in una grande macromolecola (polimero). Dall'etilene iniziale si produce il polietilene, che ha applicazioni industriali. Un polimero è una sostanza che ha un elevato peso molecolare.

All'interno della macromolecola è presente un certo numero di frammenti ripetitivi chiamati unità strutturali. Per la polimerizzazione dell'etilene, il gruppo CH2—CH2- è considerato un'unità strutturale. Il grado di polimerizzazione indica il numero di unità ripetute nella struttura polimerica.

Il grado di polimerizzazione determina le proprietà dei composti polimerici. Ad esempio, il polietilene a catena corta è un liquido che ha proprietà lubrificanti. Una macromolecola con lunghe catene è caratterizzata da uno stato solido. La flessibilità e la plasticità del materiale vengono utilizzate nella produzione di tubi, bottiglie e pellicole. Il polietilene, in cui il grado di polimerizzazione è compreso tra cinque e seimila, ha una maggiore resistenza, quindi viene utilizzato nella produzione di fili resistenti, tubi rigidi e prodotti fusi.

Tra i prodotti ottenuti dalla polimerizzazione degli alcheni aventi significato pratico, evidenziamo il cloruro di polivinile. Questa connessione ottenuto per polimerizzazione del cloruro di vinile. Il prodotto risultante presenta preziose caratteristiche prestazionali. È caratterizzato da una maggiore resistenza alle influenze aggressive sostanze chimiche, non infiammabile, facile da verniciare. Cosa si può fare con il cloruro di polivinile? Valigette, impermeabili, tela cerata, pelle artificiale, cavi, isolamenti di cavi elettrici.

Il teflon è un prodotto della polimerizzazione del tetrafluoroetilene. Questo composto organico inerte è resistente agli sbalzi di temperatura.

Il polistirolo è una sostanza elastica trasparente formata dalla polimerizzazione dello stirene originale. È indispensabile nella produzione di dielettrici nell'ingegneria radio ed elettrica. Inoltre, il polistirolo viene utilizzato in grandi quantità per la produzione di tubi, giocattoli, pettini e materie plastiche porose resistenti agli acidi.

Caratteristiche per ottenere alcheni

I rappresentanti di questa classe sono richiesti nella moderna industria chimica, quindi sono stati sviluppati vari metodi per la loro produzione industriale e di laboratorio. L'etilene ed i suoi omologhi non esistono in natura.

Molte opzioni di laboratorio per ottenere rappresentanti di questa classe di idrocarburi comportano reazioni di addizione inversa chiamate eliminazione. Ad esempio, la deidrogenazione delle paraffine (idrocarburi saturi) produce i corrispondenti alcheni.

Facendo reagire gli alogeno derivati degli alcani con il magnesio metallico è possibile ottenere anche composti con formula generale SpH2n. L'eliminazione viene effettuata secondo la regola di Zaitsev, l'inverso della regola di Markovnikov.

In quantità industriali, gli idrocarburi insaturi della serie dell'etilene vengono prodotti dal cracking del petrolio. I gas derivanti dal cracking e dalla pirolisi di petrolio e gas contengono dal dieci al venti per cento di idrocarburi insaturi. La miscela dei prodotti di reazione contiene sia paraffine che alcheni, che vengono separati l'uno dall'altro mediante distillazione frazionata.

Alcune applicazioni

Gli alcheni sono un'importante classe di composti organici. La possibilità del loro utilizzo è spiegata dall'eccellente reattività, facilità di ottenimento, costo ragionevole. Tra i numerosi settori industriali che utilizzano gli alcheni segnaliamo l'industria dei polimeri. Un'enorme quantità di etilene, propilene e loro derivati viene utilizzata per la produzione di composti polimerici.

Ecco perché le domande riguardanti la ricerca di nuovi modi per produrre idrocarburi alchenici sono così rilevanti.

Il cloruro di polivinile è considerato uno dei prodotti più importanti ottenuti dagli alcheni. È caratterizzato da stabilità chimica e termica e bassa infiammabilità. Poiché questa sostanza è insolubile nei solventi minerali, ma solubile nei solventi organici, può essere utilizzata in diversi settori industriali.

Il suo massa molecolare ammonta a diverse centinaia di migliaia. Quando la temperatura aumenta, la sostanza è suscettibile di decomposizione, accompagnata dal rilascio di acido cloridrico.

Di particolare interesse sono le sue proprietà dielettriche, utilizzate nella moderna ingegneria elettrica. Tra i settori in cui viene utilizzato il cloruro di polivinile segnaliamo la produzione pelle artificiale. Il materiale risultante non è in alcun modo inferiore al materiale naturale in termini di caratteristiche prestazionali e allo stesso tempo ha un costo molto inferiore. Gli abiti realizzati con tale materiale stanno diventando sempre più popolari tra gli stilisti che creano collezioni luminose e colorate di abbigliamento giovanile realizzate in cloruro di polivinile in diversi colori.

IN grandi quantità Il cloruro di polivinile è utilizzato come sigillante nei frigoriferi. Grazie alla sua elasticità ed elasticità, esso composto chimico molto richiesto nella produzione di film e moderni controsoffitti. La carta da parati lavabile è inoltre ricoperta da una sottile pellicola in PVC. Ciò consente di aggiungere loro resistenza meccanica. Come Materiali decorativi sarà un'opzione ideale per le ristrutturazioni estetiche negli uffici.

Inoltre, l'idratazione degli alcheni porta alla formazione di alcoli monovalenti primari e secondari, che sono ottimi solventi organici.

Le proprietà fisiche degli alcheni sono simili a quelle degli alcani, sebbene tutti ne abbiano leggermente di più basse temperature fusione ed ebollizione rispetto ai corrispondenti alcani. Ad esempio, il pentano ha un punto di ebollizione di 36 °C e il pentene-1 - 30 °C. In condizioni normali, gli alcheni C 2 - C 4 sono gas. C 5 – C 15 sono liquidi, a partire da C 16 sono solidi. Gli alcheni sono insolubili in acqua ma altamente solubili nei solventi organici.

Gli alcheni sono rari in natura. Poiché gli alcheni sono preziose materie prime per la sintesi organica industriale, sono stati sviluppati molti metodi per la loro preparazione.

1. La principale fonte industriale di alcheni è il cracking degli alcani che fanno parte del petrolio:

3. In condizioni di laboratorio, gli alcheni si ottengono mediante reazioni di eliminazione, in cui due atomi o due gruppi di atomi vengono eliminati dagli atomi di carbonio vicini e si forma un ulteriore legame p. Tali reazioni includono quanto segue.

