Temat lekcji: Alkeny. Otrzymywanie, właściwości chemiczne i zastosowanie alkenów.

Cele i zadania lekcji:

• dokonać przeglądu specyficznych właściwości chemicznych etylenu i ogólnych właściwości alkenów;
• pogłębiać i konkretyzować pojęcia wiązań a oraz mechanizmów reakcji chemicznych;
• podać wstępne pomysły na temat reakcji polimeryzacji i struktury polimerów;
• analizować laboratoryjne i ogólnoprzemysłowe metody wytwarzania alkenów;
• dalsze rozwijanie umiejętności pracy z podręcznikiem.

Sprzęt: urządzenie do wytwarzania gazów, roztwór KMnO 4, alkohol etylowy, stężony kwas siarkowy, zapałki, lampa alkoholowa, piasek, tablice „Struktura cząsteczki etylenu”, „Podstawowe właściwości chemiczne alkenów”, próbki demonstracyjne „Polimery”.

PODCZAS ZAJĘĆ

I. Moment organizacyjny

Kontynuujemy badanie serii homologicznej alkenów. Dziś musimy przyjrzeć się metodom wytwarzania, właściwościom chemicznym i zastosowaniom alkenów. Musimy scharakteryzować właściwości chemiczne wywołane podwójnym wiązaniem, uzyskać wstępne zrozumienie reakcji polimeryzacji oraz rozważyć laboratoryjne i przemysłowe metody produkcji alkenów.

II. Aktywizacja wiedzy uczniów

1. Jakie węglowodory nazywane są alkenami?

1. Jakie są cechy ich struktury?

1. W jakim stanie hybrydowym znajdują się atomy węgla tworzące wiązanie podwójne w cząsteczce alkenu?

Konkluzja: alkeny różnią się od alkanów obecnością w ich cząsteczkach jednego podwójnego wiązania, które określa cechy chemiczne alkenów, metody ich wytwarzania i stosowania.

III. Nauka nowego materiału

1. Metody wytwarzania alkenów

Sporządzić równania reakcji potwierdzające metody wytwarzania alkenów

– kraking alkanów C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (kraking termiczny w temperaturze 400-700 o C)
oktan buten butan
– odwodornienie alkanów C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butan buten wodór
– dehydrohalogenacja haloalkanów C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
wodorotlenek chlorobutanu chlorek butenu woda
potas potas
– dehydrohalogenacja dihaloalkanów
– odwodnienie alkoholi C 2 H 5 OH ––> C 2 H 4 + H 2 O (podczas ogrzewania w obecności stężonego kwasu siarkowego)
Pamiętać! W reakcjach odwodornienia, odwodnienia, odhydrohalogenacji i dehalogenacji należy pamiętać, że wodór jest preferencyjnie wyodrębniany z mniej uwodornionych atomów węgla (reguła Zajcewa, 1875)

2. Właściwości chemiczne alkenów

Charakter wiązania węgiel-węgiel determinuje rodzaj reakcji chemicznych, w które wchodzą substancje organiczne. Obecność podwójnego wiązania węgiel-węgiel w cząsteczkach węglowodorów etylenowych determinuje następujące cechy tych związków:
– obecność wiązania podwójnego pozwala zaliczyć alkeny do związków nienasyconych. Ich przemiana w nasycone możliwa jest jedynie w wyniku reakcji addycji, co jest główną cechą zachowania chemicznego olefin;
– wiązanie podwójne reprezentuje znaczną koncentrację gęstości elektronowej, zatem reakcje addycji mają charakter elektrofilowy;
– wiązanie podwójne składa się z jednego i jednego wiązania, które dość łatwo ulega polaryzacji.

Równania reakcji charakteryzujące właściwości chemiczne alkenów

a) Reakcje addycji

Pamiętać! Reakcje podstawienia są charakterystyczne dla alkanów i wyższych cykloalkanów, które mają tylko pojedyncze wiązania, reakcje addycji są charakterystyczne dla alkenów, dienów i alkinów, które mają podwójne i potrójne wiązania.

Pamiętać! Możliwe są następujące mechanizmy zerwania wiązania:

a) jeśli alkeny i odczynnik są związkami niepolarnymi, to wiązanie - zostaje zerwane, tworząc wolny rodnik:

H 2 do = CH 2 + H: H ––> + +

b) jeśli alken i odczynnik są związkami polarnymi, to rozerwanie wiązania - prowadzi do powstania jonów:

c) gdy odczynniki zawierające w cząsteczce atomy wodoru łączą się w miejscu przerwanego wiązania, wodór zawsze przyłącza się do bardziej uwodornionego atomu węgla (reguła Morkownikowa, 1869).

– reakcja polimeryzacji nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 –– > (– CH 2 – CH 2 –)n
eten-polietylen

b) reakcja utleniania

Doświadczenie laboratoryjne. Zdobądź etylen i zbadaj jego właściwości (instrukcja na biurkach uczniów)

Instrukcja otrzymywania etylenu i eksperymentów z nim

1. Do probówki umieścić 2 ml stężonego kwasu siarkowego, 1 ml alkoholu i niewielką ilość piasku.
2. Zamknąć probówkę korkiem z rurką wylotową gazu i podgrzać ją w płomieniu lampy alkoholowej.
3. Przepuścić uwolniony gaz przez roztwór z nadmanganianem potasu. Zwróć uwagę na zmianę koloru roztworu.
4. Zapalić gaz na końcu rurki wylotowej gazu. Zwróć uwagę na kolor płomienia.

– alkeny palą się świetlistym płomieniem. (Dlaczego?)

