Alkene (Olefine, Ethylenkohlenwasserstoffe C N H 2n

Homologe serie.

Ethen (Ethylen)

Das einfachste Alken ist Ethylen (C 2 H 4). Gemäß 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.

Aus Alkenen gebildete Kohlenwasserstoffradikale haben das Suffix „-enil“. Trivialnamen: CH 2 =CH- "Vinyl", CH 2 =CH-CH 2 - „Allyl“.

Die Kohlenstoffatome an der Doppelbindung befinden sich im Zustand der sp²-Hybridisierung und haben einen Bindungswinkel von 120°.

Alkene zeichnen sich durch Isomerie des Kohlenstoffgerüsts, Doppelbindungspositionen, Interklassen- und räumliche Isomerie aus.

Physikalische Eigenschaften

Die Schmelz- und Siedepunkte von Alkenen (vereinfacht) steigen mit dem Molekulargewicht und der Länge des Kohlenstoffrückgrats.

Unter normalen Bedingungen sind Alkene von C 2 H 4 bis C 4 H 8 Gase; von Penten C 5 H 10 bis einschließlich Hexadecen C 17 H 34 – Flüssigkeiten und ausgehend von Octadecen C 18 H 36 – Feststoffe. Alkene sind in Wasser unlöslich, in organischen Lösungsmitteln jedoch gut löslich.

Dehydrierung von Alkanen

Dies ist eine der industriellen Methoden zur Herstellung von Alkenen

Hydrierung von Alkinen

Die partielle Hydrierung von Alkinen erfordert besondere Bedingungen und die Anwesenheit eines Katalysators

Eine Doppelbindung ist eine Kombination aus Sigma- und Pi-Bindungen. Eine Sigma-Bindung entsteht, wenn sich sp2-Orbitale axial überlappen, und eine Pi-Bindung entsteht, wenn es seitliche Überlappung gibt.

Zaitsevs Regel:

Die Abstraktion eines Wasserstoffatoms erfolgt bei Eliminierungsreaktionen überwiegend vom am wenigsten hydrierten Kohlenstoffatom.

13. Alkene. Struktur. sp 2 Hybridisierung, mehrere Kopplungsparameter. Reaktionen der elektrophilen Addition von Halogenen, Halogenwasserstoffen und hypochloriger Säure. Hydratisierung von Alkenen. Morkownikows Herrschaft. Reaktionsmechanismen.

Alkene (Olefine, Ethylenkohlenwasserstoffe) - azyklische ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und eine homologe Reihe mit der allgemeinen Formel bilden C N H 2n

Ein s- und zwei p-Orbitale vermischen sich und bilden zwei äquivalente sp2-Hybridorbitale, die in derselben Ebene in einem Winkel von 120 angeordnet sind.

Wird eine Bindung durch mehr als ein Elektronenpaar gebildet, spricht man von einer Bindung mehrere.

Eine Mehrfachbindung entsteht, wenn zu wenig Elektronen und Bindungsatome vorhanden sind, als dass jedes bindungsbildende Valenzorbital des Zentralatoms mit irgendeinem Orbital des umgebenden Atoms überlappen könnte.

Elektrophile Additionsreaktionen

Bei diesen Reaktionen ist das angreifende Teilchen ein Elektrophil.

Halogenierung:

Hydrohalogenierung

Die elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen an Alkene erfolgt nach der Markownikow-Regel

Markownikow-Herrschaft

Zugabe von unterchloriger Säure zur Bildung von Chlorhydrinen:

Flüssigkeitszufuhr

Die Addition von Wasser an Alkene erfolgt in Gegenwart von Schwefelsäure:

Carbokation- ein Teilchen, in dem eine positive Ladung auf dem Kohlenstoffatom konzentriert ist; das Kohlenstoffatom hat ein freies p-Orbital.

14. Ethylenkohlenwasserstoffe. Chemische Eigenschaften: Reaktionen mit Oxidationsmitteln. Katalytische Oxidation, Reaktion mit Persäuren, Oxidationsreaktion zu Glykolen, mit Spaltung der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, Ozonierung. Wacker-Prozess. Substitutionsreaktionen.

Alkene (Olefine, Ethylenkohlenwasserstoffe) - azyklische ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und eine homologe Reihe mit der allgemeinen Formel bilden C N H 2n

Oxidation

Die Oxidation von Alkenen kann je nach Bedingungen und Art der Oxidationsreagenzien sowohl unter Spaltung der Doppelbindung als auch unter Erhalt des Kohlenstoffgerüsts erfolgen.

Bei der Verbrennung an der Luft erzeugen Olefine Kohlendioxid und Wasser.

H 2 C=CH 2 + 3O 2 => 2CO 2 + 2H 2 O

C N H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O – allgemeine Formel

Katalytische Oxidation

In Gegenwart von Palladiumsalzen wird Ethylen zu Acetaldehyd oxidiert. Auf die gleiche Weise entsteht aus Propen Aceton.

Wenn Alkene starken Oxidationsmitteln (KMnO 4 oder K 2 Cr 2 O 7 in H 2 SO 4) ausgesetzt werden, bricht die Doppelbindung beim Erhitzen auf:

Bei der Oxidation von Alkenen mit einer verdünnten Kaliumpermanganatlösung entstehen zweiwertige Alkohole – Glykole (E.E. Wagner-Reaktion). Die Reaktion findet in der Kälte statt.

Azyklische und zyklische Alkene bilden bei der Reaktion mit Persäuren RCOOOH in einer unpolaren Umgebung Epoxide (Oxirane), daher wird die Reaktion selbst als Epoxidierungsreaktion bezeichnet.

Ozonierung von Alkenen.

Bei der Wechselwirkung von Alkenen mit Ozon entstehen Peroxidverbindungen, die Ozonide genannt werden. Die Reaktion von Alkenen mit Ozon ist die wichtigste Methode zur oxidativen Spaltung von Alkenen an der Doppelbindung

Alkene unterliegen keinen Substitutionsreaktionen.

Wacker-Prozess-das Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyd durch direkte Oxidation von Ethylen.

Das Wacker-Verfahren basiert auf der Oxidation von Ethylen mit Palladiumdichlorid:

CH 2 = CH 2 + PdCl 2 + H 2 O = CH 3 CHO + Pd + 2HCl

15. Alkene: chemische Eigenschaften. Hydrierung. Lebedews Herrschaft. Isomerisierung und Oligomerisierung von Alkenen. Radikalische und ionische Polymerisation. Das Konzept von Polymer, Oligomer, Monomer, Elementareinheit, Polymerisationsgrad. Telomerisation und Copolymerisation.

Hydrierung

Die direkte Hydrierung von Alkenen mit Wasserstoff erfolgt nur in Gegenwart eines Katalysators. Zu den Hydrierungskatalysatoren gehören Platin, Palladium und Nickel.

Mit homogenen Katalysatoren kann die Hydrierung auch in flüssiger Phase durchgeführt werden

Isomerisierungsreaktionen

Beim Erhitzen ist eine Isomerisierung von Alkenmolekülen möglich

kann sowohl zu Doppelbindungsbewegungen als auch zu Skelettveränderungen führen

Kohlenwasserstoff.

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

Polymerisationsreaktionen

Dies ist eine Art Additionsreaktion. Polymerisation ist die Reaktion der sequentiellen Kombination identischer Moleküle zu größeren Molekülen, ohne dass ein Produkt mit niedrigem Molekulargewicht isoliert wird. Bei der Polymerisation wird ein Wasserstoffatom an das am stärksten hydrierte Kohlenstoffatom an der Doppelbindung addiert und der Rest des Moleküls an das andere Kohlenstoffatom.

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

oder n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (Polyethylen)

Ein Stoff, dessen Moleküle eine Polymerisationsreaktion eingehen, wird genannt Monomer. Ein Monomermolekül muss mindestens eine Doppelbindung haben. Die resultierenden Polymere bestehen aus einer großen Anzahl sich wiederholender Ketten mit derselben Struktur ( Grundeinheiten). Die Zahl, die angibt, wie oft sich eine strukturelle (elementare) Einheit in einem Polymer wiederholt, wird aufgerufen Polymerisationsgrad(N).

Abhängig von der Art der bei der Polymerisation gebildeten Zwischenpartikel gibt es drei Polymerisationsmechanismen: a) radikal; b) kationisch; c) anionisch.

Mit der ersten Methode wird Polyethylen hoher Dichte hergestellt:

Der Reaktionskatalysator sind Peroxide.

Bei der zweiten und dritten Methode kommen Säuren (kationische Polymerisation) und metallorganische Verbindungen als Katalysatoren zum Einsatz.

In Chemie Oligomer) – ein Molekül in Form einer Kette klein Anzahl identischer konstituierender Links.

Telomerisierung

Telomerisierung ist die Oligomerisierung von Alkenen in Gegenwart von Kettenübertragungsmitteln (Telogenen). Durch die Reaktion entsteht ein Gemisch aus Oligomeren (Telomeren), deren Endgruppen Teile des Telogens sind. Beispielsweise ist bei der Reaktion von CCl 4 mit Ethylen das Telogen CCl 4 .

CCl 4 + nCH 2 =CH 2 => Cl(CH 2 CH 2) n CCl 3

Die Initiierung dieser Reaktionen kann durch Radikalinitiatoren oder g-Strahlung erfolgen.

16. Alkene. Reaktionen der radikalischen Addition von Halogenen und Halogenwasserstoffen (Mechanismus). Addition von Carbenen an Olefine. Ethylen, Propylen, Butylene. Industrielle Quellen und Hauptverwendungen.

Alkene fügen leicht Halogene, insbesondere Chlor und Brom, hinzu (Halogenierung).