1) La disidratazione degli alcoli avviene quando vengono riscaldati con agenti di rimozione dell'acqua, ad esempio con acido solforico a temperature superiori a 150 ° C:

Quando H 2 O viene eliminato dagli alcoli, HBr e HCl dagli alogenuri alchilici, l'atomo di idrogeno viene preferenzialmente eliminato da quello degli atomi di carbonio vicini a cui è legato il numero più piccolo atomi di idrogeno (dall'atomo di carbonio meno idrogenato). Questo modello è chiamato regola di Zaitsev.

3) La dealogenazione si verifica quando i dialogenuri che hanno atomi di alogeno in atomi di carbonio adiacenti vengono riscaldati con metalli attivi:

CH2Br -CHBr -CH3 + Mg → CH2 =CH-CH3 + Mg Br2.

Proprietà chimiche gli alcheni sono determinati dalla presenza di un doppio legame nelle loro molecole. La densità elettronica del legame p è abbastanza mobile e reagisce facilmente con particelle elettrofile. Pertanto, molte reazioni degli alcheni procedono secondo il meccanismo addizione elettrofila, designato con il simbolo A E (dall'inglese, addizione elettrofila). Le reazioni di addizione elettrofila sono processi ionici che si verificano in più fasi.

Nella prima fase, una particella elettrofila (molto spesso si tratta di un protone H +) interagisce con gli elettroni p del doppio legame e forma un complesso p, che viene quindi convertito in un carbocatione formando un legame s covalente tra la particella elettrofila e uno degli atomi di carbonio:

carbocatione del complesso p dell'alchene

Nella seconda fase, il carbocatione reagisce con l'anione X-, formando un secondo legame s dovuto alla coppia elettronica dell'anione:

Nelle reazioni di addizione elettrofila, uno ione idrogeno si attacca all'atomo di carbonio in corrispondenza del doppio legame che ha una carica negativa maggiore. La distribuzione della carica è determinata dallo spostamento della densità dell'elettrone p sotto l'influenza dei sostituenti: .

I sostituenti donatori di elettroni che mostrano l'effetto +I spostano la densità dell'elettrone p verso un atomo di carbonio più idrogenato e creano una carica negativa parziale su di esso. Questo spiega La regola di Markovnikov: quando si aggiungono molecole polari come HX (X = Hal, OH, CN, ecc.) ad alcheni asimmetrici, l'idrogeno si attacca preferenzialmente all'atomo di carbonio più idrogenato nel doppio legame.

Diamo un'occhiata ad esempi specifici di reazioni di addizione.

1) Idroalogenazione. Quando gli alcheni interagiscono con gli alogenuri di idrogeno (HCl, HBr), si formano alogenuri alchilici:

CH 3 -CH = CH 2 + HBr ® CH 3 -CHBr-CH 3 .

I prodotti della reazione sono determinati dalla regola di Markovnikov.

Va tuttavia sottolineato che in presenza di qualsiasi perossido organico, le molecole polari di HX non reagiscono con gli alcheni secondo la regola di Markovnikov:

	R-O-O-R
CH3 -CH = CH2 + HBr		CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

Ciò è dovuto al fatto che la presenza di perossido determina il meccanismo radicale anziché ionico della reazione.

2) Idratazione. Quando gli alcheni reagiscono con l'acqua in presenza di acidi minerali (solforico, fosforico), si formano gli alcoli. Gli acidi minerali agiscono come catalizzatori e sono fonti di protoni. Anche l’aggiunta di acqua segue la regola di Markovnikov:

CH 3 -CH = CH 2 + HON ® CH 3 -CH (OH) -CH 3 .

3) Alogenazione. Gli alcheni scoloriscono l'acqua bromo:

CH2 = CH2 + Br2 ® B-CH2 -CH2 Br.

Questa reazione è qualitativa per un doppio legame.

4) Idrogenazione. L'aggiunta di idrogeno avviene sotto l'azione di catalizzatori metallici:

dove R = H, CH 3, Cl, C 6 H 5, ecc. La molecola CH 2 =CHR è chiamata monomero, il composto risultante è chiamato polimero, il numero n è il grado di polimerizzazione.

La polimerizzazione di vari derivati alchenici produce preziosi prodotti industriali: polietilene, polipropilene, polivinilcloruro e altri.

Oltre all'addizione, gli alcheni subiscono anche reazioni di ossidazione. Durante la blanda ossidazione degli alcheni con una soluzione acquosa di permanganato di potassio (reazione di Wagner), si formano alcoli diidrici:

ZSN 2 =CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOSN 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

Come risultato di questa reazione, la soluzione viola di permanganato di potassio diventa rapidamente scolorita e precipita un precipitato marrone di ossido di manganese (IV). Questa reazione, come la reazione di decolorazione dell'acqua bromo, è qualitativa per un doppio legame. Durante la grave ossidazione degli alcheni con una soluzione bollente di permanganato di potassio in un ambiente acido, si verifica la completa scissione del doppio legame con la formazione di chetoni, acidi carbossilici o CO2, ad esempio:

	[DI]
CH3 -CH=CH-CH3		2CH3-COOH

Sulla base dei prodotti di ossidazione è possibile determinare la posizione del doppio legame nell'alchene originale.

Come tutti gli altri idrocarburi, gli alcheni bruciano e, con abbondante aria, formano anidride carbonica e acqua:

C n H 2 n + Zn /2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Quando l'aria è limitata, la combustione degli alcheni può portare alla formazione di monossido di carbonio e acqua:

C nH 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Se si mescola un alchene con l'ossigeno e si fa passare questa miscela su un catalizzatore d'argento riscaldato a 200°C, si forma un ossido di alchene (epossialcano), ad esempio:

A qualsiasi temperatura, gli alcheni vengono ossidati dall'ozono (l'ozono è un agente ossidante più forte dell'ossigeno). Se il gas ozono viene fatto passare attraverso una soluzione di un alchene in metano tetracloruro a temperature inferiori alla temperatura ambiente, avviene una reazione di addizione e si formano i corrispondenti ozonidi (perossidi ciclici). Gli ozonidi sono molto instabili e possono esplodere facilmente. Pertanto, di solito non vengono isolati, ma subito dopo la produzione vengono decomposti con acqua - questo produce composti carbonilici (aldeidi o chetoni), la cui struttura indica la struttura dell'alchene sottoposto a ozonizzazione.

Gli alcheni inferiori sono importanti materiali di partenza per la sintesi organica industriale. L'alcol etilico, il polietilene e il polistirene sono prodotti dall'etilene. Il propene viene utilizzato per la sintesi di polipropilene, fenolo, acetone e glicerina.