C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (przy całkowitym utlenieniu produktami reakcji są dwutlenek węgla i woda)

Reakcja jakościowa: „łagodne utlenianie (w roztworze wodnym)”

– alkeny odbarwiają roztwór nadmanganianu potasu (reakcja Wagnera)

W trudniejszych warunkach w środowisku kwaśnym produktami reakcji mogą być kwasy karboksylowe, np. (w obecności kwasów):

CH 3 – CH = CH 2 + 4 [O] ––> CH 3 COOH + HCOOH

– utlenianie katalityczne

Pamiętaj o najważniejszym!

1. Węglowodory nienasycone aktywnie uczestniczą w reakcjach addycji.
2. Reaktywność alkenów wynika z faktu, że wiązanie łatwo ulega rozerwaniu pod wpływem odczynników.
3. W wyniku dodania następuje przejście atomów węgla ze sp 2 do sp 3 - następuje stan hybrydowy. Produkt reakcji ma charakter ograniczający.
4. Podczas ogrzewania etylenu, propylenu i innych alkenów pod ciśnieniem lub w obecności katalizatora ich poszczególne cząsteczki łączą się w długie łańcuchy - polimery. Polimery (polietylen, polipropylen) mają ogromne znaczenie praktyczne.

3. Zastosowanie alkenów(wiadomość studencka według poniższego planu).

1 – produkcja paliwa o wysokiej liczbie oktanowej;
2 – tworzywa sztuczne;
3 – materiały wybuchowe;
4 – środek przeciw zamarzaniu;
5 – rozpuszczalniki;
6 – w celu przyspieszenia dojrzewania owoców;
7 – produkcja aldehydu octowego;
8 – kauczuk syntetyczny.

III. Utrwalenie poznanego materiału

Praca domowa:§§ 15, 16, ust. 1, 2, 3 s. 90, np. 4, 5 s. 95.

Najprostszym alkenem jest eten C 2 H 4. Zgodnie z nomenklaturą IUPAC nazwy alkenów powstają z nazw odpowiednich alkanów poprzez zastąpienie przyrostka „-ane” słowem „-ene”; Położenie wiązania podwójnego jest oznaczone cyfrą arabską.

Struktura przestrzenna etylenu

Pod nazwą pierwszego przedstawiciela tej serii - etylenu - takie węglowodory nazywane są etylenem.

Nazewnictwo i izomeria

Nomenklatura

Alkeny o prostej budowie często nazywane są poprzez zastąpienie przyrostka -an w alkanach przez -ylen: etan - etylen, propan - propylen itp.

Zgodnie z systematyczną nomenklaturą nazwy węglowodorów etylenowych powstają poprzez zastąpienie przyrostka -an w odpowiednich alkanach przyrostkiem -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen itp.). Wybór głównego łańcucha i kolejność nazewnictwa są takie same jak w przypadku alkanów. Jednakże łańcuch musi koniecznie zawierać wiązanie podwójne. Numeracja łańcucha rozpoczyna się od końca, do którego najbliżej znajduje się to połączenie. Na przykład:

Czasami używane są również nazwy racjonalne. W tym przypadku wszystkie węglowodory alkenowe uważa się za podstawiony etylen:

Rodniki nienasycone (alkenowe) nazywane są trywialnymi nazwami lub systematyczną nomenklaturą:

H 2 C = CH - - winyl (etenyl)

H 2 C = CH - CH 2 - -allil (propenyl-2)

Izomeria

Alkeny charakteryzują się dwoma typami izomerii strukturalnej. Oprócz izomerii związanej z budową szkieletu węglowego (jak w alkanach), pojawia się izomeria zależna od położenia wiązania podwójnego w łańcuchu. Prowadzi to do wzrostu liczby izomerów w szeregu alkenów.

Pierwsi dwaj członkowie homologicznej serii alkenów - (etylen i propylen) - nie mają izomerów, a ich strukturę można wyrazić w następujący sposób:

H2C = CH2 etylen (eten)

H 2 C = CH - CH 3 propylen (propen)

Izomeria pozycji wiązań wielokrotnych

H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 buten-1

H3C - CH = CH - CH3buten-2

Izomeria geometryczna - izomeria cis, trans.

Izomeria ta jest typowa dla związków z podwójnym wiązaniem.

Jeżeli proste wiązanie σ pozwala na swobodny obrót poszczególnych ogniw łańcucha węglowego wokół własnej osi, to taki obrót wokół wiązania podwójnego nie zachodzi. To jest powód pojawienia się geometrycznych ( cis-, trans-) izomery.

Izomeria geometryczna jest jednym z rodzajów izomerii przestrzennej.

Izomery, w których po jednej stronie wiązania podwójnego znajdują się te same podstawniki (przy różnych atomach węgla) nazywane są izomerami cis, a po przeciwnej stronie – izomerami trans:

Cis- I trans- izomery różnią się nie tylko budową przestrzenną, ale także wieloma właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Trans- izomery są bardziej stabilne niż cis- izomery.

Wytwarzanie alkenów

Alkeny są rzadkie w przyrodzie. Zwykle gazowe alkeny (etylen, propylen, butyleny) wyodrębnia się z gazów rafinacyjnych ropy naftowej (podczas krakowania) lub gazów towarzyszących, a także z gazów koksowniczych węgla.

W przemyśle alkeny otrzymuje się przez odwodornienie alkanów w obecności katalizatora (Cr 2 O 3).

