Οι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες περιλαμβάνουν υδρογονάνθρακες που περιέχουν πολλαπλούς δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα σε μόρια. Απεριόριστες είναι αλκένια, αλκίνια, αλκαδιένια (πολυένια). Οι κυκλικοί υδρογονάνθρακες που περιέχουν διπλό δεσμό στον κύκλο έχουν επίσης ακόρεστο χαρακτήρα ( κυκλοαλκένια), καθώς και κυκλοαλκάνια με μικρό αριθμό ατόμων άνθρακα στον κύκλο (τρία ή τέσσερα άτομα). Η ιδιότητα του «ακόρεστου» σχετίζεται με την ικανότητα αυτών των ουσιών να εισέρχονται σε αντιδράσεις προσθήκης, κυρίως του υδρογόνου, με το σχηματισμό κορεσμένων ή κορεσμένων υδρογονανθράκων - αλκανίων.
Η δομή των αλκενίων
Ακυκλικοί υδρογονάνθρακες που περιέχουν στο μόριο, εκτός από απλούς δεσμούς, έναν διπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα και που αντιστοιχεί στον γενικό τύπο СnН2n. Το δεύτερο όνομά του ολεφίνες- τα αλκένια ελήφθησαν κατ' αναλογία με ακόρεστα λιπαρά οξέα (ελαϊκό, λινολεϊκό), τα υπολείμματα των οποίων αποτελούν μέρος υγρών λιπών - ελαίων.
Τα άτομα άνθρακα μεταξύ των οποίων υπάρχει διπλός δεσμός βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp 2. Αυτό σημαίνει ότι ένα s- και δύο p-τροχιακά συμμετέχουν στον υβριδισμό, ενώ ένα p-τροχιακό παραμένει μη υβριδοποιημένο. Η επικάλυψη των υβριδικών τροχιακών οδηγεί στο σχηματισμό ενός σ-δεσμού και λόγω μη υβριδοποιημένων ρ-τροχιακών
γειτονικά άτομα άνθρακα, σχηματίζεται ένας δεύτερος, π-δεσμός. Έτσι, ένας διπλός δεσμός αποτελείται από έναν σ- και έναν π-δεσμό. Τα υβριδικά τροχιακά των ατόμων που σχηματίζουν διπλό δεσμό βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και τα τροχιακά που σχηματίζουν δεσμό π βρίσκονται κάθετα στο επίπεδο του μορίου. Ένας διπλός δεσμός (0,132 im) είναι βραχύτερος από έναν απλό δεσμό και η ενέργειά του είναι μεγαλύτερη, αφού είναι πιο ανθεκτικός. Ωστόσο, η παρουσία ενός κινητού, εύκολα πολωμένου π-δεσμού οδηγεί στο γεγονός ότι τα αλκένια είναι χημικά πιο δραστικά από τα αλκάνια και μπορούν να εισέλθουν σε αντιδράσεις προσθήκης.
Η δομή του αιθυλενίου
Σχηματισμός διπλού δεσμού σε αλκένια
Ομόλογη σειρά αιθενίου
Τα μη διακλαδισμένα αλκένια σχηματίζουν την ομόλογη σειρά του αιθενίου ( αιθυλένιο): C 2 H 4 - αιθένιο, C 3 H 6 - προπένιο, C 4 H 8 - βουτένιο, C 5 H 10 - πεντένιο, C 6 H 12 - εξένιο, C 7 H 14 - επτένιο, κ.λπ.
Ισομέρεια αλκενίων
Τα αλκένια χαρακτηρίζονται από δομική ισομέρεια. Τα δομικά ισομερή διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη δομή του σκελετού άνθρακα. Το απλούστερο αλκένιο, το οποίο χαρακτηρίζεται από δομικά ισομερή, είναι το βουτένιο:
Ένας ειδικός τύπος δομικής ισομέρειας είναι η ισομέρεια θέσης διπλού δεσμού:
Τα αλκένια είναι ισομερή ως προς τα κυκλοαλκάνια (interclass ισομέρεια), για παράδειγμα:
Η σχεδόν ελεύθερη περιστροφή των ατόμων άνθρακα είναι δυνατή γύρω από έναν μόνο δεσμό άνθρακα-άνθρακα, έτσι τα μόρια των αλκανίων μπορούν να λάβουν μια μεγάλη ποικιλία σχημάτων. Η περιστροφή γύρω από τον διπλό δεσμό είναι αδύνατη, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση ενός άλλου τύπου ισομερισμού στα αλκένια - γεωμετρικά ή cis και transισομερισμός.
Cis ισομερήδιαφέρω από trans ισομερήη χωρική διάταξη των θραυσμάτων του μορίου (στην περίπτωση αυτή, οι ομάδες μεθυλίου) σε σχέση με το επίπεδο του δεσμού π και, κατά συνέπεια, οι ιδιότητες.
Ονοματολογία αλκενίων
1. Επιλογή του κύριου κυκλώματος.Ο σχηματισμός του ονόματος ενός υδρογονάνθρακα ξεκινά με τον ορισμό της κύριας αλυσίδας - της μεγαλύτερης αλυσίδας ατόμων άνθρακα σε ένα μόριο. Στην περίπτωση των αλκενίων, η κύρια αλυσίδα πρέπει να περιέχει διπλό δεσμό.
2. Αρίθμηση ατόμων της κύριας αλυσίδας.Η αρίθμηση των ατόμων της κύριας αλυσίδας ξεκινά από το άκρο στο οποίο είναι πλησιέστερος ο διπλός δεσμός.
Για παράδειγμα, το σωστό όνομα σύνδεσης είναι:
Εάν η θέση του διπλού δεσμού δεν μπορεί να καθορίσει την αρχή της αρίθμησης των ατόμων στην αλυσίδα, τότε καθορίζει τη θέση των υποκαταστατών με τον ίδιο τρόπο όπως για τους κορεσμένους υδρογονάνθρακες.
3. Σχηματισμός ονόματος.Στο τέλος του ονόματος αναφέρετε τον αριθμό του ατόμου άνθρακα από το οποίο αρχίζει ο διπλός δεσμός και το επίθημα -en, που δηλώνει ότι η ένωση ανήκει στην κατηγορία των αλκενίων. Για παράδειγμα:
Φυσικές ιδιότητες αλκενίων
Οι τρεις πρώτοι εκπρόσωποι της ομόλογης σειράς αλκενίων είναι αέρια. ουσίες της σύνθεσης C5H10 - C16H32 - υγρά. Τα ανώτερα αλκένια είναι στερεά.
Τα σημεία βρασμού και τήξης αυξάνονται φυσικά με την αύξηση του μοριακού βάρους των ενώσεων.
Χημικές ιδιότητες αλκενίων
Αντιδράσεις προσθήκης. Θυμηθείτε ότι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των εκπροσώπων των ακόρεστων υδρογονανθράκων - αλκενίων είναι η ικανότητα να εισέρχονται σε αντιδράσεις προσθήκης. Οι περισσότερες από αυτές τις αντιδράσεις προχωρούν από τον μηχανισμό ηλεκτρόφιλη προσθήκη.
1. Υδρογόνωση αλκενίων.Τα αλκένια μπορούν να προσθέσουν υδρογόνο παρουσία καταλυτών υδρογόνωσης, μετάλλων - πλατίνα, παλλάδιο, νικέλιο:
Αυτή η αντίδραση προχωρά σε ατμοσφαιρική και υψηλή πίεση και δεν απαιτεί υψηλή θερμοκρασία, αφού είναι εξώθερμη. Με αύξηση της θερμοκρασίας στους ίδιους καταλύτες, μπορεί να συμβεί η αντίστροφη αντίδραση, η αφυδρογόνωση.
2. Αλογόνωση (προσθήκη αλογόνων). Η αλληλεπίδραση ενός αλκενίου με βρωμιούχο νερό ή διάλυμα βρωμίου σε οργανικό διαλύτη (CC14) οδηγεί σε γρήγορο αποχρωματισμό αυτών των διαλυμάτων ως αποτέλεσμα της προσθήκης ενός μορίου αλογόνου στο αλκένιο και του σχηματισμού διαλογονοαλκανίων.
3. Υδροαλογόνωση (προσθήκη υδραλογόνου).