Gli alcheni sono idrocarburi alifatici insaturi con uno o più doppi legami carbonio-carbonio. Un doppio legame trasforma due atomi di carbonio in una struttura planare con angoli di legame tra legami adiacenti di 120°C:

Serie omologhe gli alcheni hanno una formula generale; i suoi primi due membri sono etene (etilene) e propene (propilene):

Membri della serie degli alcheni con quattro o un largo numero gli atomi di carbonio mostrano isomeria nelle posizioni di legame. Ad esempio, un alchene con la formula ha tre isomeri, due dei quali sono isomeri della posizione di legame:

Si noti che la catena dell'alchene è numerata dall'estremità più vicina al doppio legame. La posizione del doppio legame è indicata dal più basso dei due numeri, che corrispondono ai due atomi di carbonio collegati dal doppio legame. Il terzo isomero ha una struttura ramificata:

Il numero di isomeri di qualsiasi alchene aumenta con il numero di atomi di carbonio. Ad esempio, l'esene ha tre isomeri della posizione di legame:

Il diene è buta-1,3-diene, o semplicemente butadiene:

I composti contenenti tre doppi legami sono chiamati trieni. I composti con più doppi legami hanno nome comune polieni.

Proprietà fisiche

Gli alcheni hanno punti di fusione e di ebollizione leggermente inferiori rispetto ai loro corrispondenti alcani. Ad esempio, il pentano ha un punto di ebollizione. Etilene, propene e tre isomeri del butene a temperatura ambiente e pressione normale sono allo stato gassoso. Gli alcheni con un numero di atomi di carbonio da 5 a 15 si trovano allo stato liquido in condizioni normali. La loro volatilità, come quella degli alcani, aumenta in presenza di ramificazioni nella catena del carbonio. Gli alcheni con più di 15 atomi di carbonio sono solidi in condizioni normali.

Ottenuto in condizioni di laboratorio

I due metodi principali per produrre alcheni in laboratorio sono la disidratazione degli alcoli e la deidroalogenazione degli aloalcani. Ad esempio, l'etilene può essere ottenuto mediante disidratazione dell'etanolo sotto l'azione di un eccesso di acido solforico concentrato ad una temperatura di 170 ° C (vedere sezione 19.2):

L'etilene può anche essere prodotto dall'etanolo facendo passare il vapore di etanolo sulla superficie dell'allumina riscaldata. A questo scopo è possibile utilizzare l'impianto schematizzato in Fig. 18.3.

Il secondo metodo comune per la preparazione degli alcheni si basa sulla deidroalogenazione degli alcani alogenati in condizioni di catalisi basica

Il meccanismo di questo tipo di reazione di eliminazione è descritto nella Sezione. 17.3.

Reazioni degli alcheni

Gli alcheni sono molto più reattivi degli alcani. Ciò è dovuto alla capacità degli elettroni - del doppio legame di attrarre gli elettrofili (vedi Sezione 17.3). Pertanto, le reazioni caratteristiche degli alcheni sono principalmente reazioni di addizione elettrofila al doppio legame:

Molte di queste reazioni hanno meccanismi ionici (vedi Sezione 17.3).

Idrogenazione

Se un alchene, ad esempio l'etilene, viene miscelato con idrogeno e fatto passare questa miscela sulla superficie di un catalizzatore di platino a temperatura ambiente o di un catalizzatore di nichel a una temperatura di circa 150 ° C, si verificherà l'addizione

idrogeno nel doppio legame dell'alchene. Questo produce l'alcano corrispondente:

Questo tipo di reazione è un esempio di catalisi eterogenea. Il suo meccanismo è descritto nella Sezione. 9.2 ed è rappresentato schematicamente in Fig. 9.20.

Aggiunta di alogeni

Il cloro o il bromo si aggiungono facilmente al doppio legame dell'alchene; questa reazione avviene in solventi non polari, come il tetraclorometano o l'esano. La reazione procede secondo un meccanismo ionico, che comporta la formazione di un carbocatione. Il doppio legame polarizza la molecola di alogeno, trasformandola in un dipolo:

Pertanto, una soluzione di bromo in esano o tetraclorometano diventa incolore se agitata con un alchene. La stessa cosa accade se si agita un alchene con acqua bromo. L'acqua di bromo è una soluzione di bromo in acqua. Questa soluzione contiene acido ipobromoso. Una molecola di acido ipobromoso si attacca al doppio legame dell'alchene, dando luogo alla formazione di un alcol bromurato. Per esempio

Aggiunta di alogenuri di idrogeno

Il meccanismo di questo tipo di reazione è descritto nella Sezione. 18.3. Ad esempio, considera l'aggiunta di acido cloridrico al propene:

Si noti che il prodotto di questa reazione è il 2-cloropropano, non l'1-cloropropano:

In tali reazioni di addizione, l'atomo più elettronegativo o il gruppo più elettronegativo si aggiunge sempre all'atomo di carbonio legato a

il minor numero di atomi di idrogeno. Questo modello è chiamato regola di Markovnikov.

L'attaccamento preferenziale di un atomo o gruppo elettronegativo all'atomo di carbonio associato al minor numero di atomi di idrogeno è dovuto all'aumento della stabilità del carbocatione all'aumentare del numero di sostituenti alchilici sull'atomo di carbonio. Questo aumento di stabilità è a sua volta spiegato dall'effetto induttivo che si verifica nei gruppi alchilici, poiché sono donatori di elettroni:

In presenza di perossido organico, il propene reagisce con l'acido bromidrico, cioè non secondo la regola di Markovnikov. Un prodotto del genere si chiama anti-Markovnikov. Si forma come risultato di una reazione che avviene mediante un meccanismo radicale anziché ionico.

Idratazione

Gli alcheni reagiscono con l'acido solforico concentrato freddo per formare idrogenosolfati alchilici. Per esempio

Questa reazione è un'addizione perché comporta l'addizione di un acido in corrispondenza di un doppio legame. È la reazione inversa alla disidratazione dell'etanolo per formare etilene. Il meccanismo di questa reazione è simile al meccanismo di addizione degli alogenuri di idrogeno al doppio legame. Implica la formazione di un carbocatione intermedio. Se il prodotto di questa reazione viene diluito con acqua e riscaldato delicatamente, si idrolizza per formare etanolo:

La reazione di addizione dell’acido solforico agli alcheni obbedisce alla regola di Markovnikov:

Reazione con soluzione acidificata di permanganato di potassio

Il colore viola di una soluzione acidificata di permanganato di potassio scompare se questa soluzione viene agitata in una miscela con qualsiasi alchene. Si verifica l'idrossilazione dell'alchene (l'introduzione di un gruppo ossidrile formato a seguito dell'ossidazione), che di conseguenza viene convertito in un diolo. Ad esempio, quando una quantità in eccesso di etilene viene agitata con una soluzione acidificata, si forma l'etan-1,2-diolo (glicole etilenico).

