Alkēnu definīcijas vispārīgā formula. Alkēnu ķīmiskās īpašības

Noskaidrosim, kāda ir alkēna hidratācijas reakcija. Par to mēs dosim īss aprakstsšī ogļūdeņražu klase.

Vispārējā formula

Alkēni ir nepiesātināti organiskie savienojumi ar vispārīgo formulu SpH2n, kuru molekulās ir viena dubultsaite un arī vienkāršās (vienkāršās) saites. Oglekļa atomi atrodas sp2 hibrīda stāvoklī. Šīs klases pārstāvjus sauc par etilēnu, jo šīs sērijas priekštecis ir etilēns.

Nomenklatūras iezīmes

Lai saprastu alkēnu hidratācijas mehānismu, ir nepieciešams izcelt to nosaukumu iezīmes. Saskaņā ar sistemātisko nomenklatūru, nosaucot alkēnu, tiek izmantots noteikts darbību algoritms.

Pirmkārt, jums ir jānosaka garākā oglekļa ķēde, kas ietver dubultsaiti. Cipari norāda ogļūdeņraža radikāļu atrašanās vietu, sākot ar mazāko krievu alfabētā.

Ja molekulā ir vairāki identiski radikāļi, nosaukumam tiek pievienoti kvalificējošie prefiksi di-, tri- un tetra.

Tikai pēc tam tiek nosaukta pati oglekļa atomu ķēde, beigās pievienojot sufiksu -ene. Lai noskaidrotu nepiesātinātās (dubultās) saites atrašanās vietu molekulā, to norāda ar skaitli. Piemēram, 2metilpentēns-2.

Hibridizācija alkēnos

Lai tiktu galā ar šāda veida uzdevumu: “Izveidot alkēna molekulāro formulu, kura hidratācija radīja sekundāro spirtu”, ir jānoskaidro šīs ogļūdeņražu klases pārstāvju struktūras iezīmes. Divkāršās saites klātbūtne izskaidro CxHy spēju iesaistīties pievienošanas reakcijās. Leņķis starp dubultsaitēm ir 120 grādi. Gar nepiesātināto saiti rotācija netiek novērota, tāpēc šīs klases pārstāvjiem ir raksturīga ģeometriskā izomērija. Galvenā reakcijas vieta alkēna molekulās ir dubultā saite.

Fizikālās īpašības

Tie ir līdzīgi piesātinātajiem ogļūdeņražiem. Šīs organisko ogļūdeņražu klases zemākie pārstāvji ir normāli apstākļi gāzveida vielas. Tālāk tiek novērota pakāpeniska pāreja uz šķidrumiem, un alkēniem, kuru molekulas satur vairāk nekā septiņpadsmit oglekļa atomus, ir raksturīgs ciets stāvoklis. Visiem šīs klases savienojumiem ir nenozīmīga šķīdība ūdenī, savukārt tie lieliski šķīst polārajos organiskajos šķīdinātājos.

Izomērijas iezīmes

Etilēna savienojumu klātbūtne molekulās izskaidro to strukturālo formulu daudzveidību. Papildus oglekļa skeleta izomerizācijai, kas raksturīga visu organisko savienojumu klašu pārstāvjiem, tiem ir starpklases izomēri. Tie ir cikloparafīni. Piemēram, propēnam starpklases izomērs ir ciklopropāns.

Divkāršās saites klātbūtne šīs klases molekulās izskaidro ģeometriskās cis- un trans-izomērijas iespējamību. Šādas struktūras ir iespējamas tikai simetriskiem nepiesātinātiem ogļūdeņražiem, kas satur dubultsaiti.

Šī izomērijas varianta esamību nosaka oglekļa atomu brīvas rotācijas neiespējamība gar dubultsaiti.

Ķīmisko īpašību specifika

Alkēna hidratācijas mehānismam ir noteiktas iezīmes. Šī reakcija attiecas uz elektrofīlo pievienošanu.

Kā notiek alkēna hidratācijas reakcija? Lai atbildētu šo jautājumu, apsveriet Markovņikova likumu. Tās būtība ir tāda, ka tiek veikta asimetriskas struktūras alkēnu hidratācija noteiktā veidā. Ūdeņraža atoms pievienosies ogleklim, kas ir vairāk hidrogenēts. Hidroksilgrupa ir piesaistīta oglekļa atomam, kurā ir mazāk H. Alkēnu hidratācija noved pie sekundāro vienvērtīgo spirtu veidošanās.

Lai reakcija noritētu pilnībā, kā katalizatorus izmanto minerālskābes. Tie garantē nepieciešamā daudzuma ūdeņraža katjonu ievadīšanu reakcijas maisījumā.

Nav iespējams iegūt primāros vienvērtīgos spirtus, hidratējot alkēnus, jo Markovņikova likums netiks ievērots. Šo funkciju izmanto sekundāro spirtu organiskajā sintēzē. Jebkura alkēnu hidratācija tiek veikta, neizmantojot skarbus apstākļus, tāpēc process ir atradis savu praktisko pielietojumu.

Ja etilēnu uzskata par sākotnējo SpH2n klases pārstāvi, Markovņikova noteikums nedarbojas. Kādus spirtus nevar iegūt, hidratējot alkēnus? Šāda ķīmiskā procesa rezultātā nav iespējams iegūt primāros spirtus no nesimetriskiem alkēniem. Kā tiek izmantota alkēnu hidratācija? Sekundāro spirtu ražošana tiek veikta tieši šādā veidā. Ja par ogļūdeņradi tiek izvēlēts acetilēna sērijas pārstāvis (alkīni), hidratācija izraisa ketonu un aldehīdu veidošanos.

Saskaņā ar Markovņikova likumu tiek veikta alkēnu hidratācija. Reakcijai ir elektrofīls pievienošanas mehānisms, kura būtība ir labi izpētīta.

Sniegsim vairākus konkrētus šādu transformāciju piemērus. Ko izraisa alkēnu hidratācija? Piedāvātie piemēri skolas kurssķīmija norāda, ka propanolu-2 var iegūt no propēna, reaģējot ar ūdeni, un butanolu-2 var iegūt no butēna-1.

Alkēnu hidratāciju izmanto komerciāli. Tādā veidā tiek iegūti sekundārie spirti.

Halogenēšana

Nepiesātināto ogļūdeņražu mijiedarbība ar halogēna molekulām tiek uzskatīta par kvalitatīvu reakciju uz dubultsaiti. Mēs jau esam analizējuši, kā notiek alkēnu hidratācija. Halogenēšanas mehānisms ir līdzīgs.

Halogēna molekulām ir kovalenta nepolāra ķīmiskā saite. Kad notiek īslaicīgas svārstības, katra molekula kļūst elektrofīla. Tā rezultātā palielinās pievienošanās iespējamība, ko papildina dubultās saites iznīcināšana nepiesātināto ogļūdeņražu molekulās. Pēc procesa pabeigšanas reakcijas produkts ir alkāna dihalogēna atvasinājums. Bromēšana tiek uzskatīta par kvalitatīvu reakciju uz nepiesātinātajiem ogļūdeņražiem, jo halogēna brūnā krāsa pakāpeniski izzūd.

Hidrohalogenēšana

Mēs jau esam apskatījuši, kāda ir alkēnu hidratācijas formula. Reakcijām ar bromūdeņradi ir līdzīga iespēja. Noteiktā neorganiskā savienojumā kovalentais polārais ķīmiskā saite, tāpēc notiek elektronu blīvuma nobīde uz elektronnegatīvāko broma atomu. Ūdeņradis iegūst daļēju pozitīvu lādiņu, dodot elektronu halogēnam un uzbrūk alkēna molekulai.

Ja nepiesātinātam ogļūdeņradim ir asimetriska struktūra, tam reaģējot ar ūdeņraža halogenīdu, veidojas divi produkti. Tādējādi no propēna hidrohalogenēšanas laikā iegūst 1-bromproānu un 2-brompropānu.

Iepriekšējai mijiedarbības iespēju novērtēšanai tiek ņemta vērā izvēlētā aizvietotāja elektronegativitāte.

Oksidācija

Nepiesātinātajām ogļūdeņražu molekulām raksturīgā dubultsaite ir pakļauta spēcīgiem oksidētājiem. Tie ir arī elektrofīli un tiek izmantoti ķīmiskā rūpniecība. Īpaša interese ir alkēnu oksidēšana ar ūdens (vai vāji sārmainu) kālija permanganāta šķīdumu. To sauc par hidroksilēšanas reakciju, jo tās rezultātā veidojas divvērtīgie spirti.