Αυτή η αντίδραση υπόκειται σε
Όταν ένα υδραλογόνο προστίθεται σε ένα αλκένιο, το υδρογόνο συνδέεται με ένα περισσότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα, δηλαδή ένα άτομο στο οποίο υπάρχουν περισσότερα άτομα υδρογόνου, και ένα αλογόνο σε ένα λιγότερο υδρογονωμένο.
4. Ενυδάτωση (προσθήκη νερού).Η ενυδάτωση των αλκενίων οδηγεί στο σχηματισμό αλκοολών. Για παράδειγμα, η προσθήκη νερού σε αιθένιο αποτελεί τη βάση μιας από τις βιομηχανικές μεθόδους για την παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης.
Σημειώστε ότι μια πρωτοταγής αλκοόλη (με μια υδροξοομάδα στον πρωτογενή άνθρακα) σχηματίζεται μόνο όταν το αιθένιο ενυδατώνεται. Όταν το προπένιο ή άλλα αλκένια ενυδατώνονται, δευτεροταγείς αλκοόλες.
Αυτή η αντίδραση προχωρά επίσης σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov - το κατιόν υδρογόνου προστίθεται στο πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα και η υδροξο ομάδα στο λιγότερο υδρογονωμένο.
5. Πολυμερισμός.Μια ειδική περίπτωση προσθήκης είναι η αντίδραση πολυμερισμού αλκενίων:
Αυτή η αντίδραση προσθήκης προχωρά με μηχανισμό ελεύθερων ριζών.
Αντιδράσεις οξείδωσης.
1. Καύση.Όπως κάθε οργανική ένωση, τα αλκένια καίγονται σε οξυγόνο για να σχηματίσουν CO2 και H2O:
2. Οξείδωση σε διαλύματα.Σε αντίθεση με τα αλκάνια, τα αλκένια οξειδώνονται εύκολα από τη δράση των διαλυμάτων υπερμαγγανικού καλίου. Σε ουδέτερα ή αλκαλικά διαλύματα, τα αλκένια οξειδώνονται σε διόλες (διυδρικές αλκοόλες) και οι ομάδες υδροξυλίου συνδέονται με εκείνα τα άτομα μεταξύ των οποίων υπήρχε διπλός δεσμός πριν από την οξείδωση:
Αυτά που περιέχουν δεσμό pi είναι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες. Είναι παράγωγα αλκανίων, στα μόρια των οποίων έχουν διαχωριστεί δύο άτομα υδρογόνου. Τα ελεύθερα σθένη που προκύπτουν σχηματίζουν έναν νέο τύπο δεσμού, ο οποίος βρίσκεται κάθετα στο επίπεδο του μορίου. Έτσι προκύπτει μια νέα ομάδα ενώσεων - τα αλκένια. Θα εξετάσουμε τις φυσικές ιδιότητες, την παρασκευή και τη χρήση ουσιών αυτής της κατηγορίας στην καθημερινή ζωή και τη βιομηχανία σε αυτό το άρθρο.
Ομόλογη σειρά αιθυλενίου
Ο γενικός τύπος για όλες τις ενώσεις που ονομάζονται αλκένια, αντικατοπτρίζοντας την ποιοτική και ποσοτική τους σύνθεση, είναι C n H 2 n. Οι ονομασίες των υδρογονανθράκων σύμφωνα με τη συστηματική ονοματολογία είναι οι εξής: στον όρο του αντίστοιχου αλκανίου, το επίθημα αλλάζει από -αν σε -ένιο, για παράδειγμα: αιθάνιο - αιθένιο, προπάνιο - προπένιο κ.λπ. Σε ορισμένες πηγές, μπορείτε βρείτε ένα άλλο όνομα για ενώσεις αυτής της κατηγορίας - ολεφίνες. Στη συνέχεια, θα μελετήσουμε τη διαδικασία σχηματισμού διπλού δεσμού και τις φυσικές ιδιότητες των αλκενίων και επίσης θα προσδιορίσουμε την εξάρτησή τους από τη δομή του μορίου.
Πώς σχηματίζεται ένας διπλός δεσμός;
Η ηλεκτρονική φύση του δεσμού pi χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του αιθυλενίου μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής: τα άτομα άνθρακα στο μόριό του έχουν τη μορφή υβριδισμού sp 2. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας δεσμός σίγμα. Δύο ακόμη υβριδικά τροχιακά, το καθένα από άτομα άνθρακα, σχηματίζουν απλούς δεσμούς σίγμα με άτομα υδρογόνου. Τα δύο εναπομείναντα ελεύθερα υβριδικά νέφη ατόμων άνθρακα επικαλύπτονται πάνω και κάτω από το επίπεδο του μορίου - σχηματίζεται ένας δεσμός pi. Είναι αυτή που καθορίζει τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των αλκενίων, οι οποίες θα συζητηθούν αργότερα.
Χωρική ισομέρεια
Οι ενώσεις που έχουν την ίδια ποσοτική και ποιοτική σύνθεση μορίων, αλλά διαφορετική χωρική δομή, ονομάζονται ισομερή. Ο ισομερισμός εμφανίζεται σε μια ομάδα ουσιών που ονομάζονται οργανικές. Ο χαρακτηρισμός των ολεφινών επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το φαινόμενο του οπτικού ισομερισμού. Εκφράζεται στο γεγονός ότι ομόλογα αιθυλενίου που περιέχουν διαφορετικές ρίζες ή υποκαταστάτες σε καθένα από τα δύο άτομα άνθρακα στον διπλό δεσμό μπορούν να εμφανιστούν με τη μορφή δύο οπτικών ισομερών. Διαφέρουν μεταξύ τους από τη θέση των υποκαταστατών στο χώρο σε σχέση με το επίπεδο του διπλού δεσμού. Οι φυσικές ιδιότητες των αλκενίων σε αυτή την περίπτωση θα είναι επίσης διαφορετικές. Για παράδειγμα, αυτό ισχύει για τα σημεία βρασμού και τήξης των ουσιών. Έτσι, οι ολεφίνες ευθείας αλυσίδας έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού από τις ισομερείς ενώσεις. Επίσης, τα σημεία βρασμού των cis ισομερών των αλκενίων είναι υψηλότερα από εκείνα των ισομερών trans. Όσον αφορά τις θερμοκρασίες τήξης, η εικόνα είναι αντίθετη.
Συγκριτικά χαρακτηριστικά των φυσικών ιδιοτήτων του αιθυλενίου και των ομολόγων του
Οι τρεις πρώτοι εκπρόσωποι των ολεφινών είναι αέριες ενώσεις, στη συνέχεια, ξεκινώντας από το πεντένιο C 5 H 10 και μέχρι το αλκένιο με τον τύπο C 17 H 34, είναι υγρά και μετά υπάρχουν στερεά. Τα ομόλογα αιθενίου δείχνουν την εξής τάση: τα σημεία βρασμού των ενώσεων μειώνονται. Για παράδειγμα, για το αιθυλένιο αυτός ο δείκτης είναι -169,1°C και για το προπυλένιο -187,6°C. Αλλά τα σημεία βρασμού αυξάνονται με την αύξηση του μοριακού βάρους. Άρα, για το αιθυλένιο είναι -103,7°C και για το προπένιο -47,7°C. Συνοψίζοντας όσα ειπώθηκαν, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι φυσικές ιδιότητες των αλκενίων εξαρτώνται από το μοριακό τους βάρος. Με την αύξησή του, η αθροιστική κατάσταση των ενώσεων αλλάζει προς την κατεύθυνση: αέριο - υγρό - στερεό και μειώνεται επίσης το σημείο τήξης και αυξάνονται τα σημεία βρασμού.