Odwodornienie alkanów

H 3 do - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (buten-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH = CH - CH 3 + H 2 (buten-2)

Wśród laboratoryjnych metod produkcji można wyróżnić:

1. Eliminacja halogenowodoru z halogenków alkilu pod działaniem na nie alkoholowego roztworu alkalicznego:

2. Uwodornienie acetylenu w obecności katalizatora (Pd):

H-C ≡ C-H + H. 2 → H. 2 do = CH 2

3. Odwodnienie alkoholi (eliminacja wody).
Jako katalizator stosuje się kwasy (siarkowy lub fosforowy) lub Al 2 O 3:

W takich reakcjach wodór oddziela się od najmniej uwodornionego (o najmniejszej liczbie atomów wodoru) atomu węgla (reguła A.M. Zajcewa):

Właściwości fizyczne

Właściwości fizyczne niektórych alkenów przedstawiono w poniższej tabeli. Pierwsi trzej przedstawiciele homologicznej serii alkenów (etylen, propylen i butylen) to gazy, począwszy od C 5 H 10 (amylen lub penten-1) to ciecze, a przy C 18 H 36 to ciała stałe. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej wzrastają temperatury topnienia i wrzenia. Alkeny o normalnej budowie wrzą w wyższej temperaturze niż ich izomery, które mają strukturę izo. Punkty wrzenia cis-izomery wyższe niż trans-izomery, a temperatury topnienia są odwrotne.

Alkeny są słabo rozpuszczalne w wodzie (jednak lepiej niż odpowiadające im alkany), ale dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Etylen i propylen spalają się dymiącym płomieniem.

Właściwości fizyczne niektórych alkenów

Nazwa		T pl,°С	T kip, °C
Etylen (eten)
Propylen (propen)
Butylen (buten-1)
Cis-buten-2
Trans-buten-2
Izobutylen (2-metylopropen)
Amylen (penten-1)
Heksylen (heksen-1)
Heptylen (hepten-1)
Oktylen (okten-1)
Nonylen (nonen-1)
Decylen (decen-1)

Alkeny są lekko polarne, ale łatwo ulegają polaryzacji.

Właściwości chemiczne

Alkeny są wysoce reaktywne. O ich właściwościach chemicznych decyduje przede wszystkim podwójne wiązanie węgiel-węgiel.

Wiązanie π, które jest najmniej mocne i najłatwiej dostępne, zostaje zerwane pod wpływem działania odczynnika, a uwolnione wartościowości atomów węgla są wykorzystywane do przyłączenia atomów tworzących cząsteczkę odczynnika. Można to przedstawić w formie diagramu:

Zatem podczas reakcji addycji wiązanie podwójne rozrywa się jakby o połowę (pozostaje wiązanie σ).

Oprócz tego alkeny ulegają również reakcjom utleniania i polimeryzacji.

Reakcje addycji

Częściej reakcje addycji przebiegają według typu heterolitycznego, czyli reakcji addycji elektrofilowej.

1. Uwodornienie (dodanie wodoru). Alkeny po dodaniu wodoru w obecności katalizatorów (Pt, Pd, Ni) przekształcają się w węglowodory nasycone – alkany:

H. 2 do = CH 2 + H. 2 → H3C - CH3 (etan)

2. Halogenowanie (dodatek halogenów). Halogeny łatwo dodają się w miejscu rozszczepienia wiązania podwójnego, tworząc pochodne dihalogenowe:

H 2 C = CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dichloroetan)

Dodanie chloru i bromu jest łatwiejsze, a jodu trudniejsze. Fluor reaguje wybuchowo z alkenami, a także z alkanami.

Porównaj: w alkenach reakcja halogenowania jest procesem dodawania, a nie podstawienia (jak w alkanach).

Reakcję halogenowania zwykle prowadzi się w rozpuszczalniku w zwykłej temperaturze.

Dodatek bromu i chloru do alkenów zachodzi raczej na drodze mechanizmu jonowego niż rodnikowego. Wniosek ten wynika z faktu, że szybkość dodawania halogenu nie zależy od napromieniowania, obecności tlenu i innych odczynników inicjujących lub hamujących procesy rodnikowe. Na podstawie dużej liczby danych eksperymentalnych zaproponowano mechanizm tej reakcji obejmujący kilka kolejnych etapów. W pierwszym etapie polaryzacja cząsteczki halogenu następuje pod działaniem elektronów związanych z wiązaniem π. Atom halogenu, który uzyskuje pewien ułamkowy ładunek dodatni, tworzy z elektronami wiązania π niestabilny związek pośredni, zwany kompleksem π lub kompleksem przenoszenia ładunku. Należy zauważyć, że w kompleksie π halogen nie tworzy wiązania kierunkowego z żadnym konkretnym atomem węgla; w tym kompleksie po prostu realizuje się oddziaływanie donor-akceptor pary elektronów wiązania π jako donora i halogenu jako akceptora.

Kompleks π przekształca się następnie w cykliczny jon bromonowy. Podczas tworzenia tego cyklicznego kationu następuje heterolityczne rozszczepienie wiązania Br-Br i powstanie pustego kationu R-orbital sp 2 zhybrydyzowanego atomu węgla pokrywa się z R-orbital „samotnej pary” elektronów atomu halogenu, tworząc cykliczny jon bromonowy.

W ostatnim, trzecim etapie anion bromowy, jako czynnik nukleofilowy, atakuje jeden z atomów węgla jonu bromonowego. Atak nukleofilowy jonu bromkowego prowadzi do otwarcia pierścienia trójczłonowego i utworzenia sąsiedniego dibromku ( ofiara-w pobliżu). Ten etap można formalnie uznać za podstawienie nukleofilowe SN2 przy atomie węgla, gdzie grupą opuszczającą jest Br+.