Piemēram, etilēna molekulas oksidējot ar kālija permanganāta ūdens šķīdumu, tiek iegūts etīndiols-1,2 (etilēnglikols). Šī mijiedarbība tiek uzskatīta par kvalitatīvu reakciju uz dubultsaiti, jo mijiedarbības laikā tiek novērota kālija permanganāta šķīduma krāsas maiņa.

Skābā vidē (skarbos apstākļos) starp reakcijas produktiem var atzīmēt aldehīdu.

Mijiedarbojoties ar atmosfēras skābekli, atbilstošais alkēns tiek oksidēts līdz oglekļa dioksīdam un ūdens tvaikiem. Procesu pavada siltumenerģijas izdalīšanās, tāpēc rūpniecībā to izmanto siltuma ražošanai.

Divkāršās saites klātbūtne alkēna molekulā norāda uz iespēju, ka šajā klasē var notikt hidrogenēšanas reakcijas. SpH2n mijiedarbība ar ūdeņraža molekulām notiek, ja platīnu un niķeli izmanto termiski kā katalizatorus.

Daudzi alkēnu klases pārstāvji ir pakļauti ozonēšanai. Zemā temperatūrā šīs klases pārstāvji reaģē ar ozonu. Procesu pavada dubultās saites šķelšanās, ciklisku peroksīdu savienojumu, ko sauc par ozonīdiem, veidošanās. To molekulas satur O-O sakari, tāpēc vielas ir sprādzienbīstamas. Ozonīdi netiek sintezēti tīrā formā, tie tiek sadalīti, izmantojot hidrolīzes procesu, pēc tam reducēti, izmantojot cinku. Šīs reakcijas produkti ir karbonilsavienojumi, kurus izdala un identificē pētnieki.

Polimerizācija

Šī reakcija ietver vairāku alkēna molekulu (monomēru) secīgu kombināciju lielā makromolekulā (polimērā). No sākotnējā etēna tiek ražots polietilēns, kam ir rūpniecisks pielietojums. Polimērs ir viela ar augstu molekulmasu.

Makromolekulas iekšpusē ir noteikts skaits atkārtotu fragmentu, ko sauc par struktūrvienībām. Etilēna polimerizācijai grupa - CH2-CH2- tiek uzskatīta par struktūrvienību. Polimerizācijas pakāpe norāda polimēra struktūrā atkārtoto vienību skaitu.

Polimerizācijas pakāpe nosaka polimēru savienojumu īpašības. Piemēram, īsās ķēdes polietilēns ir šķidrums, kam piemīt eļļošanas īpašības. Makromolekulu ar garām ķēdēm raksturo ciets stāvoklis. Materiāla elastība un plastiskums tiek izmantots cauruļu, pudeļu un plēvju ražošanā. Polietilēnam, kurā polimerizācijas pakāpe ir pieci līdz seši tūkstoši, ir palielināta izturība, tāpēc to izmanto stipru diegu, stingru cauruļu, liešanas izstrādājumu ražošanā.

Starp produktiem, kas iegūti, polimerizējot alkēnus, kam praktiska nozīme, izcelsim polivinilhlorīdu. Šis savienojums iegūts, polimerizējot vinilhlorīdu. Iegūtajam produktam ir vērtīgas veiktspējas īpašības. To raksturo paaugstināta izturība pret agresīvām ietekmēm ķīmiskās vielas, nedegošs, viegli krāsojams. Ko var izgatavot no polivinilhlorīda? Portfeļi, lietusmēteļi, eļļas audums, mākslīgā āda, kabeļi, elektrības vadu izolācija.

Teflons ir tetrafluoretilēna polimerizācijas produkts. Šis organiskais inertais savienojums ir izturīgs pret pēkšņām temperatūras izmaiņām.

Polistirols ir elastīga caurspīdīga viela, kas veidojas sākotnējā stirola polimerizācijā. Tas ir neaizstājams dielektriķu ražošanā radio un elektrotehnikā. Turklāt polistirolu lielos daudzumos izmanto skābju izturīgu cauruļu, rotaļlietu, ķemmes un porainas plastmasas ražošanā.

Alkēnu iegūšanas iezīmes

Šīs klases pārstāvji ir pieprasīti mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā, tāpēc ir izstrādātas dažādas metodes to rūpnieciskai un laboratorijas ražošanai. Etilēns un tā homologi dabā nepastāv.

Daudzas laboratorijas iespējas šīs ogļūdeņražu klases pārstāvju iegūšanai ietver reversās pievienošanas reakcijas, ko sauc par elimināciju. Piemēram, parafīnu (piesātināto ogļūdeņražu) dehidrogenēšana rada atbilstošos alkēnus.

Alkānu halogēna atvasinājumus reaģējot ar metālisku magniju, iespējams iegūt arī savienojumus ar vispārīgo formulu SpH2n. Likvidēšana tiek veikta pēc Zaiceva likuma, kas ir Markovņikova likuma apgrieztā puse.

Rūpnieciskos daudzumos etilēna sērijas nepiesātinātos ogļūdeņražus iegūst, krekinga eļļu. Naftas un gāzes krekinga un pirolīzes gāzes satur no desmit līdz divdesmit procentiem nepiesātināto ogļūdeņražu. Reakcijas produktu maisījums satur gan parafīnus, gan alkēnus, kas tiek atdalīti viens no otra ar frakcionētu destilāciju.

Dažas lietojumprogrammas

Alkēni ir svarīga organisko savienojumu klase. To izmantošanas iespēja ir izskaidrojama ar izcilo reaktivitāte, iegūšanas vieglums, saprātīgas izmaksas. Starp daudzajām rūpniecības nozarēm, kurās tiek izmantoti alkēni, mēs izceļam polimēru rūpniecību. Polimēru savienojumu ražošanai tiek tērēts milzīgs daudzums etilēna, propilēna un to atvasinājumu.

Tāpēc jautājumi par jaunu veidu meklēšanu alkēna ogļūdeņražu iegūšanai ir tik aktuāli.

Polivinilhlorīds tiek uzskatīts par vienu no svarīgākajiem produktiem, ko iegūst no alkēniem. To raksturo ķīmiskā un termiskā stabilitāte un zema uzliesmojamība. Tā kā šī viela nešķīst minerālos šķīdinātājos, bet šķīst organiskajos šķīdinātājos, to var izmantot dažādās rūpniecības nozarēs.

Viņa molekulmasa sastāda vairākus simtus tūkstošu. Kad temperatūra paaugstinās, viela spēj sadalīties, ko papildina hlorūdeņraža izdalīšanās.

Īpaši interesanti ir tā dielektriskās īpašības, ko izmanto mūsdienu elektrotehnikā. No nozarēm, kurās tiek izmantots polivinilhlorīds, mēs izceļam ražošanu mākslīgā āda. Iegūtais materiāls veiktspējas īpašību ziņā nekādā ziņā nav zemāks par dabisko materiālu, un tajā pašā laikā tam ir daudz zemākas izmaksas. No šāda materiāla izgatavoti apģērbi kļūst arvien populārāki modes dizaineru vidū, kuri veido košas un krāsainas jauniešu apģērbu kolekcijas, kas izgatavotas no polivinilhlorīda dažādās krāsās.

IN lielos daudzumos Polivinilhlorīds tiek izmantots kā hermētiķis ledusskapjos. Pateicoties tās elastībai un elastībai, tas ķīmiskais savienojums pieprasīti filmu ražošanā un mūsdienīgi piekaramie griesti. Mazgājamas tapetes papildus pārklātas ar plānu PVC plēvi. Tas ļauj tiem pievienot mehānisko izturību. Tādas apdares materiāli būs ideāls variants kosmētiskajam remontam biroja telpās.

Turklāt alkēnu hidratācija izraisa primāro un sekundāro vienvērtīgo spirtu veidošanos, kas ir lieliski organiskie šķīdinātāji.

Alkēnu fizikālās īpašības ir līdzīgas alkānu īpašībām, lai gan tiem visiem ir nedaudz vairāk zemas temperatūras kūst un vārās nekā attiecīgie alkāni. Piemēram, pentāna viršanas temperatūra ir 36 °C, bet pentēna-1 - 30 °C. Normālos apstākļos alkēni C2-C4 ir gāzes. C 5 – C 15 ir šķidrumi, sākot no C 16 ir cietas vielas. Alkēni nešķīst ūdenī, bet labi šķīst organiskajos šķīdinātājos.

Alkēni dabā ir reti sastopami. Tā kā alkēni ir vērtīgas rūpnieciskās organiskās sintēzes izejvielas, ir izstrādātas daudzas to sagatavošanas metodes.