Se un alchene viene agitato con una quantità eccessiva di soluzione di ioni -, si verifica la scissione ossidativa dell'alchene, che porta alla formazione di aldeidi e chetoni:

Le aldeidi formate in questo caso subiscono ulteriore ossidazione per formare acidi carbossilici.

L'idrossilazione degli alcheni per formare dioli può essere effettuata anche utilizzando una soluzione alcalina di permanganato di potassio.

Reazione con acido perbenzoico

Gli alcheni reagiscono con i perossiacidi (peracidi), come l'acido perbenzoico, per formare eteri ciclici (composti epossidici). Per esempio

Quando l'epossietano viene riscaldato delicatamente con una soluzione diluita di un acido, si forma l'etano-1,2-diolo:

Reazioni con l'ossigeno

Come tutti gli altri idrocarburi, gli alcheni bruciano e, con abbondante aria, formano anidride carbonica e acqua:

Con un accesso limitato all'aria, la combustione degli alcheni porta alla formazione di monossido di carbonio e acqua:

Poiché gli alcheni hanno un contenuto relativo di carbonio più elevato rispetto ai corrispondenti alcani, bruciano con una fiamma più fumosa. Ciò è dovuto alla formazione di particelle di carbonio:

Se si mescola un qualsiasi alchene con l'ossigeno e si fa passare questa miscela sulla superficie di un catalizzatore d'argento, si forma epossietano ad una temperatura di circa 200 ° C:

Ozonolisi

Quando il gas ozono viene fatto passare attraverso una soluzione di un alchene in triclorometano o tetraclorometano a temperature inferiori a 20 °C, si forma l'ozonuro del corrispondente alchene (ossirano).

Gli ozonidi sono composti instabili e possono essere esplosivi. Subiscono idrolisi per formare aldeidi o chetoni. Per esempio

In questo caso, parte del metanale (formaldeide) reagisce con il perossido di idrogeno, formando acido metano (formico):

Polimerizzazione

Gli alcheni più semplici possono polimerizzare per formare composti ad alto peso molecolare che hanno la stessa formula empirica dell'alchene genitore:

Questa reazione avviene a ipertensione, temperatura 120°C ed in presenza di ossigeno, che svolge il ruolo di catalizzatore. Tuttavia, la polimerizzazione dell'etilene può essere effettuata a pressione inferiore se viene utilizzato un catalizzatore Ziegler. Uno dei catalizzatori Ziegler più comuni è una miscela di trietilalluminio e tetracloruro di titanio.

La polimerizzazione degli alcheni è discussa più dettagliatamente nella Sezione. 18.3.

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Gli insaturi includono idrocarburi contenenti più legami tra gli atomi di carbonio nelle loro molecole. Gli insaturi sono alcheni, alchini, alcadieni (polieni). Anche gli idrocarburi ciclici contenenti un doppio legame nell'anello (cicloalcheni), così come i cicloalcani con un piccolo numero di atomi di carbonio nell'anello (tre o quattro atomi) hanno un carattere insaturo. La proprietà di "insaturazione" è associata alla capacità di queste sostanze di entrare in reazioni di addizione, principalmente idrogeno, con la formazione di idrocarburi saturi o saturi - alcani.

Struttura

Gli alcheni sono aciclici, contenenti nella molecola, oltre ai singoli legami, un doppio legame tra atomi di carbonio e corrispondenti alla formula generale C n H 2n.

Gli alcheni hanno ricevuto il loro secondo nome: "olefine" per analogia con gli acidi grassi insaturi (oleico, linoleico), i cui resti fanno parte dei grassi liquidi - oli (dall'inglese oil - oil).

Gli atomi di carbonio che hanno un doppio legame tra loro, come sapete, sono in uno stato di ibridazione sp 2. Ciò significa che un orbitale se due p partecipano all'ibridazione e un orbitale p rimane non ibridato. La sovrapposizione degli orbitali ibridi porta alla formazione di un legame a e, a causa degli orbitali non ibridati degli atomi di carbonio vicini della molecola di etilene, se ne forma un secondo, P-connessione. Pertanto, un doppio legame è costituito da un legame Þ e un legame p.

Gli orbitali ibridi degli atomi che formano un doppio legame si trovano sullo stesso piano e gli orbitali che formano un legame n si trovano perpendicolari al piano della molecola (vedi Fig. 5).

Il doppio legame (0,132 nm) è più corto del legame singolo e la sua energia è più alta, cioè è più forte. Tuttavia, la presenza di un legame 7g mobile e facilmente polarizzabile porta al fatto che gli alcheni sono chimicamente più attivi degli alcani e sono in grado di entrare in reazioni di addizione.

Serie omologa dell'etilene

Gli alcheni a catena lineare formano la serie omologa dell'etene (etilene).

C2H4 - etene, C3H6 - propene, C4H8 - butene, C5H10 - pentene, C6H12 - esene, ecc.

Isomeria e nomenclatura

Gli alcheni, come gli alcani, sono caratterizzati da isomeria strutturale. Gli isomeri strutturali, come ricorderete, differiscono l'uno dall'altro nella struttura dello scheletro di carbonio. L'alchene più semplice, caratterizzato da isomeri strutturali, è il butene.

CH3-CH2-CH=CH2 CH3-C=CH2
l
CH3
butene-1 metilpropene

Un tipo speciale di isomerismo strutturale è l'isomeria della posizione del doppio legame:

CH3-CH2-CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3
butene-1 butene-2

È possibile una rotazione quasi libera degli atomi di carbonio attorno a un singolo legame carbonio-carbonio, quindi le molecole di alcani possono assumere un'ampia varietà di forme. La rotazione attorno al doppio legame è impossibile, il che porta alla comparsa di un altro tipo di isomerismo negli alcheni: geometrico o Isomeria cis-trans.

Gli isomeri Cis differiscono dagli isomeri del torace per la disposizione spaziale dei frammenti molecolari (in questo caso, gruppi metilici) rispetto al piano P-connessioni, e quindi proprietà.

Gli alcheni sono isomerici rispetto ai cicloalcani (isomerismo interclasse), ad esempio:

CH2 = CH-CH2-CH2-CH2-CH3
esene-1 cicloesano

Nomenclatura alcheni, sviluppato da IUPAC, è simile alla nomenclatura degli alcani.