Wynik tej reakcji nie jest trudny do przewidzenia: anion bromowy atakuje karbokation, tworząc dibromoetan.

Szybkie odbarwianie roztworu bromu w CCl4 służy jako jeden z najprostszych testów na nienasycenie, ponieważ alkeny, alkiny i dieny szybko reagują z bromem.

Dodatek bromu do alkenów (reakcja bromowania) jest reakcją jakościową do węglowodorów nasyconych. Po przepuszczeniu węglowodorów nienasyconych przez wodę bromową (roztwór bromu w wodzie) żółta barwa znika (w przypadku węglowodorów nasyconych pozostaje).

3. Hydrohalogenacja (dodatek halogenowodorów). Alkeny łatwo dodają halogenowodory:

H 2 do = CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

Dodawanie halogenowodorów do homologów etylenu odbywa się zgodnie z zasadą V.V. Markownikowa (1837–1904): w normalnych warunkach wodór z halogenowodoru dodaje się w miejscu podwójnego wiązania z najbardziej uwodornionym atomem węgla, a halogen z mniej uwodorniony:

Regułę Markownikowa można wytłumaczyć faktem, że w niesymetrycznych alkenach (na przykład w propylenie) gęstość elektronów jest nierównomiernie rozłożona. Pod wpływem grupy metylowej związanej bezpośrednio z wiązaniem podwójnym gęstość elektronów przesuwa się w stronę tego wiązania (do najbardziej zewnętrznego atomu węgla).

W wyniku tego przemieszczenia wiązanie p ulega polaryzacji i na atomach węgla powstają cząstkowe ładunki. Łatwo sobie wyobrazić, że dodatnio naładowany jon wodoru (proton) przyłączy się do atomu węgla (addycja elektrofilowa), który ma częściowy ładunek ujemny, a anion bromu przyłączy się do węgla, który ma częściowy ładunek dodatni.

Dodatek ten jest konsekwencją wzajemnego oddziaływania atomów w cząsteczce organicznej. Jak wiadomo, elektroujemność atomu węgla jest nieco wyższa niż wodoru.

Dlatego w grupie metylowej występuje pewna polaryzacja wiązań C-H σ związana z przesunięciem gęstości elektronowej z atomów wodoru na węgiel. To z kolei powoduje wzrost gęstości elektronowej w obszarze wiązania podwójnego, a zwłaszcza na jego najbardziej zewnętrznym atomie. Zatem grupa metylowa, podobnie jak inne grupy alkilowe, działa jako donor elektronów. Jednakże w obecności związków nadtlenkowych lub O 2 (gdy reakcja jest rodnikowa) reakcja ta może być również sprzeczna z regułą Markownikowa.

Z tych samych powodów regułę Markownikowa obserwuje się przy dodawaniu nie tylko halogenowodorów, ale także innych odczynników elektrofilowych (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl itp.) do niesymetrycznych alkenów.

4. Hydratacja (dodanie wody). W obecności katalizatorów woda dodaje się do alkenów, tworząc alkohole. Na przykład:

H 3 C - CH = CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (alkohol izopropylowy)

Reakcje utleniania

Alkeny utleniają się łatwiej niż alkany. Produkty powstałe podczas utleniania alkenów i ich struktura zależą od budowy alkenów i warunków tej reakcji.

1. Spalanie

H. 2 do = CH 2 + 3O 2 → 2СO 2 + 2H 2 O

2. Niecałkowite utlenianie katalityczne

3. Utlenianie w zwykłej temperaturze. Po wystawieniu etylenu na działanie wodnego roztworu KMnO4 (w normalnych warunkach, w środowisku obojętnym lub zasadowym - reakcja Wagnera) powstaje alkohol dwuwodorotlenowy - glikol etylenowy:

3H 2 C = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2OH (glikol etylenowy) + 2MnO 2 + KOH

Ta reakcja ma charakter jakościowy: fioletowy kolor roztworu nadmanganianu potasu zmienia się po dodaniu do niego nienasyconego związku.

W trudniejszych warunkach (utlenianie KMnO4 w obecności kwasu siarkowego lub mieszaniny chromu) wiązanie podwójne w alkenie pęka, tworząc produkty zawierające tlen:

H 3 C - CH = CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (kwas octowy)

Reakcja izomeryzacji

Po podgrzaniu lub w obecności katalizatorów alkeny są zdolne do izomeryzacji - następuje ruch wiązania podwójnego lub utworzenie izostruktury.

Reakcje polimeryzacji

Rozrywając wiązania π, cząsteczki alkenu mogą łączyć się ze sobą, tworząc cząsteczki o długim łańcuchu.

Występowanie w przyrodzie i fizjologiczna rola alkenów

Alkeny acykliczne praktycznie nigdy nie występują w przyrodzie. Najprostszy przedstawiciel tej klasy związków organicznych - etylen C 2 H 4 - jest hormonem dla roślin i jest w nich syntetyzowany w małych ilościach.

Jednym z niewielu naturalnych alkenów jest muskaur ( cis- tricosen-9) jest wabikiem płciowym samic muchy domowej (Musca domowa).

Niższe alkeny w wysokich stężeniach mają działanie narkotyczne. Wyżsi członkowie serii powodują również drgawki i podrażnienie błon śluzowych dróg oddechowych

Indywidualni przedstawiciele

Etylen (eten) to organiczny związek chemiczny opisany wzorem C 2 H 4. Jest to najprostszy alken. Zawiera wiązanie podwójne i dlatego należy do węglowodorów nienasyconych lub nienasyconych. Odgrywa niezwykle ważną rolę w przemyśle, jest także fitohormonem (substancją organiczną o niskiej masie cząsteczkowej wytwarzaną przez rośliny i spełniającą funkcje regulacyjne).