1. Galvenais alkēnu rūpnieciskais avots ir eļļas sastāvā esošo alkānu plaisāšana:

3. Laboratorijas apstākļos alkēnus iegūst eliminācijas reakcijās, kurās no blakus esošajiem oglekļa atomiem tiek izvadīti divi atomi vai divas atomu grupas un veidojas papildus p-saite. Šādas reakcijas ir šādas.

1) Spirtu dehidratācija notiek, ja tos karsē ar ūdeni atdalošiem līdzekļiem, piemēram, ar sērskābi temperatūrā virs 150 ° C:

Kad H 2 O tiek izvadīts no spirtiem, HBr un HCl no alkilhalogenīdiem, ūdeņraža atoms tiek izvadīts no blakus esošajiem oglekļa atomiem, kas ir saistīti ar mazākais skaitlisūdeņraža atomi (no vismazāk hidrogenētā oglekļa atoma). Šo modeli sauc par Zaiceva likumu.

3) Dehalogenēšana notiek, kad dihalogenīdus, kuriem blakus esošajos oglekļa atomos ir halogēna atomi, karsē ar aktīviem metāliem:

CH2Br-CHBr-CH3+Mg → CH2=CH-CH3+MgBr2.

Ķīmiskās īpašības alkēnus nosaka dubultsaites klātbūtne to molekulās. P-saites elektronu blīvums ir diezgan kustīgs un viegli reaģē ar elektrofīlām daļiņām. Tāpēc daudzas alkēnu reakcijas notiek saskaņā ar mehānismu elektrofīlā pievienošana, apzīmēts ar simbolu A E (no angļu valodas, add electrophilic). Elektrofīlās pievienošanās reakcijas ir jonu procesi, kas notiek vairākos posmos.

Pirmajā posmā elektrofīlā daļiņa (visbiežāk tas ir H + protons) mijiedarbojas ar dubultās saites p-elektroniem un veido p-kompleksu, kas pēc tam tiek pārveidots par karbokāciju, veidojot kovalento s-saiti starp elektrofīlā daļiņa un viens no oglekļa atomiem:

alkēna p-kompleksā karbokācija

Otrajā posmā karbokācija reaģē ar X-anjonu, veidojot otru s-saiti anjona elektronu pāra dēļ:

Elektrofīlās pievienošanās reakcijās ūdeņraža jons pievienojas oglekļa atomam pie dubultsaites, kam ir lielāks negatīvs lādiņš. Uzlādes sadalījumu nosaka p-elektronu blīvuma maiņa aizvietotāju ietekmē: .

Elektronus nododošie aizvietotāji, kuriem ir +I efekts, novirza p-elektronu blīvumu uz vairāk hidrogenētu oglekļa atomu un rada uz tā daļēju negatīvu lādiņu. Tas izskaidro Markovņikova valdīšana: pievienojot polāras molekulas, piemēram, HX (X = Hal, OH, CN utt.) nesimetriskiem alkēniem, ūdeņradis galvenokārt pievienojas vairāk hidrogenētajam oglekļa atomam pie dubultās saites.

Apskatīsim konkrētus pievienošanas reakciju piemērus.

1) Hidrohalogenēšana. Kad alkēni mijiedarbojas ar ūdeņraža halogenīdiem (HCl, HBr), veidojas alkilhalogenīdi:

CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Reakcijas produktus nosaka Markovņikova likums.

Tomēr jāuzsver, ka jebkura organiskā peroksīda klātbūtnē polārās HX molekulas nereaģē ar alkēniem saskaņā ar Markovņikova likumu:

	R-O-O-R
CH3-CH = CH2 + HBr		CH3-CH2-CH2Br

Tas ir saistīts ar faktu, ka peroksīda klātbūtne nosaka reakcijas radikālo, nevis jonu mehānismu.

2) hidratācija. Alkēniem reaģējot ar ūdeni minerālskābju (sērskābes, fosforskābes) klātbūtnē, veidojas spirti. Minerālskābes darbojas kā katalizatori un ir protonu avoti. Ūdens pievienošana notiek arī pēc Markovņikova likuma:

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

3) Halogenēšana. Alkēni iekrāso broma ūdeni:

CH 2 = CH 2 + Br 2 ® B-CH 2 -CH 2 Br.

Šī reakcija ir kvalitatīva dubultai saitei.

4) Hidrogenēšana. Ūdeņraža pievienošana notiek metāla katalizatoru iedarbībā:

kur R = H, CH3, Cl, C6H5 utt. CH 2 =CHR molekulu sauc par monomēru, iegūto savienojumu sauc par polimēru, skaitlis n ir polimerizācijas pakāpe.

Polimerizējot dažādus alkēna atvasinājumus, tiek iegūti vērtīgi rūpniecības produkti: polietilēns, polipropilēns, polivinilhlorīds un citi.

Papildus pievienošanai alkēni tiek pakļauti arī oksidācijas reakcijai. Vieglas alkēnu oksidēšanas laikā ar kālija permanganāta ūdens šķīdumu (Vāgnera reakcija) veidojas divvērtīgie spirti:

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

Šīs reakcijas rezultātā purpursarkanais kālija permanganāta šķīdums ātri maina krāsu un izgulsnējas brūnas mangāna (IV) oksīda nogulsnes. Šī reakcija, tāpat kā broma ūdens atkrāsošanas reakcija, ir kvalitatīva dubultsaitei. Spēcīgas alkēnu oksidācijas laikā ar verdošu kālija permanganāta šķīdumu skābā vidē notiek pilnīga dubultās saites šķelšanās, veidojoties ketoniem, karbonskābes vai CO 2, piemēram:

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

Pamatojoties uz oksidācijas produktiem, var noteikt dubultās saites stāvokli sākotnējā alkēnā.

Tāpat kā visi citi ogļūdeņraži, alkēni deg un ar lielu gaisa daudzumu veido oglekļa dioksīdu un ūdeni:

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

Ja gaiss ir ierobežots, alkēnu sadegšana var izraisīt oglekļa monoksīda un ūdens veidošanos:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Ja sajaucat alkēnu ar skābekli un izlaižat šo maisījumu virs sudraba katalizatora, kas uzkarsēts līdz 200°C, veidojas alkēna oksīds (epoksialkāns), piemēram:

Jebkurā temperatūrā alkēnus oksidē ozons (ozons ir spēcīgāks oksidētājs nekā skābeklis). Ja ozona gāze tiek izlaista caur alkēna šķīdumu metāna tetrahlorīda temperatūrā, kas zemāka par istabas temperatūru, notiek pievienošanas reakcija un veidojas attiecīgie ozonīdi (cikliskie peroksīdi). Ozonīdi ir ļoti nestabili un var viegli eksplodēt. Tāpēc tos parasti neizdala, bet uzreiz pēc iegūšanas sadala ar ūdeni – rodas karbonilsavienojumi (aldehīdi vai ketoni), kuru struktūra norāda uz ozonēšanai pakļautā alkēna struktūru.

Zemākie alkēni ir svarīgi izejmateriāli rūpnieciskai organiskai sintēzei. No etilēna ražo etilspirtu, polietilēnu un polistirolu. Propēnu izmanto polipropilēna, fenola, acetona un glicerīna sintēzei.

Alkēni ir nepiesātināti alifātiski ogļūdeņraži ar vienu vai vairākām oglekļa-oglekļa dubultsaitēm. Divkāršā saite pārveido divus oglekļa atomus plakanā struktūrā ar saites leņķi starp blakus esošajām saitēm 120°C:

Homologa sērija alkēniem ir vispārīga formula, tā pirmie divi locekļi ir etēns (etilēns) un propēns (propilēns):

Alkēnu sērijas dalībnieki ar četriem vai liels skaits oglekļa atomi uzrāda izomēriju saišu pozīcijās. Piemēram, alkēnam ar formulu ir trīs izomēri, no kuriem divi ir saites pozīcijas izomēri:

Ņemiet vērā, ka alkēna ķēde ir numurēta no gala, kas ir vistuvāk dubultai saitei. Divkāršās saites pozīciju norāda zemākais no diviem cipariem, kas atbilst diviem oglekļa atomiem, kas savienoti ar dubultsaiti. Trešajam izomēram ir sazarota struktūra:

Jebkura alkēna izomēru skaits palielinās līdz ar oglekļa atomu skaitu. Piemēram, heksēnam ir trīs saites pozīcijas izomēri:

Diēns ir buta-1,3-diēns vai vienkārši butadiēns:

Savienojumus, kas satur trīs dubultās saites, sauc par triēniem. Savienojumiem ar vairākām dubultsaitēm ir parastais nosaukums poliēni.

