Alkenet (olefinat, hidrokarburet e etilenit C n H 2n
Seri homologe.
|
eteni (etilen) | |
Alkeni më i thjeshtë është etilen (C 2 H 4). Sipas nomenklaturës IUPAC, emrat e alkeneve formohen nga emrat e alkaneve përkatëse duke zëvendësuar prapashtesën “-ane” me “-ene”; Pozicioni i lidhjes së dyfishtë tregohet me një numër arab.
Radikalet hidrokarbure të formuara nga alkenet kanë prapashtesën "-enil". Emra të parëndësishëm: CH 2 =CH- "vinyl", CH 2 =CH-CH 2 - "alil".
Atomet e karbonit në lidhjen dyfishe janë në gjendje hibridizimi sp² dhe kanë një kënd lidhjeje prej 120°.
Alkenet karakterizohen nga izomeria e skeletit të karbonit, pozicionet e lidhjeve të dyfishta, ndërklasore dhe hapësinore.
Vetitë fizike
Pikat e shkrirjes dhe të vlimit të alkeneve (të thjeshtuara) rriten me peshën molekulare dhe gjatësinë e shtyllës kurrizore të karbonit.
Në kushte normale, alkenet nga C 2 H 4 në C 4 H 8 janë gaze; nga penteni C 5 H 10 deri në heksadecen C 17 H 34 përfshirë - lëngje, dhe duke filluar nga oktadeceni C 18 H 36 - lëndë të ngurta. Alkenet janë të patretshme në ujë, por janë shumë të tretshëm në tretës organikë.
Dehidrogjenimi i alkaneve
Kjo është një nga metodat industriale për prodhimin e alkeneve
Hidrogjenizimi i alkineve
Hidrogjenizimi i pjesshëm i alkineve kërkon kushte të veçanta dhe praninë e një katalizatori
Një lidhje e dyfishtë është një kombinim i lidhjeve sigma dhe pi. Një lidhje sigma ndodh kur orbitalet sp2 mbivendosen në mënyrë boshtore, dhe një lidhje pi ndodh kur ka mbivendosje anësore.
Rregulli i Zaitsev:
Abstraksioni i një atomi hidrogjeni në reaksionet e eliminimit ndodh kryesisht nga atomi më pak i hidrogjenizuar i karbonit.
13. Alkenet. Struktura. sp 2 hibridizimi, parametrat e shumëfishtë të bashkimit. Reaksionet e shtimit elektrofilik të halogjeneve, halogjeneve të hidrogjenit, acidit hipoklor. Hidratimi i alkeneve. Rregulli i Morkovnikov. Mekanizmat e reaksioneve.
Alkenet (olefinat, hidrokarburet e etilenit) - hidrokarbure aciklike të pangopura që përmbajnë një lidhje të dyfishtë midis atomeve të karbonit, duke formuar një seri homologe me formulën e përgjithshme C n H 2n
Një orbitale s dhe 2 p përzihen dhe formojnë 2 orbitale ekuivalente sp2-hibride të vendosura në të njëjtin rrafsh në një kënd prej 120.
Nëse një lidhje formohet nga më shumë se një palë elektrone, atëherë ajo quhet të shumëfishta.
Një lidhje e shumëfishtë formohet kur ka shumë pak elektrone dhe atome lidhëse që çdo orbitale valore që formon lidhje të atomit qendror të mbivendoset me ndonjë orbitale të atomit përreth.
Reaksionet e shtimit elektrofil
Në këto reaksione, grimca sulmuese është një elektrofile.
Halogjenimi:
Hidrohalogjenimi
Shtimi elektrofil i halogjeneve të hidrogjenit tek alkenet ndodh sipas rregullit të Markovnikov
Rregulli i Markovnikovit
Shtimi i acidit hipoklor për të formuar klorohidrinë:
Hidratimi
Shtimi i ujit në alkenet ndodh në prani të acidit sulfurik:
Karbokacion- një grimcë në të cilën një ngarkesë pozitive është e përqendruar në atomin e karbonit; atomi i karbonit ka një orbitale p të zbrazët.
14. Hidrokarburet e etilenit. Vetitë kimike: reaksionet me agjentë oksidues. Oksidim katalitik, reaksion me peracidet, reaksion oksidimi ndaj glikoleve, me ndarje të lidhjes karbon-karbon, ozonim. Procesi Wacker. Reaksionet e zëvendësimit.
Alkenet (olefinat, hidrokarburet e etilenit) - hidrokarbure aciklike të pangopura që përmbajnë një lidhje të dyfishtë midis atomeve të karbonit, duke formuar një seri homologe me formulën e përgjithshme C n H 2n
Oksidimi
Oksidimi i alkeneve mund të ndodhë, në varësi të kushteve dhe llojeve të reagentëve oksidues, si me ndarjen e lidhjes dyfishe, ashtu edhe me ruajtjen e skeletit të karbonit.
Kur digjen në ajër, olefinat prodhojnë dioksid karboni dhe ujë.
H 2 C=CH 2 + 3O 2 => 2CO 2 + 2H 2 O
C n H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O – formula e përgjithshme
Oksidimi katalitik
Në prani të kripërave të paladiumit, etilen oksidohet në acetaldehid. Acetoni formohet nga propeni në të njëjtën mënyrë.
Kur alkenet ekspozohen ndaj agjentëve të fortë oksidues (KMnO 4 ose K 2 Cr 2 O 7 në H 2 SO 4), lidhja e dyfishtë prishet kur nxehet:
Kur alkenet oksidohen me një zgjidhje të holluar të permanganatit të kaliumit, formohen alkoole dihidrike - glikole (reaksioni E.E. Wagner). Reagimi ndodh në të ftohtë.
Alkenet aciklike dhe ciklike, kur reagojnë me peracidet RCOOOH në një mjedis jopolar, formojnë epookside (oxirane), prandaj vetë reaksioni quhet reaksion i epooksidimit.
Ozonimi i alkeneve.
Kur alkenet ndërveprojnë me ozonin, formohen komponime perokside, të cilat quhen ozonide. Reagimi i alkeneve me ozonin është metoda më e rëndësishme për ndarjen oksidative të alkeneve në lidhjen dyfishe.
Alkenet nuk i nënshtrohen reaksioneve të zëvendësimit.
Procesi Wacker-procesi i prodhimit të acetaldehidit nga oksidimi i drejtpërdrejtë i etilenit.
Procesi Wacker bazohet në oksidimin e etilenit me diklorur palladiumi:
CH 2 = CH 2 + PdCl 2 + H 2 O = CH 3 CHO + Pd + 2HCl
15. Alkenet: vetitë kimike. Hidrogjenizimi. sundimi i Lebedevit. Izomerizimi dhe oligomerizimi i alkeneve. Polimerizimi radikal dhe jonik. Koncepti i polimerit, oligomerit, monomerit, njësisë elementare, shkalla e polimerizimit. Telomerizimi dhe kopolimerizimi.
Hidrogjenizimi
Hidrogjenizimi i alkeneve drejtpërdrejt me hidrogjen ndodh vetëm në prani të një katalizatori. Katalizatorët e hidrogjenizimit përfshijnë platinin, paladiumin dhe nikelin.
Hidrogjenimi mund të kryhet edhe në fazën e lëngët me katalizatorë homogjenë
Reaksionet e izomerizimit
Kur nxehet, është i mundur izomerizimi i molekulave të alkenit, i cili
mund të çojë si në lëvizjen e lidhjes së dyfishtë ashtu edhe në ndryshime skeletore
hidrokarbure.
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3
Reaksionet e polimerizimit
Ky është një lloj reaksioni shtesë. Polimerizimi është reagimi i kombinimit sekuencial të molekulave identike në molekula më të mëdha, pa izoluar ndonjë produkt me peshë molekulare të ulët. Gjatë polimerizimit, një atom hidrogjeni i shtohet atomit të karbonit më të hidrogjenizuar që ndodhet në lidhjen e dyfishtë, dhe pjesa tjetër e molekulës i shtohet atomit tjetër të karbonit.
CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...
ose n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polietileni)
Substanca molekulat e së cilës i nënshtrohen një reaksioni polimerizimi quhet monomer. Një molekulë monomeri duhet të ketë të paktën një lidhje të dyfishtë. Polimeret që rezultojnë përbëhen nga një numër i madh zinxhirësh përsëritës që kanë të njëjtën strukturë ( njësi elementare). Numri që tregon se sa herë përsëritet një njësi strukturore (elementare) në një polimer quhet shkalla e polimerizimit(n).
Në varësi të llojit të grimcave të ndërmjetme të formuara gjatë polimerizimit, dallohen 3 mekanizma polimerizimi: a) radikal; b) kationike; c) anionike.
Metoda e parë prodhon polietileni me densitet të lartë:
Katalizatori i reaksionit është peroksidet.
Metoda e dytë dhe e tretë përfshijnë përdorimin e acideve (polimerizimi kationik) dhe përbërjeve organometalike si katalizatorë.
Në kimi oligomer) - një molekulë në formën e një zinxhiri të i vogël numri i lidhjeve identike përbërëse.
Telomerizimi
Telomerizimi është oligomerizimi i alkeneve në prani të agjentëve të transferimit të zinxhirit (telogjeneve). Si rezultat i reaksionit, formohet një përzierje oligomerësh (telomere), grupet fundore të të cilave janë pjesë e telogjenit. Për shembull, në reagimin e CCl4 me etilenin, telogjeni është CCl4.
CCl 4 + nCH 2 =CH 2 => Cl(CH 2 CH 2) n CCl 3
Fillimi i këtyre reaksioneve mund të kryhet nga iniciatorët radikalë ose rrezatimi g.
16. Alkenet. Reaksionet e shtimit radikal të halogjeneve dhe halogjeneve të hidrogjenit (mekanizmi). Shtimi i karbeneve tek olefinat. Etileni, propileni, butilenet. Burimet industriale dhe përdorimet kryesore.
Alkenet shtojnë lehtësisht halogjene, veçanërisht klorin dhe bromin (halogjenimi).
