Չհագեցած ածխաջրածինները ներառում են ածխաջրածիններ, որոնք պարունակում են բազմաթիվ կապեր մոլեկուլներում ածխածնի ատոմների միջև: Անսահմանափակ են ալկեններ, ալկիններ, ալկադիեններ (պոլիեններ). Ցիկլային ածխաջրածինները, որոնք պարունակում են կրկնակի կապ ցիկլում, նույնպես ունեն չհագեցած բնույթ ( ցիկլոալկեններ), ինչպես նաև ցիկլոալկաններ՝ ցիկլում փոքր քանակությամբ ածխածնի ատոմներով (երեք կամ չորս ատոմ)։ «Անհագեցվածության» հատկությունը կապված է այս նյութերի` ավելացման ռեակցիաների մեջ մտնելու ունակության հետ, առաջին հերթին` ջրածնի, հագեցած կամ հագեցած ածխաջրածինների` ալկանների ձևավորման հետ:

Ալկենների կառուցվածքը

Ոչ ցիկլային ածխաջրածիններ, որոնք մոլեկուլում, բացի միայնակ կապերից, պարունակում են մեկ կրկնակի կապ ածխածնի ատոմների միջև և համապատասխանում են СnН2n ընդհանուր բանաձևին: Նրա երկրորդ անունը օլեֆիններ- ալկենները ստացվել են չհագեցած ճարպաթթուների (օլեին, լինոլիկ) անալոգիայով, որոնց մնացորդները հեղուկ ճարպերի մաս են կազմում՝ յուղեր։
Ածխածնի ատոմները, որոնց միջև կա կրկնակի կապ, գտնվում են sp 2 հիբրիդացման վիճակում։ Սա նշանակում է, որ մեկ s- և երկու p-օրբիտալներ մասնակցում են հիբրիդացմանը, մինչդեռ մեկ p-օրբիտալը մնում է չհիբրիդացված: Հիբրիդային օրբիտալների համընկնումը հանգեցնում է σ-կապերի առաջացմանը, իսկ չհիբրիդացված p-օրբիտալների պատճառով.
հարեւան ածխածնի ատոմները, առաջանում է երկրորդ, π-կապը։ Այսպիսով, կրկնակի կապը բաղկացած է մեկ σ- և մեկ π-կապից: Կրկնակի կապ կազմող ատոմների հիբրիդային ուղեծրերը գտնվում են նույն հարթության վրա, իսկ ուղեծրերը, որոնք կազմում են π կապ, գտնվում են մոլեկուլի հարթությանը ուղղահայաց։ Կրկնակի կապը (0.132 im) ավելի կարճ է, քան մեկ կապը, և դրա էներգիան ավելի մեծ է, քանի որ այն ավելի դիմացկուն է: Այնուամենայնիվ, շարժական, հեշտությամբ բևեռացվող π-կապերի առկայությունը հանգեցնում է նրան, որ ալկենները քիմիապես ավելի ակտիվ են, քան ալկանները և կարող են մտնել հավելման ռեակցիաների մեջ:

Էթիլենի կառուցվածքը

Կրկնակի կապի առաջացում ալկեններում

Էթենի հոմոլոգ շարք

Չճյուղավորված ալկենները կազմում են էթենի հոմոլոգ շարքը ( էթիլեն C 2 H 4 - էթեն, C 3 H 6 - պրոպեն, C 4 H 8 - բութեն, C 5 H 10 - պենտեն, C 6 H 12 - հեքսեն, C 7 H 14 - հեպտեն և այլն:

Ալկենների իզոմերիզմ

Ալկեններին բնորոշ է կառուցվածքային իզոմերիզմը։ Կառուցվածքային իզոմերները տարբերվում են միմյանցից ածխածնային կմախքի կառուցվածքով։ Ամենապարզ ալկենը, որը բնութագրվում է կառուցվածքային իզոմերներով, բութենն է.

Կառուցվածքային իզոմերիզմի հատուկ տեսակ է կրկնակի կապի դիրքի իզոմերիզմը.

Ալկենները իզոմեր են ցիկլոալկանների նկատմամբ (միջդասակարգային իզոմերիզմ), օրինակ.

Ածխածնի ատոմների գրեթե ազատ պտույտը հնարավոր է մեկ ածխածին-ածխածին կապի շուրջ, այնպես որ ալկանների մոլեկուլները կարող են ստանալ տարբեր ձևեր: Կրկնակի կապի շուրջ պտույտը անհնար է, ինչը հանգեցնում է ալկենների մեկ այլ տեսակի իզոմերիզմի առաջացմանը՝ երկրաչափական կամ cis և transիզոմերիզմ.

Cis իզոմերներտարբերվում են տրանս իզոմերներմոլեկուլի բեկորների (այս դեպքում՝ մեթիլ խմբերի) տարածական դասավորությունը π- կապի հարթության նկատմամբ և, հետևաբար, հատկությունները։

Ալկենի անվանակարգ

1. Հիմնական շղթայի ընտրություն:Ածխաջրածնի անվան առաջացումը սկսվում է հիմնական շղթայի սահմանմամբ՝ մոլեկուլում ածխածնի ատոմների ամենաերկար շղթայով։ Ալկենների դեպքում հիմնական շղթան պետք է պարունակի կրկնակի կապ։
2. Հիմնական շղթայի ատոմների համարակալում.Հիմնական շղթայի ատոմների համարակալումը սկսվում է այն ծայրից, որին ամենամոտ է կրկնակի կապը։
Օրինակ, կապի ճիշտ անվանումն է.

Եթե ​​կրկնակի կապի դիրքը չի կարող որոշել շղթայում ատոմների համարակալման սկիզբը, ապա այն որոշում է փոխարինողների դիրքը այնպես, ինչպես հագեցած ածխաջրածինները։

3. Անվանման ձևավորում.Անվան վերջում նշեք ածխածնի ատոմի թիվը, որից սկսվում է կրկնակի կապը և վերջածանցը. -en, նշանակում է, որ միացությունը պատկանում է ալկենների դասին։ Օրինակ:

Ալկենների ֆիզիկական հատկությունները

Ալկենների հոմոլոգ շարքի առաջին երեք ներկայացուցիչները գազերն են. բաղադրության նյութեր C5H10 - C16H32 - հեղուկներ; ավելի բարձր ալկենները պինդ են:
Եռման և հալման կետերը բնականաբար մեծանում են միացությունների մոլեկուլային քաշի աճով:

Ալկենների քիմիական հատկությունները

Ավելացման ռեակցիաներ. Հիշեցնենք, որ չհագեցած ածխաջրածինների՝ ալկենների ներկայացուցիչների տարբերակիչ առանձնահատկությունն ավելացման ռեակցիաների մեջ մտնելու ունակությունն է։ Այս ռեակցիաների մեծ մասն ընթանում է մեխանիզմով էլեկտրոֆիլային հավելում.
1. Ալկենների հիդրոգենացում.Ալկեններն ի վիճակի են ջրածին ավելացնել հիդրոգենացման կատալիզատորների առկայության դեպքում, մետաղները՝ պլատին, պալադիում, նիկել.

Այս ռեակցիան ընթանում է մթնոլորտային և բարձր ճնշման տակ և չի պահանջում բարձր ջերմաստիճան, քանի որ այն էկզոթերմիկ է: Նույն կատալիզատորների վրա ջերմաստիճանի բարձրացմամբ կարող է առաջանալ հակադարձ ռեակցիա՝ ջրազրկում։

2. Հալոգենացում (հալոգենների ավելացում). Ալկենի փոխազդեցությունը բրոմ ջրի կամ բրոմի լուծույթի հետ օրգանական լուծիչում (CC14) հանգեցնում է այս լուծույթների արագ գունաթափման՝ ալկենին հալոգենի մոլեկուլի ավելացման և դիհալոալկանների առաջացման արդյունքում։
3. Հիդրոհալոգենացում (ջրածնի հալոգենրիդի ավելացում).