Fizikālās īpašības

Alkāniem ir nedaudz zemāka kušanas un viršanas temperatūra nekā to atbilstošajiem alkāniem. Piemēram, pentānam ir viršanas temperatūra. Etilēns, propēns un trīs butēna izomēri istabas temperatūrā un normāls spiediens atrodas gāzveida stāvoklī. Alkēni ar oglekļa atomu skaitu no 5 līdz 15 normālos apstākļos atrodas šķidrā stāvoklī. To nepastāvība, tāpat kā alkāniem, palielinās, ja oglekļa ķēdē ir sazarojums. Normālos apstākļos alkēni ar vairāk nekā 15 oglekļa atomiem ir cietas vielas.

Iegūts laboratorijas apstākļos

Divas galvenās metodes alkēnu ražošanai laboratorijā ir spirtu dehidratācija un halogēnalkānu dehidrohalogenēšana. Piemēram, etilēnu var iegūt, dehidratējot etanolu, iedarbojoties ar pārāk daudz koncentrētas sērskābes 170 ° C temperatūrā (skatīt 19.2. sadaļu):

Etilēnu var ražot arī no etanola, laižot etanola tvaikus virs sakarsēta alumīnija oksīda virsmas. Šim nolūkam varat izmantot instalāciju, kas shematiski parādīta attēlā. 18.3.

Otrā izplatītā alkēnu iegūšanas metode ir balstīta uz halogenētu alkānu dehidrohalogenēšanu pamata katalīzes apstākļos.

Šāda veida eliminācijas reakcijas mehānisms ir aprakstīts sadaļā. 17.3.

Alkēnu reakcijas

Alkēni ir daudz reaktīvāki nekā alkāni. Tas ir saistīts ar dubultās saites -elektronu spēju piesaistīt elektrofilus (sk. 17.3. sadaļu). Tāpēc alkēnu raksturīgās reakcijas galvenokārt ir elektrofīlās pievienošanās reakcijas pie dubultās saites:

Daudzām no šīm reakcijām ir jonu mehānismi (sk. 17.3. sadaļu).

Hidrogenēšana

Ja kādu alkēnu, piemēram, etilēnu, sajauc ar ūdeņradi un šo maisījumu izlaiž virs platīna katalizatora virsmas istabas temperatūrā vai niķeļa katalizatora virsmu aptuveni 150 ° C temperatūrā, tad pievienošana notiks.

ūdeņradis pie alkēna dubultsaites. Tas rada atbilstošu alkānu:

Šāda veida reakcija ir neviendabīgas katalīzes piemērs. Tās mehānisms ir aprakstīts sadaļā. 9.2 un shematiski parādīts attēlā. 9.20.

Halogēnu pievienošana

Hlors vai broms viegli pievienojas alkēna dubultsaitei; šī reakcija notiek nepolāros šķīdinātājos, piemēram, tetrahlormetānā vai heksānā. Reakcija notiek ar jonu mehānismu, kas ietver karbokācijas veidošanos. Divkāršā saite polarizē halogēna molekulu, pārvēršot to par dipolu:

Tāpēc broma šķīdums heksānā vai tetrahlormetānā kļūst bezkrāsains, ja to sakrata ar alkēnu. Tas pats notiek, ja sakratat alkēnu ar broma ūdeni. Broma ūdens ir broma šķīdums ūdenī. Šis šķīdums satur hipobromskābi. Hipobromskābes molekula pievienojas alkēna dubultsaitei, kā rezultātā veidojas ar bromu aizvietots spirts. Piemēram

Ūdeņraža halogenīdu pievienošana

Šāda veida reakcijas mehānisms ir aprakstīts sadaļā. 18.3. Piemēram, apsveriet hlorūdeņraža pievienošanu propēnam:

Ņemiet vērā, ka šīs reakcijas produkts ir 2-hlorpropāns, nevis 1-hlorpropāns:

Šādās pievienošanas reakcijās viselektronegatīvākais atoms vai elektronnegatīvākā grupa vienmēr pievienojas oglekļa atomam, kas saistīts ar

mazākais ūdeņraža atomu skaits. Šo modeli sauc par Markovņikova likumu.

Elektronnegatīva atoma vai grupas preferenciālā piesaiste oglekļa atomam, kas saistīts ar mazāko ūdeņraža atomu skaitu, ir saistīts ar karbokācijas stabilitātes palielināšanos, palielinoties alkil-aizvietotāju skaitam uz oglekļa atoma. Šis stabilitātes pieaugums savukārt ir izskaidrojams ar induktīvo efektu, kas rodas alkilgrupās, jo tās ir elektronu donori:

Jebkura organiskā peroksīda klātbūtnē propēns reaģē ar ūdeņraža bromīdu, t.i., neatbilst Markovņikova likumam. Šādu produktu sauc par anti-Markovņikovu. Tas veidojas radikāla, nevis jonu mehānisma reakcijas rezultātā.

Hidratācija

Alkēni reaģē ar aukstu koncentrētu sērskābi, veidojot alkilūdeņraža sulfātus. Piemēram

Šī reakcija ir pievienošana, jo tā ietver skābes pievienošanu pie dubultsaites. Tā ir apgriezta reakcija uz etanola dehidratāciju, veidojot etilēnu. Šīs reakcijas mehānisms ir līdzīgs ūdeņraža halogenīdu pievienošanas mehānismam pie dubultās saites. Tas ietver karbokācijas starpprodukta veidošanos. Ja šīs reakcijas produktu atšķaida ar ūdeni un viegli karsē, tas hidrolizējas, veidojot etanolu:

Sērskābes pievienošanas reakcija alkēniem atbilst Markovņikova likumam:

Reakcija ar paskābinātu kālija permanganāta šķīdumu

Paskābināta kālija permanganāta šķīduma violetā krāsa pazūd, ja šo šķīdumu sakrata maisījumā ar jebkuru alkēnu. Notiek alkēna hidroksilēšana (oksidācijas rezultātā izveidojušās hidroksilgrupas ievadīšana), kas rezultātā tiek pārveidota par diolu. Piemēram, ja lieko etilēna daudzumu sakrata ar paskābinātu šķīdumu, veidojas etān-1,2-diols (etilēnglikols).

Ja alkēnu sakrata ar pārmērīgu -jonu šķīduma daudzumu, notiek alkēna oksidatīvā šķelšanās, izraisot aldehīdu un ketonu veidošanos:

Šajā gadījumā izveidotie aldehīdi tiek tālāk oksidēti, veidojot karbonskābes.

Alkēnu hidroksilēšanu, veidojot diolus, var veikt arī, izmantojot sārmainu kālija permanganāta šķīdumu.

Reakcija ar perbenzoskābi

Alkēni reaģē ar peroksiskābēm (perskābēm), piemēram, perbenzoskābi, veidojot cikliskus ēterus (epoksīda savienojumus). Piemēram

Ja epoksietānu maigi karsē ar atšķaidītu skābes šķīdumu, veidojas etān-1,2-diols:

Reakcijas ar skābekli

Tāpat kā visi citi ogļūdeņraži, alkēni deg un ar lielu gaisa daudzumu veido oglekļa dioksīdu un ūdeni:

Ar ierobežotu gaisa piekļuvi alkēnu sadegšana izraisa oglekļa monoksīda un ūdens veidošanos:

Tā kā alkēniem ir lielāks relatīvais oglekļa saturs nekā attiecīgajiem alkāniem, tie deg ar kūpošāku liesmu. Tas ir saistīts ar oglekļa daļiņu veidošanos:

Ja sajaucat jebkuru alkēnu ar skābekli un izlaižat šo maisījumu virs sudraba katalizatora virsmas, aptuveni 200 ° C temperatūrā veidojas epoksietāns:

Ozonolīze

Kad ozona gāze tiek izlaista caur alkēna šķīdumu trihlormetānā vai tetrahlormetānā temperatūrā, kas zemāka par 20 °C, veidojas atbilstošā alkēna (oksirāna) ozonīds.