Eine typische Reaktion dieser Art ist die Verfärbung von Bromwasser

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

Die elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen an Alkene erfolgt nach der Markownikow-Regel:

Markownikow-Herrschaft: Bei der Zugabe von Protonensäuren oder Wasser zu unsymmetrischen Alkenen oder Alkinen wird Wasserstoff an das am stärksten hydrierte Kohlenstoffatom addiert

An ein hydriertes Kohlenstoffatom ist Wasserstoff gebunden. Am stärksten hydriert – dort, wo am meisten H vorhanden ist

Carbenadditionsreaktionen

CR 2-Carbene: – hochreaktive, kurzlebige Spezies, die sich leicht an die Doppelbindung von Alkenen addieren kann. Durch die Carben-Additionsreaktion entstehen Cyclopropan-Derivate

Ethylen ist eine organische Chemikalie, die durch die Formel C 2 H 4 beschrieben wird. Ist das einfachste Alken ( Olefin)Verbindung. Unter normalen Bedingungen ist es ein farbloses, brennbares Gas mit schwachem Geruch. Teilweise wasserlöslich. Enthält eine Doppelbindung und gehört daher zu den ungesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Spielt eine äußerst wichtige Rolle in der Industrie. Ethylen ist die am häufigsten produzierte organische Verbindung der Welt: Ethylenoxid; Polyethylen, Essigsäure, Ethylalkohol.

Grundlegende chemische Eigenschaften(Lernen Sie es mir nicht bei, lassen Sie sie nur für alle Fälle da sein, für den Fall, dass sie es abschreiben können)

Ethylen ist eine chemisch aktive Substanz. Da zwischen den Kohlenstoffatomen im Molekül eine Doppelbindung besteht, kann eines davon, das weniger stark ist, leicht aufgebrochen werden, und an der Stelle des Bindungsbruchs kommt es zur Anlagerung, Oxidation und Polymerisation von Molekülen.

Halogenierung:

CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Bromwasser verfärbt sich. Dies ist eine qualitative Reaktion auf ungesättigte Verbindungen.

Hydrierung:

CH 2 =CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (unter dem Einfluss von Ni)

Hydrohalogenierung:

CH 2 =CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br

Flüssigkeitszufuhr:

CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (unter dem Einfluss eines Katalysators)

Diese Reaktion wurde von A.M. entdeckt. Butlerov, und es wird zur industriellen Herstellung von Ethylalkohol verwendet.

Oxidation:

Ethylen oxidiert leicht. Wenn Ethylen durch eine Kaliumpermanganatlösung geleitet wird, verfärbt es sich. Diese Reaktion wird zur Unterscheidung zwischen gesättigten und ungesättigten Verbindungen verwendet. Ethylenoxid ist eine zerbrechliche Substanz; die Sauerstoffbrücke bricht und Wasser verbindet sich, wodurch Ethylenglykol entsteht. Reaktionsgleichung:

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

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Polymerisation (Herstellung von Polyethylen):

nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

Propylen(Propen) CH 2 = CH-CH 3 – ungesättigter (ungesättigter) Kohlenwasserstoff der Ethylenreihe, brennbares Gas. Propylen ist ein gasförmiger Stoff mit einem niedrigen Siedepunkt t Siede = −47,6 °C

Typischerweise wird Propylen aus Ölraffinierungsgasen (beim Cracken von Rohöl, Pyrolyse von Benzinfraktionen) oder Begleitgasen sowie aus Kohleverkokungsgasen isoliert.

Chemische Eigenschaften von Alkanen

Alkane (Paraffine) sind nichtzyklische Kohlenwasserstoffe, in deren Molekülen alle Kohlenstoffatome nur durch Einfachbindungen verbunden sind. Mit anderen Worten: In Alkanmolekülen gibt es keine Mehrfachbindungen – Doppel- oder Dreifachbindungen. Tatsächlich sind Alkane Kohlenwasserstoffe mit der größtmöglichen Anzahl an Wasserstoffatomen und werden daher als limitierend (gesättigt) bezeichnet.

Aufgrund der Sättigung können Alkane keine Additionsreaktionen eingehen.

Da Kohlenstoff- und Wasserstoffatome eine relativ ähnliche Elektronegativität aufweisen, führt dies dazu, dass die C-H-Bindungen in ihren Molekülen äußerst niedrigpolar sind. In dieser Hinsicht sind für Alkane Reaktionen typischer, die über den radikalischen Substitutionsmechanismus ablaufen, der mit dem Symbol S R bezeichnet wird.

1. Substitutionsreaktionen

Bei Reaktionen dieser Art werden Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen aufgebrochen

RH + XY → RX + HY

Halogenierung

Alkane reagieren mit Halogenen (Chlor und Brom), wenn sie ultraviolettem Licht oder starker Hitze ausgesetzt werden. Dabei entsteht eine Mischung aus Halogenderivaten mit unterschiedlichem Substitutionsgrad der Wasserstoffatome – Mono-, Ditri- usw. Halogensubstituierte Alkane.

Am Beispiel von Methan sieht das so aus:

Durch Veränderung des Halogen/Methan-Verhältnisses im Reaktionsgemisch kann sichergestellt werden, dass in der Zusammensetzung der Produkte ein bestimmtes Halogenderivat des Methans überwiegt.

Reaktionsmechanismus

Analysieren wir den Mechanismus der Substitutionsreaktion freier Radikale am Beispiel der Wechselwirkung von Methan und Chlor. Es besteht aus drei Phasen:

1. Initiierung (oder Kettenkeimbildung) ist der Prozess der Bildung freier Radikale unter dem Einfluss externer Energie – Bestrahlung mit UV-Licht oder Erhitzen. In diesem Stadium erfährt das Chlormolekül eine homolytische Spaltung der Cl-Cl-Bindung unter Bildung freier Radikale:

Freie Radikale sind, wie aus der obigen Abbildung ersichtlich, Atome oder Atomgruppen mit einem oder mehreren ungepaarten Elektronen (Cl, H, CH 3, CH 2 usw.);

2. Kettenentwicklung

In dieser Phase kommt es zur Wechselwirkung aktiver freier Radikale mit inaktiven Molekülen. Dabei entstehen neue Radikale. Insbesondere wenn Chlorradikale auf Alkanmoleküle einwirken, entstehen ein Alkylradikal und Chlorwasserstoff. Das Alkylradikal wiederum bildet bei der Kollision mit Chlormolekülen ein Chlorderivat und ein neues Chlorradikal:

3) Unterbrechung (Tod) des Stromkreises:

Entsteht durch die Rekombination zweier Radikale miteinander zu inaktiven Molekülen:

2. Oxidationsreaktionen

Unter normalen Bedingungen sind Alkane gegenüber starken Oxidationsmitteln wie konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure, Kaliumpermanganat und Dichromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) inert.

Verbrennung in Sauerstoff

A) vollständige Verbrennung mit überschüssigem Sauerstoff. Führt zur Bildung von Kohlendioxid und Wasser:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

B) unvollständige Verbrennung aufgrund von Sauerstoffmangel:

2CH 4 + 3O 2 = 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O

Katalytische Oxidation mit Sauerstoff

Durch Erhitzen von Alkanen mit Sauerstoff (~200 °C) in Gegenwart von Katalysatoren können daraus verschiedenste organische Produkte gewonnen werden: Aldehyde, Ketone, Alkohole, Carbonsäuren.

Beispielsweise kann Methan je nach Art des Katalysators zu Methylalkohol, Formaldehyd oder Ameisensäure oxidiert werden:

3. Thermische Umwandlungen von Alkanen

Knacken

Cracken (aus dem Englischen zu crack – zu reißen) ist ein chemischer Prozess, der bei hohen Temperaturen abläuft, wodurch das Kohlenstoffgerüst von Alkanmolekülen zerfällt und Moleküle aus Alkenen und Alkanen mit niedrigeren Molekulargewichten im Vergleich zu den ursprünglichen Alkanen entstehen. Zum Beispiel:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CH=CH 2

Das Cracken kann thermisch oder katalytisch erfolgen. Beim katalytischen Cracken werden dank der Verwendung von Katalysatoren im Vergleich zum thermischen Cracken deutlich niedrigere Temperaturen verwendet.

Dehydrierung

Die Abspaltung von Wasserstoff erfolgt durch Spaltung von C-H-Bindungen; in Gegenwart von Katalysatoren bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Bei der Dehydrierung von Methan entsteht Acetylen:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Beim Erhitzen von Methan auf 1200 °C zerfällt es in einfache Stoffe:

CH 4 → C + 2H 2

Bei der Dehydrierung der restlichen Alkane entstehen Alkene:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

Beim Dehydrieren N Es entstehen -Butan, Buten-1 und Buten-2 (letzteres in der Form cis- Und Trance-Isomere):

Dehydrocyclisierung

Isomerisierung

Chemische Eigenschaften von Cycloalkanen

Die chemischen Eigenschaften von Cycloalkanen mit mehr als vier Kohlenstoffatomen in ihren Ringen sind im Allgemeinen nahezu identisch mit den Eigenschaften von Alkanen. Kurioserweise zeichnen sich Cyclopropan und Cyclobutan durch Additionsreaktionen aus. Dies liegt an der hohen Spannung innerhalb des Kreislaufs, die dazu führt, dass diese Zyklen dazu neigen, zu brechen. Cyclopropan und Cyclobutan fügen also leicht Brom, Wasserstoff oder Chlorwasserstoff hinzu:

Chemische Eigenschaften von Alkenen

1. Additionsreaktionen

Da die Doppelbindung in Alkenmolekülen aus einer starken Sigma- und einer schwachen Pi-Bindung besteht, handelt es sich um recht aktive Verbindungen, die leicht Additionsreaktionen eingehen. Alkene reagieren oft schon unter milden Bedingungen – in der Kälte, in wässrigen Lösungen und organischen Lösungsmitteln.

Hydrierung von Alkenen

Alkene sind in der Lage, in Gegenwart von Katalysatoren (Platin, Palladium, Nickel) Wasserstoff zu addieren:

CH 3 -CH = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3

Die Hydrierung von Alkenen gelingt auch bei Normaldruck und leichter Erwärmung problemlos. Eine interessante Tatsache ist, dass für die Dehydrierung von Alkanen zu Alkenen dieselben Katalysatoren verwendet werden können, nur dass der Dehydrierungsprozess bei einer höheren Temperatur und einem niedrigeren Druck stattfindet.

Halogenierung

Alkene gehen sowohl in wässriger Lösung als auch in organischen Lösungsmitteln leicht Additionsreaktionen mit Brom ein. Durch die Wechselwirkung verlieren zunächst gelbe Bromlösungen ihre Farbe, d.h. verfärben.

CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Hydrohalogenierung

Wie leicht zu erkennen ist, sollte die Addition eines Halogenwasserstoffs an ein Molekül eines unsymmetrischen Alkens theoretisch zu einer Mischung zweier Isomere führen. Wenn beispielsweise Bromwasserstoff zu Propen addiert wird, sollten die folgenden Produkte erhalten werden:

Ohne spezifische Bedingungen (z. B. das Vorhandensein von Peroxiden in der Reaktionsmischung) erfolgt die Zugabe eines Halogenwasserstoffmoleküls jedoch streng selektiv gemäß der Markownikow-Regel:

Die Addition eines Halogenwasserstoffs an ein Alken erfolgt auf die Weise, dass ein Wasserstoff an ein Kohlenstoffatom mit einer größeren Anzahl an Wasserstoffatomen (stärker hydriert) und ein Halogen an ein Kohlenstoffatom mit einer geringeren Anzahl an Wasserstoffatomen angelagert wird Atome (weniger hydriert).

Flüssigkeitszufuhr

Diese Reaktion führt zur Bildung von Alkoholen und verläuft ebenfalls nach der Markownikow-Regel:

Wie Sie leicht erraten können, ist die Bildung eines primären Alkohols aufgrund der Tatsache, dass die Addition von Wasser an ein Alkenmolekül nach der Markownikow-Regel erfolgt, nur im Fall der Hydratisierung von Ethylen möglich:

CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

Durch diese Reaktion wird der Großteil des Ethylalkohols in der Großindustrie hergestellt.

Polymerisation

Ein spezieller Fall einer Additionsreaktion ist die Polymerisationsreaktion, die im Gegensatz zur Halogenierung, Hydrohalogenierung und Hydratation über den Mechanismus freier Radikale abläuft:

Oxidationsreaktionen

Wie alle anderen Kohlenwasserstoffe verbrennen Alkene leicht in Sauerstoff und bilden Kohlendioxid und Wasser. Die Gleichung für die Verbrennung von Alkenen im Sauerstoffüberschuss hat die Form:

C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O

Im Gegensatz zu Alkanen werden Alkene leicht oxidiert. Wenn Alkene einer wässrigen Lösung von KMnO 4 ausgesetzt werden, kommt es zu einer Verfärbung, die eine qualitative Reaktion auf Doppel- und Dreifach-CC-Bindungen in Molekülen organischer Substanzen darstellt.

Die Oxidation von Alkenen mit Kaliumpermanganat in neutraler oder schwach alkalischer Lösung führt zur Bildung von Diolen (zweiwertigen Alkoholen):

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (Kühlung)

In einer sauren Umgebung wird die Doppelbindung vollständig aufgebrochen und die Kohlenstoffatome, die die Doppelbindung gebildet haben, werden in Carboxylgruppen umgewandelt:

5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (Heizung)

Befindet sich die C=C-Doppelbindung am Ende des Alkenmoleküls, entsteht Kohlendioxid als Produkt der Oxidation des äußersten Kohlenstoffatoms an der Doppelbindung. Dies liegt daran, dass das Zwischenoxidationsprodukt Ameisensäure in einem Überschuss an Oxidationsmittel leicht selbst oxidiert:

5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (Heizung)

Bei der Oxidation von Alkenen, bei denen das C-Atom an der Doppelbindung zwei Kohlenwasserstoffsubstituenten enthält, entsteht ein Keton. Beispielsweise entstehen bei der Oxidation von 2-Methylbuten-2 Aceton und Essigsäure.

Zur Strukturaufklärung dient die Oxidation von Alkenen, bei der das Kohlenstoffgerüst an der Doppelbindung aufgebrochen wird.

Chemische Eigenschaften von Alkadienen

Additionsreaktionen

Zum Beispiel der Zusatz von Halogenen:

Bromwasser verfärbt sich.

Unter normalen Bedingungen erfolgt die Addition von Halogenatomen an den Enden des 1,3-Butadienmoleküls, während die π-Bindungen aufgebrochen werden, Bromatome an die äußersten Kohlenstoffatome addiert werden und die freien Valenzen eine neue π-Bindung bilden . Es kommt also zu einer „Bewegung“ der Doppelbindung. Bei einem Überschuss an Brom kann an der Stelle der gebildeten Doppelbindung ein weiteres Molekül angelagert werden.

Polymerisationsreaktionen

Chemische Eigenschaften von Alkinen

Alkine sind ungesättigte (ungesättigte) Kohlenwasserstoffe und daher in der Lage, Additionsreaktionen einzugehen. Unter den Additionsreaktionen für Alkine ist die elektrophile Addition die häufigste.

Halogenierung

Da die Dreifachbindung von Alkinmolekülen aus einer stärkeren Sigma-Bindung und zwei schwächeren Pi-Bindungen besteht, sind sie in der Lage, entweder ein oder zwei Halogenmoleküle zu binden. Die Addition von zwei Halogenmolekülen durch ein Alkinmolekül erfolgt über einen elektrophilen Mechanismus nacheinander in zwei Stufen:

Hydrohalogenierung

Die Addition von Halogenwasserstoffmolekülen erfolgt ebenfalls über einen elektrophilen Mechanismus und in zwei Stufen. In beiden Phasen verläuft der Beitritt gemäß Markownikows Regel:

Flüssigkeitszufuhr

Die Addition von Wasser an Alkine erfolgt in Gegenwart von Ruti-Salzen in einem sauren Medium und wird als Kucherov-Reaktion bezeichnet.

Durch die Hydratation entsteht durch die Zugabe von Wasser zu Acetylen Acetaldehyd (essigsäurehaltiger Aldehyd):

Bei Acetylenhomologen führt die Zugabe von Wasser zur Bildung von Ketonen:

Hydrierung von Alkinen

Alkine reagieren mit Wasserstoff in zwei Schritten. Als Katalysatoren werden Metalle wie Platin, Palladium und Nickel verwendet:

Trimerisierung von Alkinen

Wenn Acetylen bei hoher Temperatur über Aktivkohle geleitet wird, entsteht daraus ein Gemisch verschiedener Produkte, von denen das wichtigste Benzol ist, ein Produkt der Acetylentrimerisierung:

Dimerisierung von Alkinen

Auch Acetylen unterliegt einer Dimerisierungsreaktion. Der Prozess findet in Gegenwart von Kupfersalzen als Katalysatoren statt:

Alkinoxidation

Alkine verbrennen in Sauerstoff:

C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO 2 + (n-1)H 2 O

Reaktion von Alkinen mit Basen

Alkine mit einem dreifachen C≡C am Ende des Moleküls sind im Gegensatz zu anderen Alkinen in der Lage, Reaktionen einzugehen, bei denen das Wasserstoffatom an der Dreifachbindung durch ein Metall ersetzt wird. Beispielsweise reagiert Acetylen mit Natriumamid in flüssigem Ammoniak:

HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3 ,

und auch mit einer Ammoniaklösung von Silberoxid, wodurch unlösliche salzartige Substanzen namens Acetylenide entstehen:

Dank dieser Reaktion ist es möglich, Alkine mit einer terminalen Dreifachbindung zu erkennen und ein solches Alkin aus einer Mischung mit anderen Alkinen zu isolieren.

Es ist zu beachten, dass es sich bei allen Silber- und Kupferacetyleniden um explosive Stoffe handelt.

Acetylenide können mit Halogenderivaten reagieren, was bei der Synthese komplexerer organischer Verbindungen mit Dreifachbindung verwendet wird:

CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3

CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr

Chemische Eigenschaften aromatischer Kohlenwasserstoffe

Die aromatische Natur der Bindung beeinflusst die chemischen Eigenschaften von Benzolen und anderen aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Das einheitliche 6pi-Elektronensystem ist viel stabiler als gewöhnliche Pi-Bindungen. Daher sind für aromatische Kohlenwasserstoffe eher Substitutionsreaktionen als Additionsreaktionen typisch. Arene durchlaufen Substitutionsreaktionen über einen elektrophilen Mechanismus.

Substitutionsreaktionen

Halogenierung

Nitrierung

Die Nitrierungsreaktion verläuft am besten unter dem Einfluss nicht reiner Salpetersäure, sondern ihrer Mischung mit konzentrierter Schwefelsäure, der sogenannten Nitrierungsmischung:

Alkylierung

Eine Reaktion, bei der eines der Wasserstoffatome am aromatischen Ring durch ein Kohlenwasserstoffradikal ersetzt wird:

Anstelle von halogenierten Alkanen können auch Alkene verwendet werden. Als Katalysatoren können Aluminiumhalogenide, Eisenhalogenide oder anorganische Säuren verwendet werden.<

Additionsreaktionen

Hydrierung

Chlorzugabe

Läuft bei intensiver Bestrahlung mit ultraviolettem Licht über einen radikalischen Mechanismus ab:

Eine ähnliche Reaktion kann nur mit Chlor ablaufen.

Oxidationsreaktionen

Verbrennung

2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q

Unvollständige Oxidation

Der Benzolring ist beständig gegen Oxidationsmittel wie KMnO 4 und K 2 Cr 2 O 7 . Es erfolgt keine Reaktion.

Substituenten am Benzolring werden in zwei Typen unterteilt:

Betrachten wir die chemischen Eigenschaften von Benzolhomologen am Beispiel von Toluol.

Chemische Eigenschaften von Toluol

Halogenierung

Man kann davon ausgehen, dass das Toluolmolekül aus Fragmenten von Benzol- und Methanmolekülen besteht. Daher ist es logisch anzunehmen, dass die chemischen Eigenschaften von Toluol in gewissem Maße die chemischen Eigenschaften dieser beiden Substanzen getrennt betrachtet kombinieren sollten. Dies wird häufig bei der Halogenierung beobachtet. Wir wissen bereits, dass Benzol über einen elektrophilen Mechanismus eine Substitutionsreaktion mit Chlor eingeht, und um diese Reaktion durchzuführen, ist die Verwendung von Katalysatoren (Aluminium- oder Eisenhalogenide) erforderlich. Gleichzeitig ist Methan auch in der Lage, mit Chlor zu reagieren, allerdings über einen Radikalmechanismus, der eine Bestrahlung der anfänglichen Reaktionsmischung mit UV-Licht erfordert. Toluol kann abhängig von den Bedingungen, unter denen es der Chlorierung unterzogen wird, entweder Produkte der Substitution von Wasserstoffatomen im Benzolring ergeben – hierfür müssen die gleichen Bedingungen wie für die Chlorierung von Benzol verwendet werden, oder Produkte der Substitution von Wasserstoff Atome im Methylradikal, wenn ja, wie Chlor unter ultravioletter Strahlung auf Methan wirkt:

Wie Sie sehen können, führte die Chlorierung von Toluol in Gegenwart von Aluminiumchlorid zu zwei verschiedenen Produkten – ortho- und para-Chlortoluol. Dies liegt daran, dass es sich beim Methylrest um einen Substituenten erster Art handelt.