Një reagim tipik i këtij lloji është zbardhja e ujit të bromit
CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br (1,2-dibromoetan)
Shtimi elektrofil i halogjeneve të hidrogjenit në alkene ndodh sipas rregullit të Markovnikov:
Rregulli i Markovnikovit: Kur shtoni acide protike ose ujë në alkenet ose alkinet josimetrike, hidrogjeni shtohet në atomin më të hidrogjenizuar të karbonit
Një atom karboni i hidrogjenizuar është ai që ka hidrogjen të lidhur me të. Më i hidrogjenizuar - ku ka më shumë H
Reaksionet e shtimit të karbenit
Karbenet CR 2: - specie jetëshkurtër shumë reaktive që mund të shtohen lehtësisht në lidhjen e dyfishtë të alkeneve. Si rezultat i reaksionit të shtimit të karbenit, formohen derivatet e ciklopropanit
Etileni është një kimikat organik i përshkruar me formulën C 2 H 4. Është alkeni më i thjeshtë ( olefina) të përbëra. Në kushte normale, është një gaz i ndezshëm pa ngjyrë me një erë të dobët. Pjesërisht i tretshëm në ujë. Përmban një lidhje të dyfishtë dhe për këtë arsye i përket hidrokarbureve të pangopura ose të pangopura. Luan një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm në industri. Etileni është përbërësi organik më i prodhuar në botë: Oksidi i etilenit; polietileni, acid acetik, alkool etilik.
Vetitë themelore kimike(mos më mëso, vetëm le të jenë aty për çdo rast, në rast se mund ta fshijnë)
Etileni është një substancë kimikisht aktive. Meqenëse ekziston një lidhje e dyfishtë midis atomeve të karbonit në molekulë, njëri prej tyre, i cili është më pak i fortë, thyhet lehtësisht dhe në vendin e prishjes së lidhjes ndodh ngjitja, oksidimi dhe polimerizimi i molekulave.
Halogjenimi:
CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Uji i bromit zbardhet. Ky është një reagim cilësor ndaj komponimeve të pangopura.
Hidrogjenimi:
CH 2 = CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (nën ndikimin e Ni)
Hidrohalogjenimi:
CH 2 =CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br
Hidratimi:
CH 2 = CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (nën ndikimin e një katalizatori)
Ky reagim u zbulua nga A.M. Butlerov, dhe përdoret për prodhimin industrial të alkoolit etilik.
Oksidimi:
Etileni oksidohet lehtë. Nëse etileni kalon përmes një tretësire të permanganatit të kaliumit, ai do të zbardhet. Ky reagim përdoret për të dalluar përbërjet e ngopura dhe të pangopura. Oksidi i etilenit është një substancë e brishtë; ura e oksigjenit thyhet dhe uji bashkohet, duke rezultuar në formimin e etilen glikolit. Ekuacioni i reagimit:
3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
Polimerizimi (prodhimi i polietilenit):
nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n
Propileni(propen) CH 2 = CH-CH 3 - hidrokarbur i pangopur (i pangopur) i serisë së etilenit, gaz i ndezshëm. Propileni është një substancë e gaztë me një pikë vlimi të ulët t vlim = -47,6 °C
Në mënyrë tipike, propileni izolohet nga gazrat e rafinimit të naftës (gjatë plasaritjes së naftës së papërpunuar, pirolizës së fraksioneve të benzinës) ose gazeve të shoqëruara, si dhe nga gazrat e koksit të qymyrit.
Vetitë kimike të alkaneve
Alkanet (parafinat) janë hidrokarbure jo-ciklike në molekulat e të cilëve të gjithë atomet e karbonit janë të lidhur vetëm me lidhje të vetme. Me fjalë të tjera, nuk ka lidhje të shumëfishta - të dyfishta ose të trefishta - në molekulat e alkanit. Në fakt, alkanet janë hidrokarbure që përmbajnë numrin maksimal të mundshëm të atomeve të hidrogjenit, dhe për këtë arsye ato quhen kufizuese (të ngopura).
Për shkak të ngopjes, alkanet nuk mund t'i nënshtrohen reaksioneve të shtimit.
Meqenëse atomet e karbonit dhe hidrogjenit kanë një elektronegativitet mjaft të ngushtë, kjo çon në faktin se lidhjet C-H në molekulat e tyre janë jashtëzakonisht të ulëta polare. Në këtë drejtim, për alkanet, reagimet që zhvillohen përmes mekanizmit të zëvendësimit radikal, të shënuar me simbolin S R, janë më tipike.
1. Reaksionet e zëvendësimit
Në reaksionet e këtij lloji prishen lidhjet karbon-hidrogjen
RH + XY → RX + HY
Halogjenimi
Alkanet reagojnë me halogjenet (klor dhe brom) kur ekspozohen ndaj dritës ultravjollcë ose nxehtësisë së lartë. Në këtë rast, formohet një përzierje e derivateve halogjene me shkallë të ndryshme të zëvendësimit të atomeve të hidrogjenit - mono-, ditri-, etj. alkane të zëvendësuara me halogjen.
Duke përdorur metanin si shembull, duket kështu:
Duke ndryshuar raportin halogjen/metan në përzierjen e reaksionit, është e mundur të sigurohet që një derivat specifik halogjen i metanit të mbizotërojë në përbërjen e produkteve.
Mekanizmi i reagimit
Le të analizojmë mekanizmin e reaksionit të zëvendësimit të radikalit të lirë duke përdorur shembullin e bashkëveprimit të metanit dhe klorit. Ai përbëhet nga tre faza:
- inicimi (ose bërthamimi i zinxhirit) është procesi i formimit të radikaleve të lira nën ndikimin e energjisë së jashtme - rrezatimi me dritë UV ose ngrohje. Në këtë fazë, molekula e klorit i nënshtrohet ndarjes homolitike të lidhjes Cl-Cl me formimin e radikaleve të lira:
Radikalet e lira, siç mund të shihet nga figura e mësipërme, janë atome ose grupe atomesh me një ose më shumë elektrone të paçiftuar (Cl, H, CH 3, CH 2, etj.);
2. Zhvillimi i zinxhirit
Kjo fazë përfshin ndërveprimin e radikaleve të lira aktive me molekulat joaktive. Në këtë rast, formohen radikale të reja. Në veçanti, kur radikalet e klorit veprojnë në molekulat e alkanit, formohet një radikal alkil dhe klorur hidrogjeni. Nga ana tjetër, radikali alkil, duke u përplasur me molekulat e klorit, formon një derivat të klorit dhe një radikal të ri klori:
3) Prishja (vdekja) e qarkut:
Ndodh si rezultat i rikombinimit të dy radikalëve me njëri-tjetrin në molekula joaktive:
2. Reaksionet e oksidimit
Në kushte normale, alkanet janë inerte ndaj agjentëve të tillë të fortë oksidues si acidet sulfurik dhe nitrik të koncentruar, permanganat kaliumi dhe dikromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).
Djegia në oksigjen
A) djegia e plotë me oksigjen të tepërt. Çon në formimin e dioksidit të karbonit dhe ujit:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
B) djegia jo e plotë për shkak të mungesës së oksigjenit:
2CH 4 + 3O 2 = 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O
Oksidimi katalitik me oksigjen
Si rezultat i ngrohjes së alkaneve me oksigjen (~200 o C) në prani të katalizatorëve, prej tyre mund të merret një shumëllojshmëri e gjerë e produkteve organike: aldehide, ketone, alkoole, acide karboksilike.
Për shembull, metani, në varësi të natyrës së katalizatorit, mund të oksidohet në alkool metil, formaldehid ose acid formik:
3. Shndërrimet termike të alkaneve
Plasaritje
Plasaritja (nga anglishtja në plas - në gris) është një proces kimik që ndodh në temperatura të larta, si rezultat i të cilit skeleti i karbonit i molekulave të alkaneve shpërbëhet për të formuar molekula alkenesh dhe alkanesh me peshë molekulare më të ulët në krahasim me alkanet origjinale. Për shembull:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CH = CH 2
Plasaritja mund të jetë termike ose katalitike. Për të kryer plasaritjen katalitike, falë përdorimit të katalizatorëve, përdoren temperatura dukshëm më të ulëta në krahasim me plasaritjen termike.
Dehidrogjenimi
Eliminimi i hidrogjenit ndodh si rezultat i ndarjes së lidhjeve C-H; kryhet në prani të katalizatorëve në temperatura të ngritura. Kur metani dehidrogjenohet, formohet acetilen:
2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2
Ngrohja e metanit në 1200 °C çon në zbërthimin e tij në substanca të thjeshta:
CH 4 → C + 2H 2
Kur alkanet e mbetura dehidrogjenohen, formohen alkenet:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Gjatë dehidrogjenimit n-Formohet butani, buteni-1 dhe buteni-2 (kjo e fundit në formë cis- Dhe ekstazë-izomerë):
Dehidrociklizim
Izomerizimi
Vetitë kimike të cikloalkaneve
Vetitë kimike të cikloalkaneve me më shumë se katër atome karboni në unazat e tyre janë, në përgjithësi, pothuajse identike me vetitë e alkaneve. Mjaft e çuditshme, ciklopropani dhe ciklobutani karakterizohen nga reaksione shtimi. Kjo është për shkak të tensionit të lartë brenda ciklit, gjë që çon në faktin se këto cikle priren të prishen. Pra, ciklopropani dhe ciklobutani shtojnë lehtësisht bromin, hidrogjenin ose klorurin e hidrogjenit:
Vetitë kimike të alkeneve
1. Reaksionet e shtimit
Meqenëse lidhja e dyfishtë në molekulat e alkenit përbëhet nga një lidhje e fortë sigma dhe një lidhje pi e dobët, ato janë komponime mjaft aktive që i nënshtrohen lehtësisht reaksioneve të shtimit. Alkenet shpesh i nënshtrohen reaksioneve të tilla edhe në kushte të buta - në të ftohtë, në tretësira ujore dhe tretës organikë.
Hidrogjenizimi i alkeneve
Alkenet janë të afta të shtojnë hidrogjen në prani të katalizatorëve (platin, paladium, nikel):
CH 3 -CH = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
Hidrogjenizimi i alkeneve ndodh lehtësisht edhe në presion normal dhe ngrohje të lehtë. Një fakt interesant është se të njëjtët katalizatorë mund të përdoren për dehidrogjenimin e alkaneve në alkene, vetëm procesi i dehidrogjenimit ndodh në një temperaturë më të lartë dhe presion më të ulët.
Halogjenimi
Alkenet i nënshtrohen lehtësisht reaksioneve të shtimit me bromin si në tretësirë ujore ashtu edhe në tretës organikë. Si rezultat i ndërveprimit, tretësirat e verdha të bromit fillimisht humbasin ngjyrën e tyre, d.m.th. bëhen të zbardhura.
CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Hidrohalogjenimi
Siç mund të shihet lehtë, shtimi i një halidi hidrogjeni në një molekulë të një alkeni josimetrik, teorikisht, duhet të çojë në një përzierje të dy izomerëve. Për shembull, kur bromidi i hidrogjenit i shtohet propenit, duhet të merren produktet e mëposhtme:
Sidoqoftë, në mungesë të kushteve specifike (për shembull, prania e peroksideve në përzierjen e reaksionit), shtimi i një molekule halidi hidrogjeni do të ndodhë rreptësisht në mënyrë selektive në përputhje me rregullin e Markovnikov:
Shtimi i një halidi hidrogjeni në një alken ndodh në atë mënyrë që një hidrogjen i shtohet një atomi karboni me një numër më të madh atomesh hidrogjeni (më të hidrogjenizuara), dhe një halogjen i shtohet një atomi karboni me një numër më të vogël hidrogjeni. atome (më pak të hidrogjenizuara).
Hidratimi
Ky reagim çon në formimin e alkooleve, dhe gjithashtu vazhdon në përputhje me rregullin e Markovnikov:
Siç mund ta merrni me mend lehtësisht, për shkak të faktit se shtimi i ujit në një molekulë alkeni ndodh sipas rregullit të Markovnikov, formimi i një alkooli parësor është i mundur vetëm në rastin e hidratimit të etilenit:
CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
Është përmes këtij reagimi që pjesa më e madhe e alkoolit etilik kryhet në industrinë në shkallë të gjerë.
Polimerizimi
Një rast specifik i një reaksioni shtesë është reaksioni i polimerizimit, i cili, ndryshe nga halogjenimi, hidrohalogjenimi dhe hidratimi, zhvillohet përmes mekanizmit të radikalit të lirë:
Reaksionet e oksidimit
Ashtu si të gjithë hidrokarburet e tjera, alkenet digjen lehtësisht në oksigjen për të formuar dioksid karboni dhe ujë. Ekuacioni për djegien e alkeneve në oksigjen të tepërt ka formën:
C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O
Ndryshe nga alkanet, alkenet oksidohen lehtësisht. Kur alkenet ekspozohen ndaj një tretësire ujore të KMnO 4, ndodh zbardhja, e cila është një reagim cilësor ndaj lidhjeve të dyfishta dhe të trefishta CC në molekulat e substancave organike.
Oksidimi i alkeneve me permanganat kaliumi në një zgjidhje neutrale ose pak alkaline çon në formimin e dioleve (alkooleve dihidrike):
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (ftohje)
Në një mjedis acid, lidhja e dyfishtë prishet plotësisht dhe atomet e karbonit që formuan lidhjen e dyfishtë shndërrohen në grupe karboksil:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (ngrohje)
Nëse lidhja e dyfishtë C=C ndodhet në fund të molekulës së alkenit, atëherë dioksidi i karbonit formohet si produkt i oksidimit të atomit më të jashtëm të karbonit në lidhjen dyfishe. Kjo për faktin se produkti i ndërmjetëm i oksidimit, acidi formik, oksidohet lehtësisht në një tepricë të agjentit oksidues:
5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (ngrohje)
Oksidimi i alkeneve në të cilin atomi C në lidhjen e dyfishtë përmban dy zëvendësues hidrokarbure prodhon një keton. Për shembull, oksidimi i 2-metilbuten-2 prodhon aceton dhe acid acetik.
Oksidimi i alkeneve, në të cilin skeleti i karbonit thyhet në lidhjen e dyfishtë, përdoret për të përcaktuar strukturën e tyre.
Vetitë kimike të alkadieneve
Reaksionet e shtimit
Për shembull, shtimi i halogjeneve:
Uji i bromit zbardhet.
Në kushte normale, shtimi i atomeve halogjene ndodh në skajet e molekulës 1,3-butadien, ndërsa lidhjet π thyhen, atomet e bromit u shtohen atomeve ekstreme të karbonit dhe valencat e lira formojnë një lidhje të re π. . Kështu, ndodh një "lëvizje" e lidhjes së dyfishtë. Nëse ka një tepricë të bromit, një molekulë tjetër mund të shtohet në vendin e lidhjes së dyfishtë të formuar.
Reaksionet e polimerizimit
Vetitë kimike të alkineve
Alkinet janë hidrokarbure të pangopura (të pangopura) dhe për këtë arsye janë të afta të pësojnë reaksione shtimi. Ndër reaksionet e shtimit për alkinet, shtimi elektrofilik është më i zakonshmi.
Halogjenimi
Meqenëse lidhja e trefishtë e molekulave të alkinit përbëhet nga një lidhje sigma më e fortë dhe dy lidhje pi më të dobëta, ato janë të afta të bashkojnë ose një ose dy molekula halogjene. Shtimi i dy molekulave halogjene nga një molekulë alkine zhvillohet përmes një mekanizmi elektrofilik në mënyrë sekuenciale në dy faza:
Hidrohalogjenimi
Shtimi i molekulave të halogjenit të hidrogjenit ndodh gjithashtu nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik dhe në dy faza. Në të dyja fazat, anëtarësimi vazhdon në përputhje me rregullin e Markovnikov:
Hidratimi
Shtimi i ujit në alkine ndodh në prani të kripërave ruti në një mjedis acid dhe quhet reaksioni Kucherov.
Si rezultat i hidratimit, shtimi i ujit në acetilen prodhon acetaldehid (aldehid acetik):
Për homologët e acetilenit, shtimi i ujit çon në formimin e ketoneve:
Hidrogjenizimi i alkineve
Alkinet reagojnë me hidrogjenin në dy hapa. Metalet si platini, paladiumi dhe nikeli përdoren si katalizatorë:
Trimerizimi i alkineve
Kur acetilen kalohet mbi karbon të aktivizuar në temperaturë të lartë, prej tij formohet një përzierje produktesh të ndryshme, kryesori i të cilave është benzeni, një produkt i trimerizimit të acetilenit:
Dimerizimi i alkineve
Acetilen gjithashtu i nënshtrohet një reaksioni dimerizimi. Procesi zhvillohet në prani të kripërave të bakrit si katalizatorë:
Oksidimi i alkinit
Alkinet digjen në oksigjen:
C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O
Reagimi i alkineve me bazat
Alkinet me një C≡C të trefishtë në fund të molekulës, ndryshe nga alkinet e tjera, janë në gjendje të hyjnë në reaksione në të cilat atomi i hidrogjenit në lidhjen e trefishtë zëvendësohet nga një metal. Për shembull, acetilen reagon me amid natriumi në amoniak të lëngshëm:
HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,
dhe gjithashtu me një tretësirë amoniaku të oksidit të argjendit, duke formuar substanca të patretshme të ngjashme me kripën të quajtura acetilenide:
Falë këtij reagimi, është e mundur të njihen alkinet me një lidhje të trefishtë terminale, si dhe të izolohet një alkin i tillë nga një përzierje me alkine të tjera.
Duhet të theksohet se të gjitha acetilenidet e argjendit dhe bakrit janë substanca shpërthyese.
Acetilenidet janë të afta të reagojnë me derivatet e halogjenit, i cili përdoret në sintezën e komponimeve organike më komplekse me një lidhje të trefishtë:
CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3
CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr
Vetitë kimike të hidrokarbureve aromatike
Natyra aromatike e lidhjes ndikon në vetitë kimike të benzeneve dhe hidrokarbureve të tjera aromatike.
Sistemi i unifikuar i elektroneve 6pi është shumë më i qëndrueshëm se lidhjet e zakonshme pi. Prandaj, reaksionet e zëvendësimit sesa reaksionet e shtimit janë më tipike për hidrokarburet aromatike. Arenet i nënshtrohen reaksioneve të zëvendësimit nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik.
Reaksionet e zëvendësimit
Halogjenimi
Nitrimi
Reaksioni i nitrimit zhvillohet më së miri nën ndikimin e acidit nitrik jo të pastër, por përzierjes së tij me acidin sulfurik të koncentruar, e ashtuquajtura përzierje nitratuese:
Alkilimi
Një reaksion në të cilin një nga atomet e hidrogjenit në unazën aromatike zëvendësohet nga një radikal hidrokarbur:
Në vend të alkaneve të halogjenizuara mund të përdoren edhe alkenet. Halidet e aluminit, halidet e hekurit ose acidet inorganike mund të përdoren si katalizatorë.<
Reaksionet e shtimit
Hidrogjenizimi
Shtimi i klorit
Procedohet nëpërmjet një mekanizmi radikal pas rrezatimit intensiv me dritë ultravjollcë:
Një reagim i ngjashëm mund të ndodhë vetëm me klorin.
Reaksionet e oksidimit
Djegje
2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q
Oksidim jo i plotë
Unaza e benzenit është rezistente ndaj agjentëve oksidues si KMnO 4 dhe K 2 Cr 2 O 7 . Nuk ka asnjë reagim.
Zëvendësuesit në unazën e benzenit ndahen në dy lloje:
Le të shqyrtojmë vetitë kimike të homologëve të benzenit duke përdorur toluenin si shembull.
Vetitë kimike të toluenit
Halogjenimi
Molekula e toluenit mund të konsiderohet si e përbërë nga fragmente të molekulave të benzenit dhe metanit. Prandaj, është logjike të supozohet se vetitë kimike të toluenit duhet në një farë mase të kombinojnë vetitë kimike të këtyre dy substancave të marra veçmas. Kjo është shpesh ajo që vërehet gjatë halogjenimit të saj. Ne tashmë e dimë se benzeni i nënshtrohet një reaksioni zëvendësimi me klorin nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik, dhe për të kryer këtë reagim është e nevojshme të përdoren katalizatorë (halide alumini ose ferrik). Në të njëjtën kohë, metani është gjithashtu i aftë të reagojë me klorin, por nëpërmjet një mekanizmi të radikalit të lirë, i cili kërkon rrezatim të përzierjes fillestare të reagimit me dritë UV. Tolueni, në varësi të kushteve në të cilat i nënshtrohet klorinimit, mund të japë ose produkte të zëvendësimit të atomeve të hidrogjenit në unazën e benzenit - për këtë ju duhet të përdorni të njëjtat kushte si për klorinimin e benzenit, ose produkte të zëvendësimit të hidrogjenit. atomet në radikalin metil, nëse është, si vepron klori mbi metanin nën rrezatim ultravjollcë:
Siç mund ta shihni, klorifikimi i toluenit në prani të klorurit të aluminit çoi në dy produkte të ndryshme - orto- dhe para-klorotoluen. Kjo për faktin se radikali metil është një zëvendësues i llojit të parë.