Ozonīdi ir nestabili savienojumi un var būt sprādzienbīstami. Tie tiek hidrolizēti, veidojot aldehīdus vai ketonus. Piemēram

Šajā gadījumā daļa no metanāla (formaldehīda) reaģē ar ūdeņraža peroksīdu, veidojot metānu (skudrskābi):

Polimerizācija

Vienkāršākie alkēni var polimerizēties, veidojot augstas molekulmasas savienojumus, kuriem ir tāda pati empīriskā formula kā sākotnējam alkēnam:

Šī reakcija notiek plkst augsts asinsspiediens, temperatūra 120°C un skābekļa klātbūtnē, kas pilda katalizatora lomu. Tomēr etilēna polimerizāciju var veikt ar zemāku spiedienu, ja izmanto Ziegler katalizatoru. Viens no visizplatītākajiem Ziegler katalizatoriem ir trietilalumīnija un titāna tetrahlorīda maisījums.

Alkēnu polimerizācija ir sīkāk aplūkota sadaļā. 18.3.

Knowledge Hipermārkets >>Ķīmija >>Ķīmija 10.klase >> Ķīmija: Alkēni

Nepiesātinātie ietver ogļūdeņražus, kuru molekulās ir vairākas saites starp oglekļa atomiem. Nepiesātināti ir alkēni, alkīni, alkadiēni (poliēni). Nepiesātināts raksturs ir arī cikliskajiem ogļūdeņražiem, kas gredzenā satur dubultsaiti (cikloalkāni), kā arī cikloalkāniem ar nelielu oglekļa atomu skaitu gredzenā (trīs vai četri atomi). “Nepiesātinājuma” īpašība ir saistīta ar šo vielu spēju iesaistīties pievienošanās reakcijās, galvenokārt ar ūdeņradi, veidojot piesātinātus vai piesātinātus ogļūdeņražus - alkānus.

Struktūra

Alkēni ir acikliski, molekulā papildus vienvietīgām saitēm satur vienu dubultsaiti starp oglekļa atomiem un atbilst vispārīgajai formulai C n H 2n.

Alkēni savu otro nosaukumu - “olefīni” saņēma pēc analoģijas ar nepiesātinātajām taukskābēm (oleīns, linolskābe), kuru atliekas ir daļa no šķidrajiem taukiem - eļļām (no angļu valodas eļļa - eļļa).

Oglekļa atomi, starp kuriem ir dubultsaite, kā zināms, atrodas sp 2 hibridizācijas stāvoklī. Tas nozīmē, ka viena s un divas p orbitāles piedalās hibridizācijā, un viena p orbitāle paliek nehibridizēta. Hibrīdu orbitāļu pārklāšanās noved pie a-saites veidošanās, un etilēna molekulas blakus esošo oglekļa atomu nehibridizēto orbitāļu dēļ veidojas otra, n- savienojums. Tādējādi dubultsaite sastāv no vienas Þ-saites un vienas p-saites.

Divkāršo saiti veidojošo atomu hibrīdas orbitāles atrodas vienā plaknē, un orbitāles, kas veido n-saiti, atrodas perpendikulāri molekulas plaknei (skat. 5. att.).

Divkāršā saite (0,132 nm) ir īsāka nekā vienotā saite, un tās enerģija ir lielāka, t.i., tā ir stiprāka. Tomēr mobilās, viegli polarizējamas 7g saites klātbūtne noved pie tā, ka alkēni ir ķīmiski aktīvāki par alkāniem un spēj iesaistīties pievienošanās reakcijās.

Homologa etēna sērija

Taisnas ķēdes alkēni veido homologu etēna (etilēna) sēriju.

C2H4 - etēns, C3H6 - propēns, C4H8 - butēns, C5H10 - pentēns, C6H12 - heksēns utt.

Izomērisms un nomenklatūra

Alkāniem, tāpat kā alkāniem, ir raksturīga strukturāla izomērija. Strukturālie izomēri, kā jūs atceraties, atšķiras viens no otra oglekļa skeleta struktūrā. Vienkāršākais alkēns, kam raksturīgi strukturālie izomēri, ir butēns.

CH3-CH2-CH=CH2 CH3-C=CH2
l
CH3
butēns-1 metilpropēns

Īpašs strukturālās izomērijas veids ir dubultās saites pozīcijas izomērija:

CH3-CH2-CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3
butēns-1 butēns-2

Gandrīz brīva oglekļa atomu rotācija ir iespējama ap vienu oglekļa-oglekļa saiti, tāpēc alkāna molekulas var iegūt ļoti dažādas formas. Rotācija ap dubultsaiti nav iespējama, kā rezultātā alkēnos parādās cita veida izomērija - ģeometriska vai cis-trans izomerisms.

Cis izomēri atšķiras no krūškurvja izomēriem ar molekulāro fragmentu (šajā gadījumā metilgrupu) telpisko izvietojumu attiecībā pret plakni n-savienojumi un līdz ar to īpašības.

Alkēni ir izomēri cikloalkāniem (starpklašu izomērija), piemēram:

CH2 = CH-CH2-CH2-CH2-CH3
heksēns-1 cikloheksāns

Nomenklatūra alkēni, ko izstrādājis IUPAC, ir līdzīgs alkānu nomenklatūrai.

1. Galvenās ķēdes izvēle

Ogļūdeņraža nosaukuma veidošanās sākas ar galvenās ķēdes definīciju - garāko oglekļa atomu ķēdi molekulā. Alkēnu gadījumā galvenajā ķēdē jābūt dubultai saitei.

2. Galvenās ķēdes atomu numerācija

Galvenās ķēdes atomu numerācija sākas no gala, kuram dubultsaite ir vistuvāk. Piemēram, pareizais nosaukums savienojumiem

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

5-metilheksēns-2, nevis 2-metilheksēns-4, kā varētu gaidīt.

Ja dubultsaites pozīcija nevar noteikt atomu numerācijas sākumu ķēdē, tad to nosaka aizvietotāju stāvoklis tāpat kā piesātinātajiem ogļūdeņražiem.

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

3. Nosaukuma veidošana

Alkēnu nosaukumi veidojas tāpat kā alkānu nosaukumi. Nosaukuma beigās norādiet oglekļa atoma numuru, pie kura sākas dubultsaite, un sufiksu, kas norāda, ka savienojums pieder pie alkēnu klases -ēna.

Kvīts

1. Naftas produktu krekinga. Piesātināto ogļūdeņražu termiskās krekinga procesā kopā ar alkānu veidošanos notiek alkēnu veidošanās.

2. Piesātināto ogļūdeņražu dehidrogenēšana. Kad alkānus augstā temperatūrā (400-600 °C) laiž pāri katalizatoram, tiek izvadīta ūdeņraža molekula un veidojas alkēns:

3. Spirtu dehidratācija (ūdens izvadīšana). Ūdens atdalīšanas līdzekļu (H2804, Al203) ietekme uz vienvērtīgajiem spirtiem augstā temperatūrā noved pie ūdens molekulas eliminācijas un dubultās saites veidošanās:

Šo reakciju sauc par intramolekulāro dehidratāciju (atšķirībā no starpmolekulārās dehidratācijas, kas izraisa ēteru veidošanos un tiks pētīta 16. punktā “Spirti”).

4. Dehidrohalogenēšana (halogenīda likvidēšana).

Halogēnalkānam reaģējot ar sārmu spirta šķīdumā, ūdeņraža halogenīda molekulas eliminācijas rezultātā veidojas dubultsaite.

Ņemiet vērā, ka šī reakcija rada galvenokārt butēnu-2, nevis butēnu-1, kas atbilst Zaiceva noteikums:

Kad no sekundārajiem un terciārajiem halogēnalkāniem tiek izvadīts ūdeņraža halogenīds, no vismazāk hidrogenētā oglekļa atoma tiek izvadīts ūdeņraža atoms.

5. Dehalogenēšana. Kad cinks iedarbojas uz alkāna dibromatvasinājumu, blakus esošajos oglekļa atomos esošie halogēna atomi tiek izvadīti un veidojas dubultsaite:

Fizikālās īpašības

Pirmie trīs alkēnu homologās sērijas pārstāvji ir gāzes, vielas ar sastāvu C5H10-C16H32 ir šķidrumi, bet augstākie alkēni ir cietas vielas.

Viršanas un kušanas temperatūra dabiski palielinās, palielinoties savienojumu molekulmasai.

Ķīmiskās īpašības

Papildinājuma reakcijas

Atgādināsim jums to atšķirīga iezīme nepiesātināto ogļūdeņražu pārstāvji - alkēni ir spēja iesaistīties pievienošanas reakcijās. Lielākā daļa šo reakciju notiek, izmantojot elektrofīlo pievienošanas mehānismu.