Etylen - powoduje znieczulenie, działa drażniąco i mutagennie.

Etylen jest najczęściej produkowanym związkiem organicznym na świecie; Całkowita światowa produkcja etylenu w 2008 roku wyniosła 113 milionów ton i nadal rośnie w tempie 2-3% rocznie.

Etylen jest wiodącym produktem podstawowej syntezy organicznej i służy do produkcji polietylenu (1. miejsce, do 60% całkowitej objętości).

Polietylen jest termoplastycznym polimerem etylenu. Najpopularniejszy plastik na świecie.

Jest to woskowata masa o białym kolorze (cienkie arkusze są przezroczyste i bezbarwne). Odporny chemicznie i mrozoodporny, izolator, niewrażliwy na wstrząsy (amortyzator), mięknie pod wpływem ogrzewania (80-120°C), twardnieje po ochłodzeniu, przyczepność (przyczepność powierzchni różnych ciał stałych i/lub ciał płynnych) jest wyjątkowo niska. Czasem w powszechnej świadomości utożsamiany jest z celofanem – podobnym materiałem pochodzenia roślinnego.

Propylen - powoduje znieczulenie (silniejszy niż etylen), ma ogólne działanie toksyczne i mutagenne.

Odporny na wodę, nie reaguje z alkaliami o dowolnym stężeniu, z roztworami soli obojętnych, kwaśnych i zasadowych, kwasami organicznymi i nieorganicznymi, nawet stężonym kwasem siarkowym, ale rozkłada się pod działaniem 50% kwasu azotowego w temperaturze pokojowej i pod wpływem ciekłego i gazowego chloru oraz fluoru. Z biegiem czasu następuje starzenie termiczne.

Folia plastikowa (zwłaszcza folia opakowaniowa, taka jak folia bąbelkowa lub taśma).

Pojemniki (butelki, słoiki, pudełka, kanistry, konewki ogrodowe, doniczki do sadzonek.

Rury polimerowe do kanalizacji, drenażu, zaopatrzenia w wodę i gaz.

Materiał elektroizolacyjny.

Jako klej topliwy stosuje się proszek polietylenowy.

Buten-2 – powoduje znieczulenie i działa drażniąco.

Właściwości fizyczne alkenów są podobne do właściwości alkanów, chociaż wszystkie mają nieco niższe temperatury topnienia i wrzenia niż odpowiadające im alkany. Na przykład pentan ma temperaturę wrzenia 36°C, a penten-1 – 30°C. W normalnych warunkach alkeny C2 - C4 są gazami. C 5 – C 15 to ciecze, począwszy od C 16 to ciała stałe. Alkeny są nierozpuszczalne w wodzie, ale dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych.

Alkeny są rzadkie w przyrodzie. Ponieważ alkeny są cennymi surowcami do przemysłowej syntezy organicznej, opracowano wiele metod ich otrzymywania.

1. Głównym przemysłowym źródłem alkenów jest kraking alkanów wchodzących w skład ropy naftowej:

3. W warunkach laboratoryjnych alkeny otrzymuje się w reakcjach eliminacji, w których dwa atomy lub dwie grupy atomów są eliminowane z sąsiednich atomów węgla i powstaje dodatkowe wiązanie p. Takie reakcje obejmują następujące.

1) Odwodnienie alkoholi następuje podczas ich ogrzewania ze środkami odwadniającymi, np. kwasem siarkowym w temperaturze powyżej 150°C:

Gdy H2O eliminuje się z alkoholi, HBr i HCl z halogenków alkilu, atom wodoru jest preferencyjnie eliminowany spośród sąsiednich atomów węgla, które są związane z najmniejszą liczbą atomów wodoru (od najmniej uwodornionego atomu węgla). Ten wzór nazywa się regułą Zajcewa.

3) Dehalogenacja zachodzi, gdy dihalogenki zawierające atomy halogenu przy sąsiednich atomach węgla są podgrzewane z metalami aktywnymi:

CH 2Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 =CH-CH 3 + Mg Br 2.

O właściwościach chemicznych alkenów decyduje obecność podwójnego wiązania w ich cząsteczkach. Gęstość elektronowa wiązania p jest dość mobilna i łatwo reaguje z cząstkami elektrofilowymi. Dlatego wiele reakcji alkenów przebiega zgodnie z mechanizmem dodatek elektrofilowy, oznaczony symbolem A E (z angielskiego dodatek elektrofilowy). Reakcje addycji elektrofilowej to procesy jonowe, które zachodzą w kilku etapach.

W pierwszym etapie cząstka elektrofilowa (najczęściej jest to proton H+) oddziałuje z elektronami p wiązania podwójnego i tworzy kompleks p, który następnie przekształca się w karbokation poprzez utworzenie kowalencyjnego wiązania s pomiędzy cząstka elektrofilowa i jeden z atomów węgla:

Karbokation kompleksu p alkenu

W drugim etapie karbokation reaguje z anionem X, tworząc drugie wiązanie S ze względu na parę elektronów anionu:

W reakcjach addycji elektrofilowej jon wodoru przyłącza się do atomu węgla przy wiązaniu podwójnym, który ma większy ładunek ujemny. Rozkład ładunku zależy od zmiany gęstości p-elektronów pod wpływem podstawników: .