Χαρακτηριστικά του αιθενίου
Ο πρώτος εκπρόσωπος της ομόλογης σειράς αλκενίων είναι το αιθυλένιο. Είναι ένα άχρωμο αέριο, ελαφρώς διαλυτό στο νερό, αλλά εξαιρετικά διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες. Μοριακό βάρος - 28, το αιθένιο είναι ελαφρώς ελαφρύτερο από τον αέρα, έχει μια λεπτή γλυκιά μυρωδιά. Αντιδρά εύκολα με αλογόνα, υδρογόνο και υδραλογονίδια. Οι φυσικές ιδιότητες των αλκενίων και των παραφινών, ωστόσο, είναι αρκετά κοντινές. Για παράδειγμα, η κατάσταση συσσωμάτωσης, η ικανότητα του μεθανίου και του αιθυλενίου να υφίστανται σοβαρή οξείδωση κ.λπ. Πώς μπορούν να διακριθούν τα αλκένια; Πώς να αποκαλύψετε τον ακόρεστο χαρακτήρα μιας ολεφίνης; Για αυτό υπάρχουν ποιοτικές αντιδράσεις, στις οποίες θα σταθούμε αναλυτικότερα. Θυμηθείτε τι χαρακτηριστικό στη δομή του μορίου έχουν τα αλκένια. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες αυτών των ουσιών καθορίζονται από την παρουσία διπλού δεσμού στη σύνθεσή τους. Για να αποδειχθεί η παρουσία του, ο αέριος υδρογονάνθρακας διέρχεται από ένα πορφυρό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου ή βρωμιούχου νερού. Εάν αποχρωματιστούν, τότε η ένωση περιέχει δεσμούς pi στη σύνθεση των μορίων. Το αιθυλένιο εισέρχεται σε μια αντίδραση οξείδωσης και αποχρωματίζει διαλύματα KMnO 4 και Br 2 .
Μηχανισμός αντιδράσεων προσθήκης
Το σπάσιμο του διπλού δεσμού τελειώνει με την προσθήκη ατόμων άλλων χημικών στοιχείων στα ελεύθερα σθένη του άνθρακα. Για παράδειγμα, η αντίδραση του αιθυλενίου με το υδρογόνο, που ονομάζεται υδρογόνωση, παράγει αιθάνιο. Χρειάζεται ένας καταλύτης, όπως νικέλιο σε σκόνη, παλλάδιο ή πλατίνα. Η αντίδραση με HCl τελειώνει με το σχηματισμό χλωροαιθανίου. Τα αλκένια που περιέχουν περισσότερα από δύο άτομα άνθρακα στα μόριά τους υφίστανται την αντίδραση προσθήκης υδραλογονιδίων, λαμβάνοντας υπόψη τον κανόνα του V. Markovnikov.
Πώς αλληλεπιδρούν τα ομόλογα αιθενίου με υδραλογονίδια
Αν βρεθούμε αντιμέτωποι με την εργασία «Χαρακτηρισμός των φυσικών ιδιοτήτων των αλκενίων και η παρασκευή τους», πρέπει να εξετάσουμε τον κανόνα του V. Markovnikov με περισσότερες λεπτομέρειες. Έχει αποδειχθεί στην πράξη ότι τα ομόλογα αιθυλενίου αντιδρούν με υδροχλώριο και άλλες ενώσεις στο σημείο της ρήξης του διπλού δεσμού, υπακούοντας σε ένα συγκεκριμένο πρότυπο. Συνίσταται στο γεγονός ότι το άτομο υδρογόνου συνδέεται με το πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα και το ιόν χλωρίου, βρωμίου ή ιωδίου συνδέεται με το άτομο άνθρακα που περιέχει τον μικρότερο αριθμό ατόμων υδρογόνου. Αυτό το χαρακτηριστικό της πορείας των αντιδράσεων προσθήκης ονομάζεται κανόνας του V. Markovnikov.
Ενυδάτωση και πολυμερισμός
Ας συνεχίσουμε να εξετάζουμε τις φυσικές ιδιότητες και την εφαρμογή των αλκενίων χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του πρώτου αντιπροσώπου της ομόλογης σειράς - αιθενίου. Η αντίδρασή του με το νερό χρησιμοποιείται στη βιομηχανία οργανικής σύνθεσης και έχει μεγάλη πρακτική σημασία. Η διαδικασία πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά τον 19ο αιώνα από τον A.M. Μπουτλέροφ. Η αντίδραση απαιτεί να πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις. Αυτό είναι, πρώτα απ 'όλα, η χρήση συμπυκνωμένου θειικού οξέος ή ελαίου ως καταλύτη και διαλύτη για το αιθένιο, πίεση περίπου 10 atm και θερμοκρασία εντός 70 °. Η διαδικασία ενυδάτωσης γίνεται σε δύο φάσεις. Αρχικά, μόρια θειικού προστίθενται στο αιθένιο στο σημείο ρήξης του δεσμού pi και σχηματίζεται αιθυλοθειικό οξύ. Στη συνέχεια, η προκύπτουσα ουσία αντιδρά με νερό, λαμβάνεται αιθυλική αλκοόλη. Η αιθανόλη είναι ένα σημαντικό προϊόν που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων για την παραγωγή πλαστικών, συνθετικών καουτσούκ, βερνικιών και άλλων οργανικών χημικών ουσιών.
Πολυμερή με βάση την ολεφίνη
Συνεχίζοντας τη μελέτη του θέματος της χρήσης ουσιών που ανήκουν στην κατηγορία των αλκενίων, θα μελετήσουμε τη διαδικασία πολυμερισμού τους, στην οποία μπορούν να συμμετέχουν ενώσεις που περιέχουν ακόρεστους χημικούς δεσμούς στη σύνθεση των μορίων τους. Είναι γνωστοί διάφοροι τύποι αντιδράσεων πολυμερισμού, σύμφωνα με τις οποίες σχηματίζονται προϊόντα υψηλού μοριακού βάρους - πολυμερή, για παράδειγμα, όπως πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο κ.λπ. Ο μηχανισμός ελεύθερων ριζών οδηγεί στην παραγωγή πολυαιθυλενίου υψηλής πίεσης. Είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες ενώσεις στη βιομηχανία. Ο κατιονικός-ιονικός τύπος παρέχει ένα πολυμερές με στερεοκανονική δομή, όπως το πολυστυρόλιο. Θεωρείται ένα από τα ασφαλέστερα και πιο βολικά πολυμερή στη χρήση. Τα προϊόντα από πολυστυρένιο είναι ανθεκτικά σε επιθετικές ουσίες: οξέα και αλκάλια, μη εύφλεκτα, εύκολα βαμμένα. Ένας άλλος τύπος μηχανισμού πολυμερισμού είναι ο διμερισμός, ο οποίος οδηγεί στην παραγωγή ισοβουτενίου, το οποίο χρησιμοποιείται ως αντικρουστικό πρόσθετο για τη βενζίνη.
Πώς να πάρει
Τα αλκένια, τις φυσικές ιδιότητες των οποίων μελετάμε, λαμβάνονται στο εργαστήριο και στη βιομηχανία με διάφορες μεθόδους. Σε πειράματα στο σχολικό μάθημα της οργανικής χημείας, η διαδικασία αφυδάτωσης της αιθυλικής αλκοόλης χρησιμοποιείται με τη βοήθεια παραγόντων αφαίρεσης νερού, όπως το πεντοξείδιο του φωσφόρου ή το θειικό οξύ. Η αντίδραση πραγματοποιείται όταν θερμαίνεται και είναι το αντίστροφο της διαδικασίας λήψης αιθανόλης. Μια άλλη κοινή μέθοδος για τη λήψη αλκενίων έχει βρει την εφαρμογή της στη βιομηχανία, συγκεκριμένα: θέρμανση παραγώγων αλογόνου κορεσμένων υδρογονανθράκων, όπως το χλωροπροπάνιο με συμπυκνωμένα αλκοολικά διαλύματα αλκαλίων - υδροξειδίου του νατρίου ή του καλίου. Στην αντίδραση, ένα μόριο υδροχλωρίου διασπάται, σχηματίζεται διπλός δεσμός στο σημείο όπου εμφανίζονται ελεύθερα σθένη ατόμων άνθρακα. Το τελικό προϊόν της χημικής διαδικασίας θα είναι μια ολεφίνη - προπένιο. Συνεχίζοντας να εξετάζουμε τις φυσικές ιδιότητες των αλκενίων, ας σταθούμε στην κύρια διαδικασία για τη λήψη ολεφινών - πυρόλυση.