1. Alkēnu hidrogenēšana. Alkēni spēj pievienot ūdeņradi hidrogenēšanas katalizatoru - metālu - platīna, pallādija, niķeļa klātbūtnē:

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

Šī reakcija notiek gan atmosfēras, gan paaugstinātā spiedienā, un tai nav nepieciešama augsta temperatūra, jo tā ir eksotermiska. Paaugstinoties temperatūrai, tie paši katalizatori var izraisīt apgrieztu reakciju – dehidrogenēšanu.

2. Halogenēšana (halogēnu pievienošana). Alkēna mijiedarbība ar broma ūdeni vai broma šķīdumu organiskā šķīdinātājā (CCl4) izraisa šo šķīdumu strauju krāsas maiņu, jo alkēnam tiek pievienota halogēna molekula un veidojas dihalogenalkāni.

Markovņikovs Vladimirs Vasiļjevičs

(1837-1904)

Krievu organiskais ķīmiķis. Formulēti (1869) noteikumi par aizstāšanas virzienu, elimināciju, pievienošanu pie dubultsaites un izomerizācijas reakcijām atkarībā no ķīmiskā struktūra. Viņš pētīja (kopš 1880. gada) naftas sastāvu un lika pamatus naftas ķīmijai kā neatkarīgai zinātnei. Atvērts (1883) jauna klase organiskās vielas- cikloparafīni (naftēni).

3. Hidrohalogenēšana (ūdeņraža halogenīda pievienošana).

Ūdeņraža halogenīda pievienošanas reakcija tiks sīkāk aplūkota turpmāk. Šī reakcija atbilst Markovņikova likumam:

Kad ūdeņraža halogenīds pievienojas alkēnam, ūdeņradis pievienojas vairāk hidrogenētajam oglekļa atomam, t.i., atomam, kurā ir vairāk ūdeņraža atomu, un halogēns pie mazāk hidrogenētā.

4. Hidratēšana (ūdens pievienošana). Alkēnu hidratācija izraisa spirtu veidošanos. Piemēram, ūdens pievienošana etēnam ir viena no rūpnieciskās metodes etilspirta iegūšana:

CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2OH
etēna etanols

Ņemiet vērā, ka primārais spirts (ar hidroksigrupu uz primārā oglekļa) veidojas tikai tad, kad etēns ir hidratēts. Kad propēns vai citi alkēni tiek hidratēti, veidojas sekundārie spirti.

Arī šī reakcija norisinās saskaņā ar Markovņikova likumu - ūdeņraža katjons pievienojas vairāk hidrogenētam oglekļa atomam, bet hidroksigrupa - mazāk hidrogenētam.

5. Polimerizācija. Īpašs pievienošanas gadījums ir alkēnu polimerizācijas reakcija:

Šī pievienošanas reakcija notiek, izmantojot brīvo radikāļu mehānismu.

Oksidācijas reakcijas

Tāpat kā jebkura organiskie savienojumi, alkēni deg skābeklī, veidojot CO2 un H20.

Atšķirībā no alkāniem, kas ir izturīgi pret oksidēšanos šķīdumos, alkēni viegli oksidējas, iedarbojoties ar kālija permanganāta ūdens šķīdumiem. Neitrālos vai viegli sārmainos šķīdumos alkēnu oksidēšana notiek par dioliem (dihidrospirtiem), un tiem atomiem, starp kuriem pirms oksidācijas pastāvēja dubultsaite, tiek pievienotas hidroksilgrupas.

Kā jūs jau zināt, nepiesātinātie ogļūdeņraži - alkēni spēj iesaistīties pievienošanas reakcijās. Lielākā daļa šo reakciju notiek, izmantojot elektrofīlo pievienošanas mehānismu.

Elektrofīlais savienojums

Elektrofīlās reakcijas ir reakcijas, kas notiek elektrofilu ietekmē - daļiņas, kurām trūkst elektronu blīvuma, piemēram, nepiepildīta orbitāle. Vienkāršākā elektrofīlā daļiņa ir ūdeņraža katjons. Ir zināms, ka ūdeņraža atomam ir viens elektrons 3. orbitālē. Ūdeņraža katjons veidojas, kad atoms zaudē šo elektronu, līdz ar to ūdeņraža katjonam vispār nav elektronu:

Н· - 1е - -> Н +

Šajā gadījumā katjonam ir diezgan augsta elektronu afinitāte. Šo faktoru kombinācija padara ūdeņraža katjonu par diezgan spēcīgu elektrofilu daļiņu.

Skābju elektrolītiskās disociācijas laikā ir iespējama ūdeņraža katjona veidošanās:

НВr -> Н + + Вr -

Šī iemesla dēļ skābju klātbūtnē un līdzdalībā notiek daudzas elektrofīlas reakcijas.

Elektrofilās daļiņas, kā minēts iepriekš, iedarbojas uz sistēmām, kurās ir palielināta elektronu blīvuma zonas. Šādas sistēmas piemērs ir daudzkārtēja (dubultā vai trīskāršā) oglekļa-oglekļa saite.

Jūs jau zināt, ka oglekļa atomi, starp kuriem veidojas dubultsaite, atrodas sp 2 hibridizācijas stāvoklī. Blakus esošo oglekļa atomu nehibridizētās p-orbitāles, kas atrodas vienā plaknē, pārklājas, veidojas n-saite, kas ir mazāk spēcīga nekā Þ-saite, un, pats galvenais, ārējās ietekmes ietekmē viegli polarizējas. elektriskais lauks. Tas nozīmē, ka, tuvojoties pozitīvi lādētai daļiņai, CS saites elektroni nobīdās uz to un veidojas t.s. p- komplekss.

Izrādās n-komplekss un pievienojot ūdeņraža katjonu n- savienojumi. Šķiet, ka ūdeņraža katjons saskaras ar elektronu blīvumu, kas izvirzīts no molekulas plaknes n-savienojums un pievienojas tam.

Nākamajā posmā notiek pilnīga elektronu pāra pārvietošanās n-saite ar vienu no oglekļa atomiem, kas noved pie tā, ka uz tā parādās vientuļš elektronu pāris. Oglekļa atoma orbitāle, uz kuras atrodas šis pāris, un ūdeņraža katjona neaizņemtā orbitāle pārklājas, kas noved pie kovalentās saites veidošanās caur donora-akceptora mehānismu. Otrajam oglekļa atomam joprojām ir neaizpildīta orbitāle, t.i., pozitīvs lādiņš.

Iegūto daļiņu sauc par karbokāciju, jo tā satur pozitīvu oglekļa atoma lādiņu. Šī daļiņa var apvienoties ar jebkuru anjonu, daļiņu, kurai ir vientuļš elektronu pāris, t.i., nukleofīls.

Apskatīsim elektrofilās pievienošanas reakcijas mehānismu, izmantojot etēna hidrobromēšanas (bromūdeņraža pievienošanas) piemēru:

СН2= СН2 + НВг --> СНВr-СН3

Reakcija sākas ar elektrofīlas daļiņas - ūdeņraža katjona veidošanos, kas rodas bromūdeņraža molekulas disociācijas rezultātā.

Ūdeņraža katjonu uzbrukumi n- savienošana, formēšana n- komplekss, kas ātri pārvēršas par karbokāciju:

Tagad apskatīsim sarežģītāku lietu.

Ūdeņraža bromīda pievienošanas reakcija etēnam norit viennozīmīgi, un bromūdeņraža mijiedarbība ar propēnu teorētiski var iegūt divus produktus: 1-brompropānu un 2-brompropānu. Eksperimentālie dati liecina, ka galvenokārt ražo 2-brompropānu.

Lai to izskaidrotu, mums būs jāņem vērā starpdaļiņa - karbokācija.

Ūdeņraža katjona pievienošana propēnam var izraisīt divu karbokationu veidošanos: ja ūdeņraža katjons pievienojas pirmajam oglekļa atomam, atomam, kas atrodas ķēdes galā, tad otrajam būs pozitīvs lādiņš, t.i. molekulas centrs (1); ja tas pievienosies otrajam, tad pirmajam atomam (2) būs pozitīvs lādiņš.

Vēlamais reakcijas virziens būs atkarīgs no tā, kura karbokācija ir vairāk reakcijas vidē, ko, savukārt, nosaka karbokācijas stabilitāte. Eksperiments parāda dominējošo 2-brompropāna veidošanos. Tas nozīmē, ka iekš lielākā mērā veidojas karbokācija (1) ar pozitīvu lādiņu uz centrālo atomu.