1. Selezione del circuito principale

La formazione del nome di un idrocarburo inizia con la definizione della catena principale, la catena più lunga di atomi di carbonio nella molecola. Nel caso degli alcheni la catena principale deve contenere un doppio legame.

2. Numerazione degli atomi della catena principale

La numerazione degli atomi della catena principale inizia dall'estremità alla quale il doppio legame è più vicino. Per esempio, nome corretto connessioni

dn3-dn-dn2-dn=dn-dn3 dn3

5-metilesene-2, non 2-metilesene-4, come ci si potrebbe aspettare.

Se la posizione del doppio legame non può determinare l'inizio della numerazione degli atomi nella catena, allora è determinata dalla posizione dei sostituenti allo stesso modo degli idrocarburi saturi.

CH3-CH2-CH=CH-CH-CH3
l
CH3
2-metilesene-3

3. Formazione del nome

I nomi degli alcheni si formano allo stesso modo dei nomi degli alcani. Alla fine del nome indicare il numero dell'atomo di carbonio da cui inizia il doppio legame e il suffisso che indica che il composto appartiene alla classe degli alcheni, -ene.

Ricevuta

1. Cracking di prodotti petroliferi. Nel processo di cracking termico degli idrocarburi saturi, insieme alla formazione di alcani, si verifica la formazione di alcheni.

2. Deidrogenazione di idrocarburi saturi. Quando gli alcani vengono fatti passare su un catalizzatore ad alte temperature (400-600 °C), viene eliminata una molecola di idrogeno e si forma un alchene:

3. Disidratazione degli alcoli (eliminazione dell'acqua). L'effetto degli agenti di rimozione dell'acqua (H2804, Al203) sugli alcoli monovalenti ad alte temperature porta all'eliminazione di una molecola d'acqua e alla formazione di un doppio legame:

Questa reazione è chiamata disidratazione intramolecolare (in contrasto con la disidratazione intermolecolare, che porta alla formazione di eteri e sarà studiata nel § 16 “Alcoli”).

4. Deidroalogenazione (eliminazione dell'alogenuro di idrogeno).

Quando un alogenoalcano reagisce con un alcali in una soluzione alcolica, si forma un doppio legame come risultato dell'eliminazione di una molecola di alogenuro di idrogeno.

Si noti che questa reazione produce prevalentemente butene-2 anziché butene-1, che corrisponde a Regola di Zaitsev:

Quando un alogenuro di idrogeno viene eliminato dagli alogenoalcani secondari e terziari, un atomo di idrogeno viene eliminato dall'atomo di carbonio meno idrogenato.

5. Dealogenazione. Quando lo zinco agisce su un derivato dibromo di un alcano, gli atomi di alogeno situati negli atomi di carbonio vicini vengono eliminati e si forma un doppio legame:

Proprietà fisiche

I primi tre rappresentanti della serie omologa di alcheni sono gas, le sostanze della composizione C5H10-C16H32 sono liquidi e gli alcheni superiori sono solidi.

I punti di ebollizione e di fusione aumentano naturalmente con l'aumentare del peso molecolare dei composti.

Proprietà chimiche

Reazioni di addizione

Lascia che te lo ricordiamo caratteristica distintiva rappresentanti di idrocarburi insaturi - alcheni è la capacità di entrare in reazioni di addizione. La maggior parte di queste reazioni procedono mediante il meccanismo di addizione elettrofila.

1. Idrogenazione degli alcheni. Gli alcheni sono in grado di aggiungere idrogeno in presenza di catalizzatori di idrogenazione - metalli - platino, palladio, nichel:

CH3-CH2-CH=CH2 + H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3

Questa reazione avviene sia a pressione atmosferica che elevata e non richiede alta temperatura, poiché è esotermica. Quando la temperatura aumenta, gli stessi catalizzatori possono causare una reazione inversa: la deidrogenazione.

2. Alogenazione (aggiunta di alogeni). L'interazione di un alchene con acqua bromo o una soluzione di bromo in un solvente organico (CCl4) porta ad un rapido scolorimento di queste soluzioni a seguito dell'aggiunta di una molecola di alogeno all'alchene e alla formazione di dialoalcani.

Markovnikov Vladimir Vasilievich

(1837-1904)

Chimico organico russo. Regole formulate (1869) sulla direzione delle reazioni di sostituzione, eliminazione, addizione a un doppio legame e isomerizzazione a seconda struttura chimica. Studiò (dal 1880) la composizione del petrolio e pose le basi della petrolchimica come scienza indipendente. Inaugurato (1883) nuova classe materia organica- cicloparaffine (nafteni).

3. Idroalogenazione (aggiunta di alogenuro di idrogeno).

La reazione di addizione dell'alogenuro di idrogeno sarà discussa più dettagliatamente di seguito. Questa reazione obbedisce alla regola di Markovnikov:

Quando un alogenuro di idrogeno si attacca a un alchene, l'idrogeno si attacca all'atomo di carbonio più idrogenato, cioè l'atomo in cui ci sono più atomi di idrogeno, e l'alogeno a quello meno idrogenato.

4. Idratazione (aggiunta di acqua). L'idratazione degli alcheni porta alla formazione di alcoli. Ad esempio, l'aggiunta di acqua all'etene è alla base di uno dei metodi industriali ottenere alcol etilico:

CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2OH
etene-etanolo

Si noti che un alcol primario (con un gruppo ossidrile sul carbonio primario) si forma solo quando l'etene è idratato. Quando il propene o altri alcheni vengono idratati, si formano alcoli secondari.

Anche questa reazione procede secondo la regola di Markovnikov: un catione idrogeno si attacca a un atomo di carbonio più idrogenato e un gruppo ossidrile si attacca a uno meno idrogenato.

5. Polimerizzazione. Un caso speciale di addizione è la reazione di polimerizzazione degli alcheni:

Questa reazione di addizione avviene tramite un meccanismo di radicali liberi.

Reazioni di ossidazione

Come qualsiasi altro composti organici, gli alcheni bruciano in ossigeno per formare CO2 e H20.

A differenza degli alcani, che sono resistenti all'ossidazione nelle soluzioni, gli alcheni si ossidano facilmente per azione di soluzioni acquose di permanganato di potassio. Nelle soluzioni neutre o leggermente alcaline, si verifica l'ossidazione degli alcheni in dioli (alcoli diidrici) e i gruppi idrossilici vengono aggiunti a quegli atomi tra i quali esisteva un doppio legame prima dell'ossidazione.

Come già sapete, gli idrocarburi insaturi - gli alcheni sono in grado di entrare in reazioni di addizione. La maggior parte di queste reazioni procedono mediante il meccanismo di addizione elettrofila.