Wird die Chlorierung von Toluol in Gegenwart von AlCl 3 im Überschuss an Chlor durchgeführt, ist die Bildung von trichlorsubstituiertem Toluol möglich:

Wenn Toluol im Licht bei einem höheren Chlor/Toluol-Verhältnis chloriert wird, kann auf ähnliche Weise Dichlormethylbenzol oder Trichlormethylbenzol erhalten werden:

Nitrierung

Der Ersatz von Wasserstoffatomen durch eine Nitrogruppe bei der Nitrierung von Toluol mit einer Mischung aus konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure führt zu Substitutionsprodukten im aromatischen Ring und nicht im Methylradikal:

Alkylierung

Wie bereits erwähnt, handelt es sich beim Methylradikal um ein Orientierungsmittel erster Art, daher führt seine Alkylierung nach Friedel-Crafts zu den Substitutionsprodukten in ortho- und para-Stellung:

Additionsreaktionen

Toluol kann mit Metallkatalysatoren (Pt, Pd, Ni) zu Methylcyclohexan hydriert werden:

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

Unvollständige Oxidation

Wenn die Seitenkette einem Oxidationsmittel wie einer wässrigen Lösung von Kaliumpermanganat ausgesetzt wird, wird sie oxidiert. Der aromatische Kern kann unter solchen Bedingungen nicht oxidieren. In diesem Fall entsteht je nach pH-Wert der Lösung entweder eine Carbonsäure oder deren Salz.

Charakteristische chemische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen: Alkane, Alkene, Diene, Alkine, aromatische Kohlenwasserstoffe

Alkane

Alkane sind Kohlenwasserstoffe, in deren Molekülen die Atome durch Einfachbindungen verbunden sind und die der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n+2)$ entsprechen.

Homologe Reihe von Methan

Wie du bereits weißt, Homologe- Dies sind Stoffe, die in Struktur und Eigenschaften ähnlich sind und sich durch eine oder mehrere $CH_2$-Gruppen unterscheiden.

Gesättigte Kohlenwasserstoffe bilden die homologe Reihe von Methan.

Isomerie und Nomenklatur

Alkane zeichnen sich durch die sogenannte Strukturisomerie aus. Strukturisomere unterscheiden sich voneinander in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts. Wie Sie bereits wissen, ist Butan das einfachste Alkan, das durch Strukturisomere gekennzeichnet ist:

Schauen wir uns die Grundlagen der IUPAC-Nomenklatur für Alkane genauer an:

1. Auswahl des Hauptstromkreises.

Die Namensbildung eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Definition der Hauptkette – der längsten Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül, die sozusagen seine Grundlage bildet.

2.

Den Atomen der Hauptkette werden Nummern zugeordnet. Die Nummerierung der Atome der Hauptkette beginnt an dem Ende, dem der Substituent am nächsten liegt (Strukturen A, B). Befinden sich die Substituenten in gleichem Abstand vom Kettenende, beginnt die Nummerierung an dem Ende, an dem sich mehr davon befinden (Struktur B). Befinden sich unterschiedliche Substituenten in gleichem Abstand von den Enden der Kette, beginnt die Nummerierung an dem Ende, dem der ältere Substituent am nächsten liegt (Struktur D). Старшинство углеводородных заместителей определяется по тому, в каком порядке следует в алфавите буква, с которой начинается их название: метил (—$СН_3$), затем пропил ($—СН_2—СН_2—СН_3$), этил ($—СН_2—СН_3$ ) usw.

Bitte beachten Sie, dass der Name des Substituenten durch Ersetzen des Suffixes gebildet wird -ein anhängen -il im Namen des entsprechenden Alkans.

3. Bildung des Namens.

Am Anfang des Namens stehen Zahlen – die Nummern der Kohlenstoffatome, an denen sich die Substituenten befinden. Wenn an einem bestimmten Atom mehrere Substituenten vorhanden sind, wird die entsprechende Zahl im Namen zweimal durch ein Komma getrennt wiederholt ($2,2-$). Nach der Zahl wird die Zahl der Substituenten mit einem Bindestrich angegeben ( di- zwei, drei- drei, Tetra- vier, Penta- fünf) und der Name des Stellvertreters ( Methyl, Ethyl, Propyl). Dann, ohne Leerzeichen oder Bindestriche, der Name der Hauptkette. Die Hauptkette wird als Kohlenwasserstoff bezeichnet – ein Mitglied der homologen Reihe von Methan ( Methan, Ethan, Propan usw.).

Die Namen der Stoffe, deren Strukturformeln oben angegeben sind, lauten wie folgt:

— Struktur A: $2$ -Methylpropan;

— Struktur B: $3$ -Ethylhexan;

— Struktur B: $2,2,4$ -Trimethylpentan;

— Struktur G: $2$ -Methyl$4$-Ethylhexan.

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkanen

Physikalische Eigenschaften. Die ersten vier Vertreter der homologen Reihe von Methan sind Gase. Das einfachste davon ist Methan, ein farb-, geschmacks- und geruchloses Gas (der Geruch von Gas, wenn man es wahrnimmt, muss man 104 $ nennen, wird durch den Geruch von Mercaptanen bestimmt – schwefelhaltige Verbindungen, die speziell dem verwendeten Methan zugesetzt werden Haushalts- und Industriegasgeräte, damit Personen, die sich in der Nähe befinden, das Leck anhand des Geruchs erkennen können.

Kohlenwasserstoffe mit einer Zusammensetzung von $С_5Н_(12)$ bis $С_(15)Н_(32)$ sind Flüssigkeiten; schwerere Kohlenwasserstoffe sind Feststoffe.

Die Siede- und Schmelzpunkte von Alkanen steigen mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette allmählich an. Alle Kohlenwasserstoffe sind in Wasser schlecht löslich; flüssige Kohlenwasserstoffe sind übliche organische Lösungsmittel.

Chemische Eigenschaften.

1. Substitutionsreaktionen. Die charakteristischsten Reaktionen für Alkane sind Substitutionsreaktionen freier Radikale, bei denen ein Wasserstoffatom durch ein Halogenatom oder eine Gruppe ersetzt wird.

Lassen Sie uns die Gleichungen der charakteristischsten Reaktionen präsentieren.

Halogenierung:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Bei überschüssigem Halogen kann die Chlorierung weitergehen, bis hin zum vollständigen Ersatz aller Wasserstoffatome durch Chlor:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"Dichlormethan (Methylenchlorid)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"Trichlormethan(Chloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"Tetrachlorkohlenstoff(Tetrachlorkohlenstoff)")$.

Die dabei entstehenden Stoffe werden häufig als Lösungsmittel und Ausgangsstoffe in organischen Synthesen verwendet.

2. Dehydrierung (Abspaltung von Wasserstoff). Wenn Alkane bei hohen Temperaturen (400–600 °C) über einen Katalysator ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) geleitet werden, wird ein Wasserstoffmolekül abgespalten und ein Alken gebildet:

$CH_3 – CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reaktionen, die mit der Zerstörung der Kohlenstoffkette einhergehen. Alle gesättigten Kohlenwasserstoffe brennen unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser. Gasförmige Kohlenwasserstoffe, die in bestimmten Anteilen mit Luft vermischt sind, können explodieren. Die Verbrennung gesättigter Kohlenwasserstoffe ist eine exotherme Reaktion freier Radikale, die bei der Verwendung von Alkanen als Brennstoff von großer Bedeutung ist:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$

Im Allgemeinen kann die Verbrennungsreaktion von Alkanen wie folgt geschrieben werden:

$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$

Thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen:

$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$

Der Prozess erfolgt über einen Mechanismus freier Radikale. Eine Temperaturerhöhung führt zur homolytischen Spaltung der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung und zur Bildung freier Radikale:

$R – CH_2CH_2:CH_2 – R→R – CH_2CH_2·+·CH_2 – R$.

Diese Radikale interagieren miteinander und tauschen ein Wasserstoffatom aus, um ein Alkanmolekül und ein Alkenmolekül zu bilden:

$R – CH_2CH_2·+·CH_2 – R→R – CH=CH_2+CH_3 – R$.

Dem industriellen Prozess der Kohlenwasserstoffspaltung liegen thermische Zersetzungsreaktionen zugrunde. Dieser Prozess ist der wichtigste Schritt der Ölraffinierung.

Wenn Methan auf eine Temperatur von 1000 °C erhitzt wird, beginnt die Pyrolyse von Methan – die Zersetzung in einfache Substanzen:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Beim Erhitzen auf eine Temperatur von 1500 °C ist die Bildung von Acetylen möglich:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Isomerisierung. Beim Erhitzen linearer Kohlenwasserstoffe mit einem Isomerisierungskatalysator (Aluminiumchlorid) entstehen Stoffe mit verzweigtem Kohlenstoffgerüst:

5. Aromatisierung. Alkane mit sechs oder mehr Kohlenstoffatomen in der Kette cyclisieren in Gegenwart eines Katalysators zu Benzol und seinen Derivaten:

Was ist der Grund dafür, dass Alkane radikalische Reaktionen eingehen? Alle Kohlenstoffatome in Alkanmolekülen befinden sich in einem Zustand der $sp^3$-Hybridisierung. Die Moleküle dieser Substanzen werden aus kovalenten unpolaren $C-C$-Bindungen (Kohlenstoff-Kohlenstoff) und schwach polaren $C-H$-Bindungen (Kohlenstoff-Wasserstoff) aufgebaut. Sie enthalten keine Bereiche mit erhöhter oder verringerter Elektronendichte oder leicht polarisierbaren Bindungen, d. h. Bei solchen Bindungen kann sich die Elektronendichte unter dem Einfluss äußerer Faktoren (elektrostatische Ionenfelder) verschieben. Folglich reagieren Alkane nicht mit geladenen Teilchen, weil Bindungen in Alkanmolekülen werden durch den heterolytischen Mechanismus nicht aufgebrochen.