Lielāka šīs karbokācijas stabilitāte ir izskaidrojama ar to, ka centrālā oglekļa atoma pozitīvo lādiņu kompensē divu metilgrupu pozitīvā induktīvā iedarbība, kuru kopējā ietekme ir lielāka par vienas etilgrupas +/- efektu:

Alkēnu hidrohalogenēšanas reakciju likumus pētīja slavenais krievu ķīmiķis V. V. Markovņikovs, A. M. Butlerova students, kurš, kā minēts iepriekš, formulēja viņa vārdu.

Šis noteikums tika noteikts empīriski, tas ir, eksperimentāli. Šobrīd mēs varam sniegt tam pilnīgi pārliecinošu skaidrojumu.

Interesanti, ka arī citas elektrofīlās pievienošanās reakcijas pakļaujas Markovņikova likumam, tāpēc būtu pareizi to formulēt vispārīgākā formā.

Elektrofīlās pievienošanās reakcijās elektrofils (daļiņa ar neaizpildītu orbitāli) pievienojas vairāk hidrogenētam oglekļa atomam, un nukleofils (daļiņa ar vientuļu elektronu pāri) pievienojas mazāk hidrogenētam.

Polimerizācija

Īpašs pievienošanās reakcijas gadījums ir alkēnu un to atvasinājumu polimerizācijas reakcija. Šī reakcija notiek ar brīvo radikāļu pievienošanas mehānismu:

Polimerizācija tiek veikta iniciatoru - peroksīda savienojumu klātbūtnē, kas ir avots brīvie radikāļi. Peroksīda savienojumi ir vielas, kuru molekulās ir -O-O- grupa. Vienkāršākais peroksīda savienojums ir ūdeņraža peroksīds HOOH.

100 °C temperatūrā un 100 MPa spiedienā notiek nestabilās skābekļa-skābekļa saites homolīze un radikāļu - polimerizācijas iniciatoru veidošanās. KO- radikāļu ietekmē tiek uzsākta polimerizācija, kas attīstās kā brīvo radikāļu pievienošanās reakcija. Ķēdes augšana apstājas, kad reakcijas maisījumā notiek radikāļu rekombinācija - polimēra ķēde un radikāļi jeb COCH2CH2-.

Izmantojot dubultsaiti saturošu vielu brīvo radikāļu polimerizācijas reakciju, iegūstam liels skaits augstas molekulmasas savienojumi:

Alkēnu izmantošana ar dažādiem aizvietotājiem dod iespēju sintezēt plašu polimēru materiālu klāstu ar plašu īpašību klāstu.

Visi šie polimēru savienojumi ir atrasti plašs pielietojums dažādās jomās cilvēka darbība- rūpniecība, medicīna, izmanto iekārtu ražošanai bioķīmiskajām laboratorijām, daži ir starpprodukti citu lielmolekulāru savienojumu sintēzei.

Oksidācija

Jūs jau zināt, ka neitrālos vai viegli sārmainos šķīdumos notiek alkēnu oksidēšanās par dioliem (dihidrospirtiem). Skābā vidē (šķīdumā, kas paskābināts ar sērskābi) dubultā saite tiek pilnībā iznīcināta un oglekļa atomi, starp kuriem pastāvēja dubultā saite, tiek pārvērsti karboksilgrupas oglekļa atomos:

To struktūras noteikšanai var izmantot alkēnu destruktīvo oksidēšanu. Tātad, piemēram, ja noteikta alkēna oksidēšanas laikā tiek iegūtas etiķskābes un propionskābes, tas nozīmē, ka pentēns-2 ir oksidējies, un, ja sviestskābe un oglekļa dioksīds, tad sākuma ogļūdeņradis ir pentēns-1.

Pieteikums

Alkēnus plaši izmanto ķīmiskajā rūpniecībā kā izejvielas dažādu organisko vielu un materiālu ražošanai.

Piemēram, etēns ir izejmateriāls etanola, etilēnglikola, epoksīdu un dihloretāna ražošanai.

Liels daudzums etēna tiek pārstrādāts polietilēnā, no kura izgatavo iepakojuma plēvi, traukus, caurules, elektroizolācijas materiālus.

Glicerīnu, acetonu, izopropanolu un šķīdinātājus iegūst no propēna. Polimerizējot propēnu, tiek iegūts polipropilēns, kas daudzos aspektos ir pārāks par polietilēnu: tam ir vairāk augsta temperatūra kušana, ķīmiskā izturība.

Pašlaik šķiedras tiek ražotas no polimēriem - polietilēna analogiem, kuriem ir unikālas īpašības. Piemēram, polipropilēna šķiedra ir stiprāka par visām zināmajām sintētiskajām šķiedrām.

No šīm šķiedrām izgatavotie materiāli ir daudzsološi, un tos arvien vairāk izmanto dažādās cilvēka darbības jomās.

1. Kādi izomērijas veidi ir raksturīgi alkēniem? Uzrakstiet iespējamo pentēna-1 izomēru formulas.
2. No kādiem savienojumiem var iegūt: a) izobutēnu (2-metilpropēnu); b) butēns-2; c) butēns-1? Uzrakstiet atbilstošo reakciju vienādojumus.
3. Atšifrējiet šādu transformāciju ķēdi. Nosauciet savienojumus A, B, C. 4. Iesakiet metodi 2-hlorpropāna iegūšanai no 1-hlorpropāna. Uzrakstiet atbilstošo reakciju vienādojumus.
5. Iesakiet metodi etāna attīrīšanai no etilēna piemaisījumiem. Uzrakstiet atbilstošo reakciju vienādojumus.
6. Sniedziet piemērus reakcijām, kuras var izmantot, lai atšķirtu piesātinātos un nepiesātinātos ogļūdeņražus.
7. Pilnīgai 2,8 g alkēna hidrogenēšanai tika patērēti 0,896 litri ūdeņraža (n.e.). Kāda ir šī savienojuma, kam ir normāla oglekļa atomu ķēde, molekulmasa un strukturālā formula?
8. Kāda gāze atrodas balonā (etēns vai propēns), ja zināms, ka 20 cm3 šīs gāzes pilnīgai sadegšanai bija nepieciešami 90 cm3 (n.s.) skābekļa?
9*. Kad alkēns tumsā reaģē ar hloru, veidojas 25,4 g dihlorīda, un, šim tādas pašas masas alkēnam reaģējot ar bromu tetrahlorogleklī, veidojas 43,2 g dibromīda. Noteikt visas iespējamās sākuma alkēna strukturālās formulas.

Atklājumu vēsture

No iepriekš minētā materiāla mēs jau sapratām, ka etilēns ir nepiesātināto ogļūdeņražu homologās sērijas priekštecis, kam ir viena dubultā saite. To formula ir C n H 2n, un tos sauc par alkēniem.

1669. gadā vācu ārsts un ķīmiķis Behers bija pirmais, kurš ieguva etilēnu, reaģējot sērskābi ar etilspirtu. Behers atklāja, ka etilēns ir ķīmiski aktīvāks nekā metāns. Bet diemžēl tajā laikā zinātnieks nevarēja identificēt iegūto gāzi un tāpēc tai nepiešķīra nekādu nosaukumu.

Nedaudz vēlāk holandiešu ķīmiķi izmantoja to pašu etilēna ražošanas metodi. Un tā kā, mijiedarbojoties ar hloru, tam bija tendence veidot eļļainu šķidrumu, tas attiecīgi saņēma nosaukumu "naftas gāze". Vēlāk kļuva zināms, ka šis šķidrums ir dihloretāns.

In franču valoda termins "naftu saturošs" izklausās pēc būtības. Un pēc tam, kad tika atklāti citi šāda veida ogļūdeņraži, franču ķīmiķis un zinātnieks Antuāns Furruā ieviesa jaunu terminu, kas kļuva kopīgs visai olefīnu vai alkēnu klasei.

Taču jau deviņpadsmitā gadsimta sākumā franču ķīmiķis Dž.Gejs-Lussaks atklāja, ka etanols sastāv ne tikai no “naftas” gāzes, bet arī no ūdens. Turklāt šī pati gāze tika atklāta etilhlorīdā.

Un, lai gan ķīmiķi noteica, ka etilēns sastāv no ūdeņraža un oglekļa, un jau zināja vielu sastāvu, viņi ilgu laiku nevarēja atrast tā īsto formulu. Un tikai 1862. gadā E. Erlenmeijeram izdevās pierādīt dubultsaites klātbūtni etilēna molekulā. To atzina arī krievu zinātnieks A. M. Butlerovs un eksperimentāli apstiprināja šī viedokļa pareizību.

Alkēnu sastopamība dabā un fizioloģiskā loma

Daudzus cilvēkus interesē jautājums par to, kur dabā var atrast alkēnus. Tātad izrādās, ka dabā tie praktiski nav sastopami, jo tā vienkāršākais pārstāvis etilēns ir augu hormons un tiek sintezēts tajos tikai nelielos daudzumos.