Այս ռեակցիան ենթակա է
Երբ ալկենին ավելացվում է ջրածնի հալոգեն, ջրածինը կցվում է ավելի հիդրոգենացված ածխածնի ատոմին, այսինքն՝ այն ատոմին, որտեղ ավելի շատ ջրածնի ատոմներ կան, իսկ հալոգենը՝ ավելի քիչ ջրածնի:

4. Խոնավացում (ջրի ավելացում):Ալկենների խոնավացումը հանգեցնում է սպիրտների առաջացման։ Օրինակ, էթենին ջրի ավելացումը ընկած է էթիլային սպիրտ ստանալու արդյունաբերական մեթոդներից մեկի հիմքում։

Նկատի ունեցեք, որ առաջնային սպիրտ (առաջնային ածխածնի մոտ հիդրոքսո խմբով) ձևավորվում է միայն այն դեպքում, երբ էթենը խոնավացվում է: Երբ պրոպենը կամ այլ ալկենները խոնավացվում են, երկրորդական սպիրտներ.

Այս ռեակցիան նույնպես ընթանում է Մարկովնիկովի կանոնին համապատասխան՝ ջրածնի կատիոնը ավելացվում է ավելի հիդրոգենացված ածխածնի ատոմին, իսկ հիդրոքսո խումբը՝ ավելի քիչ հիդրոգենացվածին։
5. Պոլիմերացում.Ավելացման հատուկ դեպք է ալկենների պոլիմերացման ռեակցիան.

Այս ավելացման ռեակցիան ընթանում է ազատ ռադիկալների մեխանիզմով:
Օքսիդացման ռեակցիաներ.
1. Այրում.Ինչպես ցանկացած օրգանական միացություն, ալկեններն այրվում են թթվածնի մեջ՝ առաջացնելով CO2 և H2O:

2. Օքսիդացում լուծույթներում.Ի տարբերություն ալկանների, ալկենները հեշտությամբ օքսիդանում են կալիումի պերմանգանատի լուծույթների ազդեցությամբ։ Չեզոք կամ ալկալային լուծույթներում ալկենները օքսիդացվում են դիոլների (երկհիդրիկ սպիրտներ), իսկ հիդրօքսիլային խմբերը կցվում են այն ատոմներին, որոնց միջև եղել է կրկնակի կապ մինչև օքսիդացումը.

Pi կապ պարունակողները չհագեցած ածխաջրածիններ են։ Դրանք ալկանների ածանցյալներ են, որոնց մոլեկուլներում բաժանվել են ջրածնի երկու ատոմ։ Ստացված ազատ վալենտները ձևավորում են կապի նոր տեսակ, որը գտնվում է մոլեկուլի հարթությանը ուղղահայաց։ Այսպես առաջանում է միացությունների նոր խումբ՝ ալկեններ։ Այս հոդվածում մենք կքննարկենք այս դասի նյութերի ֆիզիկական հատկությունները, պատրաստումը և օգտագործումը առօրյա կյանքում և արդյունաբերության մեջ:

Էթիլենի հոմոլոգ շարք

Ալկեններ կոչվող բոլոր միացությունների ընդհանուր բանաձևը, որն արտացոլում է դրանց որակական և քանակական բաղադրությունը, C n H 2 n է: Ածխաջրածինների անվանումներն ըստ համակարգային անվանացանկի հետևյալն են՝ համապատասխան ալկանի տերմինում վերջածանցը -an-ից փոխվում է -ենի, օրինակ՝ էթան - էթեն, պրոպան - պրոպեն և այլն։ Որոշ աղբյուրներում կարելի է. գտեք այս դասի միացությունների մեկ այլ անուն՝ օլեֆիններ: Հաջորդիվ կուսումնասիրենք կրկնակի կապի ձևավորման գործընթացը և ալկենների ֆիզիկական հատկությունները, ինչպես նաև կորոշենք դրանց կախվածությունը մոլեկուլի կառուցվածքից։

Ինչպե՞ս է ձևավորվում կրկնակի կապը:

Pi կապի էլեկտրոնային բնույթը, օգտագործելով էթիլենի օրինակը, կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ. նրա մոլեկուլում ածխածնի ատոմները sp 2 հիբրիդացման տեսքով են։ Այս դեպքում ձևավորվում է սիգմա կապ: Եվս երկու հիբրիդային ուղեծրեր, որոնցից մեկը ածխածնի ատոմներից է, պարզ սիգմա կապեր են կազմում ջրածնի ատոմների հետ։ Ածխածնի ատոմների մնացած երկու ազատ հիբրիդային ամպերը համընկնում են մոլեկուլի հարթության վերևում և ներքևում. ձևավորվում է pi կապ: Հենց նա է որոշում ալկենների ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները, որոնք կքննարկվեն ավելի ուշ:

Տարածական իզոմերիզմ

Այն միացությունները, որոնք ունեն մոլեկուլների միևնույն քանակական և որակական կազմը, բայց տարբեր տարածական կառուցվածք, կոչվում են իզոմերներ։ Իզոմերիզմը տեղի է ունենում մի խումբ նյութերի մեջ, որոնք կոչվում են օրգանական: Օլեֆինների բնութագրման վրա մեծ ազդեցություն ունի օպտիկական իզոմերիզմի ֆենոմենը։ Այն արտահայտվում է նրանով, որ էթիլենի հոմոլոգները, որոնք պարունակում են տարբեր ռադիկալներ կամ փոխարինիչներ կրկնակի կապի երկու ածխածնի ատոմներից յուրաքանչյուրում, կարող են առաջանալ երկու օպտիկական իզոմերների տեսքով: Նրանք միմյանցից տարբերվում են տարածության մեջ փոխարինողների դիրքով՝ կրկնակի կապի հարթության նկատմամբ։ Ալկենների ֆիզիկական հատկություններն այս դեպքում նույնպես տարբեր կլինեն։ Օրինակ, դա վերաբերում է նյութերի եռման և հալման կետերին: Այսպիսով, ուղիղ շղթայական օլեֆիններն ունեն ավելի բարձր եռման կետ, քան իզոմերային միացությունները։ Բացի այդ, ալկենների cis իզոմերների եռման կետերը ավելի բարձր են, քան տրանս իզոմերները: Ինչ վերաբերում է հալման ջերմաստիճանին, ապա պատկերը հակառակն է.

Էթիլենի և նրա հոմոլոգների ֆիզիկական հատկությունների համեմատական ​​բնութագրերը

Օլեֆինների առաջին երեք ներկայացուցիչները գազային միացություններ են, այնուհետև, սկսած C 5 H 10 պենտենից և մինչև C 17 H 34 բանաձևով ալկենը, դրանք հեղուկներ են, այնուհետև կան պինդ մարմիններ։ Էթենի հոմոլոգները ցույց են տալիս հետևյալ միտումը՝ միացությունների եռման ջերմաստիճանը նվազում է։ Օրինակ, էթիլենի համար այս ցուցանիշը -169,1°C է, իսկ պրոպիլենի համար՝ -187,6°C: Բայց եռման կետերը մեծանում են մոլեկուլային քաշի ավելացման հետ: Այսպիսով, էթիլենի համար այն կազմում է -103,7°C, իսկ պրոպենի համար՝ -47,7°C։ Ամփոփելով ասվածը՝ կարող ենք եզրակացնել, որ ալկենների ֆիզիկական հատկությունները կախված են նրանց մոլեկուլային քաշից։ Նրա աճով միացությունների ագրեգատային վիճակը փոխվում է ուղղությամբ՝ գազ - հեղուկ - պինդ, և հալման ջերմաստիճանը նույնպես նվազում է, և եռման ջերմաստիճանը մեծանում է։