Alkene

Ungesättigt sind Kohlenwasserstoffe, die in ihren Molekülen mehrere Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten. Unbegrenzt sind Alkene, Alkadiene (Polyene), Alkine. Auch zyklische Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung im Ring (Cycloalkene) sowie Cycloalkane mit wenigen Kohlenstoffatomen im Ring (drei oder vier Atome) haben einen ungesättigten Charakter. Die Eigenschaft der Ungesättigtheit ist mit der Fähigkeit dieser Stoffe verbunden, Additionsreaktionen, vor allem Wasserstoff, unter Bildung gesättigter oder gesättigter Kohlenwasserstoffe – Alkane – einzugehen.

Alkene sind azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n)$ entsprechen.

Sein zweiter Name ist Olefine- Alkene wurden in Analogie zu ungesättigten Fettsäuren (Ölsäure, Linolsäure) gewonnen, deren Reste Bestandteil flüssiger Fette sind - Öle (von lat. Oleum- Öl).

Homologe Reihe von Ethen

Unverzweigte Alkene bilden die homologe Reihe des Ethens (Ethylen):

$С_2Н_4$ - Ethen, $С_3Н_6$ - Propen, $С_4Н_8$ - Buten, $С_5Н_(10)$ - Penten, $С_6Н_(12)$ - Hexen usw.

Isomerie und Nomenklatur

Alkene zeichnen sich wie Alkane 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:

$CH_3 – (CH_2)↙(Buten-1) – CH=CH_2$ $CH_3 – (CH=CH)↙(Buten-2) – CH_3$

Um eine einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist eine nahezu freie Rotation der Kohlenstoffatome möglich, sodass Alkanmoleküle eine große Vielfalt an Formen annehmen können. Eine Rotation um die Doppelbindung ist unmöglich, was zum Auftreten einer anderen Art von Isomerie bei Alkenen führt – der geometrischen oder cis-trans-Isomerie.

Cis- Isomere unterscheiden sich von Trance- Isomere durch die räumliche Anordnung von Molekülfragmenten (in diesem Fall Methylgruppen) relativ zur Ebene der $π$-Bindung und folglich durch ihre Eigenschaften.

Alkene sind isomer zu Cycloalkanen (Interklassenisomerie), zum Beispiel:

Die IUPAC-Nomenklatur für Alkene ähnelt der für Alkane.

1. Auswahl des Hauptstromkreises.

Die Benennung eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Identifizierung der Hauptkette – der längsten Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül. Bei Alkenen muss die Hauptkette eine Doppelbindung enthalten.

2. Nummerierung der Hauptkettenatome.

Die Nummerierung der Atome der Hauptkette beginnt an dem Ende, dem die Doppelbindung am nächsten liegt. Der korrekte Verbindungsname lautet beispielsweise:

$5$-Methylhexen-$2$, nicht $2$-Methylhexen-$4$, wie man erwarten könnte.

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.

Die Namen von Alkenen werden auf die gleiche Weise gebildet wie die Namen von Alkanen. Geben Sie am Ende des Namens die Nummer des Kohlenstoffatoms an, an dem die Doppelbindung beginnt, und ein Suffix, das angibt, dass die Verbindung zur Klasse der Alkene gehört – -en.

Zum Beispiel:

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkenen

Physikalische Eigenschaften. Die ersten drei Vertreter der homologen Alkenreihe sind Gase; Stoffe der Zusammensetzung $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - Flüssigkeiten; Höhere Alkene sind Feststoffe.

Siede- und Schmelzpunkte steigen natürlicherweise mit steigendem Molekulargewicht der Verbindungen.

Chemische Eigenschaften.

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

1. Hydrierung von Alkenen. Alkene sind in der Lage, in Gegenwart von Hydrierungskatalysatoren Wasserstoff zu addieren, Metalle - Platin, Palladium, Nickel:

$CH_3 – CH_2 – CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3 – CH_2 – CH_2 – CH_3$.

Diese Reaktion findet bei atmosphärischem und erhöhtem Druck statt und erfordert keine hohe Temperatur, weil ist exotherm. 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 ($CCl_4$) führt zu einer schnellen Verfärbung dieser Lösungen infolge der Addition eines Halogenmoleküls an das Alken und der Bildung von Dihalogenalkanen:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br – CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(Propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-Brompropen)-CH_3$

Diese Reaktion gehorcht Markownikows Regel:

Wenn ein Halogenwasserstoff an ein Alken addiert wird, wird der Wasserstoff an das stärker hydrierte Kohlenstoffatom addiert, d. h. das Atom, an dem sich mehr Wasserstoffatome befinden, und das Halogen an das weniger hydrierte.

Die Hydratisierung von Alkenen führt zur Bildung von Alkoholen. Die Zugabe von Wasser zu Ethen liegt beispielsweise einer der industriellen Methoden zur Herstellung von Ethylalkohol zugrunde:

$(CH_2)↙(Ethen)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(Ethanol)$

Beachten Sie, dass ein primärer Alkohol (mit einer Hydroxogruppe am primären Kohlenstoff) nur gebildet wird, wenn Ethen hydratisiert wird. Bei der Hydratisierung von Propen oder anderen Alkenen entstehen 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 Kohlenstoffatom.

5. Polymerisation. Ein Sonderfall der Addition ist die Polymerisationsreaktion von Alkenen:

$nCH_2(=)↙(Ethen)CH_2(→)↖(UV-Licht, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(Polyethylen)...)_n$

Diese Additionsreaktion erfolgt über einen Mechanismus freier Radikale.

6. Oxidationsreaktion.

Wie alle organischen Verbindungen verbrennen Alkene in Sauerstoff zu $СО_2$ und $Н_2О$:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.

Allgemein:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Im Gegensatz zu Alkanen, die in Lösungen resistent gegen Oxidation sind, 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:

Alkadiene (Dienkohlenwasserstoffe)

Alkadiene sind azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen zwei Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n-2)$ entsprechen.

Abhängig von der relativen Anordnung der Doppelbindungen werden drei Arten von Dienen unterschieden:

- Alkadiene mit kumuliert Anordnung der Doppelbindungen:

- Alkadiene mit konjugiert Doppelbindungen;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- Alkadiene mit isoliert Doppelbindungen

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Diese drei Arten von Alkadienen unterscheiden sich in Struktur und Eigenschaften erheblich voneinander. Das zentrale Kohlenstoffatom (das Atom, das zwei Doppelbindungen bildet) in Alkadienen mit kumulierten Bindungen befindet sich im Zustand der $sp$-Hybridisierung. Es bildet zwei $σ$-Bindungen, die auf derselben Linie liegen und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, und zwei $π$-Bindungen, die in senkrechten Ebenen liegen. $π$-Bindungen werden aufgrund der nichthybridisierten p-Orbitale jedes Kohlenstoffatoms gebildet. Die Eigenschaften von Alkadienen mit isolierten Doppelbindungen sind sehr spezifisch, weil konjugierte $π$-Bindungen beeinflussen sich gegenseitig erheblich.

p-Orbitale, die konjugierte $π$-Bindungen bilden, bilden praktisch ein einziges System (es wird als $π$-System bezeichnet), weil p-Orbitale benachbarter $π$-Bindungen überlappen teilweise.

Isomerie und Nomenklatur

Alkadiene zeichnen sich sowohl durch Strukturisomerie als auch durch cis- und trans-Isomerie aus.

Strukturisomerie.

— Isomerie des Kohlenstoffgerüsts:

— Isomerie der Position von Mehrfachbindungen:

$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(Butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(Butadien-1,2)$

Cis-, Trans- Isomerie (räumlich und geometrisch)

Zum Beispiel:

Alkadiene sind isomere Verbindungen aus den Klassen der Alkine und Cycloalkene.

Bei der Namensbildung eines Alkadiens wird die Anzahl der Doppelbindungen angegeben. Die Hauptkette muss unbedingt zwei Mehrfachbindungen enthalten.

Zum Beispiel:

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkadienen

Physikalische Eigenschaften.

Unter normalen Bedingungen sind Propandien-1,2 und Butadien-1,3 Gase, 2-Methylbutadien-1,3 ist eine flüchtige Flüssigkeit. Alkadiene mit isolierten Doppelbindungen (das einfachste davon ist Pentadien-1,4) sind Flüssigkeiten. Höhere Diene sind Feststoffe.

Chemische Eigenschaften.

Die chemischen Eigenschaften von Alkadienen mit isolierten Doppelbindungen unterscheiden sich kaum von den Eigenschaften von Alkenen. Alkadiene mit konjugierten Bindungen weisen einige Besonderheiten auf.

1. Additionsreaktionen. Alkadiene sind in der Lage, Wasserstoff, Halogene und Halogenwasserstoffe zu addieren.

Eine Besonderheit der Addition an Alkadiene mit konjugierten Bindungen ist die Möglichkeit, Moleküle sowohl in den Positionen 1 und 2 als auch in den Positionen 1 und 4 zu addieren.

Das Verhältnis der Produkte hängt von den Bedingungen und der Art und Weise der Durchführung der entsprechenden Reaktionen ab.

2.Polymerisationsreaktion. Die wichtigste Eigenschaft von Dienen ist die Fähigkeit, unter dem Einfluss von Kationen oder freien Radikalen zu polymerisieren. Die Polymerisation dieser Verbindungen ist die Grundlage synthetischer Kautschuke:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(Butadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"synthetischer Butadienkautschuk")$ .

Die Polymerisation konjugierter Diene verläuft als 1,4-Addition.

In diesem Fall erweist sich die Doppelbindung als zentral in der Einheit und die Elementareinheit kann wiederum beide annehmen cis-, so und Trance- Aufbau

Alkine

Alkine sind azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen auch eine Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n-2)$ entsprechen.

Homologe Reihe von Ethin

Geradkettige Alkine bilden die homologe Reihe von Ethin (Acetylen):

$С_2Н_2$ - Ethin, $С_3Н_4$ - Propin, $С_4Н_6$ - Butin, $С_5Н_8$ - Pentin, $С_6Н_(10)$ - Hexin usw.

Isomerie und Nomenklatur

Alkine zeichnen sich wie Alkene durch Strukturisomerie aus: Isomerie des Kohlenstoffgerüsts und Isomerie der Position der Mehrfachbindung. Das einfachste Alkin, das durch Strukturisomere der Mehrfachbindungsposition der Alkinklasse gekennzeichnet ist, ist Butin:

$СН_3 – (СН_2)↙(Butin-1) – С≡СН$ $СН_3 – (С≡С)↙(Butin-2) – СН_3$

Eine Isomerie des Kohlenstoffgerüsts in Alkinen ist möglich, beginnend mit Pentin:

Da eine Dreifachbindung eine lineare Struktur der Kohlenstoffkette voraussetzt, sind geometrische ( cis-, trans-) Isomerie ist für Alkine unmöglich.

Das Vorhandensein einer Dreifachbindung in Kohlenwasserstoffmolekülen dieser Klasse wird durch das Suffix widergespiegelt -In, und seine Position in der Kette ist die Nummer des Kohlenstoffatoms.

Zum Beispiel:

Verbindungen einiger anderer Klassen sind isomer zu Alkinen. Somit besteht die chemische Formel $C_6H_(10)$ aus Hexin (Alkin), Hexadien (Alkadien) und Cyclohexen (Cycloalken):

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkinen

Physikalische Eigenschaften. Die Siede- und Schmelzpunkte von Alkinen und Alkenen steigen natürlicherweise mit zunehmendem Molekulargewicht der Verbindungen.

Alkine haben einen spezifischen Geruch. Sie sind in Wasser löslicher als Alkane und Alkene.

Chemische Eigenschaften.

Additionsreaktionen. Alkine sind ungesättigte Verbindungen und gehen Additionsreaktionen ein. Hauptsächlich Reaktionen elektrophile Addition.

1. Halogenierung (Anlagerung eines Halogenmoleküls). Ein Alkin ist in der Lage, zwei Halogenmoleküle (Chlor, Brom) zu binden:

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-Dibromethan),$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-Tetrabromethan)$

2. Hydrohalogenierung (Zugabe von Halogenwasserstoff). Die Additionsreaktion eines Halogenwasserstoffs, die über einen elektrophilen Mechanismus abläuft, verläuft ebenfalls in zwei Stufen, und in beiden Stufen ist die Markownikow-Regel erfüllt:

$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-Brompropen),$

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-Dibrompropan)$

3. Hydratation (Zugabe von Wasser). Von großer Bedeutung für die industrielle Synthese von Ketonen und Aldehyden ist die sogenannte Wasseranlagerungsreaktion (Hydratation). Kucherovs Reaktion:

4. Hydrierung von Alkinen. Alkine addieren Wasserstoff in Gegenwart von Metallkatalysatoren ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Da die Dreifachbindung zwei reaktive $π$-Bindungen enthält, addieren Alkane schrittweise Wasserstoff:

1) Trimerisierung.

Wenn Ethin über Aktivkohle geleitet wird, entsteht ein Produktgemisch, darunter Benzol:

2) Dimerisierung.

Neben der Trimerisierung von Acetylen ist auch dessen Dimerisierung möglich. Unter dem Einfluss einwertiger Kupfersalze entsteht Vinylacetylen:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"Buten-1-in-3(vinylacetylen)")$

Dieser Stoff wird zur Herstellung von Chloropren verwendet:

$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(Chloropren)=CH_2$

Durch Polymerisation wird Chloroprenkautschuk erhalten:

$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$

Oxidation von Alkinen.

Ethin (Acetylen) verbrennt in Sauerstoff und setzt dabei sehr viel Wärme frei:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Auf dieser Reaktion basiert die Wirkungsweise eines Sauerstoff-Acetylen-Brenners, dessen Flamme eine sehr hohe Temperatur (über $3000°C$) aufweist, was den Einsatz zum Schneiden ermöglicht und Schweißen von Metallen.

In der Luft verbrennt Acetylen mit einer rauchigen Flamme, weil Der Kohlenstoffgehalt in seinem Molekül ist höher als in den Molekülen von Ethan und Ethen.

Alkine verfärben wie Alkene angesäuerte Lösungen von Kaliumpermanganat; In diesem Fall wird die Mehrfachbindung zerstört.

Ionische (V.V. Markovnikovs Regel) und radikalische Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie

Arten chemischer Reaktionen in der organischen Chemie

Reaktionen organischer Substanzen lassen sich formal in vier Haupttypen einteilen: Substitution, Addition, Eliminierung (Eliminierung) und Umlagerung (Isomerisierung). Es liegt auf der Hand, dass die gesamte Vielfalt der Reaktionen organischer Verbindungen nicht auf die vorgeschlagene Klassifizierung reduziert werden kann (z. B. Verbrennungsreaktionen). Eine solche Klassifizierung hilft jedoch dabei, Analogien zu den Reaktionen zwischen anorganischen Stoffen herzustellen, die Ihnen bereits aus der anorganischen Chemie bekannt sind.

Typischerweise wird die organische Hauptverbindung, die an einer Reaktion beteiligt ist, als Substrat bezeichnet, und die andere Komponente der Reaktion wird herkömmlicherweise als Reaktant betrachtet.

Substitutionsreaktionen

Reaktionen, bei denen ein Atom oder eine Atomgruppe im ursprünglichen Molekül (Substrat) durch andere Atome oder Atomgruppen ersetzt wird, werden Substitutionsreaktionen genannt.

An Substitutionsreaktionen sind gesättigte und aromatische Verbindungen wie Alkane, Cycloalkane oder Arene beteiligt.

Lassen Sie uns Beispiele für solche Reaktionen geben.

Unter dem Einfluss von Licht können Wasserstoffatome in einem Methanmolekül durch Halogenatome ersetzt werden, beispielsweise durch Chloratome:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$

Ein weiteres Beispiel für den Ersatz von Wasserstoff durch Halogen ist die Umwandlung von Benzol in Brombenzol:

Die Gleichung für diese Reaktion kann anders geschrieben werden:

Bei dieser Schreibweise werden die Reagenzien, der Katalysator und die Reaktionsbedingungen über dem Pfeil und die anorganischen Reaktionsprodukte darunter geschrieben.

Additionsreaktionen

Reaktionen, bei denen sich zwei oder mehr Moleküle reagierender Stoffe zu einem verbinden, werden Additionsreaktionen genannt.

Ungesättigte Verbindungen wie Alkene oder Alkine gehen Additionsreaktionen ein.

Je nachdem, welches Molekül als Reagens fungiert, werden Hydrierung (oder Reduktion), Halogenierung, Hydrohalogenierung, Hydratation und andere Additionsreaktionen unterschieden. Jeder von ihnen erfordert bestimmte Bedingungen.

1. Hydrierung— Reaktion der Addition eines Wasserstoffmoleküls über eine Mehrfachbindung:

$CH_3(-CH=)↙(\text"Propen")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\text"Propan")-CH_3$

2.Hydrohalogenierung— Halogenwasserstoff-Additionsreaktion (Hydrochlorierung):

$(CH_2=)↙(\text"ethene")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"chloroethan")-Cl$

3.Halogenierung- Halogenadditionsreaktion:

$(CH_2=)↙(\text"Ethen")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1,2-Dichlorethan")$

4. Polymerisation- eine besondere Art der Additionsreaktion, bei der sich Moleküle eines Stoffes mit geringem Molekulargewicht zu Molekülen eines Stoffes mit sehr hohem Molekulargewicht verbinden - Makromoleküle.

Polymerisationsreaktionen sind Prozesse, bei denen viele Moleküle einer Substanz mit niedrigem Molekulargewicht (Monomer) zu großen Molekülen (Makromolekülen) eines Polymers kombiniert werden.

Ein Beispiel für eine Polymerisationsreaktion ist die Herstellung von Polyethylen aus Ethylen (Ethen) unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung und einem radikalischen Polymerisationsinitiator $R:$

$(nCH_2=)↙(\text"Ethen")CH_2(→)↖(\text"UV-Licht, R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" Polyethylen ")$

Die für organische Verbindungen charakteristischste kovalente Bindung entsteht durch die Überlappung von Atomorbitalen und die Bildung gemeinsamer Elektronenpaare. Dadurch entsteht ein den beiden Atomen gemeinsames Orbital, in dem sich ein gemeinsames Elektronenpaar befindet. Wenn eine Bindung aufgebrochen wird, kann das Schicksal dieser gemeinsamen Elektronen unterschiedlich sein.

Arten reaktiver Teilchen in der organischen Chemie

Ein Orbital mit einem ungepaarten Elektron eines Atoms kann sich mit einem Orbital eines anderen Atoms überlappen, das ebenfalls ein ungepaartes Elektron enthält. In diesem Fall entsteht eine kovalente Bindung Austauschmechanismus:

$H + H→H:H,$ oder $H-H$

Austauschmechanismus Die Bildung einer kovalenten Bindung erfolgt, wenn aus ungepaarten Elektronen verschiedener Atome ein gemeinsames Elektronenpaar gebildet wird.

Der der Bildung einer kovalenten Bindung durch den Austauschmechanismus entgegengesetzte Prozess ist die Spaltung der Bindung, bei der ein Elektron an jedes Atom verloren geht. Dadurch entstehen zwei ungeladene Teilchen mit ungepaarten Elektronen:

Solche Teilchen nennt man freie Radikale.

Freie Radikale- Atome oder Atomgruppen, die ungepaarte Elektronen haben.

Reaktionen, die unter dem Einfluss und unter Beteiligung freier Radikale ablaufen, werden als Reaktionen freier Radikale bezeichnet.

Im Rahmen der anorganischen Chemie sind dies die Reaktionen von Wasserstoff mit Sauerstoff, Halogenen und Verbrennungsreaktionen. Bitte beachten Sie, dass Reaktionen dieser Art durch eine hohe Geschwindigkeit und die Freisetzung großer Wärmemengen gekennzeichnet sind.