Βιομηχανική παραγωγή ακόρεστων υδρογονανθράκων της σειράς αιθυλενίου
Οι φτηνές πρώτες ύλες - αέρια που σχηματίζονται κατά τη διαδικασία πυρόλυσης του πετρελαίου, χρησιμεύουν ως πηγή ολεφινών στη χημική βιομηχανία. Για αυτό, χρησιμοποιείται ένα τεχνολογικό σχήμα πυρόλυσης - η διάσπαση ενός μείγματος αερίων, που συνοδεύεται από τη διάσπαση των δεσμών άνθρακα και το σχηματισμό αιθυλενίου, προπενίου και άλλων αλκενίων. Η πυρόλυση πραγματοποιείται σε ειδικούς κλιβάνους, που αποτελούνται από μεμονωμένα πυρο-πηνία. Δημιουργούν θερμοκρασία της τάξης των 750-1150°C και υπάρχουν υδρατμοί ως αραιωτικό. Οι αντιδράσεις προχωρούν με έναν αλυσιδωτό μηχανισμό που προχωρά με το σχηματισμό ενδιάμεσων ριζών. Το τελικό προϊόν είναι αιθυλένιο ή προπένιο και παράγονται σε μεγάλους όγκους.
Μελετήσαμε λεπτομερώς τις φυσικές ιδιότητες, καθώς και την εφαρμογή και τις μεθόδους λήψης αλκενίων.
Το απλούστερο αλκένιο είναι το αιθένιο C 2 H 4. Σύμφωνα με την ονοματολογία IUPAC, τα ονόματα των αλκενίων σχηματίζονται από τα ονόματα των αντίστοιχων αλκανίων αντικαθιστώντας το επίθημα "-an" με "-ene". η θέση του διπλού δεσμού υποδεικνύεται με έναν αραβικό αριθμό.
Χωρική δομή αιθυλενίου
Με το όνομα του πρώτου εκπροσώπου αυτής της σειράς - αιθυλένιο - τέτοιοι υδρογονάνθρακες ονομάζονται αιθυλένιο.
Ονοματολογία και ισομέρεια
Ονοματολογία
Τα αλκένια απλής δομής ονομάζονται συχνά αντικαθιστώντας το επίθημα -an στα αλκάνια με -υλένιο: αιθάνιο - αιθυλένιο, προπάνιο - προπυλένιο κ.λπ.
Σύμφωνα με τη συστηματική ονοματολογία, οι ονομασίες των υδρογονανθράκων αιθυλενίου παράγονται με την αντικατάσταση του επιθέματος -an στα αντίστοιχα αλκάνια με το επίθημα -ene (αλκάνιο - αλκένιο, αιθάνιο - αιθένιο, προπάνιο - προπένιο κ.λπ.). Η επιλογή της κύριας αλυσίδας και η σειρά του ονόματος είναι η ίδια όπως και για τα αλκάνια. Ωστόσο, η αλυσίδα πρέπει απαραίτητα να περιλαμβάνει διπλό δεσμό. Η αρίθμηση της αλυσίδας ξεκινά από το άκρο στο οποίο αυτή η σύνδεση είναι πιο κοντά. Για παράδειγμα:
Μερικές φορές χρησιμοποιούνται και λογικά ονόματα. Στην περίπτωση αυτή, όλοι οι αλκενικοί υδρογονάνθρακες θεωρούνται ως υποκατεστημένο αιθυλένιο:
Οι ακόρεστες (αλκενικές) ρίζες ονομάζονται ασήμαντα ονόματα ή σύμφωνα με τη συστηματική ονοματολογία:
H 2 C \u003d CH - - βινύλιο (αιθενύλιο)
H 2 C \u003d CH - CH 2 - - αλλύλιο (προπενυλ-2)
ισομερισμός
Τα αλκένια χαρακτηρίζονται από δύο τύπους δομικής ισομέρειας. Εκτός από την ισομέρεια που σχετίζεται με τη δομή του ανθρακικού σκελετού (όπως στα αλκάνια), υπάρχει μια ισομέρεια που εξαρτάται από τη θέση του διπλού δεσμού στην αλυσίδα. Αυτό οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των ισομερών στη σειρά αλκενίων.
Τα δύο πρώτα μέλη της ομόλογης σειράς αλκενίων - (αιθυλένιο και προπυλένιο) - δεν έχουν ισομερή και η δομή τους μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
H 2 C \u003d CH 2 αιθυλένιο (αιθένιο)
H 2 C \u003d CH - CH 3 προπυλένιο (προπένιο)
Ισομέρεια πολλαπλών θέσεων δεσμού
H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 βουτένιο-1
H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 βουτένιο-2
Γεωμετρική ισομέρεια - cis-, trans-ισομέρεια.
Αυτός ο ισομερισμός είναι χαρακτηριστικός των ενώσεων με διπλό δεσμό.
Εάν ένας απλός δεσμός σ επιτρέπει την ελεύθερη περιστροφή μεμονωμένων κρίκων της ανθρακικής αλυσίδας γύρω από τον άξονά της, τότε αυτή η περιστροφή δεν συμβαίνει γύρω από έναν διπλό δεσμό. Αυτός είναι ο λόγος για την εμφάνιση των γεωμετρικών ( cis-, trans-) ισομερή.
Ο γεωμετρικός ισομερισμός είναι ένας από τους τύπους χωρικής ισομέρειας.
Τα ισομερή στα οποία οι ίδιοι υποκαταστάτες (σε διαφορετικά άτομα άνθρακα) βρίσκονται στη μία πλευρά του διπλού δεσμού ονομάζονται cis-ισομερή και με διαφορετικούς τρόπους - trans-ισομερή:
cis-και έκσταση-Τα ισομερή διαφέρουν όχι μόνο στη χωρική δομή, αλλά και σε πολλές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Εκσταση-τα ισομερή είναι πιο σταθερά από cis-ισομερή.
Λήψη αλκενίων
Τα αλκένια είναι σπάνια στη φύση. Συνήθως, τα αέρια αλκένια (αιθυλένιο, προπυλένιο, βουτυλένια) απομονώνονται από αέρια διυλιστηρίου (κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης) ή συναφή αέρια, καθώς και από αέρια οπτανθρακοποίησης άνθρακα.
Στη βιομηχανία, τα αλκένια λαμβάνονται με αφυδρογόνωση αλκανίων παρουσία καταλύτη (Cr 2 O 3).
Αφυδρογόνωση αλκανίων
H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (βουτένιο-1)
H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + H 2 (βουτένιο-2)
Από τις εργαστηριακές μεθόδους λήψης, μπορούν να σημειωθούν τα ακόλουθα:
1. Διάσπαση υδραλογόνου από αλογονωμένα αλκύλια υπό την επίδραση αλκοολικού διαλύματος αλκαλίου σε αυτά:
2. Υδρογόνωση ακετυλενίου παρουσία καταλύτη (Pd):
H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2
3. Αφυδάτωση αλκοολών (διάσπαση νερού).
Ως καταλύτης χρησιμοποιούνται οξέα (θειικό ή φωσφορικό) ή Al 2 O 3:
Σε τέτοιες αντιδράσεις, το υδρογόνο διαχωρίζεται από το λιγότερο υδρογονωμένο (με τον μικρότερο αριθμό ατόμων υδρογόνου) άτομο άνθρακα (κανόνας του A.M. Zaitsev):
Φυσικές ιδιότητες
Οι φυσικές ιδιότητες ορισμένων αλκενίων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Οι τρεις πρώτοι εκπρόσωποι της ομόλογης σειράς αλκενίων (αιθυλένιο, προπυλένιο και βουτυλένιο) είναι αέρια, ξεκινώντας από το C 5 H 10 (αμυλένιο ή πεντένιο-1) είναι υγρά και με το C 18 H 36 είναι στερεά. Καθώς το μοριακό βάρος αυξάνεται, τα σημεία τήξης και βρασμού αυξάνονται. Τα κανονικά αλκένια βράζουν σε υψηλότερη θερμοκρασία από τα ισομερή τους. Σημεία βρασμού cis-ισομερή υψηλότερα από έκσταση-ισομερή και σημεία τήξης - αντίστροφα.
Τα αλκένια είναι ελάχιστα διαλυτά στο νερό (ωστόσο, καλύτερα από τα αντίστοιχα αλκάνια), αλλά καλά - σε οργανικούς διαλύτες. Το αιθυλένιο και το προπυλένιο καίγονται με καπνιστή φλόγα.
Φυσικές ιδιότητες ορισμένων αλκενίων
Ονομα |
t pl, ° С |
t kip, ° С |
||
Αιθυλένιο (αιθένιο) |
||||
προπυλένιο (προπένιο) |
||||
Βουτυλένιο (βουτένιο-1) |
||||
cis-βουτένιο-2 |
||||
Trans-βουτένιο-2 |
||||
Ισοβουτυλένιο (2-μεθυλοπροπένιο) |
||||
Αμιλίνη (πεντένιο-1) |
||||
Εξυλένιο (εξένιο-1) |
||||
Επτυλένιο (επτένιο-1) |
||||
Οκτένιο (οκτένιο-1) |
||||
Nonylene (nonene-1) |
||||
Decylen (decene-1) |
Τα αλκένια έχουν χαμηλή πολικότητα, αλλά πολώνονται εύκολα.