Podstawniki oddające elektrony wykazujące efekt +I przesuwają gęstość p-elektronów w stronę bardziej uwodornionego atomu węgla i tworzą na nim częściowy ładunek ujemny. To wyjaśnia Reguła Markownikowa: podczas dodawania cząsteczek polarnych, takich jak HX (X = Hal, OH, CN itp.) do niesymetrycznych alkenów, wodór preferencyjnie przyłącza się do bardziej uwodornionego atomu węgla przy podwójnym wiązaniu.

Przyjrzyjmy się konkretnym przykładom reakcji addycji.

1) Hydrohalogenacja. Kiedy alkeny oddziałują z halogenowodorami (HCl, HBr), powstają halogenki alkilu:

CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Produkty reakcji wyznacza reguła Markownikowa.

Należy jednak podkreślić, że w obecności jakiegokolwiek nadtlenku organicznego polarne cząsteczki HX nie reagują z alkenami zgodnie z regułą Markownikowa:

	R-O-O-R
CH3-CH = CH2 + HBr		CH 3-CH 2-CH 2 Br

Wynika to z faktu, że obecność nadtlenku determinuje rodnikowy, a nie jonowy mechanizm reakcji.

2) Nawodnienie. Kiedy alkeny reagują z wodą w obecności kwasów mineralnych (siarkowego, fosforowego), powstają alkohole. Kwasy mineralne pełnią rolę katalizatorów i są źródłem protonów. Dodawanie wody również odbywa się według reguły Markownikowa:

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

3) Halogenowanie. Alkeny odbarwiają wodę bromową:

CH 2 = CH 2 + Br 2 ® B-CH 2 -CH 2 Br.

Ta reakcja jest jakościowa dla wiązania podwójnego.

4) Uwodornienie. Dodatek wodoru następuje pod działaniem katalizatorów metalicznych:

gdzie R = H, CH 3, Cl, C 6 H 5 itd. Cząsteczka CH2=CHR nazywana jest monomerem, powstały związek nazywa się polimerem, liczba n oznacza stopień polimeryzacji.

Polimeryzacja różnych pochodnych alkenów pozwala uzyskać cenne produkty przemysłowe: polietylen, polipropylen, polichlorek winylu i inne.

Oprócz tego alkeny ulegają również reakcjom utleniania. Podczas łagodnego utleniania alkenów wodnym roztworem nadmanganianu potasu (reakcja Wagnera) powstają alkohole dwuwodorotlenowe:

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

W wyniku tej reakcji fioletowy roztwór nadmanganianu potasu szybko ulega odbarwieniu i wytrąca się brązowy osad tlenku manganu (IV). Reakcja ta, podobnie jak reakcja odbarwiania wody bromowej, jest jakościowa dla wiązania podwójnego. Podczas silnego utleniania alkenów wrzącym roztworem nadmanganianu potasu w kwaśnym środowisku wiązanie podwójne zostaje całkowicie zerwane z utworzeniem ketonów, kwasów karboksylowych lub CO2, na przykład:

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

Na podstawie produktów utleniania można określić położenie wiązania podwójnego w pierwotnym alkenie.

Podobnie jak wszystkie inne węglowodory, alkeny palą się i przy dużej ilości powietrza tworzą dwutlenek węgla i wodę:

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

Gdy powietrze jest ograniczone, spalanie alkenów może prowadzić do powstawania tlenku węgla i wody:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Jeśli zmieszasz alken z tlenem i przepuścisz tę mieszaninę przez katalizator srebrny podgrzany do 200°C, powstanie tlenek alkenu (epoksyalkan), na przykład:

W dowolnej temperaturze alkeny utleniają się przez ozon (ozon jest silniejszym utleniaczem niż tlen). Jeśli gazowy ozon przepuszcza się przez roztwór alkenu w czterochlorku metanu w temperaturach poniżej temperatury pokojowej, zachodzi reakcja addycji i tworzą się odpowiednie ozonki (cykliczne nadtlenki). Ozonki są bardzo niestabilne i mogą łatwo eksplodować. Dlatego też zazwyczaj nie są one izolowane, lecz od razu po wytworzeniu rozkładane są wodą – powstają w ten sposób związki karbonylowe (aldehydy lub ketony), których budowa wskazuje na strukturę alkenu, który został poddany ozonowaniu.

Niższe alkeny są ważnymi materiałami wyjściowymi do przemysłowej syntezy organicznej. Z etylenu wytwarza się alkohol etylowy, polietylen i polistyren. Propen służy do syntezy polipropylenu, fenolu, acetonu i gliceryny.

Alkeny (olefiny, węglowodory etylenowe C N H 2n

Szereg homologiczny.

eten (etylen)

Najprostszym alkenem jest etylen (C 2 H 4). Zgodnie z nomenklaturą IUPAC nazwy alkenów powstają z nazw odpowiednich alkanów poprzez zastąpienie przyrostka „-ane” słowem „-ene”; Położenie wiązania podwójnego jest oznaczone cyfrą arabską.

Rodniki węglowodorowe utworzone z alkenów mają przyrostek „-enil”. Banalne nazwy: CH 2 =CH- "płyta winylowa", CH 2 =CH-CH 2 - "allil".

Atomy węgla przy wiązaniu podwójnym są w stanie hybrydyzacji sp² i mają kąt wiązania 120°.

Alkeny charakteryzują się izomerią szkieletu węglowego, pozycjami wiązań podwójnych, międzyklasowymi i przestrzennymi.

Właściwości fizyczne

Temperatury topnienia i wrzenia alkenów (w uproszczeniu) rosną wraz z masą cząsteczkową i długością szkieletu węglowego.

W normalnych warunkach alkeny od C2H4 do C4H8 są gazami; od pentenu C 5 H 10 do heksadecenu C 17 H 34 włącznie - ciecze i począwszy od oktadecenu C 18 H 36 - ciała stałe. Alkeny są nierozpuszczalne w wodzie, ale są dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych.

Odwodornienie alkanów

Jest to jedna z przemysłowych metod wytwarzania alkenów

Uwodornienie alkinów

Częściowe uwodornienie alkinów wymaga specjalnych warunków i obecności katalizatora

Wiązanie podwójne to połączenie wiązań sigma i pi. Wiązanie sigma występuje, gdy orbitale sp2 nakładają się osiowo, a wiązanie pi występuje, gdy występuje boczne nakładanie się.

Reguła Zajcewa:

Abstrakcja atomu wodoru w reakcjach eliminacji następuje głównie z najmniej uwodornionego atomu węgla.

13. Alkeny. Struktura. sp 2 hybrydyzacja, wiele parametrów sprzęgania. Reakcje elektrofilowej addycji halogenów, halogenowodorów, kwasu podchlorawego. Hydratacja alkenów. Reguła Morkownikowa. Mechanizmy reakcji.

Alkeny (olefiny, węglowodory etylenowe) - acykliczne nienasycone węglowodory zawierające jedno podwójne wiązanie pomiędzy atomami węgla, tworzące serię homologiczną o wzorze ogólnym C N H 2n

Jedno orbitale s i 2 p mieszają się i tworzą 2 równoważne orbitale hybrydowe sp2 umieszczone w tej samej płaszczyźnie pod kątem 120.

Jeżeli wiązanie tworzy więcej niż jedna para elektronów, wówczas nazywa się to wiązaniem wiele.

Wiązanie wielokrotne powstaje, gdy jest zbyt mało elektronów i atomów wiążących, aby każdy orbital walencyjny tworzący wiązanie atomu centralnego pokrywał się z dowolnym orbitalem otaczającego atomu.

Reakcje addycji elektrofilowej

W tych reakcjach atakującą cząstką jest elektrofil.

Halogenowanie:

Hydrohalogenacja

Elektrofilowa addycja halogenowodorów do alkenów zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa

Reguła Markownikowa

Dodatek kwasu podchlorawego w celu wytworzenia chlorohydryn:

Uwodnienie

Dodatek wody do alkenów zachodzi w obecności kwasu siarkowego:

Karbokacja- cząstka, w której ładunek dodatni jest skoncentrowany na atomie węgla, atom węgla ma wolny orbital p.

14. Węglowodory etylenowe. Właściwości chemiczne: reakcje z utleniaczami. Utlenianie katalityczne, reakcja z nadkwasami, reakcja utleniania do glikoli z rozerwaniem wiązania węgiel-węgiel, ozonowanie. Proces Wackera. Reakcje podstawienia.

Alkeny (olefiny, węglowodory etylenowe) - acykliczne nienasycone węglowodory zawierające jedno podwójne wiązanie pomiędzy atomami węgla, tworzące serię homologiczną o wzorze ogólnym C N H 2n

Utlenianie

Utlenianie alkenów może nastąpić, w zależności od warunków i rodzaju odczynników utleniających, zarówno z rozerwaniem wiązania podwójnego, jak i z zachowaniem szkieletu węglowego.

Podczas spalania na powietrzu olefiny wytwarzają dwutlenek węgla i wodę.

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

C N H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O – wzór ogólny

Utlenianie katalityczne

W obecności soli palladu etylen utlenia się do aldehydu octowego. Aceton powstaje z propenu w ten sam sposób.

Kiedy alkeny są wystawione na działanie silnych środków utleniających (KMnO 4 lub K 2 Cr 2 O 7 w H 2 SO 4), wiązanie podwójne pęka po podgrzaniu:

Podczas utleniania alkenów rozcieńczonym roztworem nadmanganianu potasu powstają alkohole dwuwodorotlenowe - glikole (reakcja E.E. Wagnera). Reakcja zachodzi na zimno.

Alkeny acykliczne i cykliczne, reagując z nadkwasami RCOOOH w środowisku niepolarnym, tworzą epoksydy (oksirany), dlatego sama reakcja nazywana jest reakcją epoksydacji.

Ozonowanie alkenów.

Kiedy alkeny oddziałują z ozonem, tworzą się związki nadtlenkowe, zwane ozonkami. Reakcja alkenów z ozonem jest najważniejszą metodą oksydacyjnego rozszczepienia alkenów przy wiązaniu podwójnym

Alkeny nie ulegają reakcjom podstawienia.

Proces Wackera-proces wytwarzania aldehydu octowego poprzez bezpośrednie utlenianie etylenu.

Proces Wackera polega na utlenianiu etylenu dichlorkiem palladu:

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

15. Alkeny: właściwości chemiczne. Uwodornienie. Reguła Lebiediewa. Izomeryzacja i oligomeryzacja alkenów. Polimeryzacja rodnikowa i jonowa. Pojęcie polimeru, oligomeru, monomeru, jednostki elementarnej, stopnia polimeryzacji. Telomeryzacja i kopolimeryzacja.

Uwodornienie

Uwodornienie alkenów bezpośrednio wodorem zachodzi tylko w obecności katalizatora. Katalizatory uwodornienia obejmują platynę, pallad i nikiel.

Uwodornianie można również prowadzić w fazie ciekłej przy użyciu homogenicznych katalizatorów

Reakcje izomeryzacji

Po podgrzaniu możliwa jest izomeryzacja cząsteczek alkenu, co

może prowadzić zarówno do ruchu wiązań podwójnych, jak i zmian szkieletowych

węglowodór.

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

Reakcje polimeryzacji

Jest to rodzaj reakcji addycji. Polimeryzacja to reakcja sekwencyjnego łączenia identycznych cząsteczek w większe cząsteczki, bez izolowania produktu o niskiej masie cząsteczkowej. Podczas polimeryzacji atom wodoru dodaje się do najbardziej uwodornionego atomu węgla znajdującego się przy podwójnym wiązaniu, a resztę cząsteczki dodaje się do drugiego atomu węgla.

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

lub n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polietylen)

Substancja, której cząsteczki ulegają reakcji polimeryzacji, nazywa się monomer. Cząsteczka monomeru musi mieć co najmniej jedno wiązanie podwójne. Powstałe polimery składają się z dużej liczby powtarzających się łańcuchów o tej samej strukturze ( jednostki elementarne). Nazywa się liczbą pokazującą, ile razy jednostka strukturalna (elementarna) powtarza się w polimerze stopień polimeryzacji(N).

W zależności od rodzaju cząstek pośrednich powstałych podczas polimeryzacji istnieją 3 mechanizmy polimeryzacji: a) rodnikowa; b) kationowy; c) anionowy.

Pierwsza metoda wytwarza polietylen o dużej gęstości:

Katalizatorem reakcji są nadtlenki.

Metody druga i trzecia polegają na zastosowaniu kwasów (polimeryzacja kationowa) i związków metaloorganicznych jako katalizatorów.

W chemii oligomer) - cząsteczka w postaci łańcucha mały liczba identycznych łączy składowych.

Telomeryzacja

Telomeryzacja to oligomeryzacja alkenów w obecności czynników przenoszących łańcuch (telogenów). W wyniku reakcji powstaje mieszanina oligomerów (telomerów), których grupy końcowe są częścią telogenu. Na przykład w reakcji CCl4 z etylenem telogenem jest CCl4.

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

Zainicjowanie tych reakcji można przeprowadzić za pomocą inicjatorów rodnikowych lub promieniowania g.

16. Alkeny. Reakcje rodnikowego przyłączania halogenów i halogenowodorów (mechanizm). Dodatek karbenów do olefin. Etylen, propylen, butyleny. Źródła przemysłowe i główne zastosowania.

Alkeny łatwo dodają halogeny, zwłaszcza chlor i brom (halogenowanie).

Typową reakcją tego typu jest odbarwienie wody bromowej

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

Elektrofilowa addycja halogenowodorów do alkenów zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa:

Reguła Markownikowa: Podczas dodawania kwasów protonowych lub wody do niesymetrycznych alkenów lub alkinów, wodór dodaje się do najbardziej uwodornionego atomu węgla

Uwodorniony atom węgla to taki, do którego przyłączony jest wodór. Najbardziej uwodorniony - tam, gdzie jest najwięcej H

Reakcje addycji karbenu

Karbeny CR 2: - wysoce reaktywne, krótkotrwałe związki, które z łatwością mogą przyłączać się do podwójnych wiązań alkenów. W wyniku reakcji addycji karbenu powstają pochodne cyklopropanu

Etylen jest organiczną substancją chemiczną opisaną wzorem C 2 H 4. Jest najprostszym alkenem ( olefina)mieszanina. W normalnych warunkach jest to bezbarwny, palny gaz o słabym zapachu. Częściowo rozpuszczalny w wodzie. Zawiera wiązanie podwójne i dlatego należy do węglowodorów nienasyconych lub nienasyconych. Odgrywa niezwykle ważną rolę w przemyśle. Etylen jest najczęściej produkowanym związkiem organicznym na świecie: tlenek etylenu; polietylen, kwas octowy, alkohol etylowy.

Podstawowe właściwości chemiczne(nie ucz mnie, po prostu pozwól im tam być na wszelki wypadek, na wypadek, gdyby mogli to spisać na straty)

Etylen jest substancją chemicznie aktywną. Ponieważ pomiędzy atomami węgla w cząsteczce występuje wiązanie podwójne, jedno z nich, słabsze, łatwo ulega rozerwaniu, a w miejscu zerwania wiązania następuje przyłączenie, utlenianie i polimeryzacja cząsteczek.

Halogenowanie:

CH 2 = CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Woda bromowa ulega odbarwieniu. Jest to reakcja jakościowa na związki nienasycone.

Uwodornienie:

CH 2 =CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (pod wpływem Ni)

Hydrohalogenacja:

CH 2 = CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br

Uwodnienie:

CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (pod wpływem katalizatora)

Reakcję tę odkrył A.M. Butlerov i służy do przemysłowej produkcji alkoholu etylowego.

Utlenianie:

Etylen łatwo się utlenia. Jeśli etylen przejdzie przez roztwór nadmanganianu potasu, ulegnie odbarwieniu. Reakcja ta służy do rozróżnienia związków nasyconych i nienasyconych. Tlenek etylenu jest substancją kruchą, mostek tlenowy pęka, a woda łączy się, tworząc glikol etylenowy. Równanie reakcji:

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

C 2H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Polimeryzacja (produkcja polietylenu):

nCH 2 = CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

Propylen(propen) CH 2 = CH-CH 3 - nienasycony (nienasycony) węglowodór z serii etylenu, gaz palny. Propylen jest substancją gazową o niskiej temperaturze wrzenia t wrzenia = -47,6 °C

Zazwyczaj propylen wyodrębnia się z gazów rafinacyjnych ropy naftowej (podczas krakingu ropy naftowej, pirolizy frakcji benzynowych) lub gazów towarzyszących, a także z gazów koksowniczych węgla.