Eine kovalente Bindung kann auch durch einen Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet werden. Eines der Orbitale eines Atoms (oder Anions), das ein freies Elektronenpaar enthält, überlappt mit einem unbesetzten Orbital eines anderen Atoms (oder Kations) mit einem unbesetzten Orbital, und es entsteht eine kovalente Bindung, zum Beispiel:

$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"Akzeptor")→(H-O-H)↙(\text"Donor")$

Das Aufbrechen einer kovalenten Bindung führt zur Bildung positiv und negativ geladener Spezies; Da in diesem Fall beide Elektronen eines gemeinsamen Elektronenpaares bei einem der Atome verbleiben, hat das zweite Atom ein unbesetztes Orbital:

$R:|R=R:^(-)+R^(+)$

Betrachten wir die elektrolytische Dissoziation von Säuren:

$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$

Man kann leicht vermuten, dass ein Teilchen mit einem einzelnen Elektronenpaar $R:^(-)$, also ein negativ geladenes Ion, von positiv geladenen Atomen oder von Atomen angezogen wird, auf denen zumindest eine teilweise oder effektive positive Ladung vorhanden ist. Man nennt Teilchen mit einsamen Elektronenpaaren nukleophile Wirkstoffe (Kern- Kern, positiv geladener Teil des Atoms), also „Freunde“ des Kerns, positive Ladung.

Nukleophile ($Nu$)- Anionen oder Moleküle mit einem freien Elektronenpaar, das mit Teilen der Moleküle wechselwirkt, die eine effektive positive Ladung haben.

Beispiele für Nukleophile: $Cl^(-)$ (Chloridion), $OH^(-)$ (Hydroxidanion), $CH_3O^(-)$ (Methoxidanion), $CH_3COO^(-)$ (Acetatanion). ).

Teilchen mit einem unbesetzten Orbital neigen dagegen dazu, dieses zu füllen, und werden daher von Teilen der Moleküle angezogen, die eine erhöhte Elektronendichte, eine negative Ladung und ein einzelnes Elektronenpaar aufweisen. Sie sind Elektrophile, „Freunde“ des Elektrons, negative Ladung oder Teilchen mit erhöhter Elektronendichte.

Elektrophile- Kationen oder Moleküle, die ein unbefülltes Elektronenorbital haben und dazu neigen, dieses mit Elektronen zu füllen, da dies zu einer günstigeren elektronischen Konfiguration des Atoms führt.

Beispiele für Elektrophile: $NO_2$ (Nitrogruppe), -$COOH$ (Carboxyl), -$CN$ (Nitrilgruppe), -$SON$ (Aldehydgruppe).

Nicht jedes Teilchen mit einem unbefüllten Orbital ist ein Elektrophil. Beispielsweise haben Alkalimetallkationen die Konfiguration von Inertgasen und neigen nicht dazu, Elektronen aufzunehmen, da sie eine geringe Elektronenaffinität aufweisen. Daraus können wir schließen, dass solche Teilchen trotz des Vorhandenseins eines unbefüllten Orbitals keine Elektrophile sind.

Grundlegende Reaktionsmechanismen

Wir haben drei Haupttypen reagierender Spezies identifiziert – freie Radikale, Elektrophile, Nukleophile – und drei entsprechende Arten von Reaktionsmechanismen:

- freie Radikale;

- elektrophil;

- nukleophil.

Neben der Klassifizierung von Reaktionen nach der Art der reagierenden Teilchen gibt es in der organischen Chemie vier Arten von Reaktionen, die auf dem Prinzip der Änderung der Zusammensetzung von Molekülen basieren: Addition, Substitution, Ablösung oder Eliminierung (von lat. eliminieren- entfernen, abspalten) und Neuordnungen. Da Addition und Substitution unter dem Einfluss aller drei Arten reaktiver Spezies erfolgen können, können mehrere grundlegende Reaktionsmechanismen unterschieden werden.

1.Substitution freier Radikale:

$(CH_4)↙(\text"Methan")+Br_2(→)↖(\text"UV-Licht")(CH_3Br)↙(\text"Brommethan")+HBr$

2. Zugabe freier Radikale:

$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"UV-Licht,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$

3. Elektrophile Substitution:

4. Elektrophile Verbindung:

$CH_3-(CH=)↙(\text"Propen")CH_2+HBr(→)↖(\text"Lösung")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\text"2-Brompropan")$

$CH_3(-C≡)↙(\text"Propin")CH+Cl_2(→)↖(\text"Lösung")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-Dichlorpropen")$

5. Nukleophile Addition:

Darüber hinaus betrachten wir Eliminierungsreaktionen, die unter dem Einfluss nukleophiler Partikel – Basen – ablaufen.

6. Beseitigung:

$СH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"Alkohollösung")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$

V. V. Markownikows Regel

Eine Besonderheit von Alkenen (ungesättigten Kohlenwasserstoffen) ist ihre Fähigkeit, Additionsreaktionen einzugehen. Die meisten dieser Reaktionen verlaufen nach dem Mechanismus elektrophile Addition.

Hydrohalogenierung (Anlagerung von Wasserstoffhalogen):

$СH_3(-CH-)↙(\text"Propen")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\text"2-Brompropan")$

Diese Reaktion gehorcht V. V. Markownikows Regel: Wenn ein Halogenwasserstoff an ein Alken addiert wird, wird Wasserstoff an das stärker hydrierte Kohlenstoffatom addiert, d. h. das Atom, an dem sich mehr Wasserstoffatome befinden, und das Halogen an das weniger hydrierte.

ALKENE

Man bezeichnet Kohlenwasserstoffe, in deren Molekül neben einfachen Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Wasserstoff-σ-Bindungen auch Kohlenstoff-Kohlenstoff-π-Bindungen vorhanden sind unbegrenzt. Da die Bildung einer π-Bindung formal dem Verlust von zwei Wasserstoffatomen durch das Molekül entspricht, enthalten ungesättigte Kohlenwasserstoffe 14 Uhr es gibt weniger Wasserstoffatome als die begrenzenden, wo P - Anzahl der π-Bindungen:

Eine Reihe, deren Mitglieder sich um (2H) n voneinander unterscheiden, heißt isologische Reihe. Im obigen Schema sind die Isologen also Hexane, Hexene, Hexadiene, Hexine, Hexatriene usw.

Kohlenwasserstoffe, die eine π-Bindung (d. h. Doppelbindung) enthalten, werden genannt Alkene (Olefine) oder, entsprechend dem ersten Mitglied der Reihe - Ethylen, Ethylenkohlenwasserstoffe. Die allgemeine Formel ihrer homologen Reihe lautet C p H 2l.

1. Nomenklatur

Gemäß den IUPAC-Regeln erhält bei der Namensbildung von Alkenen die längste Kohlenstoffkette, die eine Doppelbindung enthält, den Namen des entsprechenden Alkans, in dem die Endung steht -ein ersetzt durch -en. Diese Kette wird so nummeriert, dass die an der Bildung der Doppelbindung beteiligten Kohlenstoffatome möglichst niedrige Nummern erhalten:

Radikale werden wie Alkane benannt und nummeriert.

Für Alkene relativ einfacher Struktur sind einfachere Namen zulässig. Daher werden einige der am häufigsten vorkommenden Alkene durch Anhängen des Suffixes benannt -en zum Namen eines Kohlenwasserstoffrestes mit demselben Kohlenstoffgerüst:

Aus Alkenen gebildete Kohlenwasserstoffradikale erhalten das Suffix -enil. Die Nummerierung im Rest beginnt mit dem Kohlenstoffatom, das eine freie Valenz aufweist. Für die einfachsten Alkenylreste dürfen jedoch anstelle systematischer Namen triviale Namen verwendet werden:

Häufig werden Wasserstoffatome genannt, die direkt an ungesättigte Kohlenstoffatome gebunden sind und eine Doppelbindung bilden Vinyl-Wasserstoffatome,

2. Isomerie

Neben der Isomerie des Kohlenstoffgerüsts kommt es in der Reihe der Alkene auch zu einer Isomerie der Position der Doppelbindung. Im Allgemeinen ist diese Art der Isomerie Isomerie der Substituentenposition (Funktion)- wird in allen Fällen beobachtet, wenn das Molekül funktionelle Gruppen enthält. Für das Alkan C4H10 sind zwei Strukturisomere möglich:

Für das C4H8-Alken (Buten) sind drei Isomere möglich:

Buten-1 und Buten-2 ​​sind Isomere der Position der Funktion (in diesem Fall spielt eine Doppelbindung ihre Rolle).

Raumisomere unterscheiden sich in der räumlichen Anordnung der Substituenten zueinander und werden aufgerufen cis-Isomere, wenn sich die Substituenten auf der gleichen Seite der Doppelbindung befinden, und trans-Isomere, wenn auf gegenüberliegenden Seiten:

3. Struktur einer Doppelbindung

Die Spaltungsenergie eines Moleküls an der C=C-Doppelbindung beträgt 611 kJ/mol; Da die Energie der C-C-σ-Bindung 339 kJ/mol beträgt, beträgt die Energie zum Aufbrechen der π-Bindung nur 611-339 = 272 kJ/mol. π-Elektronen sind viel leichter als σ-Elektronen und anfällig für den Einfluss beispielsweise polarisierender Lösungsmittel oder den Einfluss angreifender Reagenzien. Dies wird durch den Unterschied in der Symmetrie der Verteilung der Elektronenwolke von σ- und π-Elektronen erklärt. Die maximale Überlappung der p-Orbitale und damit die minimale freie Energie des Moleküls wird nur bei einer flachen Struktur des Vinylfragments und bei einem verkürzten C-C-Abstand von 0,134 nm realisiert, d.h. deutlich kleiner als der Abstand zwischen Kohlenstoffatomen, die durch eine Einfachbindung verbunden sind (0,154 nm). Wenn sich die „Hälften“ des Moleküls entlang der Doppelbindungsachse relativ zueinander drehen, nimmt der Grad der Orbitalüberlappung ab, was mit dem Energieverbrauch verbunden ist. Die Folge davon ist das Fehlen einer freien Rotation entlang der Doppelbindungsachse und die Existenz geometrischer Isomere mit entsprechender Substitution an den Kohlenstoffatomen.

1. Oxidation von Alkenen.

1.1 Verbrennung.

Bei überschüssiger Luft oder Sauerstoff verbrennen alle Alkene zu Kohlendioxid und Wasser:

CH 3 – CH = CH 2 + 4,5 O 2 · 3 CO 2 + 3 H 2 O

Die Verbrennung von Alkenen wird in Verbrennungsmotoren nicht genutzt, da diese bei der Lagerung von Benzin verharzen und die Harze die Kraftstoffausrüstung (Einspritzdüse) verstopfen.

Bei Transport und Lagerung in Chemieanlagen sollte die Möglichkeit der Verbrennung von Alkenen berücksichtigt werden.

1.2 Oxidation von Alkenen mit einer berechneten Menge Luftsauerstoff in Gegenwart von Silber.

Epoxidverbindungen werden zur Herstellung von Klebstoffen für verschiedene Zwecke verwendet.

1.3 Oxidation von Alkenen mit einer einprozentigen Lösung von Kaliumpermanganat in Wasser – eine qualitative Reaktion zu Alkenen von E.E. Wagner.

Die Reaktion wurde erstmals von E.E. beschrieben. Wagner im Journal der Russischen Physikalisch-Chemischen Gesellschaft von 1886. Die Oxidation von Alkenen oder anderen ungesättigten Verbindungen erfolgt bei Raumtemperatur und geht mit dem Verschwinden der violetten Farbe des Permanganationen und der Bildung eines braunen Niederschlags von Mangandioxid einher. Unabhängig von der Struktur des Alkens (aber nicht von Alkadien, z Beispiel) sind die Koeffizienten in der Wagner-Reaktion immer gleich (324-322). Nachfolgend finden Sie Beispiele für die Oxidation spezifischer Alkene und zeigen die Halbreaktionen und die Gesamt-ORR in ionischer und molekularer Form:

:

Wie in der Wagner-Reaktion zu sehen ist, handelt es sich bei den organischen Endprodukten um zweiwertige Alkohole. Sie werden auch Glykole genannt. Beispielsweise wird 1,2-Ethandiol als Ethylenglykol bezeichnet.

1.4 Oxidation von Alkenen mit starken Oxidationsmitteln in flüssiger Phase im sauren Milieu.

Abhängig von der Struktur der Alkene werden bei der Oxidation unter diesen Bedingungen verschiedene Produkte erhalten, nämlich CO 2, Carbonsäuren und Ketone. Das Oxidationsschema für Alkene verschiedener Strukturen ist unten dargestellt.

Um die Verwendung dieses Schemas zu veranschaulichen, wird ein Beispiel der Oxidation von 2-Methylpenten mit Kaliumpermanganat in einem Schwefelsäuremedium gegeben. Gemäß dem Oxidationsschema sind die organischen Endprodukte dieses Alkens eine Carbonsäure und ein Keton:

Halbreaktionen für diesen Prozess:

Ein weiteres Beispiel: die Oxidation von 2-Ethylbuten-1 mit Kaliumdichromat in Schwefelsäure. Nach den Regeln des Oxidationsschemas werden in diesem Fall ein Keton und Kohlendioxid erhalten:

Drittes Beispiel: Oxidation cis- 3,4,5-Trimethylhepten-3-Natriumbismutat in verdünnter Salpetersäure. Nach den Regeln des Oxidationsschemas werden in diesem Fall zwei Ketone erhalten:

1.5 Ozonolyse

Bei der Ozonolyse handelt es sich um einen zweistufigen Prozess, bei dem in der ersten Stufe Ozon an ein Alken addiert und ein Ozonid gebildet wird und in der zweiten Stufe dieses Ozonid entweder langsam durch Wasser unter Bildung von Wasserstoffperoxid, Aldehyden und Ketonen zerstört wird, oder durch Zinkstaub schnell unter Bildung von Zinkoxid und den gleichen Aldehyden und Ketonen reduziert.

Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für die Ozonolyse von 3-Methyl- cis-Hepten-3.

Bei der Ozonolyse entstehen zwei verschiedene Ketone:

Formaldehyd (Methanal) kann als eines der Oxidationsprodukte erhalten werden, wenn das terminale Alken in die Reaktion einbezogen wird:

2. Additionsreaktionen an der Doppelbindung von Alkenen.

An die Doppelbindung von Alkenen können sowohl unpolare als auch polare Moleküle addiert werden.

Unpolar: H 2, Cl 2, Br 2, J 2. Fluor F2 addiert sich nicht zu Alkenen, sondern verbrennt sie zu CF4 und HF:

CH 3 – CH = CH – CH 3 + 12 F 2 → 4 CF 4 + 8 HF

2.1 Zugabe von Wasserstoff.

Die Zugabe erfolgt nur in Gegenwart eines Katalysators. Am häufigsten werden in der Industrie Palladium oder Platin verwendet, die durch Kalzinierung leicht regeneriert werden können. Nickel wird praktisch nicht verwendet, da es unter herkömmlichen Kalzinierungsbedingungen zu einem Oxid wird, dessen Reduktion wirtschaftlich nicht rentabel ist.

CH 3 – CH = CH 2 + H 2 CH 3 – CH 2 – CH 3

2.2 Zugabe von Chlor.

Geht zu zwei Atomen an einer Doppelbindung. Es werden Dichlor-Derivate von Alkanen erhalten. Die Reaktion kann entweder in einer wässrigen Lösung bei Raumtemperatur oder niedrigeren Temperaturen oder in organischen Lösungsmitteln, beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff CCl 4 oder Dichlorethan C 2 H 4 Cl 2, ablaufen:

2.3 Zugabe von Brom.

Dies geschieht in ähnlicher Weise sowohl mit Bromwasser bei Temperaturen bis 0 0 C als auch in den gleichen organischen Lösungsmitteln. Im letzteren Fall kann die Reaktion bei Temperaturen bis – 25 0 C, also in der Kälte, ablaufen.

Die Reaktion mit Brom ist ein qualitativer Test für das Vorhandensein von Alkenen in gasförmigen und flüssigen Gemischen, da sie mit der Verfärbung orangefarbener Bromlösungen einhergeht:

2.4 Reaktion mit Jod.

Die Reaktion wird häufig zur Bestimmung der Gesamtungesättigtheit von Fetten verwendet, bei denen es sich um Derivate ungesättigter Fettsäuren handelt, die Doppelbindungen enthalten, wie z. B. bei Alkenen:

Die Jodmasse in Gramm, die zur vollständigen Jodierung von 100 g Fett benötigt wird, wird als Jodzahl bezeichnet. Je höher er ist, desto wohltuender ist das Fett für den Menschen, da der Körper Hormone nur aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren synthetisiert. Beispiele für Jodzahlen: Palmöl – 12, Lammfett – 35, Olivenöl – 80, Sojaöl – 150, Heringsöl – 200, Robbenöl – 280

2.5 Reaktionen mit polaren Molekülen.

Zu den polaren Molekülen vom Typ H-A gehören: H-F, H-Cl, H-Br, H-J, H-OH,

H-O-R (Alkohole) und Carbonsäuren –

Die Addition von Chlorwasserstoff und anderen polaren Molekülen erfolgt entsprechend, das heißt, ein Wasserstoffatom eines polaren Moleküls bindet bevorzugt an ein stärker hydriertes Kohlenstoffatom an einer Doppelbindung und der A-Rest an ein anderes Atom an einer Doppelbindung.

Daher ist die Reaktion wenig selektiv.

Mit zunehmendem Hydrierungsunterschied nimmt die Selektivität der Reaktion zu. Tatsächlich beträgt der Unterschied in der Hydrierung der Atome 1 und 2 in Propen ein Wasserstoffatom, und 85 % des Chlors gehen an das weniger hydrierte Kohlenstoffatom, während in

In 2-Methylpropen beträgt der Hydrierungsunterschied zwischen den Atomen 1 und 2 bereits zwei Wasserstoffatome und mehr als 98 % des Chlors gehen an Atom 2:

Die Zugabe von HF, HBr, HJ erfolgt analog:

Andernfalls wird HBr (und nur HBr, nicht HCl, HF und HI) in Gegenwart von Wasserstoffperoxid H 2 O 2 zugesetzt:

Diese Reaktion wird nach Karas als Addition von HBr bezeichnet. Dabei verändert sich die Selektivität im Vergleich zur Zugabe von HBr in Abwesenheit von Wasserstoffperoxid (nach der Markownikow-Regel) praktisch ins Gegenteil.

Sehr interessant ist die Reaktion von Alkenen mit Chlor bei 500 °C. Unter diesen Bedingungen ist die Reaktion der Addition von Chlor an die Doppelbindung reversibel, außerdem verschiebt sich das Gleichgewicht darin stark in Richtung der Ausgangsstoffe. Im Gegenteil, eine viel langsamere, aber irreversible Reaktion der radikalischen Substitution an der Allylposition, also neben der Doppelbindung, geht zu Ende:

Diese Reaktion ist von großer praktischer Bedeutung. Eine der Stufen der großtechnischen Synthese von Glycerin ist beispielsweise die Chlorierung von Propen zu

3-Chlorpropen-1.

Wenn Wasser in Gegenwart katalytischer Mengen Schwefel- oder Phosphorsäure an Alkene addiert wird, entstehen Alkohole. Die Verbindung erfolgt nach der Markownikow-Regel:

Durch Addition von Alkoholen an Alkene werden Ether erhalten:

Diese isomeren Ether können sowohl als Alkane mit Alkoxysubstituenten als auch als Ether bezeichnet werden. Im ersten Fall wird die längste Kette von Kohlenstoffatomen auf der Seite ausgewählt und nummeriert, die dem Alkoxysubstituenten am nächsten liegt. Zum Beispiel für die Ausstrahlung ICH Kette nummeriert mit Zahlen in Klammern. Und auch der entsprechende Name steht in Klammern. Für Isomer II, im Gegenteil, die Zahlen in Klammern nummerieren die Kette ausgehend vom Kohlenstoffatom, das an das Sauerstoffatom gebunden ist. Der Name wird in diesem Fall wie folgt gebildet: Zuerst wird der einfachere Rest benannt, der mit dem Sauerstoffatom verbunden ist, dann der komplexere und schließlich wird der „Äther“ hinzugefügt.

Bei der Addition von Carbonsäuren an Alkene entstehen Ester:

Die Namen von Estern werden wie folgt gebildet: Zunächst wird der mit Sauerstoff verbundene Kohlenwasserstoffrest benannt. In diesem Fall wird Atom Nummer 1 als das mit Sauerstoff in Kontakt stehende Kohlenstoffatom angenommen. Von diesem Atom aus wird die längste existierende Kette nummeriert. Atomgruppen, die nicht zur Hauptkette gehören, gelten als Substituenten und werden nach den üblichen Regeln aufgeführt. Dann wird der „Ester dieser und jener Säure“ hinzugefügt.