Tiesa, dabā ir tāds alkēns kā muskalurs. Šis viens no dabiskajiem alkēniem ir sieviešu mājas mušu seksuālais atraktants.

Ir vērts pievērst uzmanību faktam, ka zemākiem alkēniem ar augstu koncentrāciju ir narkotiska iedarbība, kas var izraisīt krampjus un gļotādu kairinājumu.

Alkēnu pielietojumi

Dzīve mūsdienu sabiedrība Mūsdienās to ir grūti iedomāties bez polimēru materiālu izmantošanas. Tā kā atšķirībā no dabīgiem materiāliem polimēriem ir dažādas īpašības, tos ir viegli apstrādāt, un, ja skatās pēc cenas, tie ir salīdzinoši lēti. Vēl viens svarīgs aspekts par labu polimēriem ir tas, ka daudzus no tiem var pārstrādāt.

Alkēni ir izmantoti plastmasas, gumijas, plēvju, teflona, etilspirta, acetaldehīda un citu organisko savienojumu ražošanā.

IN lauksaimniecība to izmanto kā līdzekli, kas paātrina augļu nogatavošanās procesu. Propilēnu un butilēnus izmanto dažādu polimēru un spirtu ražošanai. Bet izobutilēnu izmanto sintētiskā kaučuka ražošanā. Tāpēc mēs varam secināt, ka bez alkēniem nav iespējams iztikt, jo tie ir vissvarīgākās ķīmiskās izejvielas.

Etilēna rūpnieciskā izmantošana

IN rūpnieciskā mērogā propilēnu parasti izmanto polipropilēna sintēzei un izopropanola, glicerīna, butiraldehīdu u.c. ražošanai. Katru gadu pieprasījums pēc propilēna pieaug.

NETILĒNA SĒRIJAS NEPIESTINĀTIE VAI NEPIESTINĀTI OGĻŪDEŅRAŽI

(ALKĒNI VAI OLEFĪNI)

Alkēni, vai olefīni(no latīņu olefiant - eļļa - sens nosaukums, bet plaši izmantots ķīmijas literatūrā. Šī nosaukuma iemesls bija etilēnhlorīds, kas iegūts 18. gadsimtā, ir šķidra, eļļaina viela.) - alifātiskie nepiesātinātie ogļūdeņraži, kuru molekulās starp oglekļa atomiem ir viena dubultsaite.

Alkēnu molekulā ir mazāk ūdeņraža atomu nekā tiem atbilstošajiem alkāniem (ar vienādu oglekļa atomu skaitu), tāpēc šādus ogļūdeņražus sauc neierobežots vai nepiesātināts.

Alkēni veido homologu sēriju ar vispārīgo formulu CnH2n

1. Homoloģiskā alkēnu sērija

AR n H 2 n alkēns	Vārdi, piedēklis *Ak, IĻĒNE*
C2H4	šis lv, šis Ilen
C3H6	propēns
C4H8	butēns
C5H10	penten
C6H12	heksēns

Homologi:

ARH 2 = CH 2 etēns

ARH 2 = CH- CH 3 propēns

ARH2 =CH-CH2-CH3butēns-1

ARH2 =CH-CH2-CH2-CH 3 penten-1

2. Fizikālās īpašības

Etilēns (etēns) ir bezkrāsaina gāze ar ļoti vāju saldenu smaržu, nedaudz vieglāka par gaisu, nedaudz šķīst ūdenī.

C 2 – C 4 (gāzes)

C5–C17 (šķidrumi)

C 18 — (ciets)

· Alkēni nešķīst ūdenī, šķīst organiskajos šķīdinātājos (benzīnā, benzolā utt.)

Vieglāks par ūdeni

Palielinoties Mr, palielinās kušanas un viršanas temperatūra

3. Vienkāršākais alkēns ir etilēns - C2H4

Strukturālās un elektroniskā formula etilēnam ir šāda forma:

Etilēna molekulā notiek hibridizācija s- un divi lpp-C atomu orbitāles ( sp 2 -hibridizācija).

Tādējādi katram C atomam ir trīs hibrīda orbitāles un viena nehibrīda lpp- orbitāles. Divas no C atomu hibrīdajām orbitālēm savstarpēji pārklājas un veidojas starp C atomiem

σ - saite. Atlikušās četras C atomu hibrīda orbitāles pārklājas vienā plaknē ar četrām s-H atomu orbitāles un arī veido četras σ - saites. Divi nehibrīdi lpp-C atomu orbitāles savstarpēji pārklājas plaknē, kas atrodas perpendikulāri σ-saites plaknei, t.i. veidojas viens P- savienojums.

Pēc dabas P- savienojums krasi atšķiras no σ - savienojums; P- saite ir mazāk spēcīga elektronu mākoņu pārklāšanās dēļ ārpus molekulas plaknes. Reaģentu ietekmē P- savienojums viegli pārtrūkst.

Etilēna molekula ir simetriska; visu atomu kodoli atrodas vienā plaknē un saites leņķi ir tuvu 120°; attālums starp C atomu centriem ir 0,134 nm.

Ja atomi ir savienoti ar dubultsaiti, tad to rotācija nav iespējama bez elektronu mākoņiem P- savienojums netika atvērts.

4. Alkēnu izomērija

Kopā ar oglekļa skeleta strukturālā izomērija Alkānus raksturo, pirmkārt, citi strukturālās izomērijas veidi - vairāku saišu pozīcijas izomerisms Un starpklases izomerisms.

Otrkārt, alkēnu sērijā ir telpiskā izomērija kas saistīti ar atšķirīga pozīcija aizvietotāji attiecībā pret dubultsaiti, ap kuru nav iespējama intramolekulārā rotācija.

Alkēnu strukturālā izomērija

1. Oglekļa karkasa izomerisms (sākot ar C 4 H 8):

2. Divkāršās saites pozīcijas izomērisms (sākot no C 4 H 8):

3. Starpklases izomērija ar cikloalkāniem, sākot ar C 3 H 6:

Alkēnu telpiskā izomērija

Atomu rotācija ap dubultsaiti nav iespējama, to nesalaužot. Tas ir saistīts ar p-saites strukturālajām iezīmēm (p-elektronu mākonis ir koncentrēts virs un zem molekulas plaknes). Pateicoties atomu stingrai fiksācijai, rotācijas izomērija attiecībā pret dubultsaiti neparādās. Bet tas kļūst iespējams cis-transs- izomerisms.

Alkēni, kuriem ir dažādi aizvietotāji katrā no diviem oglekļa atomiem pie dubultsaites, var pastāvēt divu telpisku izomēru veidā, kas atšķiras pēc aizvietotāju atrašanās vietas attiecībā pret p-saites plakni. Tātad, butēna-2 molekulā CH3 –CH=CH–CH3 CH 3 grupas var atrasties vai nu vienā dubultās saites pusē cis-izomērs vai dažādas puses V transs- izomērs.

UZMANĪBU! cis-trans- Izomērija neparādās, ja vismaz vienam no C atomiem pie dubultsaites ir 2 identiski aizvietotāji.

Piemēram,

butēns-1 CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 nav cis- Un transs-izomēri, jo Pirmais C atoms ir saistīts ar diviem identiskiem H atomiem.

Izomēri cis- Un transs- atšķiras ne tikai fiziski

bet arī ķīmiskās īpašības, jo molekulas daļu tuvināšana vai attālināšana viena no otras telpā veicina vai kavē ķīmisko mijiedarbību.

Dažkārt cis-trans-izomerismu sauc ne visai precīzi ģeometriskā izomērija. Neprecizitāte ir tāda Visi telpiskie izomēri atšķiras pēc savas ģeometrijas, un ne tikai cis- Un transs-.

5. Nomenklatūra

Alkēni vienkārša struktūra bieži sauc, aizstājot piedēkli -ane alkānos ar -ilēns: etāns - etilēns, propāns - propilēns utt.

Saskaņā ar sistemātisko nomenklatūru etilēna ogļūdeņražu nosaukumus veido, aizstājot sufiksu -ane attiecīgajos alkānos ar sufiksu -ēns (alkāns - alkēns, etāns - etēns, propāns - propēns utt.). Galvenās ķēdes izvēle un nosaukumu secība ir tāda pati kā alkāniem. Tomēr ķēdē obligāti jāietver dubultā saite. Ķēdes numerācija sākas no gala, kuram šis savienojums atrodas vistuvāk. Piemēram: