Ungesättigt sind Kohlenwasserstoffe, die in ihren Molekülen mehrere Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten. Unbegrenzt sind Alkene, Alkine, Alkadiene (Polyene). Zyklische Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung im Ring ( Cycloalkene) sowie Cycloalkane mit einer geringen Anzahl von Kohlenstoffatomen im Ring (drei oder vier Atome). Die Eigenschaft der „Unsättigung“ ist mit der Fähigkeit dieser Stoffe verbunden, Additionsreaktionen, vor allem Wasserstoff, unter Bildung gesättigter oder gesättigter Kohlenwasserstoffe – Alkane – einzugehen.
Struktur von Alkenen
Azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel CnH2n entsprechen. Sein zweiter Name ist Olefine- Alkene wurden in Analogie zu ungesättigten Fettsäuren (Ölsäure, Linolsäure) gewonnen, deren Reste Bestandteil flüssiger Fette - Öle - sind.
Kohlenstoffatome, zwischen denen eine Doppelbindung besteht, befinden sich im Zustand der sp 2 -Hybridisierung. Dies bedeutet, dass ein s- und zwei p-Orbitale an der Hybridisierung beteiligt sind und ein p-Orbital unhybridisiert bleibt. Die Überlappung von Hybridorbitalen führt zur Bildung einer σ-Bindung und aufgrund nichthybridisierter p-Orbitale
benachbarten Kohlenstoffatomen entsteht eine zweite π-Bindung. Eine Doppelbindung besteht also aus einer σ- und einer π-Bindung. Die Hybridorbitale der Atome, die eine Doppelbindung bilden, liegen in derselben Ebene, und die Orbitale, die eine π-Bindung bilden, stehen senkrecht zur Ebene des Moleküls. Eine Doppelbindung (0,132 im) ist kürzer als eine Einfachbindung und ihre Energie ist größer, weil sie stärker ist. Das Vorhandensein einer beweglichen, leicht polarisierbaren π-Bindung führt jedoch dazu, dass Alkene chemisch aktiver sind als Alkane und Additionsreaktionen eingehen können.
Struktur von Ethylen
Doppelbindungsbildung in Alkenen
Homologe Reihe von Ethen
Gerade Alkene bilden die homologe Reihe von Ethen ( Ethylen): C 2 H 4 - Ethen, C 3 H 6 - Propen, C 4 H 8 - Buten, C 5 H 10 - Penten, C 6 H 12 - Hexen, C 7 H 14 - Hepten usw.
Alkenisomerie
Alkene zeichnen sich durch Strukturisomerie aus. Strukturisomere unterscheiden sich voneinander in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts. Das einfachste Alken, das durch Strukturisomere gekennzeichnet ist, ist Buten:
Eine Sonderform der Strukturisomerie ist die Positionsisomerie der Doppelbindung:
Alkene sind isomer zu Cycloalkanen (Interklassenisomerie), zum Beispiel:
Um eine einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist eine nahezu freie Rotation der Kohlenstoffatome möglich, sodass Alkanmoleküle eine große Vielfalt an Formen annehmen können. Eine Drehung um die Doppelbindung ist unmöglich, was zum Auftreten einer anderen Art von Isomerie bei Alkenen führt – geometrisch oder cis und transIsomerie.
Cis-Isomere unterscheiden sich von trans-Isomere die räumliche Anordnung von Molekülfragmenten (in diesem Fall Methylgruppen) relativ zur π-Bindungsebene und damit die Eigenschaften.
Alken-Nomenklatur
1. Auswahl des Hauptstromkreises. Die Bildung des Namens eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Definition der Hauptkette – der längsten Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül. Bei Alkenen muss die Hauptkette eine Doppelbindung enthalten.
2. Nummerierung der Atome der Hauptkette. Die Nummerierung der Atome der Hauptkette beginnt an dem Ende, dem die Doppelbindung am nächsten liegt.
Der korrekte Verbindungsname lautet beispielsweise:
Wenn die Position der Doppelbindung den Beginn der Nummerierung der Atome in der Kette nicht bestimmen kann, wird sie wie bei gesättigten Kohlenwasserstoffen durch die Position der Substituenten bestimmt.
3. Bildung des Namens. Geben Sie am Ende des Namens die Nummer des Kohlenstoffatoms an, an dem die Doppelbindung beginnt, und das Suffix -en, was darauf hinweist, dass die Verbindung zur Klasse der Alkene gehört. Zum Beispiel:
Physikalische Eigenschaften von Alkenen
Die ersten drei Vertreter der homologen Alkenreihe sind Gase; Stoffe der Zusammensetzung C5H10 - C16H32 - Flüssigkeiten; Höhere Alkene sind Feststoffe.
Siede- und Schmelzpunkte steigen natürlicherweise mit steigendem Molekulargewicht der Verbindungen.
Chemische Eigenschaften von Alkenen
Additionsreaktionen. Erinnern wir uns daran, dass ein charakteristisches Merkmal von Vertretern ungesättigter Kohlenwasserstoffe – Alkene – die Fähigkeit ist, Additionsreaktionen einzugehen. Die meisten dieser Reaktionen verlaufen nach dem Mechanismus elektrophile Addition.
1. Hydrierung von Alkenen. Alkene sind in der Lage, in Gegenwart von Hydrierungskatalysatoren Wasserstoff zu addieren, Metalle - Platin, Palladium, Nickel:
Diese Reaktion findet bei atmosphärischem und erhöhtem Druck statt und erfordert keine hohe Temperatur, da sie exotherm ist. Wenn die Temperatur steigt, können dieselben Katalysatoren eine Rückreaktion auslösen – die Dehydrierung.
2. Halogenierung (Anlagerung von Halogenen). Die Wechselwirkung eines Alkens mit Bromwasser oder einer Lösung von Brom in einem organischen Lösungsmittel (CC14) führt zu einer schnellen Verfärbung dieser Lösungen infolge der Addition eines Halogenmoleküls an das Alken und der Bildung von Dihalogenalkanen.
3. Hydrohalogenierung (Zugabe von Halogenwasserstoff).
Diese Reaktion gehorcht
Wenn ein Halogenwasserstoff an ein Alken bindet, bindet sich der Wasserstoff an das stärker hydrierte Kohlenstoffatom, also das Atom, an dem sich mehr Wasserstoffatome befinden, und das Halogen an das weniger hydrierte.
4. Hydratation (Zugabe von Wasser). Die Hydratisierung von Alkenen führt zur Bildung von Alkoholen. Beispielsweise ist die Zugabe von Wasser zu Ethen die Grundlage einer der industriellen Methoden zur Herstellung von Ethylalkohol.
Beachten Sie, dass ein primärer Alkohol (mit einer Hydroxogruppe am primären Kohlenstoff) nur gebildet wird, wenn Ethen hydratisiert wird. Wenn Propen oder andere Alkene hydratisiert werden, bilden sie sich sekundäre Alkohole.
Auch diese Reaktion verläuft nach der Regel von Markownikow – ein Wasserstoffkation bindet an ein stärker hydriertes Kohlenstoffatom und eine Hydroxogruppe an ein weniger hydriertes.
5. Polymerisation. Ein Sonderfall der Addition ist die Polymerisationsreaktion von Alkenen:
Diese Additionsreaktion erfolgt über einen Mechanismus freier Radikale.
Oxidationsreaktionen.
1. Verbrennung. Wie alle organischen Verbindungen verbrennen Alkene in Sauerstoff zu CO2 und H2O:
2. Oxidation in Lösungen. Im Gegensatz zu Alkanen werden Alkene leicht durch Kaliumpermanganatlösungen oxidiert. In neutralen oder alkalischen Lösungen werden Alkene zu Diolen (zweiwertigen Alkoholen) oxidiert und an die Atome, zwischen denen vor der Oxidation eine Doppelbindung bestand, werden Hydroxylgruppen angehängt:
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten eine Pi-Bindung. Sie sind Derivate von Alkanen, in deren Molekülen zwei Wasserstoffatome abgespalten wurden. Die resultierenden freien Valenzen bilden eine neue Bindungsart, die senkrecht zur Molekülebene liegt. So entsteht eine neue Gruppe von Verbindungen – Alkene. In diesem Artikel werden wir uns mit den physikalischen Eigenschaften, der Herstellung und Verwendung von Stoffen dieser Klasse im Alltag und in der Industrie befassen.
Homologe Reihe von Ethylen
Die allgemeine Formel aller Alkene genannten Verbindungen, die ihre qualitative und quantitative Zusammensetzung widerspiegelt, lautet C n H 2 n. Die Namen von Kohlenwasserstoffen gemäß der systematischen Nomenklatur haben die folgende Form: Im Begriff des entsprechenden Alkans ändert sich das Suffix von -an zu -en, zum Beispiel: Ethan – Ethen, Propan – Propen usw. In einigen Quellen finden Sie ein anderer Name für Verbindungen dieser Klasse sind Olefine. Als nächstes werden wir den Prozess der Doppelbindungsbildung und die physikalischen Eigenschaften von Alkenen untersuchen und auch deren Abhängigkeit von der Struktur des Moleküls bestimmen.
Wie entsteht eine Doppelbindung?
Am Beispiel von Ethylen lässt sich die elektronische Natur der Pi-Bindung wie folgt darstellen: Die Kohlenstoffatome in ihrem Molekül liegen in Form einer sp 2 -Hybridisierung vor. In diesem Fall entsteht eine Sigma-Bindung. Zwei weitere Hybridorbitale, jeweils eines aus Kohlenstoffatomen, bilden einfache Sigma-Bindungen mit Wasserstoffatomen. Die beiden verbleibenden freien Hybridwolken aus Kohlenstoffatomen überlappen sich oberhalb und unterhalb der Molekülebene – es entsteht eine Pi-Bindung. Dies bestimmt die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Alkenen, auf die weiter eingegangen wird.
Raumisomerie
Verbindungen, die die gleiche quantitative und qualitative Zusammensetzung der Moleküle, aber unterschiedliche räumliche Strukturen aufweisen, werden als Isomere bezeichnet. Isomerie tritt in einer Gruppe von Stoffen auf, die als organische Stoffe bezeichnet werden. Die Eigenschaften von Olefinen werden stark durch das Phänomen der optischen Isomerie beeinflusst. Dies kommt darin zum Ausdruck, dass Homologe des Ethylens, die an jedem der beiden Kohlenstoffatome der Doppelbindung unterschiedliche Reste oder Substituenten enthalten, in Form zweier optischer Isomere auftreten können. Sie unterscheiden sich voneinander durch die Lage der Substituenten im Raum relativ zur Ebene der Doppelbindung. Auch die physikalischen Eigenschaften von Alkenen werden in diesem Fall unterschiedlich sein. Dies betrifft beispielsweise die Siede- und Schmelzpunkte von Stoffen. Daher haben Olefine mit einem geraden Kohlenstoffgerüst höhere Siedepunkte als Isomerverbindungen. Außerdem sind die Siedepunkte der cis-Isomere von Alkenen höher als die der trans-Isomere. Bezüglich der Schmelztemperaturen ist das Bild umgekehrt.
Vergleichende Eigenschaften der physikalischen Eigenschaften von Ethylen und seinen Homologen
Die ersten drei Vertreter der Olefine sind gasförmige Verbindungen, dann sind es, angefangen beim Penten C 5 H 10 bis hin zum Alken mit der Formel C 17 H 34, Flüssigkeiten, und dann gibt es Feststoffe. Bei Ethenhomologen ist folgender Trend zu beobachten: Die Siedepunkte der Verbindungen sinken. Für Ethylen beträgt dieser Indikator beispielsweise -169,1 °C und für Propylen -187,6 °C. Mit zunehmendem Molekulargewicht steigen jedoch die Siedetemperaturen. Für Ethylen beträgt sie also -103,7 °C und für Propen -47,7 °C. Um das Gesagte zusammenzufassen, können wir eine kurze Schlussfolgerung ziehen: Die physikalischen Eigenschaften von Alkenen hängen von ihrem Molekulargewicht ab. Mit seiner Erhöhung ändert sich der Aggregatzustand der Verbindungen in die Richtung: Gas – Flüssigkeit – Feststoff, und der Schmelzpunkt sinkt und der Siedepunkt steigt.
Eigenschaften von Ethen
Der erste Vertreter der homologen Reihe von Alkenen ist Ethylen. Es ist ein Gas, das in Wasser schwer löslich, in organischen Lösungsmitteln jedoch gut löslich ist und keine Farbe hat. Molekulargewicht - 28, Ethen ist etwas leichter als Luft, hat einen dezent süßlichen Geruch. Es reagiert leicht mit Halogenen, Wasserstoff und Halogenwasserstoffen. Dennoch sind die physikalischen Eigenschaften von Alkenen und Paraffinen recht ähnlich. Zum Beispiel der Aggregatzustand, die Fähigkeit von Methan und Ethylen, einer starken Oxidation zu unterliegen usw. Wie können Alkene unterschieden werden? Wie erkennt man die ungesättigte Natur eines Olefins? Zu diesem Zweck gibt es qualitative Reaktionen, auf die wir näher eingehen werden. Erinnern wir uns daran, welche Besonderheit Alkene in der Struktur des Moleküls haben. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Stoffe werden durch das Vorhandensein einer Doppelbindung in ihrer Zusammensetzung bestimmt. Um sein Vorhandensein nachzuweisen, leiten Sie das Kohlenwasserstoffgas durch eine violette Lösung aus Kaliumpermanganat oder Bromwasser. Wenn sie sich verfärben, bedeutet das, dass die Verbindung Pi-Bindungen in ihren Molekülen enthält. Ethylen geht eine Oxidationsreaktion ein und verfärbt Lösungen von KMnO 4 und Br 2.
Mechanismus von Additionsreaktionen
Die Spaltung der Doppelbindung endet mit der Anlagerung von Atomen anderer chemischer Elemente an die freien Valenzen des Kohlenstoffs. Wenn beispielsweise Ethylen mit Wasserstoff reagiert, was als Hydrierung bezeichnet wird, entsteht Ethan. Ein Katalysator wie pulverförmiges Nickel, Palladium oder Platin ist erforderlich. Die Reaktion mit HCl endet mit der Bildung von Chlorethan. Alkene, die mehr als zwei Kohlenstoffatome in ihren Molekülen enthalten, unterliegen der Addition von Halogenwasserstoffen unter Berücksichtigung der Regel von V. Markownikow.
Wie Ethenhomologe mit Halogenwasserstoffen interagieren
Wenn wir vor der Aufgabe „Charakterisierung der physikalischen Eigenschaften von Alkenen und ihrer Herstellung“ stehen, müssen wir die Regel von V. Markovnikov genauer betrachten. In der Praxis wurde festgestellt, dass Homologe des Ethylens an der Stelle der Doppelbindungsspaltung nach einem bestimmten Muster mit Chlorwasserstoff und anderen Verbindungen reagieren. Es besteht darin, dass an das am stärksten hydrierte Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom und an das Kohlenstoffatom mit der geringsten Anzahl an Wasserstoffatomen ein Chlor-, Brom- oder Jodion gebunden wird. Dieses Merkmal des Auftretens von Additionsreaktionen wird als Regel von V. Markownikow bezeichnet.
Hydratation und Polymerisation
Betrachten wir weiterhin die physikalischen Eigenschaften und Anwendungen von Alkenen am Beispiel des ersten Vertreters der homologen Reihe – Ethen. Seine Reaktion mit Wasser wird in der organischen Syntheseindustrie genutzt und ist von großer praktischer Bedeutung. Das Verfahren wurde erstmals im 19. Jahrhundert von A.M. durchgeführt. Butlerow. Die Reaktion erfordert die Erfüllung einer Reihe von Bedingungen. Dabei handelt es sich zunächst um die Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure oder Oleum als Katalysator und Ethenlösungsmittel, einem Druck von etwa 10 atm und einer Temperatur innerhalb von 70 °C. Der Hydratationsprozess erfolgt in zwei Phasen. Zunächst verbinden sich Sulfatsäuremoleküle an der Stelle, an der die Pi-Bindung gebrochen ist, mit Ethen, was zur Bildung von Ethylschwefelsäure führt. Anschließend reagiert die resultierende Substanz mit Wasser unter Bildung von Ethylalkohol. Ethanol ist ein wichtiges Produkt, das in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Kunststoffen, synthetischem Kautschuk, Lacken und anderen organischen chemischen Produkten verwendet wird.
Polymere auf Olefinbasis
Wir beschäftigen uns weiterhin mit der Frage der Verwendung von Substanzen, die zur Klasse der Alkene gehören, und werden den Prozess ihrer Polymerisation untersuchen, an dem Verbindungen beteiligt sein können, die ungesättigte chemische Bindungen in der Zusammensetzung ihrer Moleküle enthalten. Es gibt verschiedene Arten von Polymerisationsreaktionen, die Produkte mit hohem Molekulargewicht erzeugen – Polymere, zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol usw. Der Mechanismus freier Radikale führt zur Produktion von Polyethylen hoher Dichte. Es ist eine der am häufigsten verwendeten Verbindungen in der Industrie. Der Kationen-Ionen-Typ sorgt für die Herstellung eines Polymers mit stereoregulärer Struktur, beispielsweise Polystyrol. Es gilt als eines der sichersten und am einfachsten zu verwendenden Polymere. Polystyrolprodukte sind beständig gegen aggressive Substanzen: Säuren und Laugen, nicht brennbar und leicht zu lackieren. Ein weiterer Polymerisationsmechanismus ist die Dimerisierung, die zur Bildung von Isobuten führt, das als Antiklopfadditiv für Benzin verwendet wird.
Methoden zur Beschaffung
Alkene, deren physikalische Eigenschaften wir untersuchen, werden im Labor und in der Industrie mit verschiedenen Methoden gewonnen. Bei Versuchen im Schulkurs der organischen Chemie wird der Prozess der Dehydratisierung von Ethylalkohol beispielsweise mit Hilfe von wasserentziehenden Mitteln wie Phosphorpentoxid oder Sulfatsäure eingesetzt. Die Reaktion wird durch Erhitzen durchgeführt und ist die Umkehrung des Prozesses zur Herstellung von Ethanol. Eine andere gängige Methode zur Herstellung von Alkenen hat in der Industrie Anwendung gefunden, nämlich das Erhitzen von Halogenderivaten gesättigter Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Chlorpropan, mit konzentrierten Alkohollösungen von Alkalien – Natrium- oder Kaliumhydroxid. Bei der Reaktion wird ein Chlorwasserstoffmolekül abgespalten und an der Stelle, an der die freien Valenzen der Kohlenstoffatome auftreten, entsteht eine Doppelbindung. Das Endprodukt des chemischen Prozesses wird ein Olefin sein – Propen. Betrachten wir weiterhin die physikalischen Eigenschaften von Alkenen und konzentrieren wir uns auf den Hauptprozess der Herstellung von Olefinen – die Pyrolyse.
Industrielle Produktion ungesättigter Kohlenwasserstoffe der Ethylenreihe
Billige Rohstoffe – Gase, die beim Cracken von Öl entstehen – dienen als Quelle für die Herstellung von Olefinen in der chemischen Industrie. Zu diesem Zweck wird ein technologisches Schema der Pyrolyse verwendet – die Spaltung eines Gasgemisches, die unter dem Aufbrechen von Kohlenstoffbindungen und der Bildung von Ethylen, Propen und anderen Alkenen erfolgt. Die Pyrolyse erfolgt in speziellen Öfen, die aus einzelnen Pyrolyseschlangen bestehen. Sie erzeugen eine Temperatur von etwa 750–1150 °C und enthalten Wasserdampf als Verdünnungsmittel. Reaktionen laufen über einen Kettenmechanismus unter Bildung intermediärer Radikale ab. Das Endprodukt ist Ethylen oder Propen, sie werden in großen Mengen hergestellt.
Wir haben die physikalischen Eigenschaften sowie die Anwendungen und Methoden zur Herstellung von Alkenen im Detail untersucht.
Das einfachste Alken ist Ethen C 2 H 4. Nach der IUPAC-Nomenklatur werden die Namen von Alkenen aus den Namen der entsprechenden Alkane gebildet, indem das Suffix „-ane“ durch „-ene“ ersetzt wird; Die Position der Doppelbindung wird durch eine arabische Zahl angegeben.
Raumstruktur von Ethylen
Mit dem Namen des ersten Vertreters dieser Reihe – Ethylen – werden solche Kohlenwasserstoffe Ethylen genannt.
Nomenklatur und Isomerie
Nomenklatur
Alkene einfacher Struktur werden oft benannt, indem das Suffix -an in Alkanen durch -ylen ersetzt wird: Ethan – Ethylen, Propan – Propylen usw.
Gemäß der systematischen Nomenklatur werden die Namen von Ethylenkohlenwasserstoffen gebildet, indem das Suffix -an in den entsprechenden Alkanen durch das Suffix -en ersetzt wird (Alkan – Alken, Ethan – Ethen, Propan – Propen usw.). Die Wahl der Hauptkette und die Reihenfolge der Benennung sind die gleichen wie bei Alkanen. Allerdings muss die Kette unbedingt eine Doppelbindung enthalten. Die Nummerierung der Kette beginnt an dem Ende, dem diese Verbindung am nächsten liegt. Zum Beispiel:
Manchmal werden auch rationale Namen verwendet. Als substituiertes Ethylen gelten in diesem Fall alle alkenischen Kohlenwasserstoffe:
Ungesättigte (Alken-)Radikale werden mit Trivialnamen oder nach systematischer Nomenklatur bezeichnet:
H 2 C = CH - - Vinyl (Ethenyl)
H 2 C = CH - CH 2 - -Allyl (Propenyl-2)
Isomerie
Alkene zeichnen sich durch zwei Arten der Strukturisomerie aus. Zusätzlich zur Isomerie, die mit der Struktur des Kohlenstoffgerüsts verbunden ist (wie bei Alkanen), tritt Isomerie in Abhängigkeit von der Position der Doppelbindung in der Kette auf. Dies führt zu einer Zunahme der Isomerenzahl in der Reihe der Alkene.
Die ersten beiden Mitglieder der homologen Reihe von Alkenen – (Ethylen und Propylen) – haben keine Isomere und ihre Struktur kann wie folgt ausgedrückt werden:
H 2 C = CH 2 Ethylen (Ethen)
H 2 C = CH - CH 3 Propylen (Propen)
Isomerie mehrerer Bindungspositionen
H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 Buten-1
H 3 C - CH = CH - CH 3 Buten-2
Geometrische Isomerie – cis-, trans-Isomerie.
Diese Isomerie ist typisch für Verbindungen mit einer Doppelbindung.
Wenn eine einfache σ-Bindung die freie Drehung einzelner Glieder der Kohlenstoffkette um ihre Achse ermöglicht, findet eine solche Drehung um eine Doppelbindung nicht statt. Dies ist der Grund für das Auftreten geometrischer ( cis-, trans-) Isomere.
Die geometrische Isomerie ist eine der Arten der räumlichen Isomerie.
Isomere, bei denen sich auf einer Seite der Doppelbindung die gleichen Substituenten (an verschiedenen Kohlenstoffatomen) befinden, werden cis-Isomere und auf der gegenüberliegenden Seite trans-Isomere genannt:
Cis- Und Trance- Isomere unterscheiden sich nicht nur in ihrer räumlichen Struktur, sondern auch in vielen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Trance- Isomere sind stabiler als cis- Isomere.
Herstellung von Alkenen
Alkene kommen in der Natur selten vor. Typischerweise werden gasförmige Alkene (Ethylen, Propylen, Butylene) aus Ölraffineriegasen (beim Cracken) oder Begleitgasen sowie aus Kohleverkokungsgasen isoliert.
In der Industrie werden Alkene durch Dehydrierung von Alkanen in Gegenwart eines Katalysators (Cr 2 O 3) gewonnen.
Dehydrierung von Alkanen
H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (Buten-1)
H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH = CH - CH 3 + H 2 (Buten-2)
Unter den Laborproduktionsmethoden sind folgende zu nennen:
1. Eliminierung von Halogenwasserstoff aus Alkylhalogeniden unter Einwirkung einer alkoholischen Alkalilösung auf diese:
2. Hydrierung von Acetylen in Gegenwart eines Katalysators (Pd):
H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C = CH 2
3. Dehydrierung von Alkoholen (Wasserabspaltung).
Als Katalysator werden Säuren (Schwefel- oder Phosphorsäure) oder Al 2 O 3 verwendet:
Bei solchen Reaktionen wird Wasserstoff vom am wenigsten hydrierten Kohlenstoffatom (mit der geringsten Anzahl an Wasserstoffatomen) abgespalten (A.M. Zaitsevs Regel):
Physikalische Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften einiger Alkene sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Die ersten drei Vertreter der homologen Reihe von Alkenen (Ethylen, Propylen und Butylen) sind Gase, beginnend mit C 5 H 10 (Amylen oder Penten-1) sind Flüssigkeiten und mit C 18 H 36 sind Feststoffe. Mit zunehmendem Molekulargewicht steigen Schmelz- und Siedepunkte. Alkene mit normaler Struktur sieden bei einer höheren Temperatur als ihre Isomere, die eine Isostruktur haben. Siedepunkte cis-Isomere höher als Trance-Isomere und die Schmelzpunkte sind umgekehrt.
Alkene sind in Wasser schlecht löslich (allerdings besser als die entsprechenden Alkane), in organischen Lösungsmitteln jedoch gut löslich. Ethylen und Propylen verbrennen mit rauchiger Flamme.
Physikalische Eigenschaften einiger Alkene
Name |
T pl,°С |
T kip, °C |
||
Ethylen (Ethen) |
||||
Propylen (Propen) |
||||
Butylen (Buten-1) |
||||
Cis-Buten-2 |
||||
Trans-Buten-2 |
||||
Isobutylen (2-Methylpropen) |
||||
Amylen (Penten-1) |
||||
Hexylol (Hexen-1) |
||||
Heptylen (Hepten-1) |
||||
Octylen (Octen-1) |
||||
Nonylen (Nonen-1) |
||||
Decylen (Decen-1) |
Alkene sind leicht polar, lassen sich aber leicht polarisieren.
Chemische Eigenschaften
Alkene sind hochreaktiv. Ihre chemischen Eigenschaften werden hauptsächlich durch die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung bestimmt.
Die π-Bindung, die am wenigsten stark und zugänglicher ist, wird durch die Wirkung des Reagens aufgebrochen, und die freigesetzten Valenzen der Kohlenstoffatome werden für die Bindung der Atome verwendet, aus denen das Reagensmolekül besteht. Dies lässt sich als Diagramm darstellen:
Bei Additionsreaktionen wird also die Doppelbindung quasi zur Hälfte aufgebrochen (wobei die σ-Bindung bestehen bleibt).
Neben der Addition unterliegen Alkene auch Oxidations- und Polymerisationsreaktionen.
Additionsreaktionen
Häufiger verlaufen Additionsreaktionen nach dem heterolytischen Typ, wobei es sich um elektrophile Additionsreaktionen handelt.
1. Hydrierung (Zugabe von Wasserstoff). Alkene wandeln sich durch Zugabe von Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren (Pt, Pd, Ni) in gesättigte Kohlenwasserstoffe – Alkane – um:
H 2 C = CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (Ethan)
2. Halogenierung (Anlagerung von Halogenen). Halogene addieren sich leicht an der Stelle der Doppelbindungsspaltung und bilden Dihalogenderivate:
H 2 C = CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-Dichlorethan)
Die Zugabe von Chlor und Brom ist einfacher, die von Jod schwieriger. Fluor reagiert sowohl mit Alkenen als auch mit Alkanen explosionsartig.
Vergleichen Sie: Bei Alkenen ist die Halogenierungsreaktion ein Prozess der Addition und nicht der Substitution (wie bei Alkanen).
Die Halogenierungsreaktion wird üblicherweise in einem Lösungsmittel bei normaler Temperatur durchgeführt.
Die Addition von Brom und Chlor an Alkene erfolgt eher über einen ionischen als über einen radikalischen Mechanismus. Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus der Tatsache, dass die Geschwindigkeit der Halogenzugabe nicht von der Bestrahlung, der Anwesenheit von Sauerstoff und anderen Reagenzien abhängt, die radikalische Prozesse initiieren oder hemmen. Basierend auf einer großen Anzahl experimenteller Daten wurde ein Mechanismus für diese Reaktion vorgeschlagen, der mehrere aufeinanderfolgende Stufen umfasst. In der ersten Stufe erfolgt die Polarisation des Halogenmoleküls unter Einwirkung von π-Bindungselektronen. Das Halogenatom, das eine bestimmte positive Teilladung erhält, bildet mit den Elektronen der π-Bindung ein instabiles Zwischenprodukt, das als π-Komplex oder Ladungstransferkomplex bezeichnet wird. Es ist zu beachten, dass das Halogen im π-Komplex keine gerichtete Bindung mit einem bestimmten Kohlenstoffatom eingeht; In diesem Komplex wird einfach die Donor-Akzeptor-Wechselwirkung des Elektronenpaars der π-Bindung als Donor und des Halogens als Akzeptor realisiert.
Der π-Komplex wandelt sich dann in ein zyklisches Bromoniumion um. Bei der Bildung dieses zyklischen Kations kommt es zur heterolytischen Spaltung der Br-Br-Bindung und zur Bildung einer Leerstelle R-das sp 2-Orbital des hybridisierten Kohlenstoffatoms überlappt mit R-Orbital des „einsamen Elektronenpaars“ des Halogenatoms, das ein zyklisches Bromoniumion bildet.
Im letzten, dritten Stadium greift das Bromanion als nukleophiler Wirkstoff eines der Kohlenstoffatome des Bromoniumions an. Der nukleophile Angriff des Bromidions führt zur Öffnung des Dreirings und zur Bildung eines vicinalen Dibromids ( vic-nahe). Dieses Stadium kann formal als nukleophile Substitution von SN 2 am Kohlenstoffatom betrachtet werden, wobei die Abgangsgruppe Br + ist.
Das Ergebnis dieser Reaktion ist nicht schwer vorherzusagen: Das Bromanion greift das Carbokation an und bildet Dibromethan.
Die schnelle Entfärbung einer Bromlösung in CCl4 dient als einer der einfachsten Tests für Ungesättigtheit, da Alkene, Alkine und Diene schnell mit Brom reagieren.
Die Addition von Brom an Alkene (Bromierungsreaktion) ist eine qualitative Reaktion zu gesättigten Kohlenwasserstoffen. Wenn ungesättigte Kohlenwasserstoffe durch Bromwasser (eine Lösung von Brom in Wasser) geleitet werden, verschwindet die gelbe Farbe (bei gesättigten Kohlenwasserstoffen bleibt sie bestehen).
3. Hydrohalogenierung (Addition von Halogenwasserstoffen). Alkene fügen leicht Halogenwasserstoffe hinzu:
H 2 C = CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br
Die Addition von Halogenwasserstoffen an Ethylenhomologe erfolgt nach der Regel von V. V. Markovnikov (1837 - 1904): Unter normalen Bedingungen wird der Wasserstoff des Halogenwasserstoffs an der Stelle der Doppelbindung an das am stärksten hydrierte Kohlenstoffatom addiert und das Halogen an der weniger hydrierte:
Markownikows Regel lässt sich dadurch erklären, dass in unsymmetrischen Alkenen (zum Beispiel in Propylen) die Elektronendichte ungleichmäßig verteilt ist. Unter dem Einfluss der direkt an die Doppelbindung gebundenen Methylgruppe verschiebt sich die Elektronendichte in Richtung dieser Bindung (zum äußersten Kohlenstoffatom).
Durch diese Verschiebung wird die p-Bindung polarisiert und es entstehen Teilladungen an den Kohlenstoffatomen. Man kann sich leicht vorstellen, dass sich ein positiv geladenes Wasserstoffion (Proton) an ein teilweise negativ geladenes Kohlenstoffatom anlagert (elektrophile Addition) und dass sich ein Bromanion an einen teilweise positiv geladenen Kohlenstoff anlagert.
Diese Addition ist eine Folge der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen in einem organischen Molekül. Wie Sie wissen, ist die Elektronegativität des Kohlenstoffatoms etwas höher als die von Wasserstoff.
Daher gibt es in der Methylgruppe eine gewisse Polarisation der C-H-σ-Bindungen, die mit einer Verschiebung der Elektronendichte von Wasserstoffatomen zu Kohlenstoffatomen verbunden ist. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Elektronendichte im Bereich der Doppelbindung und insbesondere an deren äußerstem Atom. Somit fungiert die Methylgruppe wie andere Alkylgruppen als Elektronendonor. In Gegenwart von Peroxidverbindungen oder O 2 (bei radikalischer Reaktion) kann diese Reaktion jedoch auch gegen die Markownikow-Regel verstoßen.
Aus den gleichen Gründen wird die Markownikow-Regel eingehalten, wenn nicht nur Halogenwasserstoffe, sondern auch andere elektrophile Reagenzien (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl usw.) an unsymmetrische Alkene addiert werden.
4. Hydratation (Zugabe von Wasser). In Gegenwart von Katalysatoren addiert Wasser an Alkene und bildet Alkohole. Zum Beispiel:
H 3 C - CH = CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (Isopropylalkohol)
Oxidationsreaktionen
Alkene werden leichter oxidiert als Alkane. Die bei der Oxidation von Alkenen entstehenden Produkte und ihre Struktur hängen von der Struktur der Alkene und von den Bedingungen dieser Reaktion ab.
1. Verbrennung
H 2 C = CH 2 + 3O 2 → 2СO 2 + 2H 2 O
2. Unvollständige katalytische Oxidation
3. Oxidation bei normaler Temperatur. Wenn Ethylen einer wässrigen Lösung von KMnO4 ausgesetzt wird (unter normalen Bedingungen, in einer neutralen oder alkalischen Umgebung – die Wagner-Reaktion), entsteht ein zweiwertiger Alkohol – Ethylenglykol:
3H 2 C = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (Ethylenglykol) + 2MnO 2 + KOH
Diese Reaktion ist qualitativ: Die violette Farbe der Kaliumpermanganatlösung ändert sich, wenn ihr eine ungesättigte Verbindung zugesetzt wird.
Unter erschwerten Bedingungen (Oxidation von KMnO4 in Gegenwart von Schwefelsäure oder einer Chrommischung) bricht die Doppelbindung im Alken und es entstehen sauerstoffhaltige Produkte:
H 3 C - CH = CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (Essigsäure)
Isomerisierungsreaktion
Beim Erhitzen oder in Gegenwart von Katalysatoren sind Alkene zur Isomerisierung fähig – es kommt zur Bewegung der Doppelbindung oder zum Aufbau einer Isostruktur.
Polymerisationsreaktionen
Durch das Aufbrechen von π-Bindungen können sich Alkenmoleküle miteinander verbinden und langkettige Moleküle bilden.
Vorkommen in der Natur und physiologische Rolle von Alkenen
Acyclische Alkene kommen in der Natur praktisch nie vor. Der einfachste Vertreter dieser Klasse organischer Verbindungen – Ethylen C 2 H 4 – ist ein Hormon für Pflanzen und wird in diesen in geringen Mengen synthetisiert.
Eines der wenigen natürlichen Alkene ist Muskalur ( cis- Tricosen-9) ist ein Sexuallockstoff der weiblichen Stubenfliege (Musca Domestica).
Niedere Alkene wirken in hohen Konzentrationen narkotisch. Höhere Vertreter der Reihe verursachen auch Krämpfe und Reizungen der Schleimhäute der Atemwege
Einzelne Vertreter
Ethylen (Ethen) ist eine organische chemische Verbindung, die durch die Formel C 2 H 4 beschrieben wird. Es ist das einfachste Alken. Enthält eine Doppelbindung und gehört daher zu den ungesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Es spielt eine äußerst wichtige Rolle in der Industrie und ist außerdem ein Phytohormon (organische Substanz mit niedrigem Molekulargewicht, die von Pflanzen produziert wird und regulatorische Funktionen hat).
Ethylen – verursacht Anästhesie, wirkt reizend und mutagen.
Ethylen ist die am häufigsten produzierte organische Verbindung der Welt; Die gesamte weltweite Ethylenproduktion betrug im Jahr 2008 113 Millionen Tonnen und wächst weiterhin um 2–3 % pro Jahr.
Ethylen ist das Leitprodukt der organischen Grundsynthese und wird zur Herstellung von Polyethylen verwendet (1. Platz, bis zu 60 % der Gesamtmenge).
Polyethylen ist ein thermoplastisches Polymer des Ethylens. Der häufigste Kunststoff der Welt.
Es ist eine wachsartige Masse von weißer Farbe (dünne Blätter sind transparent und farblos). Chemikalien- und frostbeständig, isolierend, unempfindlich gegen Stöße (Stoßdämpfer), erweicht beim Erhitzen (80-120°C), erhärtet beim Abkühlen, Adhäsion (Anhaftung von Oberflächen unterschiedlicher fester und/oder flüssiger Körper) ist äußerst gering. Im Volksmund wird es manchmal mit Cellophan gleichgesetzt – einem ähnlichen Material pflanzlichen Ursprungs.
Propylen – verursacht Anästhesie (stärker als Ethylen), hat eine allgemein toxische und mutagene Wirkung.
Beständig gegen Wasser, reagiert nicht mit Alkalien jeglicher Konzentration, mit Lösungen neutraler, saurer und basischer Salze, organischen und anorganischen Säuren, sogar konzentrierter Schwefelsäure, sondern zersetzt sich unter Einwirkung von 50 %iger Salpetersäure bei Raumtemperatur und unter Einfluss von flüssigem und gasförmigem Chlor und Fluor. Im Laufe der Zeit kommt es zu thermischer Alterung.
Kunststofffolie (insbesondere Verpackungsfolie, wie Luftpolsterfolie oder Klebeband).
Behälter (Flaschen, Gläser, Kisten, Kanister, Gartengießkannen, Setzlingstöpfe).
Polymerrohre für Kanalisation, Entwässerung, Wasser- und Gasversorgung.
Elektrisches Isoliermaterial.
Als Schmelzklebstoff wird Polyethylenpulver verwendet.
Buten-2 – bewirkt eine Anästhesie und wirkt reizend.
Unterrichtsthema: Alkene. Herstellung, chemische Eigenschaften und Anwendungen von Alkenen.
Ziele und Zielsetzungen des Unterrichts:
- Überprüfen Sie die spezifischen chemischen Eigenschaften von Ethylen und die allgemeinen Eigenschaften von Alkenen.
- die Konzepte der?-Bindungen und die Mechanismen chemischer Reaktionen vertiefen und konkretisieren;
- erste Vorstellungen über Polymerisationsreaktionen und den Aufbau von Polymeren geben;
- Analyse von Labor- und allgemeinen industriellen Methoden zur Herstellung von Alkenen;
- Weiterentwicklung der Fähigkeit, mit dem Lehrbuch zu arbeiten.
Ausrüstung: Gerät zur Erzeugung von Gasen, KMnO 4 -Lösung, Ethylalkohol, konzentrierte Schwefelsäure, Streichhölzer, Alkohollampe, Sand, Tische „Struktur des Ethylenmoleküls“, „Grundlegende chemische Eigenschaften von Alkenen“, Demonstrationsproben „Polymere“.
WÄHREND DES UNTERRICHTS
I. Organisatorischer Moment
Wir untersuchen weiterhin die homologe Reihe von Alkenen. Heute müssen wir uns mit den Herstellungsmethoden, chemischen Eigenschaften und Anwendungen von Alkenen befassen. Wir müssen die durch die Doppelbindung verursachten chemischen Eigenschaften charakterisieren, ein erstes Verständnis der Polymerisationsreaktionen erlangen und Labor- und Industriemethoden zur Herstellung von Alkenen in Betracht ziehen.
II. Das Wissen der Studierenden aktivieren
- Welche Kohlenwasserstoffe werden Alkene genannt?
- Was sind die Merkmale ihrer Struktur?
- In welchem Hybridzustand befinden sich die Kohlenstoffatome, die in einem Alkenmolekül eine Doppelbindung bilden?
Fazit: Alkene unterscheiden sich von Alkanen durch das Vorhandensein einer Doppelbindung in ihren Molekülen, die die Besonderheiten der chemischen Eigenschaften von Alkenen, Methoden zu ihrer Herstellung und Verwendung bestimmt.
III. Neues Material lernen
1. Methoden zur Herstellung von Alkenen
Erstellen Sie Reaktionsgleichungen, die Methoden zur Herstellung von Alkenen bestätigen
– Cracken von Alkanen C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C 4 H 10 ; (thermisches Cracken bei 400-700 o C)
Oktan Buten Butan
– Dehydrierung von Alkanen C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
Butan Buten Wasserstoff
– Dehydrohalogenierung von Halogenalkanen C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
Chlorbutanhydroxid Butenchlorid Wasser
Kalium Kalium
– Dehydrohalogenierung von Dihalogenalkanen 
– Dehydratisierung von Alkoholen C 2 H 5 OH ––> C 2 H 4 + H 2 O (bei Erhitzen in Gegenwart von konzentrierter Schwefelsäure)
Erinnern!
Bei den Reaktionen der Dehydrierung, Dehydratisierung, Dehydrohalogenierung und Dehalogenierung muss berücksichtigt werden, dass Wasserstoff bevorzugt von weniger hydrierten Kohlenstoffatomen abstrahiert wird (Zaitsev-Regel, 1875).
2. Chemische Eigenschaften von Alkenen
Die Art der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung bestimmt die Art der chemischen Reaktionen, an denen organische Substanzen teilnehmen. Das Vorhandensein einer doppelten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in den Molekülen von Ethylenkohlenwasserstoffen bestimmt die folgenden Eigenschaften dieser Verbindungen:
– Das Vorhandensein einer Doppelbindung ermöglicht die Klassifizierung von Alkenen als ungesättigte Verbindungen. Ihre Umwandlung in gesättigte Olefine ist nur durch Additionsreaktionen möglich, die das Hauptmerkmal des chemischen Verhaltens von Olefinen darstellen;
– Die Doppelbindung stellt eine erhebliche Konzentration der Elektronendichte dar, sodass Additionsreaktionen elektrophiler Natur sind.
– Eine Doppelbindung besteht aus einer – und einer – Bindung, die recht leicht polarisiert ist.
Reaktionsgleichungen, die die chemischen Eigenschaften von Alkenen charakterisieren
a) Additionsreaktionen
Erinnern! Substitutionsreaktionen sind charakteristisch für Alkane und höhere Cycloalkane, die nur Einfachbindungen aufweisen; Additionsreaktionen sind charakteristisch für Alkene, Diene und Alkine, die Doppel- und Dreifachbindungen aufweisen.
Erinnern! Folgende Mechanismen zum Aufbrechen der -Bindung sind möglich:
a) Wenn Alkene und das Reagens unpolare Verbindungen sind, wird die -Bindung aufgebrochen und es entsteht ein freies Radikal:
H 2 C = CH 2 + H: H ––> + +
b) Handelt es sich bei Alken und Reagens um polare Verbindungen, so führt die Spaltung der -Bindung zur Bildung von Ionen:
c) Wenn sich Reagenzien, die Wasserstoffatome im Molekül enthalten, an der Stelle einer gebrochenen Bindung verbinden, bindet Wasserstoff immer an ein stärker hydriertes Kohlenstoffatom (Morkownikows Regel, 1869).
– Polymerisationsreaktion nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 –– > (– CH 2 – CH 2 –)n
Ethen-Polyethylen
b) Oxidationsreaktion
Laborerfahrung. Erhalten Sie Ethylen und studieren Sie seine Eigenschaften (Anleitung auf Schülertischen)
Anleitung zur Gewinnung von Ethylen und Experimente damit
1. Geben Sie 2 ml konzentrierte Schwefelsäure, 1 ml Alkohol und eine kleine Menge Sand in ein Reagenzglas.
2. Verschließen Sie das Reagenzglas mit einem Stopfen mit Gasauslassrohr und erhitzen Sie es in der Flamme einer Alkohollampe.
3. Leiten Sie das freigesetzte Gas durch eine Lösung mit Kaliumpermanganat. Beachten Sie die Farbänderung der Lösung.
4. Zünden Sie das Gas am Ende des Gasauslassrohrs an. Achten Sie auf die Farbe der Flamme.
– Alkene brennen mit leuchtender Flamme. (Warum?)
C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (bei vollständiger Oxidation sind die Reaktionsprodukte Kohlendioxid und Wasser)
Qualitative Reaktion: „milde Oxidation (in wässriger Lösung)“
– Alkene entfärben eine Lösung von Kaliumpermanganat (Wagner-Reaktion)
Unter erschwerten Bedingungen im sauren Milieu können die Reaktionsprodukte beispielsweise Carbonsäuren sein (in Gegenwart von Säuren):
CH 3 – CH = CH 2 + 4 [O] ––> CH 3 COOH + HCOOH
– katalytische Oxidation
Denken Sie an die Hauptsache!
1. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe nehmen aktiv an Additionsreaktionen teil.
2. Die Reaktivität von Alkenen beruht auf der Tatsache, dass die Bindung unter dem Einfluss von Reagenzien leicht aufgebrochen wird.
3. Durch die Addition kommt es zum Übergang der Kohlenstoffatome von sp 2 zu sp 3 – ein Hybridzustand. Das Reaktionsprodukt hat limitierenden Charakter.
4. Wenn Ethylen, Propylen und andere Alkene unter Druck oder in Gegenwart eines Katalysators erhitzt werden, verbinden sich ihre einzelnen Moleküle zu langen Ketten – Polymeren. Polymere (Polyethylen, Polypropylen) sind von großer praktischer Bedeutung.
3. Anwendung von Alkenen(Schülernachricht gemäß folgendem Plan).
1 – Herstellung von Kraftstoff mit hoher Oktanzahl;
2 – Kunststoffe;
3 – Sprengstoffe;
4 – Frostschutzmittel;
5 – Lösungsmittel;
6 – um die Fruchtreife zu beschleunigen;
7 – Herstellung von Acetaldehyd;
8 – synthetischer Kautschuk.
III. Vertiefung des Gelernten
Hausaufgaben:§§ 15, 16, Bsp. 1, 2, 3 S. 90, ex. 4, 5 S. 95.
Bei Alkenen laufen die typischsten Reaktionen aufgrund der Öffnung einer schwächeren π-Bindung ab. In diesem Fall wird die π-Bindung (im ursprünglichen Alken) in eine σ-Bindung im Reaktionsprodukt umgewandelt. Die ursprüngliche ungesättigte Verbindung wird in eine gesättigte umgewandelt, ohne dass andere Produkte entstehen, d. h. es passiertAdditionsreaktion.
Was ist der Mechanismus von Additionsreaktionen an Alkene?
1. Aufgrund der Elektronen der π-Bindung weisen Alkenmoleküle einen Bereich erhöhter Elektronendichte auf (eine Wolke aus π-Elektronen oberhalb und unterhalb der Molekülebene):
Daher ist die Doppelbindung anfällig für einen Angriff durch ein elektrophiles (elektronenarmes) Reagens. In diesem Fall kommt es zu einer heterolytischen Spaltung der π-Bindung und die Reaktion schreitet voran ionisch Mechanismus als elektrophile Addition.
Der Mechanismus der elektrophilen Addition wird durch das Symbol angezeigt Anzeige E
(nach den Anfangsbuchstaben englischer Begriffe: Ad – Zusatz [Anhang],
E - Elektrophil [Elektrophil]).
2. Andererseits kann die Kohlenstoff-Kohlenstoff-π-Bindung, da sie unpolar ist, homolytisch aufgebrochen werden, und dann läuft die Reaktion ab Radikale Mechanismus.
Der radikalische Additionsmechanismus wird durch das Symbol angezeigt Anzeige R
(R – Radikal – Radikal).
Der Additionsmechanismus hängt von den Reaktionsbedingungen ab.
Darüber hinaus zeichnen sich Alkene durch Reaktionen aus Isomerisierung Und Oxidation(einschließlich Reaktion Verbrennung, charakteristisch für alle Kohlenwasserstoffe).
Additionsreaktionen an Alkene
Alkene unterliegen einer Vielzahl von Additionsreaktionen.
1. Hydrierung (Zugabe von Wasserstoff)
Alkene reagieren mit Wasserstoff beim Erhitzen und unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Katalysatoren (Pt, Pd, Ni usw.) zu Alkanen:
Hydrierung von Alkenen – Rückreaktion Dehydrierung von Alkanen. Entsprechend Das Prinzip von Le Chatelier, Hydrierung wird durch erhöhten Druck begünstigt, weil Diese Reaktion geht mit einer Volumenverringerung des Systems einher.
Die Anlagerung von Wasserstoff an Kohlenstoffatome in Alkenen führt zu einer Verringerung ihrer Oxidationsstufe:
Daher wird die Hydrierung von Alkenen als Reduktionsreaktion eingestuft. Diese Reaktion wird industriell zur Herstellung von Kraftstoff mit hoher Oktanzahl genutzt.
2. Halogenierung (Anlagerung von Halogenen)
Die Addition von Halogenen an die C=C-Doppelbindung erfolgt unter normalen Bedingungen (bei Raumtemperatur, ohne Katalysator) problemlos. Beispielsweise dient die schnelle Verfärbung der rotbraunen Farbe einer Lösung von Brom in Wasser (Bromwasser) als qualitative Reaktion auf das Vorhandensein einer Doppelbindung:
So entsteht bei der Reaktion von HCl mit Propylen aus zwei möglichen Strukturisomeren 1-Chlorpropan und 2-Chlorpropan letzteres:
Dieses Muster wurde zunächst empirisch ermittelt. In der modernen organischen Chemie wird eine theoretische Begründung für die Markownikow-Regel anhand der Stellung des Einflusses der elektronischen Struktur von Molekülen auf ihre Reaktivität gegeben.
Es ist zu beachten, dass die Markownikow-Regel in ihrer klassischen Formulierung nur für elektrophile Reaktionen von Alkenen selbst gilt. Bei manchen Alkenderivaten oder wenn sich der Reaktionsmechanismus ändert, gegen die Regel Markownikowa.
4. Flüssigkeitszufuhr(Wasserverbindung)
Die Hydratation erfolgt in Gegenwart von Mineralsäuren durch den Mechanismus der elektrophilen Addition:
Bei Reaktionen unsymmetrischer Alkene wird die Markownikow-Regel beachtet.
1. Polymerisation– die Reaktion der Bildung einer Verbindung mit hohem Molekulargewicht (Polymer) durch sequentielle Zugabe von Molekülen einer Substanz mit niedrigem Molekulargewicht (Monomer) nach dem Schema:
N M M N
Nummer N in der Polymerformel ( M N ) wird als Polymerisationsgrad bezeichnet. Polymerisationsreaktionen von Alkenen erfolgen durch Addition über Mehrfachbindungen:
2. DimerisierungAlkene – die Bildung eines Dimers (Doppelmoleküls) als Ergebnis einer Additionsreaktion. In Gegenwart einer Mineralsäure (Protonendonor H + ) wird ein Proton an die Doppelbindung des Alkenmoleküls addiert. Dadurch entsteht eine Carbokation:
Das „dimere Carbokation“ wird durch die Freisetzung eines Protons stabilisiert, was zu den Alken-Dimerisierungsprodukten führt – einem Gemisch isomerer Diisobutylene (2,4,4-Trimethylpenten-2 und 2,4,4-Trimethylpenten-1). :
Dieser Prozess findet statt, wenn Isobutylen (2-Methylpropen) mit 60 %iger Schwefelsäure bei einer Temperatur von 70 °C behandelt wird. Das resultierende Gemisch aus Diisobutylenen wird hydriert, um „Isooctan“ (2,2,4-Trimethylpentan) zu erzeugen, das zur Verbesserung der Klopffestigkeit von Benzin verwendet wird („Isooctan“ ist ein Standardkraftstoff mit 100 Oktan).