Nëse klorifikimi i toluenit në prani të AlCl 3 kryhet me tepricë të klorit, formimi i toluenit të zëvendësuar me trikloro është i mundur:
Në mënyrë të ngjashme, kur tolueni klorohet në dritë me një raport më të lartë klor/toluen, mund të përftohet diklorometilbenzen ose triklorometilbenzen:
Nitrimi
Zëvendësimi i atomeve të hidrogjenit me një grup nitro gjatë nitrimit të toluenit me një përzierje të acideve nitrik dhe sulfurik të përqendruar çon në zëvendësimin e produkteve në unazën aromatike dhe jo në radikalin metil:
Alkilimi
Siç u përmend tashmë, radikali metil është një agjent orientues i llojit të parë, prandaj alkilimi i tij sipas Friedel-Crafts çon në zëvendësimin e produkteve në pozicione orto- dhe para:
Reaksionet e shtimit
Tolueni mund të hidrogjenizohet në metilcikloheksan duke përdorur katalizatorë metalikë (Pt, Pd, Ni):
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
Oksidim jo i plotë
Kur ekspozohet ndaj një agjenti oksidues të tillë si një zgjidhje ujore e permanganatit të kaliumit, zinxhiri anësor i nënshtrohet oksidimit. Bërthama aromatike nuk mund të oksidohet në kushte të tilla. Në këtë rast, në varësi të pH-së së tretësirës, do të formohet ose një acid karboksilik ose kripa e tij.
Vetitë kimike karakteristike të hidrokarbureve: alkanet, alkenet, dienet, alkinet, hidrokarburet aromatike
Alkanet
Alkanet janë hidrokarbure në molekulat e të cilëve atomet janë të lidhur me lidhje të vetme dhe që i përgjigjen formulës së përgjithshme $C_(n)H_(2n+2)$.
Seritë homologe të metanit
Siç e dini tashmë, homologët- këto janë substanca që janë të ngjashme në strukturë dhe veti dhe ndryshojnë nga një ose më shumë grupe $CH_2$.
Hidrokarburet e ngopura përbëjnë serinë homologe të metanit.
Izomerizmi dhe nomenklatura
Alkanet karakterizohen nga e ashtuquajtura izomerizëm strukturor. Izomerët strukturorë ndryshojnë nga njëri-tjetri në strukturën e skeletit të karbonit. Siç e dini tashmë, alkani më i thjeshtë, i cili karakterizohet nga izomerë strukturorë, është butani:
Le të hedhim një vështrim më të afërt në bazat e nomenklaturës IUPAC për alkanet:
1. Zgjedhja e qarkut kryesor.
Formimi i emrit të një hidrokarburi fillon me përcaktimin e zinxhirit kryesor - zinxhiri më i gjatë i atomeve të karbonit në molekulë, i cili është, si të thuash, baza e tij.
2.
Atomet e zinxhirit kryesor u caktohen numra. Numërimi i atomeve të zinxhirit kryesor fillon nga fundi me të cilin zëvendësuesi është më afër (strukturat A, B). Nëse zëvendësuesit janë të vendosur në një distancë të barabartë nga fundi i zinxhirit, atëherë numërimi fillon nga fundi në të cilin ka më shumë prej tyre (struktura B). Nëse zëvendësuesit e ndryshëm janë të vendosur në distanca të barabarta nga skajet e zinxhirit, atëherë numërimi fillon nga fundi me të cilin ai i moshuari është më afër (struktura D). Vjetërsia e zëvendësuesve të hidrokarbureve përcaktohet nga radha në të cilën shkronja me të cilën fillon emri i tyre shfaqet në alfabet: metil (—$CH_3$), pastaj propil ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etil ($—CH_2 —CH_3$ ) etj.
Ju lutemi vini re se emri i zëvendësuesit formohet duke zëvendësuar prapashtesën -an tek prapashtesa -il në emër të alkanit përkatës.
3. Formimi i emrit.
Në fillim të emrit, tregohen numrat - numrat e atomeve të karbonit në të cilët ndodhen zëvendësuesit. Nëse ka disa zëvendësues në një atom të caktuar, atëherë numri përkatës në emër përsëritet dy herë i ndarë me presje ($2.2-$). Pas numrit, numri i zëvendësuesve tregohet me vizë ( di- dy, tre- tre, tetra- katër, penta- pesë) dhe emrin e deputetit ( metil, etil, propil). Pastaj, pa hapësira ose viza, emri i zinxhirit kryesor. Zinxhiri kryesor quhet hidrokarbur - një anëtar i serisë homologe të metanit ( metani, etani, propani etj.).
Emrat e substancave formulat strukturore të të cilave janë dhënë më sipër janë si më poshtë:
— struktura A: $2$ -metilpropan;
— struktura B: $3 $ -etilheksan;
— struktura B: $2,2,4$ -trimetilpentan;
— struktura G: $2$ -metil$4$-etilheksan.
Vetitë fizike dhe kimike të alkaneve
Vetitë fizike. Katër përfaqësuesit e parë të serisë homologe të metanit janë gaze. Më i thjeshti prej tyre është metani, një gaz pa ngjyrë, pa shije dhe erë (erë e gazit, kur e ndjeni, duhet të telefononi 104 dollarë, përcaktohet nga aroma e merkaptanëve - përbërës që përmbajnë squfur të shtuara posaçërisht në metanin e përdorur në pajisje gazi shtëpiake dhe industriale, në mënyrë që njerëzit, të vendosur pranë tyre, të mund të zbulojnë rrjedhjen nga era).
Hidrokarburet me përbërje nga $С_5Н_(12)$ deri në $С_(15)Н_(32)$ janë lëngje; hidrokarburet më të rënda janë të ngurta.
Pikat e vlimit dhe shkrirjes së alkaneve rriten gradualisht me rritjen e gjatësisë së zinxhirit të karbonit. Të gjitha hidrokarburet janë pak të tretshëm në ujë; hidrokarburet e lëngëta janë tretës organikë të zakonshëm.
Vetitë kimike.
1. Reaksionet e zëvendësimit. Reaksionet më karakteristike për alkanet janë reaksionet e zëvendësimit të radikaleve të lira, gjatë të cilave një atom hidrogjeni zëvendësohet nga një atom halogjen ose ndonjë grup.
Le të paraqesim ekuacionet e reaksioneve më karakteristike.
Halogjenimi:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.
Në rast të halogjenit të tepërt, klorifikimi mund të shkojë më tej, deri në zëvendësimin e plotë të të gjithë atomeve të hidrogjenit me klor:
$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\tekst"diklorometan (klorur metilen)")$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\tekst"triklorometan(kloroform)")$,
$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\tekst"tetraklorur karboni(tetraklorur karboni)")$.
Substancat që rezultojnë përdoren gjerësisht si tretës dhe lëndë fillestare në sintezat organike.
2. Dehidrogjenimi (eliminimi i hidrogjenit). Kur alkanet kalohen mbi një katalizator ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) në temperatura të larta ($400-600°C$), një molekulë hidrogjeni eliminohet dhe formohet një alken:
$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$
3. Reaksionet e shoqëruara me shkatërrimin e zinxhirit të karbonit. Të gjitha hidrokarburet e ngopura po digjen me formimin e dyoksidit të karbonit dhe ujit. Hidrokarburet e gazta të përziera me ajrin në përmasa të caktuara mund të shpërthejnë. Djegia e hidrokarbureve të ngopura është një reaksion ekzotermik i radikalit të lirë, i cili është shumë i rëndësishëm kur përdoren alkanet si lëndë djegëse:
$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$
Në përgjithësi, reaksioni i djegies së alkaneve mund të shkruhet si më poshtë:
$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$
Ndarja termike e hidrokarbureve:
$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$
Procesi ndodh nëpërmjet një mekanizmi të radikaleve të lira. Një rritje e temperaturës çon në ndarjen homolitike të lidhjes karbon-karbon dhe formimin e radikalëve të lirë:
$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2·+·CH_2—R$.
Këto radikale ndërveprojnë me njëri-tjetrin, duke shkëmbyer një atom hidrogjeni, për të formuar një molekulë alkani dhe një molekulë alkeni:
$R—CH_2CH_2·+·CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.
Reaksionet e dekompozimit termik qëndrojnë në themel të procesit industrial të plasaritjes së hidrokarbureve. Ky proces është faza më e rëndësishme e përpunimit të naftës.
Kur metani nxehet në një temperaturë prej $1000°C$, fillon piroliza e metanit - dekompozimi në substanca të thjeshta:
$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$
Kur nxehet në një temperaturë prej $1500°C$, formimi i acetilenit është i mundur:
$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$
4. Izomerizimi. Kur hidrokarburet lineare nxehen me një katalizator izomerizimi (klorur alumini), formohen substanca me një skelet karboni të degëzuar:
5. Aromatizimi. Alkanet me gjashtë ose më shumë atome karboni në zinxhir ciklizohen në prani të një katalizatori për të formuar benzenin dhe derivatet e tij:
Cila është arsyeja që alkanet i nënshtrohen reaksioneve të radikaleve të lira? Të gjithë atomet e karbonit në molekulat e alkanit janë në një gjendje hibridizimi $sp^3$. Molekulat e këtyre substancave ndërtohen duke përdorur lidhje kovalente jopolare $C-C$ (karbon-karbon) dhe lidhje të dobëta polare $C-H$ (karbon-hidrogjen). Ato nuk përmbajnë zona me densitet elektronik të rritur ose të zvogëluar, ose lidhje lehtësisht të polarizueshme, d.m.th. lidhje të tilla, dendësia e elektroneve në të cilat mund të zhvendoset nën ndikimin e faktorëve të jashtëm (fushat elektrostatike të joneve). Rrjedhimisht, alkanet nuk do të reagojnë me grimcat e ngarkuara, sepse lidhjet në molekulat e alkanit nuk prishen nga mekanizmi heterolitik.
Alkenet
Të pangopurat përfshijnë hidrokarbure që përmbajnë lidhje të shumta midis atomeve të karbonit në molekulat e tyre. Janë të pakufizuara alkenet, alkadienet (polyenet), alkinet. Hidrokarburet ciklike që përmbajnë një lidhje të dyfishtë në unazë (cikloalkenet), si dhe cikloalkanet me një numër të vogël atomesh karboni në unazë (tre ose katër atome) gjithashtu kanë karakter të pangopur. Vetia e pangopurit lidhet me aftësinë e këtyre substancave për të hyrë në reaksione shtesë, kryesisht hidrogjen, me formimin e hidrokarbureve të ngopura ose të ngopura - alkaneve.
Alkenet janë hidrokarbure aciklike që përmbajnë në molekulë, përveç lidhjeve të vetme, një lidhje të dyfishtë midis atomeve të karbonit dhe që korrespondojnë me formulën e përgjithshme $C_(n)H_(2n)$.