Էթենի բնութագրերը

Ալկենների հոմոլոգ շարքի առաջին ներկայացուցիչը էթիլենն է։ Այն անգույն գազ է, ջրի մեջ մի փոքր լուծելի, բայց շատ լուծելի օրգանական լուծիչներում։ Մոլեկուլային քաշը՝ 28, էթենը օդից մի փոքր ավելի թեթև է, ունի նուրբ քաղցր հոտ։ Այն հեշտությամբ փոխազդում է հալոգենների, ջրածնի և ջրածնի հալոգենիդների հետ։ Ալկենների և պարաֆինների ֆիզիկական հատկությունները, սակայն, բավականին մոտ են։ Օրինակ՝ ագրեգացման վիճակը, մեթանի և էթիլենի ծանր օքսիդացման կարողությունը և այլն։Ինչպե՞ս կարելի է տարբերակել ալկենները։ Ինչպե՞ս բացահայտել օլեֆինի չհագեցած բնույթը: Դրա համար կան որակական արձագանքներ, որոնց վրա ավելի մանրամասն կանդրադառնանք։ Հիշեք, թե մոլեկուլի կառուցվածքում ինչ հատկություն ունեն ալկենները։ Այս նյութերի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները որոշվում են դրանց բաղադրության մեջ կրկնակի կապի առկայությամբ։ Իր ներկայությունն ապացուցելու համար գազային ածխաջրածինը անցնում է կալիումի պերմանգանատի կամ բրոմ ջրի մանուշակագույն լուծույթով։ Եթե ​​դրանք գունաթափված են, ապա միացությունը մոլեկուլների բաղադրության մեջ պարունակում է pi կապեր։ Էթիլենը մտնում է օքսիդացման ռեակցիա և գունազրկում KMnO 4 և Br 2 լուծույթները:

Ավելացման ռեակցիաների մեխանիզմը

Կրկնակի կապի խզումն ավարտվում է ածխածնի ազատ վալենտներին այլ քիմիական տարրերի ատոմների ավելացմամբ։ Օրինակ, էթիլենի ռեակցիան ջրածնի հետ, որը կոչվում է հիդրոգենացում, առաջացնում է էթան։ Անհրաժեշտ է կատալիզատոր, օրինակ՝ փոշիացված նիկել, պալադիում կամ պլատին: HCl-ի հետ ռեակցիան ավարտվում է քլորէթանի առաջացմամբ։ Իրենց մոլեկուլներում երկուսից ավելի ածխածնի ատոմ պարունակող ալկենները ենթարկվում են ջրածնի հալոգենիդների ավելացման ռեակցիային՝ հաշվի առնելով Վ.Մարկովնիկովի կանոնը։

Ինչպես են էթենի հոմոլոգները փոխազդում ջրածնի հալոգենիդների հետ

Եթե ​​մեր առջեւ դրված է «Բնութագրել ալկենների ֆիզիկական հատկությունները եւ դրանց պատրաստումը», ապա պետք է ավելի մանրամասն դիտարկենք Վ.Մարկովնիկովի կանոնը։ Գործնականում հաստատվել է, որ էթիլենի հոմոլոգները փոխազդում են քլորաջրածնի և այլ միացությունների հետ կրկնակի կապի խզման տեղում՝ ենթարկվելով որոշակի օրինաչափության։ Այն բաղկացած է նրանից, որ ջրածնի ատոմը կցված է ամենաջրածնային ածխածնի ատոմին, իսկ քլորը, բրոմը կամ յոդի իոնը կցվում է ջրածնի ամենափոքր թվով ատոմ պարունակող ածխածնի ատոմին։ Ավելացման ռեակցիաների ընթացքի այս հատկանիշը կոչվում է Վ.Մարկովնիկովի կանոն։

Խոնավացում և պոլիմերացում

Շարունակենք դիտարկել ալկենների ֆիզիկական հատկությունները և կիրառությունը՝ օգտագործելով հոմոլոգ շարքի առաջին ներկայացուցչի՝ էթենի օրինակը։ Դրա ռեակցիան ջրի հետ օգտագործվում է օրգանական սինթեզի արդյունաբերության մեջ և ունի գործնական մեծ նշանակություն։ Գործընթացն առաջին անգամ իրականացվել է 19-րդ դարում Ա.Մ. Բուտլերովը։ Ռեակցիան պահանջում է մի շարք պայմանների պահպանում. Սա, առաջին հերթին, խտացված ծծմբաթթվի կամ օլեումի օգտագործումն է որպես էթենի կատալիզատոր և լուծիչ, մոտ 10 ատմ ճնշում և 70 °-ի սահմաններում ջերմաստիճան: Խոնավեցման գործընթացը տեղի է ունենում երկու փուլով. Սկզբում pi կապի խզման կետում էթենին ավելացնում են սուլֆատի մոլեկուլներ, և առաջանում է էթիլծծմբաթթու։ Այնուհետեւ ստացված նյութը փոխազդում է ջրի հետ, ստացվում է էթիլային սպիրտ։ Էթանոլը կարևոր արտադրանք է, որն օգտագործվում է սննդի արդյունաբերության մեջ պլաստմասսաների, սինթետիկ կաուչուկների, լաքերի և այլ օրգանական քիմիական նյութերի արտադրության համար։

Օլեֆինի վրա հիմնված պոլիմերներ

Շարունակելով ուսումնասիրել ալկենների դասին պատկանող նյութերի կիրառման հարցը՝ կուսումնասիրենք դրանց պոլիմերացման գործընթացը, որին կարող են մասնակցել իրենց մոլեկուլների բաղադրության մեջ չհագեցած քիմիական կապեր պարունակող միացությունները։ Հայտնի են պոլիմերացման ռեակցիաների մի քանի տեսակներ, որոնց համաձայն առաջանում են բարձր մոլեկուլային արտադրանքներ՝ պոլիմերներ, օրինակ՝ պոլիէթիլեն, պոլիպրոպիլեն, պոլիստիրոլ և այլն։ Ազատ ռադիկալների մեխանիզմը հանգեցնում է բարձր ճնշման պոլիէթիլենի արտադրությանը։ Արդյունաբերության մեջ ամենաշատ կիրառվող միացություններից է։ Կատիոնային-իոնային տեսակը ապահովում է պոլիմերային ստերեկանոնավոր կառուցվածքով, ինչպիսին է պոլիստիրոլը: Այն համարվում է օգտագործման համար ամենաանվտանգ և հարմար պոլիմերներից մեկը: Պոլիստիրոլից պատրաստված արտադրանքները դիմացկուն են ագրեսիվ նյութերի նկատմամբ՝ թթուներ և ալկալիներ, դյուրավառ, հեշտությամբ ներկված: Պոլիմերացման մեխանիզմի մեկ այլ տեսակ դիմերացումն է, որը հանգեցնում է իզոբուտենի արտադրությանը, որն օգտագործվում է որպես բենզինի հակաթակային հավելում։

Ինչպես կարելի է ստանալ

Ալկենները, որոնց ֆիզիկական հատկությունները մենք ուսումնասիրում ենք, ստացվում են լաբորատորիայում և արդյունաբերության մեջ տարբեր մեթոդներով։ Օրգանական քիմիայի դպրոցական կուրսի փորձերում էթիլային սպիրտի ջրազրկման գործընթացն օգտագործվում է ջրահեռացնող նյութերի օգնությամբ, ինչպիսիք են ֆոսֆորի պենտօքսիդը կամ սուլֆատաթթուն։ Ռեակցիան իրականացվում է տաքացման ժամանակ և էթանոլի ստացման գործընթացի հակառակն է։ Ալկեններ ստանալու մեկ այլ տարածված մեթոդ գտել է իր կիրառությունը արդյունաբերության մեջ, այն է՝ տաքացնելով հագեցած ածխաջրածինների հալոգեն ածանցյալները, օրինակ՝ քլորոպրոպանը ալկալիների խտացված ալկոհոլային լուծույթներով՝ նատրիումի կամ կալիումի հիդրօքսիդով: Ռեակցիայի ժամանակ քլորաջրածնի մոլեկուլը պառակտվում է, ածխածնի ատոմների ազատ վալենտիաների առաջացման տեղում առաջանում է կրկնակի կապ։ Քիմիական գործընթացի վերջնական արդյունքը կլինի օլեֆին-պրոպենը: Շարունակելով դիտարկել ալկենների ֆիզիկական հատկությունները՝ անդրադառնանք օլեֆինների ստացման հիմնական գործընթացին՝ պիրոլիզին։