Connessione elettrofila

Le reazioni elettrofile sono reazioni che si verificano sotto l'influenza di elettrofili: particelle che hanno una mancanza di densità elettronica, ad esempio un orbitale vuoto. La particella elettrofila più semplice è il catione idrogeno. È noto che l'atomo di idrogeno ha un elettrone nel 3° orbitale. Un catione idrogeno si forma quando un atomo perde questo elettrone, quindi il catione idrogeno non ha alcun elettrone:

Í· - 1е - -> Í +

In questo caso, il catione ha un'affinità elettronica piuttosto elevata. La combinazione di questi fattori rende il catione idrogeno una particella elettrofila abbastanza forte.

La formazione di un catione idrogeno è possibile durante la dissociazione elettrolitica degli acidi:

ÍÀr -> Í + + Òr -

È per questo motivo che molte reazioni elettrofile avvengono in presenza e partecipazione di acidi.

Le particelle elettrofile, come accennato in precedenza, agiscono su sistemi contenenti aree di maggiore densità elettronica. Un esempio di tale sistema è un legame carbonio-carbonio multiplo (doppio o triplo).

Sai già che gli atomi di carbonio tra i quali si forma un doppio legame sono in uno stato di ibridazione sp 2. Gli orbitali p non ibridati degli atomi di carbonio vicini situati sullo stesso piano si sovrappongono, formandosi P-legame Þ, che è meno forte del legame Þ e, soprattutto, è facilmente polarizzato sotto l'influenza di agenti esterni campo elettrico. Ciò significa che quando una particella carica positivamente si avvicina, gli elettroni del legame CS si spostano verso di essa e si forma un cosiddetto P- complesso.

Si scopre P-complesso e dopo l'aggiunta di un catione idrogeno P- connessioni. Il catione idrogeno sembra urtare la densità elettronica che sporge dal piano della molecola P-connection e si unisce ad esso.

Nella fase successiva si verifica uno spostamento completo della coppia di elettroni P-legame con uno degli atomi di carbonio, che porta alla comparsa di una coppia solitaria di elettroni su di esso. L'orbitale dell'atomo di carbonio su cui si trova questa coppia e l'orbitale non occupato del catione idrogeno si sovrappongono, il che porta alla formazione di un legame covalente attraverso il meccanismo donatore-accettore. Il secondo atomo di carbonio ha ancora un orbitale vuoto, cioè una carica positiva.

La particella risultante è chiamata carbocatione perché contiene una carica positiva sull'atomo di carbonio. Questa particella può combinarsi con qualsiasi anione, una particella che ha una coppia di elettroni solitari, cioè un nucleofilo.

Consideriamo il meccanismo della reazione di addizione elettrofila usando l'esempio dell'idrobromurazione (aggiunta di acido bromidrico) dell'etene:

СН2= СН2 + НВг --> СНВr-СН3

La reazione inizia con la formazione di una particella elettrofila, un catione idrogeno, che si verifica a seguito della dissociazione di una molecola di acido bromidrico.

Attacchi di cationi idrogeno P- connessione, formazione P- un complesso che viene rapidamente convertito in un carbocatione:

Consideriamo ora un caso più complesso.

La reazione dell'aggiunta di acido bromidrico all'etene procede in modo inequivocabile e l'interazione dell'acido bromidrico con il propene può teoricamente dare due prodotti: 1-bromopropano e 2-bromopropano. I dati sperimentali mostrano che viene prodotto principalmente 2-bromopropano.

Per spiegarlo dovremo considerare la particella intermedia: il carbocatione.

L'aggiunta di un catione idrogeno al propene può portare alla formazione di due carbocationi: se un catione idrogeno si unisce al primo atomo di carbonio, quello situato all'estremità della catena, allora il secondo avrà carica positiva, cioè in il centro della molecola (1); se si unisce al secondo, allora il primo atomo avrà una carica positiva (2).

La direzione preferenziale della reazione dipenderà da quale carbocatione è più abbondante nel mezzo di reazione, che, a sua volta, è determinato dalla stabilità del carbocatione. L'esperimento mostra la formazione predominante di 2-bromopropano. Ciò significa che dentro In misura maggiore si forma un carbocatione (1) con carica positiva sull'atomo centrale.

La maggiore stabilità di questo carbocatione è spiegata dal fatto che la carica positiva sull'atomo di carbonio centrale è compensata dall'effetto induttivo positivo di due gruppi metilici, il cui effetto totale è superiore all'effetto +/- di un gruppo etilico:

Le leggi delle reazioni di idroalogenazione degli alcheni furono studiate dal famoso chimico russo V.V Markovnikov, allievo di A.M. Butlerov, che, come accennato in precedenza, formulò la regola che porta il suo nome.

Questa regola è stata stabilita empiricamente, cioè sperimentalmente. Al momento possiamo darne una spiegazione del tutto convincente.

È interessante notare che anche altre reazioni di addizione elettrofila obbediscono alla regola di Markovnikov, quindi sarebbe corretto formularla in una forma più generale.

Nelle reazioni di addizione elettrofila, un elettrofilo (una particella con un orbitale vuoto) si addiziona a un atomo di carbonio più idrogenato e un nucleofilo (una particella con una coppia solitaria di elettroni) si addiziona a uno meno idrogenato.

Polimerizzazione

Un caso speciale di reazione di addizione è la reazione di polimerizzazione degli alcheni e dei loro derivati. Questa reazione procede mediante il meccanismo di addizione dei radicali liberi:

La polimerizzazione viene effettuata in presenza di iniziatori: composti di perossido, che sono una fonte i radicali liberi. I composti del perossido sono sostanze le cui molecole includono il gruppo -O-O-. Il composto più semplice del perossido è il perossido di idrogeno HOOH.

Ad una temperatura di 100 °C e ad una pressione di 100 MPa avviene l'omolisi del legame instabile ossigeno-ossigeno e la formazione di radicali, gli iniziatori della polimerizzazione. Sotto l'influenza dei radicali KO inizia la polimerizzazione che si sviluppa come reazione di addizione di radicali liberi. La crescita della catena si interrompe quando avviene la ricombinazione dei radicali nella miscela di reazione - la catena polimerica e i radicali o COCH2CH2-.

Usando la reazione di polimerizzazione dei radicali liberi di sostanze contenenti un doppio legame, otteniamo un gran numero di composti ad alto peso molecolare:

L'uso di alcheni con vari sostituenti consente di sintetizzare un'ampia gamma di materiali polimerici con un'ampia gamma di proprietà.

Si trovano tutti questi composti polimerici ampia applicazione in una varietà di aree attività umana- industria, medicina, utilizzati per la fabbricazione di apparecchiature per laboratori biochimici, alcuni sono intermedi per la sintesi di altri composti ad alto peso molecolare.