Emri i tij i dytë është olefinat- alkenet janë marrë me analogji me acide yndyrore të pangopura (oleik, linoleik), mbetjet e të cilave janë pjesë e yndyrave të lëngshme - vajrave (nga lat. oleum- vaj).
Seritë homologe të etenit
Alkenet e padegëzuara formojnë serinë homologe të etenit (etilen):
$С_2Н_4$ - eten, $С_3Н_6$ - propen, $С_4Н_8$ - buten, $С_5Н_(10)$ - penten, $С_6Н_(12)$ - heksen, etj.
Izomerizmi dhe nomenklatura
Alkenet, si alkanet, karakterizohen nga izomeria strukturore. Izomerët strukturorë ndryshojnë nga njëri-tjetri në strukturën e skeletit të karbonit. Alkeni më i thjeshtë, i karakterizuar nga izomerë strukturorë, është buteni:
Një lloj i veçantë i izomerizmit strukturor është izomeria e pozicionit të lidhjes dyfishe:
$CH_3—(CH_2)↙(butene-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(butene-2)—CH_3$
Rrotullimi pothuajse i lirë i atomeve të karbonit është i mundur rreth një lidhjeje të vetme karbon-karbon, kështu që molekulat e alkanit mund të marrin një larmi formash. Rrotullimi rreth lidhjes së dyfishtë është i pamundur, gjë që çon në shfaqjen e një lloji tjetër të izomerizmit në alkenet - izomerizmi gjeometrik, ose cis-trans.
cis- izomerët ndryshojnë nga ekstazë - izomerët nga rregullimi hapësinor i fragmenteve molekulare (në këtë rast, grupet metil) në lidhje me rrafshin e lidhjes $π$ dhe, rrjedhimisht, nga vetitë e tyre.
Alkenet janë izomere ndaj cikloalkaneve (izomeria ndërklasore), për shembull:
Nomenklatura IUPAC për alkenet është e ngjashme me atë të alkaneve.
1. Zgjedhja e qarkut kryesor.
Emërtimi i një hidrokarburi fillon me identifikimin e zinxhirit kryesor - zinxhirit më të gjatë të atomeve të karbonit në molekulë. Në rastin e alkeneve, zinxhiri kryesor duhet të përmbajë një lidhje të dyfishtë.
2. Numërimi i atomeve të zinxhirit kryesor.
Numërimi i atomeve të vargut kryesor fillon nga fundi me të cilin është më afër lidhja e dyfishtë. Për shembull, emri i saktë i lidhjes është:
$5$-metilheksen-$2$, jo $2$-metilheksen-$4$, siç mund të pritet.
Nëse pozicioni i lidhjes së dyfishtë nuk mund të përcaktojë fillimin e numërimit të atomeve në zinxhir, atëherë ai përcaktohet nga pozicioni i zëvendësuesve, ashtu si për hidrokarburet e ngopura.
3. Formimi i emrit.
Emrat e alkeneve formohen në të njëjtën mënyrë si emrat e alkaneve. Në fund të emrit, tregoni numrin e atomit të karbonit në të cilin fillon lidhja e dyfishtë, dhe një prapashtesë që tregon se përbërja i përket klasës së alkeneve - -en.
Për shembull:
Vetitë fizike dhe kimike të alkeneve
Vetitë fizike. Tre përfaqësuesit e parë të serisë homologe të alkeneve janë gaze; substancat e përbërjes $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - lëngje; Alkenet më të larta janë të ngurta.
Pikat e vlimit dhe shkrirjes rriten natyrshëm me rritjen e peshës molekulare të komponimeve.
Vetitë kimike.
Reaksionet e shtimit. Le të kujtojmë se një tipar dallues i përfaqësuesve të hidrokarbureve të pangopura - alkeneve është aftësia për të hyrë në reaksione shtesë. Shumica e këtyre reaksioneve zhvillohen sipas mekanizmit
1. Hidrogjenizimi i alkeneve. Alkenet janë të afta të shtojnë hidrogjen në prani të katalizatorëve të hidrogjenizimit, metaleve - platinit, paladiumit, nikelit:
$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.
Ky reaksion ndodh në presion atmosferik dhe të ngritur dhe nuk kërkon temperaturë të lartë, sepse është ekzotermik. Kur temperatura rritet, të njëjtët katalizatorë mund të shkaktojnë një reaksion të kundërt - dehidrogjenim.
2. Halogjenimi (shtimi i halogjeneve). Ndërveprimi i një alkeni me ujin me brom ose një tretësirë të bromit në një tretës organik ($CCl_4$) çon në zbardhjen e shpejtë të këtyre tretësirave si rezultat i shtimit të një molekule halogjene në alken dhe formimit të alkaneve dihalogjene:
$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.
3.
$CH_3-(CH)↙(propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-bromopropen)-CH_3$
Ky reagim bindet Rregulli i Markovnikov:
Kur një halogjen hidrogjeni i shtohet një alkeni, hidrogjeni i shtohet atomit të karbonit më të hidrogjenizuar, d.m.th. atomi në të cilin ka më shumë atome hidrogjeni dhe halogjeni tek ai më pak i hidrogjenizuar.
Hidratimi i alkeneve çon në formimin e alkooleve. Për shembull, shtimi i ujit në eten është themeli i një prej metodave industriale për prodhimin e alkoolit etilik:
$(CH_2)↙(eten)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(etanol)$
Vini re se një alkool primar (me një grup hidrokso në karbonin primar) formohet vetëm kur eteni hidratohet. Kur propeni ose alkenet e tjera hidratohen, formohen alkoole dytësore.
Ky reagim gjithashtu vazhdon në përputhje me rregullin e Markovnikov - një kation hidrogjeni i bashkëngjitet një atomi karboni më të hidrogjenizuar dhe një grup hidrokso me një atom më pak të hidrogjenizuar.
5. Polimerizimi. Një rast i veçantë i shtimit është reaksioni i polimerizimit të alkeneve:
$nCH_2(=)↙(eten)CH_2(→)↖(dritë UV, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietileni)...)_n$
Ky reaksion shtimi ndodh nëpërmjet një mekanizmi të radikaleve të lira.
6. Reaksioni i oksidimit.
Ashtu si çdo përbërje organike, alkenet digjen në oksigjen për të formuar $СО_2$ dhe $Н_2О$:
$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.
Në përgjithësi:
$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$
Ndryshe nga alkanet, të cilat janë rezistente ndaj oksidimit në tretësirë, alkenet oksidohen lehtësisht nga tretësirat e permanganatit të kaliumit. Në tretësirat neutrale ose alkaline, alkenet oksidohen në diole (alkoolet dihidrike), dhe grupet hidroksil shtohen në ato atome midis të cilave ekzistonte një lidhje e dyfishtë përpara oksidimit:
Alkadienet (hidrokarburet diene)
Alkadienet janë hidrokarbure aciklike që përmbajnë në molekulë, përveç lidhjeve të vetme, dy lidhje të dyfishta midis atomeve të karbonit dhe që korrespondojnë me formulën e përgjithshme $C_(n)H_(2n-2)$.
Në varësi të rregullimit relativ të lidhjeve të dyfishta, dallohen tre lloje të dieneve:
- alkadienet me të grumbulluara rregullimi i lidhjeve të dyfishta:
- alkadienet me të konjuguara lidhjet e dyfishta;
$CH_2=CH—CH=CH_2$;
- alkadienet me i izoluar lidhjet e dyfishta
$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.
Këto tre lloje të alkadieneve ndryshojnë ndjeshëm nga njëri-tjetri në strukturë dhe veti. Atomi qendror i karbonit (atomi që formon dy lidhje të dyfishta) në alkadienet me lidhje të grumbulluara është në një gjendje hibridizimi $sp$. Formon dy $σ$-lidhje të shtrira në të njëjtën vijë dhe të drejtuar në drejtime të kundërta, dhe dy $π$-lidhje të shtrira në rrafshe pingul. $π$-Lidhjet krijohen për shkak të orbitaleve p të pahibridizuara të secilit atom karboni. Vetitë e alkadieneve me lidhje dyfishe të izoluara janë shumë specifike, sepse lidhjet e konjuguara $π$-influencojnë ndjeshëm njëra-tjetrën.
orbitalet p që formojnë lidhje të konjuguara $π$-përbëjnë praktikisht një sistem të vetëm (quhet një sistem $π$), sepse p-orbitalet e lidhjeve fqinje $π$ mbivendosen pjesërisht.
Izomerizmi dhe nomenklatura
Alkadienet karakterizohen si nga izomerizmi strukturor ashtu edhe nga cis-, trans-izomeria.
Izomerizmi strukturor.
— Izomerizmi i skeletit të karbonit:
— izomeria e pozicionit të lidhjeve të shumta:
$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(butadien-1,2)$
Cis-, trans- izomeria (hapësinore dhe gjeometrike)
Për shembull:
Alkadienet janë komponime izomere të klasave të alkineve dhe cikloalkeneve.
Kur formoni emrin e një alkadieni, tregohen numrat e lidhjeve të dyfishta. Zinxhiri kryesor duhet të përmbajë domosdoshmërisht dy lidhje të shumta.
Për shembull:
Vetitë fizike dhe kimike të alkadieneve
Vetitë fizike.
Në kushte normale, propandien-1,2, butadiene-1,3 janë gazra, 2-metilbutadien-1,3 është një lëng i paqëndrueshëm. Alkadienet me lidhje dyfishe të izoluara (më e thjeshta prej tyre është pentadieni-1,4) janë lëngje. Dienet më të larta janë të ngurta.
Vetitë kimike.
Vetitë kimike të alkadieneve me lidhje dyfishe të izoluara ndryshojnë pak nga vetitë e alkeneve. Alkadienet me lidhje të konjuguara kanë disa veçori të veçanta.
1. Reaksionet e shtimit. Alkadienet janë të afta të shtojnë hidrogjen, halogjene dhe halogjene të hidrogjenit.
Një tipar i veçantë i shtimit të alkadieneve me lidhje të konjuguara është aftësia për të shtuar molekula si në pozicionet 1 dhe 2, ashtu edhe në pozicionet 1 dhe 4.
Raporti i produkteve varet nga kushtet dhe mënyra e kryerjes së reaksioneve përkatëse.
2.Reaksioni i polimerizimit. Vetia më e rëndësishme e dieneve është aftësia për t'u polimerizuar nën ndikimin e kationeve ose radikalëve të lirë. Polimerizimi i këtyre komponimeve është baza e gomave sintetike:
$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\tekst" gome butadiene sintetike")$ .
Polimerizimi i dieneve të konjuguara vazhdon si shtim 1,4.
Në këtë rast, lidhja e dyfishtë rezulton të jetë qendrore në njësi, dhe njësia elementare, nga ana tjetër, mund të marrë të dyja cis-, kështu që ekstazë - konfigurimi
Alkinet
Alkinet janë hidrokarbure aciklike që përmbajnë në molekulë, përveç lidhjeve të vetme, një lidhje të trefishtë midis atomeve të karbonit dhe që korrespondojnë me formulën e përgjithshme $C_(n)H_(2n-2)$.
Seritë homologe të etinit
Alkinet me zinxhir të drejtë formojnë serinë homologe të etinit (acetileni):
$С_2Н_2$ - ethine, $С_3Н_4$ - propine, $С_4Н_6$ - butine, $С_5Н_8$ - pentine, $С_6Н_(10)$ - heksine etj.
Izomerizmi dhe nomenklatura
Alkinet, si alkenet, karakterizohen nga izomeria strukturore: izomeria e skeletit të karbonit dhe izomeria e pozicionit të lidhjes së shumëfishtë. Alkini më i thjeshtë, i cili karakterizohet nga izomerë strukturorë të pozicionit të lidhjes së shumëfishtë të klasës së alkineve, është butina:
$СН_3—(СН_2)↙(butine-1)—С≡СН$ $СН_3—(С≡С)↙(butine-2)—СН_3$
Izomerizmi i skeletit të karbonit në alkine është i mundur, duke filluar me pentinën:
Meqenëse një lidhje e trefishtë supozon një strukturë lineare të zinxhirit të karbonit, gjeometrike ( cis-, trans-) izomeria është e pamundur për alkinet.
Prania e një lidhjeje të trefishtë në molekulat e hidrokarbureve të kësaj klase pasqyrohet nga prapashtesa -në, dhe pozicioni i tij në zinxhir është numri i atomit të karbonit.
Për shembull:
Komponimet e disa klasave të tjera janë izomere ndaj alkineve. Kështu, formula kimike $C_6H_(10)$ ka heksinë (alkin), heksadien (alkadien) dhe cikloheksen (cikloalken):
Vetitë fizike dhe kimike të alkineve
Vetitë fizike. Pikat e vlimit dhe shkrirjes së alkineve, si dhe alkeneve, rriten natyrshëm me rritjen e peshës molekulare të përbërjeve.
Alkinet kanë një erë specifike. Ato janë më të tretshme në ujë sesa alkanet dhe alkenet.
Vetitë kimike.
Reaksionet e shtimit. Alkinet janë komponime të pangopura dhe i nënshtrohen reaksioneve të shtimit. Kryesisht reagime shtimi elektrofilik.
1. Halogjenimi (shtimi i një molekule halogjene). Një alkin është i aftë të bashkojë dy molekula halogjene (klor, brom):
$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibromoetan),$
$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabromoetan)$
2. Hidrohalogjenimi (shtimi i halogjenit të hidrogjenit). Reaksioni i shtimit të halogjenit të hidrogjenit, i cili ndodh nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik, gjithashtu ndodh në dy faza, dhe në të dyja fazat respektohet rregulli Markovnikov:
$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-bromopropen),$
$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibromopropan)$
3. Hidratimi (shtimi i ujit). Rëndësi të madhe për sintezën industriale të ketoneve dhe aldehideve ka reaksioni i shtimit të ujit (hidratimi), i cili quhet Reagimi i Kucherov:
4. Hidrogjenizimi i alkineve. Alkinet shtojnë hidrogjen në prani të katalizatorëve metalikë ($Pt, Pd, Ni$):
$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$
$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$
Meqenëse lidhja e trefishtë përmban dy lidhje reaktive $π$, alkanet shtojnë hidrogjen në një mënyrë hap pas hapi:
1) trimerizimi.
Kur etini kalohet mbi karbon të aktivizuar, formohet një përzierje produktesh, njëra prej të cilave është benzeni:
2) dimerizimi.
Përveç trimerizimit të acetilenit, dimerizimi i tij është i mundur. Nën ndikimin e kripërave monovalente të bakrit, formohet acetilen vinil:
$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\tekst"buten-1-në-3(vinilacetilen)")$
Kjo substancë përdoret për të prodhuar kloropren:
$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(kloropren)=CH_2$
nga polimerizimi i së cilës fitohet goma kloropren:
$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$
Oksidimi i alkineve.
Etina (acetileni) digjet në oksigjen, duke lëshuar një sasi shumë të madhe nxehtësie:
$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Veprimi i një pishtari oksigjen-acetileni bazohet në këtë reaksion, flaka e të cilit ka një temperaturë shumë të lartë (më shumë se $3000°C$), e cila e lejon atë të përdoret për prerja dhe saldimi i metaleve.
Në ajër, acetilen digjet me një flakë tymi, sepse përmbajtja e karbonit në molekulën e tij është më e lartë se në molekulat e etanit dhe etenit.
Alkinet, si alkenet, zbardhin solucionet e acidifikuara të permanganatit të kaliumit; Në këtë rast, lidhja e shumëfishtë shkatërrohet.
Jonik (rregulli i V.V. Markovnikov) dhe mekanizmat e reagimit radikal në kiminë organike
Llojet e reaksioneve kimike në kiminë organike
Reaksionet e substancave organike mund të ndahen zyrtarisht në katër lloje kryesore: zëvendësimi, shtimi, eliminimi (eliminimi) dhe rirregullimi (izomerizimi). Është e qartë se e gjithë shumëllojshmëria e reaksioneve të përbërjeve organike nuk mund të reduktohet në klasifikimin e propozuar (për shembull, reaksionet e djegies). Sidoqoftë, një klasifikim i tillë do të ndihmojë në vendosjen e analogjive me reagimet që ndodhin midis substancave inorganike, tashmë të njohura për ju nga rrjedha e kimisë inorganike.
Në mënyrë tipike, përbërja organike kryesore e përfshirë në një reaksion quhet substrat, dhe përbërësi tjetër i reaksionit konsiderohet konvencionalisht si reaktant.
Reaksionet e zëvendësimit
Reaksionet që rezultojnë në zëvendësimin e një atomi ose grupi atomesh në molekulën (substrati) origjinal me atome të tjera ose grupe atomesh quhen reaksione zëvendësimi.
Reaksionet e zëvendësimit përfshijnë komponime të ngopura dhe aromatike si alkanet, cikloalkanet ose arenet.
Le të japim shembuj të reagimeve të tilla.
Nën ndikimin e dritës, atomet e hidrogjenit në një molekulë metani mund të zëvendësohen nga atome halogjene, për shembull, nga atomet e klorit:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$
Një shembull tjetër i zëvendësimit të hidrogjenit me halogjen është shndërrimi i benzenit në bromobenzen:
Ekuacioni për këtë reagim mund të shkruhet ndryshe:
Në këtë formë shënimi, reagentët, katalizatori dhe kushtet e reaksionit shkruhen sipër shigjetës, dhe produktet e reaksionit inorganik shkruhen poshtë saj.
Reaksionet e shtimit
Reaksionet në të cilat dy ose më shumë molekula të substancave reaguese bashkohen në një quhen reaksione të shtimit.
Përbërjet e pangopura si alkenet ose alkinet i nënshtrohen reaksioneve të shtimit.
Në varësi të asaj se cila molekulë vepron si reagent, dallohen hidrogjenizimi (ose reduktimi), halogjenimi, hidrohalogjenimi, hidratimi dhe reaksione të tjera shtesë. Secila prej tyre kërkon kushte të caktuara.
1. Hidrogjenizimi- reaksioni i shtimit të një molekule hidrogjeni përmes një lidhjeje të shumëfishtë:
$CH_3(-CH=)↙(\tekst"propen")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\tekst"propan")-CH_3$
2.Hidrohalogjenimi- reaksioni i shtimit të halogjenit të hidrogjenit (hidroklorinimi):
$(CH_2=)↙(\tekst"eten")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\tekst"kloroetan")-Cl$
3.Halogjenimi- reaksioni i shtimit të halogjenit:
$(CH_2=)↙(\tekst"eten")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\tekst"1.2-dikloroetan")$
4. Polimerizimi- një lloj i veçantë i reaksionit të shtimit në të cilin molekulat e një lënde me peshë të vogël molekulare kombinohen me njëra-tjetrën për të formuar molekula të një substance me peshë molekulare shumë të lartë - makromolekulat.
Reaksionet e polimerizimit janë procese të kombinimit të shumë molekulave të një substance (monomeri) me peshë të ulët molekulare në molekula të mëdha (makromolekula) të një polimeri.
Një shembull i një reaksioni polimerizimi është prodhimi i polietilenit nga etilen (eteni) nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë dhe një iniciator radikal polimerizimi $R:$
$(nCH_2=)↙(\text"ethen")CH_2(→)↖(\tekst"dritë UV, R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" polietileni ") $
Lidhja kovalente më karakteristike e përbërjeve organike formohet kur orbitalet atomike mbivendosen dhe formohen çifte të përbashkëta elektronike. Si rezultat i kësaj, formohet një orbitale e përbashkët për dy atomet, në të cilën ndodhet një çift elektronik i përbashkët. Kur një lidhje prishet, fati i këtyre elektroneve të përbashkëta mund të jetë i ndryshëm.
Llojet e grimcave reaktive në kiminë organike
Një orbitale me një elektron të paçiftuar që i përket një atomi mund të mbivendoset me një orbitale të një atomi tjetër që përmban gjithashtu një elektron të paçiftuar. Në këtë rast, një lidhje kovalente formohet përgjatë mekanizmi i shkëmbimit:
$H + H→H:H,$ ose $H-H$
Mekanizmi i shkëmbimit Formimi i një lidhjeje kovalente realizohet nëse një çift elektronik i përbashkët formohet nga elektrone të paçiftuara që i përkasin atomeve të ndryshme.
Procesi i kundërt me formimin e një lidhjeje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit është ndarja e lidhjes, në të cilën humbet një elektron për secilin atom. Si rezultat i kësaj, formohen dy grimca të pa ngarkuara, që kanë elektrone të paçiftuara:
Grimcat e tilla quhen radikalet e lira.
Radikalet e lira- atome ose grupe atomesh që kanë elektrone të paçiftëzuara.
Reaksionet që ndodhin nën ndikimin dhe me pjesëmarrjen e radikaleve të lira quhen reaksione të radikaleve të lira.
Në rrjedhën e kimisë inorganike, këto janë reaksionet e hidrogjenit me oksigjenin, halogjenet dhe reaksionet e djegies. Ju lutemi vini re se reagimet e këtij lloji karakterizohen nga shpejtësia e lartë dhe lëshimi i sasive të mëdha të nxehtësisë.
Një lidhje kovalente mund të formohet gjithashtu nga një mekanizëm dhurues-pranues. Një nga orbitalet e një atomi (ose anioni) që përmban një çift elektronik të vetëm mbivendoset me një orbitale të pabanuar të një atomi (ose kation) tjetër që ka një orbital të papushtuar dhe formohet një lidhje kovalente, për shembull:
$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\tekst"pranues")→(H-O-H)↙(\tekst"dhurues")$
Thyerja e një lidhje kovalente rezulton në formimin e specieve të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht; meqenëse në këtë rast të dy elektronet nga një çift elektronik i përbashkët mbeten me njërin prej atomeve, atomi i dytë ka një orbital të paplotësuar:
$R:|R=R:^(-)+R^(+)$
Le të shqyrtojmë shpërbërjen elektrolitike të acideve:
$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$
Mund të merret me mend lehtësisht se një grimcë që ka një çift elektronik të vetëm $R:^(-)$, pra një jon të ngarkuar negativisht, do të tërhiqet nga atomet e ngarkuar pozitivisht ose nga atomet në të cilët ka të paktën një ngarkesë pozitive të pjesshme ose efektive. Grimcat me çifte të vetme elektronesh quhen agjentët nukleofile (bërthama- bërthama, pjesë e atomit me ngarkesë pozitive), d.m.th., "miqtë" e bërthamës, ngarkesë pozitive.
Nukleofile ($Nu$)- anione ose molekula që kanë një palë të vetme elektronesh që ndërveprojnë me pjesë të molekulave që kanë një ngarkesë pozitive efektive.
Shembuj të nukleofileve: $Cl^(-)$ (jon klorur), $OH^(-)$ (anion hidroksid), $CH_3O^(-)$ (anion metoksid), $CH_3COO^(-)$ (anion acetat ).
Grimcat që kanë një orbital të pambushur, përkundrazi, do të priren ta mbushin atë dhe, për rrjedhojë, do të tërhiqen nga pjesët e molekulave që kanë një densitet elektronik të rritur, një ngarkesë negative dhe një çift elektronik të vetëm. Ata janë elektrofilë, "miq" të elektronit, ngarkesë negative ose grimca me densitet elektronik të rritur.
Elektrofile- katione ose molekula që kanë një orbital elektronik të pambushur, që tentojnë ta mbushin me elektrone, pasi kjo çon në një konfigurim elektronik më të favorshëm të atomit.
Shembuj të elektrofileve: $NO_2$ (grup nitro), -$COOH$ (karboksil), -$CN$ (grup nitrili), -$SON$ (grup aldehid).
Jo çdo grimcë me një orbitale të paplotësuar është elektrofile. Për shembull, kationet e metaleve alkali kanë konfigurimin e gazeve inerte dhe nuk priren të marrin elektrone, pasi ato kanë afinitet të ulët elektronik. Nga kjo mund të konkludojmë se, pavarësisht pranisë së një orbitale të pambushur, grimca të tilla nuk do të jenë elektrofile.
Mekanizmat bazë të reagimit
Ne kemi identifikuar tre lloje kryesore të specieve reaguese - radikalet e lira, elektrofilet, nukleofile - dhe tre lloje përkatëse të mekanizmave të reagimit:
- radikal i lirë;
- elektrofil;
- nukleofile.
Përveç klasifikimit të reaksioneve sipas llojit të grimcave që reagojnë, në kiminë organike ekzistojnë katër lloje reaksionesh të bazuara në parimin e ndryshimit të përbërjes së molekulave: shtimi, zëvendësimi, shkëputja ose eliminimi (nga lat. eliminuar- hiqni, ndani) dhe rirregullime. Meqenëse shtimi dhe zëvendësimi mund të ndodhë nën ndikimin e të tre llojeve të specieve reaktive, mund të dallohen disa mekanizma bazë të reagimit.
1.Zëvendësimi i radikaleve të lira:
$(CH_4)↙(\tekst"metan")+Br_2(→)↖(\tekst"dritë UV")(CH_3Br)↙(\tekst"bromometan")+HBr$
2. Shtesa e radikaleve të lira:
$nCH_2=CH_2(→)↖(\tekst"Drita UV,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$
3. Zëvendësimi elektrofilik:
4. Lidhja elektrofile:
$CH_3-(CH=)↙(\tekst"propen")CH_2+HBr(→)↖(\tekst"zgjidhje")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\tekst"2-bromopropan")$
$CH_3(-C≡)↙(\tekst"propyne")CH+Cl_2(→)↖(\tekst"zgjidhje")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\tekst"1,2-dikloropropen")$
5. Shtimi nukleofilik:
Përveç kësaj, ne do të shqyrtojmë reagimet e eliminimit që ndodhin nën ndikimin e grimcave nukleofile - bazave.
6. Eliminimi:
$СH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\tekst"tretësirë alkoolike")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$
Rregulli i V.V. Markovnikov
Një tipar dallues i alkeneve (hidrokarburet e pangopura) është aftësia e tyre për t'iu nënshtruar reaksioneve të shtimit. Shumica e këtyre reaksioneve zhvillohen sipas mekanizmit shtimi elektrofilik.
Hidrohalogjenimi (shtimi i halogjenit të hidrogjenit):
$СH_3(-CH-)↙(\tekst"propen")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\tekst"2-bromopropan")$
Ky reagim bindet Rregulli i V.V. Markovnikov: Kur një halogjen hidrogjeni i shtohet një alkeni, hidrogjeni i shtohet atomit të karbonit më të hidrogjenizuar, d.m.th. atomi në të cilin ka më shumë atome hidrogjeni dhe halogjeni tek ai më pak i hidrogjenizuar.
ALKENET
Hidrokarburet, në molekulën e të cilave, përveç lidhjeve σ të thjeshta karbon-karbon dhe karbon-hidrogjen, ka lidhje π karbon-karbon quhen. e pakufizuar. Meqenëse formimi i një lidhjeje π është formalisht i barabartë me humbjen e dy atomeve të hidrogjenit nga molekula, hidrokarburet e pangopura përmbajnë 2p ka më pak atome hidrogjeni se ato kufizuese, ku P - numri i lidhjeve π:
Një seri anëtarët e së cilës ndryshojnë nga njëri-tjetri me (2H) n quhet seri isologjike. Kështu, në skemën e mësipërme, izologët janë heksane, heksene, heksadienet, heksinat, hekzatrienet etj.
Hidrokarburet që përmbajnë një lidhje π (d.m.th. lidhje dyfishe) quhen alkenet (olefinat) ose, sipas anëtarit të parë të serisë - etilenit, hidrokarburet e etilenit. Formula e përgjithshme e serisë së tyre homologe është C p H 2l.
1. Nomenklatura
Në përputhje me rregullat IUPAC, kur ndërtohen emrat e alkeneve, zinxhirit më të gjatë të karbonit që përmban një lidhje të dyfishtë i jepet emri i alkanit përkatës në të cilin mbarimi -an zëvendësohet nga -en. Ky zinxhir numërohet në atë mënyrë që atomet e karbonit të përfshirë në formimin e lidhjes së dyfishtë të marrin numrat më të ulët të mundshëm:
Radikalët emërtohen dhe numërohen si në rastin e alkaneve.
Për alkenet me strukturë relativisht të thjeshtë, lejohen emra më të thjeshtë. Kështu, disa nga alkenet më të shpeshta emërtohen duke shtuar prapashtesën -en në emrin e një radikal hidrokarburi me të njëjtin skelet karboni:
Radikalet e hidrokarbureve të formuara nga alkenet marrin prapashtesën -enil. Numërimi në radikal fillon nga atomi i karbonit që ka një valencë të lirë. Sidoqoftë, për radikalët më të thjeshtë alkenil, në vend të emrave sistematikë, lejohet të përdoren ato të parëndësishme:
Atomet e hidrogjenit të lidhura drejtpërdrejt me atomet e karbonit të pangopur që formojnë një lidhje të dyfishtë shpesh quhen atomet e hidrogjenit të vinilit,
2. Izomerizmi
Përveç izomerizmit të skeletit të karbonit, izomeria e pozicionit të lidhjes dyfishe shfaqet edhe në serinë e alkeneve. Në përgjithësi, ky lloj izomerizmi është izomerizmi i pozicionit (funksionit) zëvendësues- vërehet në të gjitha rastet kur molekula përmban ndonjë grup funksional. Për alkanin C4H10, dy izomerë strukturorë janë të mundshëm:
Për alkenin C4H8 (buten), tre izomerë janë të mundshëm:
Buten-1 dhe butene-2 janë izomerë të pozicionit të funksionit (në këtë rast, roli i tij luhet nga një lidhje e dyfishtë).
Izomerët hapësinorë ndryshojnë në renditjen hapësinore të zëvendësuesve në lidhje me njëri-tjetrin dhe quhen cis izomere, nëse zëvendësuesit ndodhen në të njëjtën anë të lidhjes dyfishe, dhe trans izomere, nëse në anët e kundërta:
3. Struktura e një lidhjeje dyfishe
Energjia e ndarjes së një molekule në lidhjen dyfishe C=C është 611 kJ/mol; meqenëse energjia e lidhjes σ C-C është 339 kJ/mol, energjia e thyerjes së lidhjes π është vetëm 611-339 = 272 kJ/mol. Elektronet π janë shumë më të lehta se sa-elektronet dhe janë të ndjeshëm ndaj ndikimit, për shembull, të tretësve polarizues ose ndikimit të ndonjë reagjenti sulmues. Kjo shpjegohet me ndryshimin në simetrinë e shpërndarjes së resë elektronike të σ- dhe π-elektroneve. Mbivendosja maksimale e orbitaleve p dhe, rrjedhimisht, energjia minimale e lirë e molekulës realizohen vetëm me një strukturë të sheshtë të fragmentit të vinilit dhe me një distancë të shkurtuar C-C të barabartë me 0,134 nm, d.m.th. dukshëm më e vogël se distanca midis atomeve të karbonit të lidhur me një lidhje të vetme (0,154 nm). Ndërsa "gjysmat" e molekulës rrotullohen në lidhje me njëra-tjetrën përgjatë boshtit të lidhjes së dyfishtë, shkalla e mbivendosjes orbitale zvogëlohet, gjë që shoqërohet me konsumin e energjisë. Pasoja e kësaj është mungesa e rrotullimit të lirë përgjatë boshtit të lidhjes së dyfishtë dhe ekzistenca e izomereve gjeometrike me zëvendësimin e duhur në atomet e karbonit.
1. Oksidimi i alkeneve.
1.1 Djegia.
Në ajër ose oksigjen të tepërt, të gjitha alkenet digjen në dioksid karboni dhe ujë:
CH 3 – CH = CH 2 + 4,5 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O
Djegia e alkeneve nuk përdoret në motorët me djegie të brendshme, pasi gjatë ruajtjes së benzinës ato bëhen rrëshirë dhe rrëshirat bllokojnë pajisjet e karburantit (injektorin).
Mundësia e djegies së alkeneve duhet të merret parasysh gjatë transportit dhe ruajtjes në impiantet kimike.
1.2 Oksidimi i alkeneve me një sasi të llogaritur të oksigjenit atmosferik në prani të argjendit.
Komponimet epoksi përdoren për të krijuar ngjitës për qëllime të ndryshme.
1.3 Oksidimi i alkeneve me një zgjidhje 1 për qind të permanganatit të kaliumit në ujë - një reagim cilësor ndaj alkeneve nga E.E. Wagner.
Reagimi u përshkrua për herë të parë nga E.E. Wagner në Revistën e Shoqërisë Ruse Fizike dhe Kimike në 1886. Oksidimi i alkeneve ose komponimeve të tjera të pangopura ndodh në temperaturën e dhomës dhe shoqërohet me zhdukjen e ngjyrës vjollce të jonit të permanganatit dhe formimin e një precipitati kafe të dioksidit të manganit. Pavarësisht nga struktura e alkenit (por jo alkadienit, për shembull), koeficientët në reaksionin Wagner janë gjithmonë të njëjtë (324-322). Më poshtë janë shembuj të oksidimit të alkeneve specifike dhe tregojnë gjysmëreaksionet dhe ORR total në formë jonike dhe molekulare:
:
Siç mund të shihet në reaksionin Wagner, produktet organike përfundimtare janë alkoolet dihidrike. Ato quhen edhe glikole. Për shembull, 1,2-etanedioli quhet etilen glikol.
1.4 Oksidimi i alkeneve me agjentë të fortë oksidues në fazën e lëngët në një mjedis acid.
Në varësi të strukturës së alkeneve, kur oksidohen në këto kushte, fitohen produkte të ndryshme, përkatësisht CO 2, acide karboksilike dhe ketone. Skema e oksidimit për alkenet e strukturave të ndryshme është paraqitur më poshtë.
Për të ilustruar përdorimin e kësaj skeme, jepet një shembull i oksidimit të 2-metilpentenit me permanganat kaliumi në një mjedis acid sulfurik. Sipas skemës së oksidimit, produktet organike përfundimtare për këtë alken janë një acid karboksilik dhe një keton:
Gjysmë-reaksionet për këtë proces:
Një shembull tjetër: oksidimi i 2-etilbuten-1 me dikromat kaliumi në acid sulfurik. Në përputhje me rregullat e skemës së oksidimit, në këtë rast fitohen një keton dhe dioksid karboni:
Shembulli i tretë: oksidimi cis- 3,4,5-trimetilhepten-3 bismutat natriumi në acid nitrik të holluar. Në përputhje me rregullat e skemës së oksidimit, në këtë rast fitohen dy ketone:
1.5 Ozonoliza
Ozonoliza është një proces me dy faza, në fazën e parë të të cilit ozoni i shtohet një alkeni dhe formohet një ozonid, dhe në fazën e dytë ky ozonid ose shkatërrohet ngadalë nga uji me formimin e peroksidit të hidrogjenit, aldehideve dhe ketoneve. ose reduktohet shpejt nga pluhuri i zinkut me formimin e oksidit të zinkut dhe të njëjtave aldehide dhe ketone.
Më poshtë është një shembull i ozonolizës së 3-metil- cis-heptene-3.
Ozonoliza prodhon dy ketone të ndryshme:
Formaldehidi (metanali) mund të merret si një nga produktet e oksidimit nëse alkeni terminal merret në reaksion:
2. Reaksionet e mbledhjes në lidhjen dyfishe të alkeneve.
Të dy molekulat jopolare dhe polare mund të shtohen në lidhjen e dyfishtë të alkeneve.
Jo polare: H 2, Cl 2, Br 2, J 2. Fluori F2 nuk u shtohet alkeneve, por i djeg ato në CF4 dhe HF:
CH 3 – CH = CH − CH 3 + 12 F 2 → 4 CF 4 + 8 HF
2.1 Shtimi i hidrogjenit.
Shtimi ndodh vetëm në prani të një katalizatori. Më shpesh, paladiumi ose platini përdoret në industri, të cilat rigjenerohen lehtësisht nga kalcinimi. Nikeli praktikisht nuk përdoret, pasi në kushte konvencionale të kalcinimit shndërrohet në një oksid, reduktimi i të cilit nuk është ekonomikisht fitimprurës.
CH 3 – CH = CH 2 + H 2 CH 3 – CH 2 – CH 3
2.2 Shtimi i klorit.
Shkon te dy atome në një lidhje të dyfishtë. Përfitohen derivatet e diklorit të alkaneve. Reagimi mund të ndodhë ose në një tretësirë ujore në temperaturën e dhomës ose në temperatura më të ulëta, ose në tretës organikë, për shembull, tetrakloridi i karbonit CCl 4 ose dikloroetani C 2 H 4 Cl 2:
2.3 Shtimi i bromit.
Ndodh në mënyrë të ngjashme si me ujin me brom në temperatura deri në 0 0 C, ashtu edhe në të njëjtat tretës organikë. Në rastin e fundit, reagimi mund të zhvillohet në temperatura deri në – 25 0 C, domethënë në të ftohtë.
Reagimi me bromin është një provë cilësore për praninë e alkeneve në përzierjet e gazta dhe të lëngshme, pasi shoqërohet me zbardhjen e tretësirave të bromit portokalli:
2.4 Reagimi me jod.
Reaksioni përdoret gjerësisht për të përcaktuar pangopjen totale të yndyrave, të cilat janë derivate të acideve yndyrore të pangopura që përmbajnë lidhje të dyfishta, si në alkenet:
Masa e jodit në gram e përdorur për të jodizuar plotësisht 100 g yndyrë quhet numri i jodit. Sa më i lartë të jetë, aq më i dobishëm është yndyra për njerëzit, pasi trupi sintetizon hormonet vetëm nga acidet yndyrore të pangopura. Shembuj të numrave të jodit: vaj palme - 12, yndyrë qengji - 35, vaj ulliri - 80, vaj soje - 150, vaj harenge - 200, vaj vule - 280
2.5 Reaksionet me molekulat polare.
Molekulat polare të tipit H-A përfshijnë si më poshtë: H-F, H-Cl, H-Br, H-J, H-OH,
H-O-R (alkoolet) dhe acidet karboksilike -
Shtimi i klorurit të hidrogjenit dhe molekulave të tjera polare vazhdon në përputhje me rrethanat, domethënë, një atom hidrogjeni nga një molekulë polare preferohet të bashkohet me një atom karboni më të hidrogjenizuar në një lidhje të dyfishtë, dhe mbetja A në një atom tjetër në një lidhje të dyfishtë.
Kështu, reagimi është i dobët selektiv.
Ndërsa diferenca në hidrogjenim rritet, selektiviteti në reaksion rritet. Në të vërtetë, ndryshimi në hidrogjenizimin e atomeve 1 dhe 2 në propen është një atom hidrogjeni, dhe 85% e klorit shkon në atomin e karbonit më pak të hidrogjenizuar, ndërsa në
Në 2-metilpropen, ndryshimi në hidrogjenizimin midis atomeve 1 dhe 2 është tashmë dy atome hidrogjeni dhe më shumë se 98% e klorit shkon në atomin 2:
Shtimi i HF, HBr, HJ vazhdon në mënyrë të ngjashme:
Përndryshe, HBr (dhe vetëm HBr, dhe jo HCl, HF dhe HI) shtohet në prani të peroksidit të hidrogjenit H 2 O 2:
Ky reaksion quhet shtimi i HBr sipas Karas. Selektiviteti në të praktikisht ndryshon në të kundërtën në krahasim me atë për shtimin e HBr në mungesë të peroksidit të hidrogjenit (sipas rregullit të Markovnikov).
Është shumë interesant reaksioni i alkeneve me klorin në 500 °C. Në këto kushte, reaksioni i shtimit të klorit në lidhjen dyfishe është i kthyeshëm, për më tepër, ekuilibri në të zhvendoset fuqishëm drejt substancave fillestare. Përkundrazi, një reagim shumë më i ngadalshëm, por i pakthyeshëm i zëvendësimit radikal në pozicionin alilik, domethënë pranë lidhjes së dyfishtë, shkon deri në fund:
Ky reagim ka një rëndësi të madhe praktike. Për shembull, një nga fazat e sintezës industriale në shkallë të gjerë të glicerinës është klorinimi i propenit në
3-kloropropen-1.
Kur uji u shtohet alkeneve në prani të sasive katalitike të acideve sulfurik ose fosforik, fitohen alkoole. Bashkimi ndjek rregullin Markovnikov:
Kur alkoolet u shtohen alkeneve, fitohen eteret:
Këta eterë izomerë mund të quhen si alkane që përmbajnë zëvendësues alkoksi dhe etere. Në rastin e parë, zinxhiri më i gjatë i atomeve të karbonit zgjidhet dhe numërohet në anën më të afërt me zëvendësuesin alkoksi. Për shembull, për transmetim I zinxhir i numëruar me numra në kllapa. Dhe emri përkatës është gjithashtu në kllapa. Për izomerin II, përkundrazi, numrat në kllapa numërojnë zinxhirin duke filluar nga atomi i karbonit i lidhur me atomin e oksigjenit. Emri në këtë rast formohet si më poshtë: së pari emërtohet radikali më i thjeshtë i lidhur me atomin e oksigjenit, më pas ai më kompleksi dhe në fund shtohet "eteri".
Kur acidet karboksilike u shtohen alkeneve, fitohen estere:
Emrat e estereve formohen si më poshtë: së pari, emërtohet radikali hidrokarbur i lidhur me oksigjenin. Në këtë rast, atomi numër 1 merret si atomi i karbonit në kontakt me oksigjenin. Zinxhiri më i gjatë ekzistues numërohet nga ky atom. Grupet e atomeve që nuk përfshihen në zinxhirin kryesor konsiderohen zëvendësues dhe renditen sipas rregullave të zakonshme. Pastaj shtohet "esteri i acidit të tillë".