Χημικές ιδιότητες
Τα αλκένια είναι εξαιρετικά αντιδραστικά. Οι χημικές τους ιδιότητες καθορίζονται κυρίως από τον διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα.
Ο π-δεσμός, ως ο λιγότερο ισχυρός και πιο προσιτός, σπάει υπό τη δράση του αντιδραστηρίου και τα απελευθερωμένα σθένη των ατόμων άνθρακα δαπανώνται για τη σύνδεση των ατόμων που αποτελούν το μόριο του αντιδραστηρίου. Αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί ως διάγραμμα:
Έτσι, στις αντιδράσεις προσθήκης, ο διπλός δεσμός σπάει, λες, στο μισό (με τη διατήρηση του δεσμού σ).
Για τα αλκένια, εκτός από την προσθήκη, χαρακτηριστικές είναι και οι αντιδράσεις οξείδωσης και πολυμερισμού.
Αντιδράσεις προσθήκης
Συχνότερα, οι αντιδράσεις προσθήκης προχωρούν σύμφωνα με τον ετερολυτικό τύπο, που είναι αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης προσθήκης.
1. Υδρογόνωση (προσθήκη υδρογόνου). Τα αλκένια, προσθέτοντας υδρογόνο παρουσία καταλυτών (Pt, Pd, Ni), περνούν σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες - αλκάνια:
H 2 C \u003d CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (αιθάνιο)
2. Αλογόνωση (προσθήκη αλογόνων). Τα αλογόνα προστίθενται εύκολα στη θέση της ρήξης του διπλού δεσμού για να σχηματίσουν παράγωγα διαλογόνων:
H 2 C \u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-διχλωροαιθάνιο)
Η προσθήκη χλωρίου και βρωμίου είναι ευκολότερη και το ιώδιο είναι πιο δύσκολη. Το φθόριο με τα αλκένια, όπως και με τα αλκάνια, αλληλεπιδρά με μια έκρηξη.
Πρβλ.: στα αλκένια, η αντίδραση αλογόνωσης είναι μια διαδικασία προσθήκης, όχι υποκατάστασης (όπως στα αλκάνια).
Η αντίδραση αλογόνωσης πραγματοποιείται συνήθως σε έναν διαλύτη σε συνήθη θερμοκρασία.
Η προσθήκη βρωμίου και χλωρίου στα αλκένια γίνεται με ιοντικό και όχι ριζικό μηχανισμό. Αυτό το συμπέρασμα προκύπτει από το γεγονός ότι ο ρυθμός προσθήκης αλογόνου δεν εξαρτάται από την ακτινοβολία, την παρουσία οξυγόνου και άλλα αντιδραστήρια που ξεκινούν ή αναστέλλουν ριζικές διεργασίες. Με βάση μεγάλο αριθμό πειραματικών δεδομένων, προτάθηκε ένας μηχανισμός για αυτή την αντίδραση, ο οποίος περιλαμβάνει πολλά διαδοχικά στάδια. Στο πρώτο στάδιο, η πόλωση του μορίου αλογόνου συμβαίνει υπό τη δράση ηλεκτρονίων π-δεσμού. Το άτομο αλογόνου, το οποίο αποκτά κάποιο κλασματικό θετικό φορτίο, σχηματίζει ένα ασταθές ενδιάμεσο με τα ηλεκτρόνια του δεσμού π, που ονομάζεται σύμπλοκο π ή σύμπλοκο μεταφοράς φορτίου. Πρέπει να σημειωθεί ότι στο σύμπλοκο π, το αλογόνο δεν σχηματίζει κατευθυνόμενο δεσμό με κάποιο συγκεκριμένο άτομο άνθρακα. Σε αυτό το σύμπλεγμα, η αλληλεπίδραση δότη-δέκτη του ζεύγους ηλεκτρονίων του δεσμού π ως δότη και του αλογόνου ως δέκτη απλώς πραγματοποιείται.
Περαιτέρω, το σύμπλοκο π μετατρέπεται σε κυκλικό ιόν βρωμίου. Κατά τη διαδικασία σχηματισμού αυτού του κυκλικού κατιόντος, εμφανίζεται μια ετερολυτική διάσπαση του δεσμού Br-Br και ένα κενό R-τροχιακό sp 2 -υβριδισμένο άτομο άνθρακα επικαλύπτεται με R-τροχιακό του «μοναχικού ζεύγους» ηλεκτρονίων του ατόμου αλογόνου, που σχηματίζει ένα κυκλικό ιόν βρωμίου.
Στο τελευταίο, τρίτο στάδιο, το ανιόν βρωμίου, ως πυρηνόφιλος παράγοντας, προσβάλλει ένα από τα άτομα άνθρακα του ιόντος βρωμίου. Η πυρηνόφιλη επίθεση από το ιόν βρωμιδίου οδηγεί στο άνοιγμα του τριμελούς δακτυλίου και στο σχηματισμό ενός γειτονικού διβρωμιδίου ( vic-δίπλα). Αυτό το στάδιο μπορεί επίσημα να θεωρηθεί ως πυρηνόφιλη υποκατάσταση του S N 2 στο άτομο άνθρακα, όπου η αποχωρούσα ομάδα είναι Br+.
Το αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης δεν είναι δύσκολο να προβλεφθεί: το ανιόν βρωμίου επιτίθεται στο καρβοκατιόν για να σχηματίσει διβρωμοαιθάνιο.
Ο γρήγορος αποχρωματισμός ενός διαλύματος βρωμίου σε CCl 4 είναι μια από τις απλούστερες δοκιμές για ακορεστότητα, καθώς τα αλκένια, τα αλκίνια και τα διένια αντιδρούν γρήγορα με το βρώμιο.
Η προσθήκη βρωμίου σε αλκένια (αντίδραση βρωμίωσης) είναι μια ποιοτική αντίδραση σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες. Όταν ακόρεστοι υδρογονάνθρακες περνούν μέσα από βρωμιούχο νερό (διάλυμα βρωμίου σε νερό), το κίτρινο χρώμα εξαφανίζεται (στην περίπτωση των περιοριστικών υδρογονανθράκων, παραμένει).
3. Υδροαλογόνωση (προσθήκη υδραλογονιδίων). Τα αλκένια προσθέτουν εύκολα υδραλογονίδια:
H 2 C \u003d CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br
Η προσθήκη υδραλογονιδίων σε ομόλογα αιθυλενίου ακολουθεί τον κανόνα του V.V. Markovnikov (1837 - 1904): υπό κανονικές συνθήκες, το υδρογόνο του υδραλογόνου συνδέεται στη θέση διπλού δεσμού με το πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα και το αλογόνο στο λιγότερο υδρογονωμένο:
Ο κανόνας του Markovnikov μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι στα ασύμμετρα αλκένια (για παράδειγμα, στο προπυλένιο), η πυκνότητα των ηλεκτρονίων είναι άνισα κατανεμημένη. Υπό την επίδραση της ομάδας μεθυλίου που συνδέεται απευθείας με τον διπλό δεσμό, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μετατοπίζεται προς αυτόν τον δεσμό (στο ακραίο άτομο άνθρακα).
Λόγω αυτής της μετατόπισης, ο δεσμός p είναι πολωμένος και μερικά φορτία εμφανίζονται στα άτομα άνθρακα. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς ότι ένα θετικά φορτισμένο ιόν υδρογόνου (πρωτόνιο) θα ενώσει ένα άτομο άνθρακα (ηλεκτρόφιλη προσθήκη), το οποίο έχει μερικό αρνητικό φορτίο, και ένα ανιόν βρωμίου, με άνθρακα με μερικό θετικό φορτίο.
Αυτή η προσκόλληση είναι συνέπεια της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων σε ένα οργανικό μόριο. Όπως γνωρίζετε, η ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου άνθρακα είναι ελαφρώς υψηλότερη από αυτή του υδρογόνου.
Επομένως, στην ομάδα του μεθυλίου, παρατηρείται κάποια πόλωση των σ-δεσμών C-H, που σχετίζεται με μια μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων από άτομα υδρογόνου σε άνθρακα. Με τη σειρά του, αυτό προκαλεί αύξηση της πυκνότητας ηλεκτρονίων στην περιοχή του διπλού δεσμού, και ειδικά στο ακραίο άτομο του. Έτσι, η μεθυλομάδα, όπως και άλλες αλκυλομάδες, δρα ως δότης ηλεκτρονίων. Ωστόσο, παρουσία ενώσεων υπεροξειδίου ή O 2 (όταν η αντίδραση είναι ριζική), αυτή η αντίδραση μπορεί επίσης να είναι αντίθετη με τον κανόνα Markovnikov.
Για τους ίδιους λόγους, ο κανόνας του Markovnikov τηρείται όταν προστίθενται όχι μόνο υδραλογονίδια σε ασύμμετρα αλκένια, αλλά και άλλα ηλεκτρόφιλα αντιδραστήρια (H 2 O, H 2 SO 4 , HOCl, ICl κ.λπ.).
4. Ενυδάτωση (προσθήκη νερού). Παρουσία καταλυτών, νερό προστίθεται στα αλκένια για να σχηματιστούν αλκοόλες. Για παράδειγμα:
H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (ισοπροπυλική αλκοόλη)
Αντιδράσεις οξείδωσης
Τα αλκένια οξειδώνονται πιο εύκολα από τα αλκάνια. Τα προϊόντα που σχηματίζονται κατά την οξείδωση των αλκενίων και η δομή τους εξαρτώνται από τη δομή των αλκενίων και από τις συνθήκες αυτής της αντίδρασης.
1. Καύση
H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
2. Ατελής καταλυτική οξείδωση
3. Οξείδωση σε κανονική θερμοκρασία. Όταν ένα υδατικό διάλυμα KMnO 4 δρα στο αιθυλένιο (υπό κανονικές συνθήκες, σε ουδέτερο ή αλκαλικό μέσο - η αντίδραση Wagner), σχηματίζεται μια διυδρική αλκοόλη - αιθυλενογλυκόλη:
3H 2 C \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (αιθυλενογλυκόλη) + 2MnO 2 + KOH
Αυτή η αντίδραση είναι ποιοτική: το ιώδες χρώμα ενός διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου αλλάζει όταν προστίθεται σε αυτό μια ακόρεστη ένωση.
Κάτω από πιο σοβαρές συνθήκες (οξείδωση του KMnO 4 παρουσία θειικού οξέος ή μείγματος χρωμίου), ο διπλός δεσμός σπάει στο αλκένιο για να σχηματίσει προϊόντα που περιέχουν οξυγόνο:
H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (οξικό οξύ)
Αντίδραση ισομερισμού
Όταν θερμαίνονται ή παρουσία καταλυτών, τα αλκένια είναι σε θέση να ισομερίζονται - ένας διπλός δεσμός κινείται ή δημιουργείται μια ισοδομή.
αντιδράσεις πολυμερισμού
Λόγω της θραύσης των π-δεσμών, τα μόρια αλκενίου μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας μόρια μακράς αλυσίδας.
Η εύρεση στη φύση και ο φυσιολογικός ρόλος των αλκενίων
Στη φύση, τα άκυκλα αλκένια πρακτικά δεν βρίσκονται. Ο απλούστερος εκπρόσωπος αυτής της κατηγορίας οργανικών ενώσεων - αιθυλένιο C 2 H 4 - είναι μια ορμόνη για τα φυτά και συντίθεται σε αυτά σε μικρές ποσότητες.
Ένα από τα λίγα φυσικά αλκένια είναι το muscalur ( cis- tricosen-9) είναι ένα σεξουαλικό ελκυστικό της θηλυκής οικιακής μύγας (Musca domestica).
Τα χαμηλότερα αλκένια σε υψηλές συγκεντρώσεις έχουν ναρκωτική δράση. Τα ανώτερα μέλη της σειράς προκαλούν επίσης σπασμούς και ερεθισμούς των βλεννογόνων της αναπνευστικής οδού.
Μεμονωμένοι εκπρόσωποι
Το αιθυλένιο (αιθένιο) είναι μια οργανική χημική ένωση που περιγράφεται με τον τύπο C 2 H 4 . Είναι το απλούστερο αλκένιο. Περιέχει διπλό δεσμό και ως εκ τούτου αναφέρεται σε ακόρεστους ή ακόρεστους υδρογονάνθρακες. Διαδραματίζει εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία και είναι επίσης μια φυτορμόνη (οργανικές ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους που παράγονται από τα φυτά και έχουν ρυθμιστικές λειτουργίες).
Αιθυλένιο - προκαλεί αναισθησία, έχει ερεθιστική και μεταλλαξιογόνο δράση.
Το αιθυλένιο είναι η πιο παραγόμενη οργανική ένωση στον κόσμο. η συνολική παγκόσμια παραγωγή αιθυλενίου το 2008 ανήλθε σε 113 εκατομμύρια τόνους και συνεχίζει να αυξάνεται κατά 2-3% ετησίως.
Το αιθυλένιο είναι το κορυφαίο προϊόν της κύριας οργανικής σύνθεσης και χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολυαιθυλενίου (1η θέση, έως και 60% του συνολικού όγκου).
Το πολυαιθυλένιο είναι ένα θερμοπλαστικό πολυμερές αιθυλενίου. Το πιο κοινό πλαστικό στον κόσμο.
Είναι μια κηρώδης μάζα λευκού χρώματος (τα λεπτά διαφανή φύλλα είναι άχρωμα). Είναι χημικά και ανθεκτικό στον παγετό, μονωτικό, μη ευαίσθητο σε κραδασμούς (απορροφητή κραδασμών), μαλακώνει όταν θερμαίνεται (80-120 ° C), παγώνει όταν ψύχεται, πρόσφυση (προσκόλληση επιφανειών ανόμοιων στερεών και/ή υγρών σωμάτων). εξαιρετικά χαμηλά. Μερικές φορές στο λαϊκό μυαλό ταυτίζεται με το σελοφάν - ένα παρόμοιο υλικό φυτικής προέλευσης.
Προπυλένιο - προκαλεί αναισθησία (δυνατότερο από το αιθυλένιο), έχει γενική τοξική και μεταλλαξιογόνο δράση.
Ανθεκτικό στο νερό, δεν αντιδρά με αλκάλια οποιασδήποτε συγκέντρωσης, με διαλύματα ουδέτερων, όξινων και βασικών αλάτων, οργανικών και ανόργανων οξέων, ακόμη και πυκνού θειικού οξέος, αλλά αποσυντίθεται υπό τη δράση νιτρικού οξέος 50% σε θερμοκρασία δωματίου και υπό την επίδραση υγρού και αερίου χλωρίου και φθορίου. Με την πάροδο του χρόνου, εμφανίζεται θερμική γήρανση.
Φιλμ πολυαιθυλενίου (ειδικά συσκευασία, όπως μεμβράνη με φυσαλίδες ή ταινία).
Δοχεία (μπουκάλια, βάζα, κουτιά, δοχεία, ποτιστήρια κήπου, γλάστρες για σπορόφυτα.
Πολυμερείς σωλήνες αποχέτευσης, αποχέτευσης, παροχής νερού και αερίου.
ηλεκτρικό μονωτικό υλικό.
Η σκόνη πολυαιθυλενίου χρησιμοποιείται ως κόλλα θερμής τήξης.
Βουτένιο-2 - προκαλεί αναισθησία, έχει ερεθιστικό αποτέλεσμα.
Θέμα μαθήματος:Αλκένια. Λήψη, χημικές ιδιότητες και εφαρμογή αλκενίων.
Στόχοι και στόχοι του μαθήματος:
- εξετάστε τις ειδικές χημικές ιδιότητες του αιθυλενίου και τις γενικές ιδιότητες των αλκενίων.
- να εμβαθύνουν και να συγκεκριμενοποιούν τις έννοιες των β-δεσμών, τους μηχανισμούς των χημικών αντιδράσεων.
- δώστε αρχικές ιδέες για τις αντιδράσεις πολυμερισμού και τη δομή των πολυμερών.
- ανάλυση εργαστηριακών και γενικών βιομηχανικών μεθόδων για τη λήψη αλκενίων.
- να συνεχίσουν να αναπτύσσουν την ικανότητα εργασίας με ένα σχολικό βιβλίο.
Εξοπλισμός:συσκευή λήψης αερίων, διάλυμα KMnO 4, αιθυλική αλκοόλη, πυκνό θειικό οξύ, σπίρτα, λυχνία αλκοολούχων ποτών, άμμος, πίνακες "Δομή του μορίου του αιθυλενίου", "Βασικές χημικές ιδιότητες αλκενίων", δείγματα επίδειξης "Πολυμερή".
ΚΑΤΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ
Ι. Οργανωτική στιγμή
Συνεχίζουμε να μελετάμε την ομόλογη σειρά αλκενίων. Σήμερα πρέπει να εξετάσουμε τις μεθόδους λήψης, τις χημικές ιδιότητες και τις εφαρμογές των αλκενίων. Πρέπει να χαρακτηρίσουμε τις χημικές ιδιότητες λόγω του διπλού δεσμού, να αποκτήσουμε μια αρχική κατανόηση των αντιδράσεων πολυμερισμού, να εξετάσουμε εργαστηριακές και βιομηχανικές μεθόδους για τη λήψη αλκενίων.
II. Ενεργοποίηση των γνώσεων των μαθητών
- Ποιοι υδρογονάνθρακες ονομάζονται αλκένια;
- Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της δομής τους;
- Σε ποια υβριδική κατάσταση βρίσκονται τα άτομα άνθρακα που σχηματίζουν διπλό δεσμό σε ένα μόριο αλκενίου;
Κατώτατη γραμμή: τα αλκένια διαφέρουν από τα αλκάνια με την παρουσία ενός διπλού δεσμού στα μόρια, ο οποίος καθορίζει τα χαρακτηριστικά των χημικών ιδιοτήτων των αλκενίων, τις μεθόδους παρασκευής και χρήσης τους.
III. Εκμάθηση νέου υλικού
1. Μέθοδοι λήψης αλκενίων
Να συνθέσετε εξισώσεις αντίδρασης που επιβεβαιώνουν τις μεθόδους λήψης αλκενίων
– πυρόλυση αλκανίων C 8 H 18 ––> ντο 4 H 8 + C4H10; (θερμική πυρόλυση στους 400-700 o C)
βουτάνιο οκτανίου
– αφυδρογόνωση αλκανίων C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
βουτάνιο βουτένιο υδρογόνο
– αφυδροαλογόνωση αλογονοαλκανίων C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
υδροξείδιο χλωροβουτανίου χλωριούχο βουτένιο νερό
κάλιο κάλιο
– αφυδροαλογόνωση διαλογονοαλκανίων 
- αφυδάτωση αλκοολών C 2 H 5 OH -–> C 2 H 4 + H 2 O (όταν θερμαίνεται παρουσία πυκνού θειικού οξέος)
Θυμάμαι!
Στις αντιδράσεις αφυδρογόνωσης, αφυδάτωσης, αφυδροαλογόνωσης και αφαλογόνωσης, πρέπει να θυμόμαστε ότι το υδρογόνο αποσπάται κυρίως από λιγότερο υδρογονωμένα άτομα άνθρακα (κανόνας Zaitsev, 1875)
2. Χημικές ιδιότητες αλκενίων
Η φύση του δεσμού άνθρακα - άνθρακα καθορίζει το είδος των χημικών αντιδράσεων στις οποίες εισέρχονται οι οργανικές ουσίες. Η παρουσία ενός διπλού δεσμού άνθρακα-άνθρακα στα μόρια των υδρογονανθράκων αιθυλενίου καθορίζει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά αυτών των ενώσεων:
- η παρουσία διπλού δεσμού καθιστά δυνατή την ταξινόμηση των αλκενίων ως ακόρεστων ενώσεων. Η μετατροπή τους σε κορεσμένα είναι δυνατή μόνο ως αποτέλεσμα αντιδράσεων προσθήκης, που είναι το κύριο χαρακτηριστικό της χημικής συμπεριφοράς των ολεφινών.
- ένας διπλός δεσμός είναι μια σημαντική συγκέντρωση της πυκνότητας ηλεκτρονίων, επομένως οι αντιδράσεις προσθήκης είναι ηλεκτροφιλικής φύσης.
- ένας διπλός δεσμός αποτελείται από έναν - και έναν - δεσμό, ο οποίος πολώνεται αρκετά εύκολα.
Εξισώσεις αντίδρασης που χαρακτηρίζουν τις χημικές ιδιότητες των αλκενίων
α) Αντιδράσεις προσθήκης
Θυμάμαι! Οι αντιδράσεις υποκατάστασης είναι χαρακτηριστικές των αλκανίων και των ανώτερων κυκλοαλκανίων που έχουν μόνο απλούς δεσμούς, οι αντιδράσεις προσθήκης είναι χαρακτηριστικές των αλκενίων, των διενίων και των αλκυνίων που έχουν διπλούς και τριπλούς δεσμούς.
Θυμάμαι! Οι ακόλουθοι μηχανισμοί διακοπής ζεύξης είναι δυνατοί:
α) εάν τα αλκένια και το αντιδραστήριο είναι μη πολικές ενώσεις, τότε ο δεσμός σπάει με το σχηματισμό μιας ελεύθερης ρίζας:
H 2 C \u003d CH 2 + H: H -–> + +
β) εάν το αλκένιο και το αντιδραστήριο είναι πολικές ενώσεις, τότε η διάσπαση του δεσμού οδηγεί στο σχηματισμό ιόντων:
γ) κατά τη σύνδεση στο σημείο του δεσμού θραύσης αντιδραστηρίων που περιέχουν άτομα υδρογόνου στο μόριο, το υδρογόνο συνδέεται πάντα με ένα πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα (κανόνας Morkovnikov, 1869).
- αντίδραση πολυμερισμού nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
αιθενικό πολυαιθυλένιο
β) αντίδραση οξείδωσης
Εργαστηριακή εμπειρία.Αποκτήστε αιθυλένιο και μελετήστε τις ιδιότητές του (οδηγίες στα μαθητικά θρανία)
Οδηγίες για τη λήψη αιθυλενίου και πειράματα με αυτό
1. Τοποθετήστε 2 ml πυκνού θειικού οξέος, 1 ml αλκοόλης και μικρή ποσότητα άμμου σε δοκιμαστικό σωλήνα.
2. Κλείστε τον δοκιμαστικό σωλήνα με ένα πώμα με σωλήνα εξόδου αερίου και θερμαίνετε τον στη φλόγα μιας λάμπας αλκοόλης.
3. Περάστε το αέριο που διαφεύγει μέσα από διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου. Σημειώστε την αλλαγή στο χρώμα του διαλύματος.
4. Ανάψτε το αέριο στο άκρο του σωλήνα αερίου. Προσοχή στο χρώμα της φλόγας.
- Τα αλκένια καίγονται με μια φωτεινή φλόγα. (Γιατί?)
C 2 H 4 + 3O 2 -–> 2CO 2 + 2H 2 O (με πλήρη οξείδωση, τα προϊόντα της αντίδρασης είναι διοξείδιο του άνθρακα και νερό)
Ποιοτική αντίδραση: "ήπια οξείδωση (σε υδατικό διάλυμα)"
- Τα αλκένια αποχρωματίζουν διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου (αντίδραση Wagner)
Κάτω από πιο σοβαρές συνθήκες σε όξινο περιβάλλον, τα προϊόντα της αντίδρασης μπορεί να είναι καρβοξυλικά οξέα, για παράδειγμα (παρουσία οξέων):
CH 3 - CH \u003d CH 2 + 4 [O] -–> CH 3 COOH + HCOOH
– καταλυτική οξείδωση
Θυμηθείτε το κύριο πράγμα!
1. Οι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες εισέρχονται ενεργά σε αντιδράσεις προσθήκης.
2. Η αντιδραστικότητα των αλκενίων οφείλεται στο γεγονός ότι - ο δεσμός σπάει εύκολα υπό τη δράση των αντιδραστηρίων.
3. Ως αποτέλεσμα της προσθήκης, συμβαίνει η μετάβαση των ατόμων άνθρακα από την υβριδική κατάσταση sp 2 - sp 3 -. Το προϊόν της αντίδρασης έχει περιοριστικό χαρακτήρα.
4. Όταν το αιθυλένιο, το προπυλένιο και άλλα αλκένια θερμαίνονται υπό πίεση ή παρουσία καταλύτη, τα επιμέρους μόριά τους συνδυάζονται σε μακριές αλυσίδες - πολυμερή. Τα πολυμερή (πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο) έχουν μεγάλη πρακτική σημασία.
3. Χρήση αλκενίων(μήνυμα μαθητή σύμφωνα με το παρακάτω σχέδιο).
1 - λήψη καυσίμου με υψηλό αριθμό οκτανίων.
2 - πλαστικά?
3 - εκρηκτικά.
4 - αντιψυκτικό?
5 - διαλύτες.
6 - να επιταχύνει την ωρίμανση των φρούτων.
7 - λήψη ακεταλδεΰδης.
8 - συνθετικό καουτσούκ.
III. Εμπέδωση της ύλης που μελετήθηκε
Εργασία για το σπίτι:§§ 15, 16, εξ. 1, 2, 3 σελ. 90, εξ. 4, 5 σελ. 95.
Για τα αλκένια, οι αντιδράσεις που συμβαίνουν λόγω του ανοίγματος ενός λιγότερο ισχυρού δεσμού π είναι πιο χαρακτηριστικές. Στην περίπτωση αυτή, ο π-δεσμός (στο αρχικό αλκένιο) μετατρέπεται σε δεσμό σ στο προϊόν της αντίδρασης. Η αρχική ακόρεστη ένωση μετατρέπεται σε κορεσμένη χωρίς να σχηματιστούν άλλα προϊόντα, δηλ. σε εξέλιξηαντίδραση προσθήκης.
Ποιος είναι ο μηχανισμός των αντιδράσεων προσθήκης με τα αλκένια;
1. Λόγω των ηλεκτρονίων του π-δεσμού στα μόρια των αλκενίων, υπάρχει μια περιοχή αυξημένης πυκνότητας ηλεκτρονίων (ένα νέφος π-ηλεκτρονίων πάνω και κάτω από το επίπεδο του μορίου):
Επομένως, ο διπλός δεσμός τείνει να προσβληθεί από ένα ηλεκτρόφιλο αντιδραστήριο (με έλλειψη ηλεκτρονίων). Σε αυτή την περίπτωση, θα συμβεί μια ετερολυτική διάσπαση του π-δεσμού και η αντίδραση θα προχωρήσει ιωνικόςμηχανισμός ως ηλεκτρόφιλη προσθήκη.
Ο μηχανισμός της ηλεκτροφιλικής προσθήκης υποδεικνύεται με το σύμβολο Διαφήμιση Ε
(σύμφωνα με τα πρώτα γράμματα των αγγλικών όρων: Ad - προσθήκη [συνημμένο],
E - ηλεκτρόφιλο [ηλεκτρόφιλο]).
2. Από την άλλη πλευρά, ο π-δεσμός άνθρακα-άνθρακα, όντας μη πολικός, μπορεί να σπάσει ομολυτικά, και τότε η αντίδραση θα προχωρήσει σύμφωνα με ριζικόμηχανισμός.
Ο μηχανισμός προσθήκης ριζών υποδηλώνεται με το σύμβολο Διαφήμιση R
(R - ριζικό - ριζικό).
Ο μηχανισμός προσθήκης εξαρτάται από τις συνθήκες αντίδρασης.
Επιπλέον, τα αλκένια χαρακτηρίζονται από αντιδράσεις ισομερισμόςκαι οξείδωση(συμπεριλαμβανομένης της αντίδρασης καύσηχαρακτηριστικό όλων των υδρογονανθράκων).
Αντιδράσεις προσθήκης σε αλκένια
Τα αλκένια υφίστανται ποικίλες αντιδράσεις προσθήκης.
1. Υδρογόνωση (προσθήκη υδρογόνου)
Τα αλκένια αλληλεπιδρούν με το υδρογόνο όταν θερμαίνονται και σε υψηλή πίεση παρουσία καταλυτών (Pt, Pd, Ni, κ.λπ.) για να σχηματίσουν αλκάνια:
Υδρογόνωση αλκενίων - αντίδραση, αντίστροφη αφυδρογόνωση αλκανίων. Σύμφωνα με αρχή του Le Chatelier, η υδρογόνωση ευνοείται από αυξημένη πίεση, tk. αυτή η αντίδραση συνοδεύεται από μείωση του όγκου του συστήματος.
Η προσθήκη υδρογόνου σε άτομα άνθρακα στα αλκένια οδηγεί σε μείωση του βαθμού οξείδωσής τους:
Επομένως, η υδρογόνωση των αλκενίων αναφέρεται ως αντιδράσεις αναγωγής. Αυτή η αντίδραση χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την παραγωγή καυσίμου υψηλών οκτανίων.
2. Αλογόνωση (προσθήκη αλογόνων)
Η προσθήκη αλογόνων στον διπλό δεσμό C=C γίνεται εύκολα υπό κανονικές συνθήκες (σε θερμοκρασία δωματίου, χωρίς καταλύτη). Για παράδειγμα, ο γρήγορος αποχρωματισμός του κόκκινου-καφέ χρώματος ενός διαλύματος βρωμίου σε νερό (βρωμιούχο νερό) χρησιμεύει ως ποιοτική αντίδραση στην παρουσία διπλού δεσμού:
Έτσι, στην αντίδραση του HCl με το προπυλένιο, από δύο πιθανά δομικά ισομερή του 1-χλωροπροπανίου και του 2-χλωροπροπανίου, σχηματίζεται το τελευταίο:
Αυτό το πρότυπο καθιερώθηκε αρχικά εμπειρικά. Στη σύγχρονη οργανική χημεία, μια θεωρητική τεκμηρίωση του κανόνα του Markovnikov δίνεται με βάση τη θέση για την επίδραση της ηλεκτρονικής δομής των μορίων στην αντιδραστικότητά τους.
Πρέπει να σημειωθεί ότι ο κανόνας του Markovnikov στην κλασική του διατύπωση παρατηρείται μόνο για ηλεκτροφιλικές αντιδράσεις των ίδιων των αλκενίων. Στην περίπτωση ορισμένων παραγώγων αλκενίου ή όταν αλλάζει ο μηχανισμός της αντίδρασης, ενάντια στον κανόναΜαρκόβνικοφ.
4. Ενυδάτωση(σύνδεση νερού)
Η ενυδάτωση συμβαίνει παρουσία ανόργανων οξέων με τον μηχανισμό της ηλεκτροφιλικής προσθήκης:
Στις αντιδράσεις των ασύμμετρων αλκενίων παρατηρείται ο κανόνας του Markovnikov.
1. Πολυμερισμός- η αντίδραση σχηματισμού μιας ένωσης υψηλού μοριακού βάρους (πολυμερούς) με διαδοχική προσθήκη μορίων ουσίας χαμηλού μοριακού βάρους (μονομερές) σύμφωνα με το σχήμα:
nΜ Μ n
Αριθμός n στον τύπο πολυμερούς ( Μ n ) ονομάζεται βαθμός πολυμερισμού. Οι αντιδράσεις πολυμερισμού των αλκενίων οφείλονται στην προσθήκη πολλαπλών δεσμών:
2. Διμερισμόςαλκένια - ο σχηματισμός ενός διμερούς (διπλασιασμένου μορίου) ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης προσθήκης. Παρουσία ανόργανου οξέος (δότης πρωτονίων Η + ) ένα πρωτόνιο προστίθεται στον διπλό δεσμό του μορίου του αλκενίου. Αυτό σχηματίζει ένα καρβοκατιόν:
Το "διμερικό καρβοκατιόν" σταθεροποιείται με την εκτόξευση ενός πρωτονίου, το οποίο οδηγεί σε προϊόντα διμερισμού αλκενίου - ένα μείγμα ισομερών διισοβουτυλενίων (2,4,4-τριμεθυλοπεντένιο-2 και 2,4,4-τριμεθυλοπεντένιο-1):
Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα κατά την επεξεργασία του ισοβουτυλενίου (2-μεθυπροπένιο) με 60% θειικό οξύ σε θερμοκρασία 70°C. Το προκύπτον μίγμα διισοβουτυλενίων υδρογονώνεται για να παραχθεί "ισοοκτάνιο" (2,2,4-τριμεθυλοπεντάνιο), το οποίο χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της αντικρουστικής ικανότητας της βενζίνης (το "ισοκτάνιο" είναι ένα πρότυπο καυσίμου κινητήρα 100 οκτανίων).