Ossidazione

Sapete già che nelle soluzioni neutre o leggermente alcaline si verifica l'ossidazione degli alcheni in dioli (alcoli diidrici). In un ambiente acido (una soluzione acidificata con acido solforico), il doppio legame viene completamente distrutto e gli atomi di carbonio tra i quali esisteva il doppio legame vengono convertiti in atomi di carbonio del gruppo carbossilico:

L'ossidazione distruttiva degli alcheni può essere utilizzata per determinare la loro struttura. Quindi, ad esempio, se durante l'ossidazione di un certo alchene si ottengono acidi acetico e propionico, ciò significa che il pentene-2 ha subito un'ossidazione, e se l'acido butirrico e diossido di carbonio, allora l'idrocarburo di partenza è pentene-1.

Applicazione

Gli alcheni sono ampiamente utilizzati nell'industria chimica come materie prime per la produzione di una varietà di sostanze e materiali organici.

Ad esempio, l'etene è il materiale di partenza per la produzione di etanolo, glicole etilenico, epossidi e dicloroetano.

Una grande quantità di etene viene trasformata in polietilene, che viene utilizzato per realizzare pellicole da imballaggio, stoviglie, tubi e materiali isolanti elettrici.

Dal propene si ottengono glicerina, acetone, isopropanolo e solventi. Polimerizzando il propene si ottiene il polipropilene, che per molti aspetti è superiore al polietilene: ne ha di più alta temperatura fusione, resistenza chimica.

Attualmente, le fibre sono prodotte da polimeri, analoghi del polietilene, che hanno proprietà uniche. Ad esempio, la fibra di polipropilene è più resistente di tutte le fibre sintetiche conosciute.

I materiali realizzati con queste fibre sono promettenti e vengono sempre più utilizzati in vari settori dell'attività umana.

1. Quali tipi di isomeria sono caratteristici degli alcheni? Scrivi le formule per i possibili isomeri del pentene-1.
2. Da quali composti si possono ottenere: a) isobutene (2-metilpropene); b) butene-2; c) butene-1? Scrivi le equazioni delle reazioni corrispondenti.
3. Decifrare la seguente catena di trasformazioni. Nominare i composti A, B, C. 4. Suggerire un metodo per ottenere 2-cloropropano da 1-cloropropano. Scrivi le equazioni delle reazioni corrispondenti.
5. Suggerire un metodo per purificare l'etano dalle impurità dell'etilene. Scrivi le equazioni delle reazioni corrispondenti.
6. Fornire esempi di reazioni che possono essere utilizzate per distinguere tra idrocarburi saturi e insaturi.
7. Per l'idrogenazione completa di 2,8 g di alchene sono stati consumati 0,896 litri di idrogeno (n.e.). Qual è il peso molecolare e la formula strutturale di questo composto, che ha una catena normale di atomi di carbonio?
8. Che gas c'è nella bombola (etene o propene), se è noto che la combustione completa di 20 cm3 di questo gas ha richiesto 90 cm3 (n.s.) di ossigeno?
9*. Quando un alchene reagisce con il cloro al buio, si formano 25,4 g di dicloruro, e quando questo alchene della stessa massa reagisce con il bromo in tetracloruro di carbonio, si formano 43,2 g di dibromuro. Determinare tutte le possibili formule strutturali dell'alchene di partenza.

Storia della scoperta

Dal materiale di cui sopra, abbiamo già capito che l'etilene è l'antenato della serie omologa di idrocarburi insaturi, che ha un doppio legame. La loro formula è C n H 2n e sono chiamati alcheni.

Nel 1669, il medico e chimico tedesco Becher fu il primo a ottenere l'etilene facendo reagire l'acido solforico con l'alcol etilico. Becher scoprì che l’etilene è chimicamente più attivo del metano. Ma, sfortunatamente, a quel tempo lo scienziato non riuscì a identificare il gas risultante e quindi non gli assegnò alcun nome.

Poco dopo, i chimici olandesi usarono lo stesso metodo per produrre etilene. E poiché, interagendo con il cloro, tendeva a formare un liquido oleoso, gli fu dato il nome di “gasolio”. Successivamente si seppe che questo liquido era dicloroetano.

In francese il termine “petrolio” suona come oléfiant. E dopo che furono scoperti altri idrocarburi di questo tipo, Antoine Fourcroix, chimico e scienziato francese, introdusse un nuovo termine che divenne comune all'intera classe delle olefine o alcheni.

Ma già all’inizio del XIX secolo, il chimico francese J. Gay-Lussac scoprì che l’etanolo non è costituito solo da gas “petrolio”, ma anche da acqua. Inoltre, lo stesso gas è stato scoperto nel cloruro di etile.

E sebbene i chimici abbiano stabilito che l'etilene è costituito da idrogeno e carbonio e conoscessero già la composizione delle sostanze, per molto tempo non sono riusciti a trovare la sua vera formula. E solo nel 1862 E. Erlenmeyer riuscì a dimostrare la presenza di un doppio legame nella molecola dell'etilene. Ciò è stato riconosciuto anche dallo scienziato russo A.M. Butlerov e ha confermato sperimentalmente la correttezza di questo punto di vista.

Presenza in natura e ruolo fisiologico degli alcheni

Molte persone sono interessate alla domanda su dove si possano trovare gli alcheni in natura. Quindi, si scopre che praticamente non si trovano in natura, poiché il suo rappresentante più semplice, l'etilene, è un ormone per le piante ed è sintetizzato in esse solo in piccole quantità.

È vero che in natura esiste un alchene come muskalur. Questo degli alcheni naturali è un attrattivo sessuale della mosca domestica femminile.

Vale la pena prestare attenzione al fatto che, avendo un'alta concentrazione, gli alcheni inferiori hanno un effetto narcotico, che può causare convulsioni e irritazione delle mucose.

Applicazioni degli alcheni

Vita società moderna Oggi è difficile immaginare senza l'uso di materiali polimerici. Poiché, a differenza dei materiali naturali, i polimeri hanno proprietà diverse, sono facili da lavorare e, se si guarda il prezzo, sono relativamente economici. Un altro aspetto importante a favore dei polimeri è che molti di essi possono essere riciclati.

Gli alcheni hanno trovato il loro utilizzo nella produzione di plastica, gomma, pellicole, teflon, alcol etilico, acetaldeide e altri composti organici.

IN agricolturaè usato come mezzo che accelera il processo di maturazione dei frutti. Il propilene e i butileni vengono utilizzati per produrre vari polimeri e alcoli. Ma nella produzione della gomma sintetica viene utilizzato l'isobutilene. Possiamo quindi concludere che è impossibile fare a meno degli alcheni, poiché sono le materie prime chimiche più importanti.