Էթիլենային շարքի չհագեցած ածխաջրածինների արդյունաբերական արտադրություն

Էժան հումք՝ նավթի ճաքման գործընթացում առաջացած գազերը քիմիական արդյունաբերության մեջ ծառայում են որպես օլեֆինների աղբյուր։ Դրա համար օգտագործվում է պիրոլիզի տեխնոլոգիական սխեման՝ գազային խառնուրդի պառակտում, որը տեղի է ունենում ածխածնային կապերի խզման և էթիլենի, պրոպենի և այլ ալկենների առաջացման հետ։ Պիրոլիզն իրականացվում է հատուկ վառարաններում՝ բաղկացած առանձին պիրո-կծիկներից։ Նրանք ստեղծում են 750-1150°C կարգի ջերմաստիճան և որպես լուծիչ կա ջրային գոլորշի։ Ռեակցիաներն ընթանում են շղթայական մեխանիզմով, որն ընթանում է միջանկյալ ռադիկալների ձևավորմամբ։ Վերջնական արտադրանքը էթիլենն է կամ պրոպենը, և դրանք արտադրվում են մեծ ծավալներով։

Մանրամասն ուսումնասիրեցինք ֆիզիկական հատկությունները, ինչպես նաև ալկենների ստացման կիրառությունն ու մեթոդները։

Ամենապարզ ալկենը էթեն C 2 H 4 է: Համաձայն IUPAC անվանացանկի, ալկենների անվանումները ձևավորվում են համապատասխան ալկանների անուններից՝ «-an» վերջածանցը փոխարինելով «-ene»-ով; կրկնակի կապի դիրքը նշվում է արաբական թվով:

Էթիլենի տարածական կառուցվածքը

Այս շարքի առաջին ներկայացուցչի՝ էթիլենի անունով նման ածխաջրածինները կոչվում են էթիլեն։

Անվանակարգ և իզոմերիզմ

Անվանակարգ

Պարզ կառուցվածքի ալկենները հաճախ անվանում են՝ ալկաններում -an վերջածանցը -իլենով փոխարինելով՝ էթան - էթիլեն, պրոպան - պրոպիլեն և այլն։

Համաձայն սիստեմատիկ անվանացանկի՝ էթիլենային ածխաջրածինների անվանումներն ստացվում են՝ համապատասխան ալկաններում -an վերջածանցը փոխարինելով -ene վերջածանցով (ալկան - ալկեն, էթան - էթեն, պրոպան - պրոպեն և այլն)։ Հիմնական շղթայի ընտրությունը և անվանման կարգը նույնն է, ինչ ալկանների համար։ Այնուամենայնիվ, շղթան անպայման պետք է ներառի կրկնակի կապ: Շղթայի համարակալումը սկսվում է այն ծայրից, որին ավելի մոտ է այս կապը։ Օրինակ:

Երբեմն օգտագործվում են նաև ռացիոնալ անուններ: Այս դեպքում բոլոր ալկենային ածխաջրածինները համարվում են փոխարինված էթիլեն.

Չհագեցած (ալկեն) ռադիկալները կոչվում են տրիվիալ անուններ կամ ըստ համակարգված անվանացանկի.

H 2 C \u003d CH - - վինիլ (էթենիլ)

H 2 C \u003d CH - CH 2 - - ալիլ (պրոպենիլ-2)

իզոմերիզմ

Ալկենները բնութագրվում են երկու տեսակի կառուցվածքային իզոմերիզմով. Բացի ածխածնի կմախքի կառուցվածքի հետ կապված իզոմերիզմից (ինչպես ալկաններում), կա իզոմերիզմ, որը կախված է շղթայում կրկնակի կապի դիրքից։ Սա հանգեցնում է ալկենների շարքում իզոմերների քանակի ավելացմանը։

Ալկենների հոմոլոգ շարքի առաջին երկու անդամները (էթիլեն և պրոպիլեն) չունեն իզոմերներ և դրանց կառուցվածքը կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.

H 2 C \u003d CH 2 էթիլեն (էթեն)

H 2 C \u003d CH - CH 3 պրոպիլեն (պրոպեն)

Բազմակի կապի դիրքի իզոմերիզմ

H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 բութեն-1

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 բուտեն-2

Երկրաչափական իզոմերիզմ ​​- cis-, trans-isomerism.

Այս իզոմերիզմը բնորոշ է կրկնակի կապ ունեցող միացություններին։

Եթե ​​պարզ σ-կապը թույլ է տալիս ածխածնային շղթայի առանձին օղակների ազատ պտույտը իր առանցքի շուրջ, ապա նման պտույտ չի լինում կրկնակի կապի շուրջ։ Սա է պատճառը, որ երկրաչափական ( cis-, trans-) իզոմերներ.

Երկրաչափական իզոմերիզմը տարածական իզոմերիզմի տեսակներից մեկն է։

Իզոմերները, որոնցում միևնույն փոխարինողները (ածխածնի տարբեր ատոմներում) գտնվում են կրկնակի կապի մի կողմում, կոչվում են ցիս-իզոմերներ, իսկ տարբեր ձևերով՝ տրանս-իզոմերներ.

cis-Եվ տրանս-իզոմերները տարբերվում են ոչ միայն տարածական կառուցվածքով, այլև բազմաթիվ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններով։ Տրանս-իզոմերներն ավելի կայուն են, քան cis-իզոմերներ.

Ալկենների ստացում

Բնության մեջ ալկենները հազվադեպ են հանդիպում։ Սովորաբար գազային ալկենները (էթիլեն, պրոպիլեն, բուտիլեններ) մեկուսացվում են զտման գազերից (ճեղքման ժամանակ) կամ հարակից գազերից, ինչպես նաև ածխի կոքսային գազերից։

Արդյունաբերության մեջ ալկենները ստացվում են կատալիզատորի առկայությամբ ալկանների ջրազրկմամբ (Cr 2 O 3):

Ալկանների ջրազրկում

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (բութեն-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + H 2 (բութեն-2)

Ստացման լաբորատոր մեթոդներից կարելի է նշել հետևյալը.

1. Հալոգենաջրածնի պառակտումը հալոգենացված ալկիլներից՝ դրանց վրա ալկալիների ալկոհոլային լուծույթի ազդեցության տակ.

2. ացետիլենի հիդրոգենացումը կատալիզատորի (Pd) առկայության դեպքում.

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Սպիրտների ջրազրկում (ջրի պառակտում).
Որպես կատալիզատոր օգտագործվում են թթուները (ծծմբական կամ ֆոսֆորական) կամ Al 2 O 3.

Նման ռեակցիաներում ջրածինը բաժանվում է ամենաքիչ հիդրոգենացված (ջրածնի ամենափոքր թվով ատոմներով) ածխածնի ատոմից (Ա.Մ. Զայցևի կանոն).

Ֆիզիկական հատկություններ

Որոշ ալկենների ֆիզիկական հատկությունները ներկայացված են ստորև բերված աղյուսակում: Ալկենների հոմոլոգ շարքի առաջին երեք ներկայացուցիչները (էթիլեն, պրոպիլեն և բուտիլեն) գազեր են, սկսած C 5 H 10-ից (ամիլեն կամ պենտեն-1) հեղուկներ են, իսկ C 18 H 36-ով պինդ են: Քանի որ մոլեկուլային քաշը մեծանում է, հալման և եռման կետերը մեծանում են: Նորմալ ալկենները եռում են ավելի բարձր ջերմաստիճանում, քան նրանց իզոմերները։ Եռման կետեր cis-ից ավելի բարձր իզոմերներ տրանս-իզոմերներ և հալման կետեր՝ հակառակը:

Ալկենները վատ են լուծվում ջրում (սակայն՝ ավելի լավ, քան համապատասխան ալկանները), բայց լավ՝ օրգանական լուծիչներում։ Էթիլենն ու պրոպիլենը այրվում են ծխագույն բոցով։

Որոշ ալկենների ֆիզիկական հատկություններ

Անուն		տ pl, ° С	տ kip, ° С
Էթիլեն (էթեն)
պրոպիլեն (պրոպեն)
Բուտիլեն (բութեն-1)
cis-butene-2
Տրանս-բութեն-2
Իզոբուտիլեն (2-մեթիլպրոպեն)
Ամիլեն (պենտեն-1)
Հեքսիլեն (հեքսեն-1)
Հեպտիլեն (հեպտեն-1)
Օկտեն (օկտեն-1)
Նոնիլեն (ոչ մի-1)
Դեցիլեն (դեցեն-1)

Ալկեններն ունեն ցածր բևեռականություն, բայց հեշտությամբ բևեռացվում են:

Քիմիական հատկություններ

Ալկենները բարձր ռեակտիվ են: Նրանց քիմիական հատկությունները որոշվում են հիմնականում ածխածին-ածխածին կրկնակի կապով։

Π-կապը, որպես ամենաքիչ ուժեղ և հասանելի, խզվում է ռեագենտի ազդեցությամբ, և ածխածնի ատոմների ազատված վալենտները ծախսվում են ռեագենտի մոլեկուլը կազմող ատոմների միացման վրա։ Սա կարող է ներկայացվել որպես դիագրամ.

Այսպիսով, հավելյալ ռեակցիաներին կրկնակի կապը, կարծես, կիսով չափ կոտրվում է (σ կապի պահպանմամբ)։

Ալկենների համար, բացի հավելումից, բնորոշ են նաև օքսիդացման և պոլիմերացման ռեակցիաները։

Ավելացման ռեակցիաներ

Ավելի հաճախ ավելացման ռեակցիաներն ընթանում են ըստ հետերոլիտիկ տեսակի՝ լինելով էլեկտրոֆիլ հավելման ռեակցիաներ։

1. Ջրածինացում (ջրածնի ավելացում). Ալկենները, ավելացնելով ջրածինը կատալիզատորների առկայությամբ (Pt, Pd, Ni), անցնում են հագեցած ածխաջրածինների՝ ալկանների.

H 2 C \u003d CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (էթան)

2. Հալոգենացում (հալոգենների ավելացում). Հալոգենները հեշտությամբ ավելանում են կրկնակի կապի խզման վայրում՝ դիհալոգեն ածանցյալներ ձևավորելու համար.

H 2 C \u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-դիքլորէթան)

Քլորի և բրոմի ավելացումն ավելի հեշտ է, իսկ յոդը՝ ավելի դժվար։ Ֆտորը ալկենների հետ, ինչպես ալկանների հետ, փոխազդում է պայթյունի հետ։

Համեմատեք. ալկեններում հալոգենացման ռեակցիան ավելացման գործընթաց է, ոչ թե փոխարինման (ինչպես ալկաններում):

Հալոգենացման ռեակցիան սովորաբար իրականացվում է լուծիչում սովորական ջերմաստիճանում:

Ալկեններին բրոմի և քլորի ավելացումը տեղի է ունենում իոնային, այլ ոչ թե ռադիկալ մեխանիզմով: Այս եզրակացությունը բխում է այն փաստից, որ հալոգենի ավելացման արագությունը կախված չէ ճառագայթումից, թթվածնի առկայությունից և արմատական ​​գործընթացներ հարուցող կամ արգելակող այլ ռեակտիվներից։ Մեծ թվով փորձարարական տվյալների հիման վրա առաջարկվել է այս ռեակցիայի մեխանիզմը, որը ներառում է մի քանի հաջորդական փուլեր։ Առաջին փուլում հալոգենի մոլեկուլի բևեռացումը տեղի է ունենում π- կապի էլեկտրոնների ազդեցությամբ։ Հալոգենի ատոմը, որը ձեռք է բերում որոշակի կոտորակային դրական լիցք, π կապի էլեկտրոնների հետ կազմում է անկայուն միջանկյալ նյութ, որը կոչվում է π համալիր կամ լիցքի փոխանցման բարդույթ։ Պետք է նշել, որ π-համալիրում հալոգենը ուղղորդված կապ չի ստեղծում որևէ կոնկրետ ածխածնի ատոմի հետ. այս կոմպլեքսում ուղղակի իրականացվում է π կապի էլեկտրոնային զույգի դոնոր-ընդունիչ փոխազդեցությունը՝ որպես դոնոր և հալոգեն՝ որպես ընդունող։

Այնուհետև, π-համալիրը վերածվում է ցիկլային բրոմոնի իոնի: Այս ցիկլային կատիոնի ձևավորման գործընթացում տեղի է ունենում Br-Br կապի հետերոլիտիկ ճեղքում և դատարկ Ռ- ուղեծրային sp 2 - հիբրիդացված ածխածնի ատոմը համընկնում է Ռ- հալոգենի ատոմի էլեկտրոնների «միայնակ զույգի» ուղեծիր՝ ձևավորելով ցիկլային բրոմոնի իոն:

Վերջին՝ երրորդ փուլում, բրոմի անիոնը՝ որպես նուկլեոֆիլ նյութ, հարձակվում է բրոմոնի իոնի ածխածնի ատոմներից մեկի վրա։ Բրոմիդի իոնի կողմից նուկլեոֆիլ հարձակումը հանգեցնում է եռանդամ օղակի բացմանը և հարակից դիբրոմիդի ձևավորմանը ( վիկ- մոտ): Այս քայլը պաշտոնապես կարելի է համարել որպես S N 2-ի նուկլեոֆիլ փոխարինում ածխածնի ատոմում, որտեղ հեռացող խումբը Br + է։

Այս ռեակցիայի արդյունքը դժվար չէ կանխատեսել. բրոմի անիոնը հարձակվում է կարբոկատիոնի վրա՝ առաջացնելով դիբրոմէթան։

CCl 4-ում բրոմի լուծույթի արագ գունաթափումը չհագեցվածության պարզագույն փորձարկումներից մեկն է, քանի որ ալկենները, ալկինները և դիենները արագ արձագանքում են բրոմի հետ:

Ալկեններին բրոմի ավելացումը (բրոմացման ռեակցիա) որակական ռեակցիա է հագեցած ածխաջրածիններին։ Երբ չհագեցած ածխաջրածիններն անցնում են բրոմաջրի միջով (բրոմի լուծույթ ջրի մեջ), դեղին գույնն անհետանում է (ածխաջրածինների սահմանափակման դեպքում՝ մնում է)։

3. Հիդրոհալոգենացում (ջրածնի հալոգենիդների ավելացում): Ալկենները հեշտությամբ ավելացնում են ջրածնի հալոգենիդներ.

H 2 C \u003d CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

Ջրածնի հալոգենիդների ավելացումը էթիլենի հոմոլոգներին հետևում է Վ.Վ.Մարկովնիկովի կանոնին (1837 - 1904). Նորմալ պայմաններում ջրածնի հալոգենիդը կրկնակի կապի տեղում կցվում է առավել հիդրոգենացված ածխածնի ատոմին, իսկ հալոգենը՝ ավելի քիչ: հիդրոգենացված:

Մարկովնիկովի կանոնը կարելի է բացատրել նրանով, որ անհամաչափ ալկեններում (օրինակ՝ պրոպիլենում) էլեկտրոնային խտությունը բաշխված է անհավասարաչափ։ Կրկնակի կապի հետ անմիջականորեն կապված մեթիլ խմբի ազդեցության տակ էլեկտրոնային խտությունը տեղափոխվում է դեպի այս կապը (դեպի ծայրահեղ ածխածնի ատոմ):

Այս տեղաշարժի շնորհիվ p-կապը բևեռացված է և մասնակի լիցքեր են առաջանում ածխածնի ատոմների վրա։ Հեշտ է պատկերացնել, որ դրական լիցքավորված ջրածնի իոնը (պրոտոն) կմիանա ածխածնի ատոմին (էլեկտրոֆիլ հավելում), որն ունի մասնակի բացասական լիցք, և բրոմի անիոնը՝ մասնակի դրական լիցք ունեցող ածխածնին։

Նման կցումը օրգանական մոլեկուլում ատոմների փոխադարձ ազդեցության հետևանք է։ Ինչպես գիտեք, ածխածնի ատոմի էլեկտրաբացասականությունը մի փոքր ավելի բարձր է, քան ջրածինը։

Հետևաբար, մեթիլ խմբում նկատվում է σ-կապերի C-H որոշ բևեռացում, որը կապված է էլեկտրոնի խտության տեղաշարժի հետ ջրածնի ատոմներից դեպի ածխածին։ Սա իր հերթին առաջացնում է էլեկտրոնի խտության բարձրացում կրկնակի կապի շրջանում և հատկապես դրա ծայրահեղ ատոմում։ Այսպիսով, մեթիլ խումբը, ինչպես մյուս ալկիլ խմբերը, հանդես է գալիս որպես էլեկտրոնի դոնոր: Այնուամենայնիվ, պերօքսիդի միացությունների կամ O 2-ի առկայության դեպքում (երբ ռեակցիան արմատական ​​է), այս ռեակցիան կարող է նաև հակադրվել Մարկովնիկովի կանոնին:

Նույն պատճառներով Մարկովնիկովի կանոնը պահպանվում է, երբ անհամաչափ ալկեններին ավելացնում են ոչ միայն ջրածնի հալոգենիդներ, այլ նաև այլ էլեկտրոֆիլ ռեակտիվներ (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl և այլն):

4. Խոնավացում (ջրի ավելացում): Կատալիզատորների առկայության դեպքում ալկեններին ջուր են ավելացնում՝ սպիրտներ առաջացնելու համար։ Օրինակ:

H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (իզոպրոպիլային սպիրտ)

Օքսիդացման ռեակցիաներ

Ալկեններն ավելի հեշտ են օքսիդանում, քան ալկանները։ Ալկենների օքսիդացման ժամանակ առաջացած արտադրանքները և դրանց կառուցվածքը կախված են ալկենների կառուցվածքից և այս ռեակցիայի պայմաններից։

1. Այրում

H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2. Թերի կատալիտիկ օքսիդացում

3. Օքսիդացում նորմալ ջերմաստիճանում: Երբ KMnO 4-ի ջրային լուծույթը գործում է էթիլենի վրա (նորմալ պայմաններում, չեզոք կամ ալկալային միջավայրում՝ Վագների ռեակցիա), ձևավորվում է երկհիդրիկ սպիրտ՝ էթիլեն գլիկոլ.

3H 2 C \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (էթիլեն գլիկոլ) + 2MnO 2 + KOH

Այս ռեակցիան որակական է՝ կալիումի պերմանգանատի լուծույթի մանուշակագույն գույնը փոխվում է, երբ դրան ավելացվում է չհագեցած միացություն։

Ավելի ծանր պայմաններում (KMnO 4-ի օքսիդացում ծծմբաթթվի կամ քրոմի խառնուրդի առկայության դեպքում), կրկնակի կապը խզվում է ալկենի մեջ՝ առաջացնելով թթվածին պարունակող արտադրանք.

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (քացախաթթու)

Իզոմերացման ռեակցիա

Ջեռուցման կամ կատալիզատորների առկայության դեպքում ալկենները կարողանում են իզոմերիզացվել՝ շարժվում է կրկնակի կապ կամ ստեղծվում է իզոկառուցվածք։

պոլիմերացման ռեակցիաներ

Π-կապերի խզման պատճառով ալկենի մոլեկուլները կարող են միավորվել միմյանց հետ՝ առաջացնելով երկար շղթայական մոլեկուլներ։

Բնության մեջ գտնելը և ալկենների ֆիզիոլոգիական դերը

Բնության մեջ ացիկլիկ ալկեններ գործնականում չեն հայտնաբերվել։ Օրգանական միացությունների այս դասի ամենապարզ ներկայացուցիչը՝ էթիլեն C 2 H 4, բույսերի հորմոն է և սինթեզվում է դրանցում փոքր քանակությամբ։

Բնության մեջ հանդիպող սակավաթիվ ալկեններից մեկը մուսկալուրն է ( cis-տրիկոզեն-9) էգ տնային ճանճի սեռական գրավիչ է (Մուսկա ներքին).

Ստորին ալկենները բարձր կոնցենտրացիաներում ունեն թմրամիջոցների ազդեցություն: Շարքի բարձրագույն անդամները նույնպես առաջացնում են ցնցումներ և շնչառական ուղիների լորձաթաղանթի գրգռում։

Անհատական ​​ներկայացուցիչներ

Էթիլենը (էթեն) օրգանական քիմիական միացություն է, որը նկարագրված է C 2 H 4 բանաձևով: Դա ամենապարզ ալկենն է։ Պարունակում է կրկնակի կապ և, հետևաբար, վերաբերում է չհագեցած կամ չհագեցած ածխաջրածիններին: Այն չափազանց կարևոր դեր է խաղում արդյունաբերության մեջ, ինչպես նաև ֆիտոհորմոն է (ցածր մոլեկուլային քաշի օրգանական նյութեր, որոնք արտադրվում են բույսերի կողմից և ունեն կարգավորիչ գործառույթներ):

Էթիլեն - առաջացնում է անզգայացում, ունի գրգռիչ և մուտագեն ազդեցություն:

Էթիլենը ամենաշատ արտադրվող օրգանական միացությունն է աշխարհում. Էթիլենի ընդհանուր համաշխարհային արտադրությունը 2008 թվականին կազմել է 113 մլն տոննա և շարունակում է աճել տարեկան 2-3%-ով։

Էթիլենը հիմնական օրգանական սինթեզի առաջատար արտադրանքն է և օգտագործվում է պոլիէթիլենի արտադրության համար (1-ին տեղ՝ ընդհանուր ծավալի մինչև 60%-ը)։

Պոլիէթիլենը էթիլենի ջերմապլաստիկ պոլիմեր է: Աշխարհում ամենատարածված պլաստիկը.

Սպիտակ գույնի մոմանման զանգված է (բարակ թափանցիկ թիթեղները անգույն են)։ Այն քիմիապես և ցրտադիմացկուն է, մեկուսիչ է, ցնցումների նկատմամբ զգայուն չէ (հարվածման կլանիչ), տաքանալիս փափկվում է (80-120 ° C), սառչելիս սառչում է, կպչունություն (աննման պինդ և (կամ) հեղուկ մարմինների մակերևույթների կպչունություն) չափազանց ցածր: Երբեմն ժողովրդական գիտակցության մեջ այն նույնացվում է ցելոֆանի հետ՝ բուսական ծագման նմանատիպ նյութի հետ:

Պրոպիլեն - առաջացնում է անզգայացում (էթիլենից ավելի ուժեղ), ունի ընդհանուր թունավոր և մուտագեն ազդեցություն:

Դիմացկուն է ջրի նկատմամբ, չի փոխազդում որևէ կոնցենտրացիայի ալկալիների հետ, չեզոք, թթվային և հիմնային աղերի, օրգանական և անօրգանական թթուների, նույնիսկ խտացված ծծմբաթթվի լուծույթների հետ, բայց քայքայվում է 50% ազոտական ​​թթվի ազդեցության տակ սենյակային ջերմաստիճանում և ազդեցության տակ։ հեղուկ և գազային քլորի և ֆտորի. Ժամանակի ընթացքում տեղի է ունենում ջերմային ծերացում։

Պոլիէթիլենային թաղանթ (հատկապես փաթեթավորում, ինչպիսիք են փուչիկները կամ ժապավենը):

Տարաներ (շշեր, տարաներ, տուփեր, տարաներ, այգիների ջրցան տարաներ, սածիլների համար նախատեսված ամաններ.

Պոլիմերային խողովակներ կոյուղու, ջրահեռացման, ջրի և գազի մատակարարման համար։

էլեկտրական մեկուսիչ նյութ.

Պոլիէթիլենային փոշին օգտագործվում է որպես տաք հալեցնող սոսինձ:

Բուտեն-2 - առաջացնում է անզգայացում, ունի գրգռիչ ազդեցություն:

Դասի թեման.Ալկեններ. Ալկենների ստացում, քիմիական հատկություններ և կիրառում:

Դասի նպատակներն ու խնդիրները.

• հաշվի առնել էթիլենի հատուկ քիմիական հատկությունները և ալկենների ընդհանուր հատկությունները.
• խորացնել և կոնկրետացնել ?-կապերի հասկացությունները, քիմիական ռեակցիաների մեխանիզմները.
• նախնական պատկերացումներ տալ պոլիմերացման ռեակցիաների և պոլիմերների կառուցվածքի մասին.
• վերլուծել ալկենների ստացման լաբորատոր և ընդհանուր արդյունաբերական մեթոդները.
• շարունակել զարգացնել դասագրքի հետ աշխատելու կարողությունը:

Սարքավորումներ:գազերի ստացման սարք, KMnO 4 լուծույթ, էթիլային սպիրտ, խտացված ծծմբաթթու, լուցկի, սպիրտ լամպ, ավազ, աղյուսակներ «Էթիլենի մոլեկուլի կառուցվածքը», «Ալկենների հիմնական քիմիական հատկությունները», ցուցադրական նմուշներ «Պոլիմերներ»։

ԴԱՍԵՐԻ ԺԱՄԱՆԱԿ

I. Կազմակերպչական պահ

Շարունակում ենք ուսումնասիրել ալկենների հոմոլոգ շարքը։ Այսօր մենք պետք է դիտարկենք ալկենների ստացման մեթոդները, քիմիական հատկությունները և կիրառությունները: Մենք պետք է բնութագրենք կրկնակի կապի շնորհիվ քիմիական հատկությունները, նախնական պատկերացում ստանանք պոլիմերացման ռեակցիաների մասին, դիտարկենք ալկեններ ստանալու լաբորատոր և արդյունաբերական մեթոդները։

II. Ուսանողների գիտելիքների ակտիվացում

1. Ո՞ր ածխաջրածիններն են կոչվում ալկեններ:

1. Որո՞նք են դրանց կառուցվածքի առանձնահատկությունները:

1. Ի՞նչ հիբրիդային վիճակում են գտնվում ածխածնի ատոմները, որոնք կրկնակի կապ են կազմում ալկենի մոլեկուլում:

Ստորին գիծ. ալկենները ալկաններից տարբերվում են մոլեկուլներում մեկ կրկնակի կապի առկայությամբ, որը որոշում է ալկենների քիմիական հատկությունների առանձնահատկությունները, դրանց պատրաստման և օգտագործման եղանակները:

III. Նոր նյութ սովորելը

1. Ալկենների ստացման եղանակներ

Կազմե՛ք ալկենների ստացման մեթոդները հաստատող ռեակցիայի հավասարումներ

– ալկանների ճեղքում C 8 H 18 ––> Գ 4 Հ 8 + C 4 H 10; (ջերմային ճեղքվածք 400-700 o C ջերմաստիճանում)
օկտան բութեն բութան
– ալկանների ջրազրկում C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
բութան-բութեն ջրածին
– հալոալկանների ջրահալոգենացում C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
քլորոբութանի հիդրօքսիդ բութեն քլորիդ ջուր
կալիում կալիում
- դիհալոալկանների ջրահալոգենացում
- սպիրտների ջրազրկում C 2 H 5 OH -–> C 2 H 4 + H 2 O (երբ տաքացվում է խտացված ծծմբաթթվի առկայությամբ)
Հիշիր. Ջրազրկման, ջրազրկման, ջրահալոգենացման և դեհալոգենացման ռեակցիաներում պետք է հիշել, որ ջրածինը հիմնականում անջատված է ավելի քիչ ջրածնային ածխածնի ատոմներից (Զայցևի կանոն, 1875 թ.)

2. Ալկենների քիմիական հատկությունները

Ածխածին-ածխածին կապի բնույթը որոշում է քիմիական ռեակցիաների տեսակը, որոնց մեջ մտնում են օրգանական նյութերը: Էթիլենային ածխաջրածինների մոլեկուլներում կրկնակի ածխածին-ածխածին կապի առկայությունը որոշում է այս միացությունների հետևյալ հատկանիշները.
- կրկնակի կապի առկայությունը հնարավորություն է տալիս ալկենները դասակարգել որպես չհագեցած միացություններ: Նրանց փոխակերպումը հագեցածների հնարավոր է միայն հավելման ռեակցիաների արդյունքում, ինչը օլեֆինների քիմիական վարքագծի հիմնական հատկանիշն է.
- կրկնակի կապը էլեկտրոնի խտության զգալի կոնցենտրացիան է, ուստի ավելացման ռեակցիաները էլեկտրոֆիլ բնույթ են կրում.
- կրկնակի կապը բաղկացած է մեկ և մեկ կապից, որը բավականին հեշտությամբ բևեռացվում է:

Ալկենների քիմիական հատկությունները բնութագրող ռեակցիայի հավասարումներ

ա) ավելացման ռեակցիաներ

Հիշիր. Փոխարինման ռեակցիաները բնորոշ են միայն մեկ կապ ունեցող ալկաններին և բարձրագույն ցիկլոալկաններին, իսկ ավելացման ռեակցիաները բնորոշ են կրկնակի և եռակի կապ ունեցող ալկեններին, դիեններին և ալկիններին:

Հիշիր. Խզման կապի հետևյալ մեխանիզմները հնարավոր են.

ա) եթե ալկենները և ռեագենտը ոչ բևեռ միացություններ են, ապա կապը խզվում է ազատ ռադիկալի ձևավորմամբ.

H 2 C \u003d CH 2 + H: H -–> + +

բ) եթե ալկենը և ռեագենտը բևեռային միացություններ են, ապա կապի խզումը հանգեցնում է իոնների առաջացման.

գ) մոլեկուլում ջրածնի ատոմներ պարունակող ռեակտիվների խզման տեղում միանալիս ջրածինը միշտ միանում է ավելի հիդրոգենացված ածխածնի ատոմին (Մորկովնիկովի կանոն, 1869 թ.):

- պոլիմերացման ռեակցիա nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
էթեն պոլիէթիլեն

բ) օքսիդացման ռեակցիա

Լաբորատոր փորձ.Ձեռք բերեք էթիլեն և ուսումնասիրեք դրա հատկությունները (ցուցումներ ուսանողական սեղանների վրա)

Էթիլենի ստացման հրահանգներ և դրա հետ փորձեր

1. Փորձանոթի մեջ լցնում ենք 2 մլ խտացված ծծմբաթթու, 1 մլ սպիրտ եւ փոքր քանակությամբ ավազ։
2. Փորձանոթը փակեք գազի ելքի խողովակով խցանով և տաքացրեք սպիրտային լամպի կրակի մեջ:
3. Դուրս եկող գազն անցկացրեք կալիումի պերմանգանատի լուծույթով։ Ուշադրություն դարձրեք լուծույթի գույնի փոփոխությանը:
4. Բոցավառեք գազը գազի խողովակի վերջում: Ուշադրություն դարձրեք կրակի գույնին.

- Ալկենները այրվում են լուսավոր բոցով: (Ինչու՞)

C 2 H 4 + 3O 2 -–> 2CO 2 + 2H 2 O (ամբողջական օքսիդացումով, ռեակցիայի արտադրանքներն են ածխաթթու գազը և ջուրը)

Որակական ռեակցիա՝ «մեղմ օքսիդացում (ջրային լուծույթում)».

- ալկենները գունազրկում են կալիումի պերմանգանատի լուծույթը (Վագների ռեակցիա)

Թթվային միջավայրում ավելի ծանր պայմաններում ռեակցիայի արտադրանքը կարող է լինել կարբոքսիլաթթուներ, օրինակ (թթուների առկայության դեպքում).

CH 3 - CH \u003d CH 2 + 4 [O] -–> CH 3 COOH + HCOOH

- կատալիտիկ օքսիդացում

Հիշեք գլխավորը.

1. Չհագեցած ածխաջրածիններն ակտիվորեն մտնում են ավելացման ռեակցիաների մեջ։
2. Ալկենների ռեակտիվությունը պայմանավորված է նրանով, որ - ռեագենտների գործողության տակ կապը հեշտությամբ կոտրվում է։
3. Հավելման արդյունքում տեղի է ունենում ածխածնի ատոմների անցում sp 2 -ից sp 3 - հիբրիդային վիճակի։ Ռեակցիայի արտադրանքն ունի սահմանափակող բնույթ։
4. Երբ էթիլենը, պրոպիլենը և այլ ալկենները տաքացվում են ճնշման տակ կամ կատալիզատորի առկայության դեպքում, դրանց առանձին մոլեկուլները միացվում են երկար շղթաների՝ պոլիմերների։ Գործնական մեծ նշանակություն ունեն պոլիմերները (պոլիէթիլեն, պոլիպրոպիլեն)։

3. Ալկենների օգտագործումը(աշակերտի ուղերձը հետևյալ պլանի համաձայն).

1 - բարձր օկտանային թվով վառելիքի ձեռքբերում.
2 - պլաստմասսա;
3 - պայթուցիկ նյութեր;
4 - անտիֆրիզ;
5 - լուծիչներ;
6 - արագացնել մրգերի հասունացումը.
7 - ացետալդեհիդի ստացում;
8 - սինթետիկ կաուչուկ:

III. Ուսումնասիրված նյութի համախմբում

Տնային աշխատանք:§§ 15, 16, նախկին. 1, 2, 3 էջ 90, նախ. 4, 5 էջ 95։

Ալկենների համար առավել բնորոշ են այն ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում պակաս ուժեղ π-կապերի բացման պատճառով։ Այս դեպքում π-կապը (սկզբնական ալկենում) փոխակերպվում է σ-կապի ռեակցիայի արտադրանքի մեջ։ Նախնական չհագեցած միացությունը վերածվում է հագեցածի՝ առանց այլ արտադրանքների առաջացման, այսինքն. շարունակվում էավելացման ռեակցիա.

Ո՞րն է ալկենների հետ ավելացման ռեակցիաների մեխանիզմը:

1. Ալկենների մոլեկուլներում π-կապերի էլեկտրոնների պատճառով առաջանում է էլեկտրոնային խտության բարձրացման շրջան (մոլեկուլի հարթությունից վերևում և ներքևում գտնվող π-էլեկտրոնների ամպ).

Հետևաբար, կրկնակի կապը հակված է հարձակման էլեկտրոֆիլ (էլեկտրոնային անբավարար) ռեագենտի կողմից: Այս դեպքում տեղի կունենա π կապի հետերոլիտիկ ճեղքում, և ռեակցիան կշարունակվի։ իոնայինմեխանիզմ՝ որպես էլեկտրոֆիլ հավելում։

Էլեկտրաֆիլային ավելացման մեխանիզմը նշվում է խորհրդանիշով Գովազդ Ե

(ըստ անգլերեն տերմինների առաջին տառերի. Ad - լրացում [կցված],

E - էլեկտրոֆիլ [էլեկտրաֆիլ]):

2. Մյուս կողմից, ածխածին-ածխածին π-կապը, լինելով ոչ բևեռ, կարող է հոմոլիտիկ կերպով կոտրվել, և այնուհետև ռեակցիան ընթանալու է ըստ. արմատականմեխանիզմ։

Արմատական ​​ավելացման մեխանիզմը նշվում է խորհրդանիշով Գովազդ Ռ

(R - արմատական ​​- արմատական):

Ավելացման մեխանիզմը կախված է ռեակցիայի պայմաններից։

Բացի այդ, ալկենները բնութագրվում են ռեակցիաներով իզոմերացումԵվ օքսիդացում(ներառյալ ռեակցիան այրվում էբոլոր ածխաջրածիններին բնորոշ):

Ավելացման ռեակցիաներ ալկեններին

Ալկենները ենթարկվում են մի շարք հավելումների ռեակցիաների։

1. Ջրածինացում (ջրածնի ավելացում)

Ալկենները փոխազդում են ջրածնի հետ, երբ տաքանում են և բարձր ճնշման դեպքում կատալիզատորների (Pt, Pd, Ni և այլն) առկայության դեպքում առաջանում են ալկաններ.

Ալկենների հիդրոգենացում - ռեակցիա, հակադարձ ալկանների ջրազրկում. Համաձայն Le Chatelier-ի սկզբունքը, հիդրոգենացումը նպաստում է ճնշման բարձրացմանը, tk. այս ռեակցիան ուղեկցվում է համակարգի ծավալի նվազմամբ։

Ալկեններում ածխածնի ատոմներին ջրածնի ավելացումը հանգեցնում է դրանց օքսիդացման աստիճանի նվազմանը.

Հետևաբար, ալկենների հիդրոգենացումը կոչվում է վերականգնողական ռեակցիաներ։ Այս ռեակցիան օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ՝ բարձր օկտանային վառելիք արտադրելու համար։

2. Հալոգենացում (հալոգենների ավելացում)

Հալոգենների ավելացումը C=C կրկնակի կապին հեշտությամբ տեղի է ունենում նորմալ պայմաններում (սենյակային ջերմաստիճանում՝ առանց կատալիզատորի)։ Օրինակ, ջրի մեջ բրոմի լուծույթի կարմիր-շագանակագույն գույնի արագ գունաթափումը (բրոմ ջուր) ծառայում է որպես որակական ռեակցիա կրկնակի կապի առկայությանը.

Այսպիսով, HCl-ի պրոպիլենի հետ ռեակցիայի ժամանակ 1-քլորպրոպանի և 2-քլորոպրոպանի երկու հնարավոր կառուցվածքային իզոմերներից առաջանում է վերջինս.

Այս օրինաչափությունը սկզբնապես հաստատվել է էմպիրիկ կերպով: Ժամանակակից օրգանական քիմիայում Մարկովնիկովի կանոնի տեսական հիմնավորումը տրված է մոլեկուլների էլեկտրոնային կառուցվածքի ռեակտիվության վրա ազդեցության դիրքորոշման հիման վրա։

Հարկ է նշել, որ Մարկովնիկովի կանոնն իր դասական ձևակերպման մեջ դիտվում է միայն բուն ալկենների էլեկտրոֆիլ ռեակցիաների համար։ Ալկենի որոշ ածանցյալների դեպքում կամ ռեակցիայի մեխանիզմի փոփոխության դեպքում. կանոնի դեմՄարկովնիկով.

4. Խոնավեցում(ջրի միացում)

Հիդրացիա տեղի է ունենում հանքային թթուների առկայության դեպքում էլեկտրոֆիլային ավելացման մեխանիզմով.

Անհամաչափ ալկենների ռեակցիաներում նկատվում է Մարկովնիկովի կանոնը.

1. Պոլիմերացում- ցածր մոլեկուլային քաշի նյութի (մոնոմերի) մոլեկուլների հաջորդական ավելացումով բարձր մոլեկուլային միացության (պոլիմերի) առաջացման ռեակցիան՝ ըստ սխեմայի.

nՄ Մ n

Թիվ n պոլիմերային բանաձևում ( Մ n ) կոչվում է պոլիմերացման աստիճան։ Ալկենների պոլիմերացման ռեակցիաները պայմանավորված են բազմաթիվ կապերի ավելացմամբ.

2. Dimerizationալկեններ - հավելման ռեակցիայի արդյունքում դիմերի (կրկնապատկված մոլեկուլի) առաջացում։ Հանքային թթվի առկայության դեպքում (պրոտոն դոնոր Հ + ) ալկենի մոլեկուլի կրկնակի կապին ավելացվում է պրոտոն։ Սա ձևավորում է կարբոկացիա.

«Dimeric carbocation»-ը կայունանում է պրոտոնի արտանետմամբ, ինչը հանգեցնում է ալկենի դիմերիզացման արտադրանքի՝ իզոմերային դիիզոբուտիլենների խառնուրդ (2,4,4-trimethypentene-2 ​​և 2,4,4-trimethylpentene-1).

Այս գործընթացը տեղի է ունենում իզոբուտիլենի (2-մեթիպրոպեն) 60% ծծմբաթթվի մշակման ժամանակ 70°C ջերմաստիճանում։ Ստացված դիիզոբուտիլենների խառնուրդը հիդրոգենացվում է՝ արտադրելու «իզոոկտան» (2,2,4-տրիմեթիլպենտան), որն օգտագործվում է բենզինի հակաթակման կարողությունը բարելավելու համար («իզոոկտանը» 100 օկտան շարժիչի վառելիքի ստանդարտ է):