Usi industriali dell'etilene

IN scala industriale il propilene viene solitamente utilizzato per la sintesi del polipropilene e per la produzione di isopropanolo, glicerolo, butirraldeidi, ecc. Ogni anno aumenta la domanda di propilene.

IDROCARBURI INSATURI O INSATURI DELLA SERIE ETILENE

(ALCHENI O OLEFINE)

Alcheni, O olefine(dal latino olefiant - olio - un nome antico, ma ampiamente utilizzato nella letteratura chimica. Il motivo di questo nome era il cloruro di etilene, ottenuto nel XVIII secolo, è una sostanza liquida e oleosa.) - idrocarburi alifatici insaturi, nelle cui molecole esiste un doppio legame tra gli atomi di carbonio.

Gli alcheni contengono nella loro molecola meno atomi di idrogeno rispetto ai corrispondenti alcani (con lo stesso numero di atomi di carbonio), pertanto tali idrocarburi sono chiamati illimitato O insaturo.

Gli alcheni formano una serie omologa con la formula generale CnH2n

1. Serie omologhe di alcheni

CON nH2n alchene	Nomi, suffisso *EH, ILENE*
C2H4	Questo en, Questo Ilen
C3H6	propene
C4H8	butene
C5H10	penteno
C6H12	esene

Omologhi:

CONH 2 = CH 2 etene

CONH 2 = CH- CH 3 propene

CONH2 =CH-CH2 -CH3butene-1

CONH2 =CH-CH2 -CH2 -CH 3 penteno-1

2. Proprietà fisiche

L'etilene (etene) è un gas incolore con un tenue odore dolciastro, leggermente più leggero dell'aria, poco solubile in acqua.

C2 – C4 (gas)

C5 – C17 (liquidi)

C 18 – (solido)

· Gli alcheni sono insolubili in acqua, solubili in solventi organici (benzina, benzene, ecc.)

Più leggero dell'acqua

All’aumentare di Mr aumentano i punti di fusione e di ebollizione

3. L'alchene più semplice è etilene - C2H4

Strutturale e formula elettronica l'etilene ha la forma:

Nella molecola dell'etilene si subisce l'ibridazione S- e due P-orbitali degli atomi di C ( sp 2 -ibridazione).

Pertanto, ogni atomo di C ha tre orbitali ibridi e uno non ibrido P-orbitali. Due degli orbitali ibridi degli atomi di C si sovrappongono reciprocamente e si formano tra gli atomi di C

σ - legame. I restanti quattro orbitali ibridi degli atomi di C si sovrappongono sullo stesso piano con quattro S-orbitali degli atomi H e formano anche quattro legami σ. Due non ibridi P-gli orbitali degli atomi di C si sovrappongono reciprocamente in un piano situato perpendicolare al piano di legame σ, cioè se ne forma uno P- connessione.

Per sua natura P- la connessione è nettamente diversa dalla connessione σ; P- il legame è meno forte a causa della sovrapposizione di nubi elettroniche all'esterno del piano della molecola. Sotto l'influenza di reagenti P- la connessione si interrompe facilmente.

La molecola di etilene è simmetrica; i nuclei di tutti gli atomi si trovano sullo stesso piano e gli angoli di legame sono prossimi a 120°; la distanza tra i centri degli atomi di C è 0,134 nm.

Se gli atomi sono collegati da un doppio legame, la loro rotazione è impossibile senza nuvole di elettroni P- la connessione non è stata aperta.

4. Isomeria degli alcheni

Insieme a isomeria strutturale dello scheletro carbonioso Gli alcheni sono caratterizzati, in primo luogo, da altri tipi di isomeria strutturale: Isomeria di posizioni di legami multipli E isomeria interclasse.

In secondo luogo, nella serie degli alcheni c'è isomeria spaziale relativo a posizione diversa sostituenti relativi ad un doppio legame attorno al quale la rotazione intramolecolare è impossibile.

Isomeria strutturale degli alcheni

1. Isomeria dello scheletro carbonioso (a partire da C 4 H 8):

2. Isomeria della posizione del doppio legame (a partire da C 4 H 8):

3. Isomeria interclasse con cicloalcani, a partire da C 3 H 6:

Isomeria spaziale degli alcheni

La rotazione degli atomi attorno a un doppio legame è impossibile senza romperlo. Ciò è dovuto alle caratteristiche strutturali del legame p (la nuvola di elettroni p è concentrata sopra e sotto il piano della molecola). A causa della fissazione rigida degli atomi, non appare l'isomeria rotazionale rispetto al doppio legame. Ma diventa possibile cis-trance-isomerismo.

Gli alcheni, che hanno sostituenti diversi su ciascuno dei due atomi di carbonio nel doppio legame, possono esistere sotto forma di due isomeri spaziali, differendo nella posizione dei sostituenti rispetto al piano del legame p. Quindi, nella molecola butene-2 CH3 –CH=CH–CH3 I gruppi CH3 possono essere posizionati su un lato del doppio legame cis-isomero, o lati diversi V trance-isomero.

ATTENZIONE! cis-trans- L'isomeria non appare se almeno uno degli atomi di carbonio nel doppio legame ha 2 sostituenti identici.

Per esempio,

butene-1 Canale 2 = Canale – Canale 2 – Canale 3 non ha cis- E trance-isomeri, perché Il primo atomo di C è legato a due atomi di H identici.

Isomeri cis- E trance- differiscono non solo fisicamente

ma anche proprietà chimiche, perché avvicinare o allontanare parti di una molecola l'una dall'altra nello spazio promuove o ostacola l'interazione chimica.

A volte cis-trans-l'isomerismo non è chiamato in modo abbastanza accurato isomeria geometrica. L'inesattezza è questa Tutto gli isomeri spaziali differiscono nella loro geometria, e non solo cis- E trance-.

5. Nomenclatura

Alcheni struttura semplice spesso chiamato sostituendo il suffisso -ane negli alcani con -ilene: etano - etilene, propano - propilene, ecc.

Secondo la nomenclatura sistematica, i nomi degli idrocarburi etilenici vengono ottenuti sostituendo il suffisso -ano nei corrispondenti alcani con il suffisso -ene (alcano - alchene, etano - etene, propano - propene, ecc.). La scelta della catena principale e l'ordine di denominazione sono gli stessi degli alcani. Tuttavia, la catena deve necessariamente includere un doppio legame. La numerazione della catena inizia dall'estremità alla quale questa connessione si trova più vicina. Per esempio: