Lektionens ämne: Alkenes. Erhållande av, kemiska egenskaper och applicering av alkener.

Mål och mål med lektionen:

• överväga de specifika kemiska egenskaperna hos eten och de allmänna egenskaperna hos alkener;
• fördjupa och konkretisera begreppen ?-bindningar, mekanismerna för kemiska reaktioner;
• ge inledande idéer om polymerisationsreaktioner och strukturen hos polymerer;
• analysera laboratorie- och allmänna industriella metoder för att erhålla alkener;
• fortsätta utveckla förmågan att arbeta med en lärobok.

Utrustning: anordning för att erhålla gaser, KMnO 4-lösning, etylalkohol, koncentrerad svavelsyra, tändstickor, spritlampa, sand, tabeller "Struktur av etenmolekylen", "Grundläggande kemiska egenskaper hos alkener", demonstrationsprov "Polymerer".

UNDER KLASSERNA

I. Organisatoriskt ögonblick

Vi fortsätter att studera den homologa serien av alkener. Idag måste vi överväga metoderna för att erhålla, kemiska egenskaper och tillämpningar av alkener. Vi måste karakterisera de kemiska egenskaperna på grund av dubbelbindningen, få en första förståelse för polymerisationsreaktioner, överväga laboratorie- och industriella metoder för att erhålla alkener.

II. Aktivering av elevernas kunskaper

1. Vilka kolväten kallas alkener?

1. Vilka egenskaper har deras struktur?

1. I vilket hybridtillstånd finns kolatomerna som bildar en dubbelbindning i en alkenmolekyl?

Sammanfattning: alkener skiljer sig från alkaner i närvaro av en dubbelbindning i molekylerna, vilket bestämmer egenskaperna hos de kemiska egenskaperna hos alkener, metoder för deras framställning och användning.

III. Att lära sig nytt material

1. Metoder för att erhålla alkener

Komponera reaktionsekvationer som bekräftar metoderna för att erhålla alkener

– sprickbildning av alkaner C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (termisk sprickbildning vid 400-700 o C)
oktan buten butan
– dehydrering av alkaner C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butanbutenväte
– dehydrohalogenering av haloalkaner C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
klorbutanhydroxid butenkloridvatten
kalium kalium
– dehydrohalogenering av dihaloalkaner
- dehydrering av alkoholer C 2 H 5 OH -–> C 2 H 4 + H 2 O (vid upphettning i närvaro av koncentrerad svavelsyra)
Kom ihåg! I reaktionerna av dehydrering, dehydrering, dehydrohalogenering och dehalogenering måste man komma ihåg att väte till övervägande del lösgörs från mindre hydrerade kolatomer (Zaitsevs regel, 1875)

2. Kemiska egenskaper hos alkener

Karaktären av kol-kol-bindningen avgör vilken typ av kemiska reaktioner som organiska ämnen går in i. Närvaron av en dubbel kol-kolbindning i molekylerna av etenkolväten bestämmer följande egenskaper hos dessa föreningar:
- närvaron av en dubbelbindning gör det möjligt att klassificera alkener som omättade föreningar. Deras omvandling till mättade är endast möjlig som ett resultat av additionsreaktioner, vilket är huvuddraget i det kemiska beteendet hos olefiner;
- en dubbelbindning är en signifikant koncentration av elektrondensitet, så additionsreaktionerna är elektrofila till sin natur;
- en dubbelbindning består av en - och en -bindning, som ganska lätt polariseras.

Reaktionsekvationer som karakteriserar de kemiska egenskaperna hos alkener

a) Tilläggsreaktioner

Kom ihåg! Substitutionsreaktioner är karakteristiska för alkaner och högre cykloalkaner med endast enkelbindningar, additionsreaktioner är karakteristiska för alkener, diener och alkyner med dubbel- och trippelbindningar.

Kom ihåg! Följande brytningsmekanismer är möjliga:

a) om alkener och reagenset är opolära föreningar, bryts bindningen med bildandet av en fri radikal:

H2C \u003d CH2 + H: H -–> + +

b) om alkenen och reagenset är polära föreningar leder brytning av bindningen till bildandet av joner:

c) vid anslutning vid platsen för brytningsbindningen av reagens som innehåller väteatomer i molekylen, fäster väte alltid till en mer hydrerad kolatom (Morkovnikovs regel, 1869).

- polymerisationsreaktion nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
etenpolyeten

b) oxidationsreaktion

Laboratorieerfarenhet. Skaffa eten och studera dess egenskaper (instruktion på elevbord)

Instruktioner för att få eten och experiment med det

1. Häll 2 ml koncentrerad svavelsyra, 1 ml alkohol och en liten mängd sand i ett provrör.
2. Stäng provröret med en propp med ett gasutloppsrör och värm det i lågan från en alkohollampa.
3. Led den utströmmande gasen genom en lösning av kaliumpermanganat. Notera förändringen i färgen på lösningen.
4. Tänd gasen i änden av gasslangen. Var uppmärksam på lågans färg.

- Alkener brinner med en lysande låga. (Varför?)

C 2 H 4 + 3O 2 -–> 2CO 2 + 2H 2 O (med fullständig oxidation är reaktionsprodukterna koldioxid och vatten)

Kvalitativ reaktion: "mild oxidation (i vattenlösning)"

- alkener avfärgar en lösning av kaliumpermanganat (Wagner-reaktion)

Under svårare förhållanden i en sur miljö kan reaktionsprodukterna vara karboxylsyror, till exempel (i närvaro av syror):

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

– Katalytisk oxidation

Kom ihåg det viktigaste!

1. Omättade kolväten deltar aktivt i additionsreaktioner.
2. Alkenernas reaktivitet beror på det faktum att - bindningen lätt bryts under inverkan av reagenser.
3. Som ett resultat av additionen sker övergången av kolatomer från sp 2 - till sp 3 - hybridtillstånd. Reaktionsprodukten har en begränsande karaktär.
4. När eten, propen och andra alkener upphettas under tryck eller i närvaro av en katalysator, kombineras deras individuella molekyler till långa kedjor - polymerer. Polymerer (polyeten, polypropen) är av stor praktisk betydelse.

3. Användning av alkener(elevens meddelande enligt följande plan).

1 - erhålla bränsle med ett högt oktantal;
2 - plast;
3 - sprängämnen;
4 - frostskyddsmedel;
5 - lösningsmedel;
6 - för att påskynda mognaden av frukter;
7 - erhållande av acetaldehyd;
8 - syntetiskt gummi.

III. Konsolidering av det studerade materialet

Läxa: 15, 16 §§, fd. 1, 2, 3 s. 90, ex. 4, 5 s. 95.

Den enklaste alkenen är eten C 2 H 4. Enligt IUPAC-nomenklaturen bildas namnen på alkener av namnen på motsvarande alkaner genom att ersätta suffixet "-an" med "-ene"; dubbelbindningens position anges med en arabisk siffra.

Rumslig struktur av eten

Med namnet på den första representanten för denna serie - eten - kallas sådana kolväten eten.

Nomenklatur och isomerism

Nomenklatur

Alkener av enkel struktur kallas ofta genom att ersätta suffixet -an i alkaner med -ylen: etan - etylen, propan - propylen, etc.

Enligt den systematiska nomenklaturen framställs namnen på etylenkolväten genom att ersätta suffixet -an i motsvarande alkaner med suffixet -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen, etc.). Valet av huvudkedjan och ordningen på namnet är samma som för alkaner. Kedjan måste dock nödvändigtvis inkludera en dubbelbindning. Numreringen av kedjan börjar från den ände till vilken denna anslutning är närmare. Till exempel:

Rationella namn används ibland också. I detta fall betraktas alla alkenkolväten som substituerad eten:

Omättade (alken) radikaler kallas trivialnamn eller enligt den systematiska nomenklaturen:

H 2 C \u003d CH - - vinyl (etenyl)

H2C \u003d CH - CH2 - -allyl (propenyl-2)

isomeri

Alkener kännetecknas av två typer av strukturell isomerism. Förutom den isomerism som är förknippad med strukturen av kolskelettet (som i alkaner) finns det en isomerism som beror på dubbelbindningens position i kedjan. Detta leder till en ökning av antalet isomerer i alkenserien.

De två första medlemmarna av den homologa serien av alkener - (eten och propen) - har inga isomerer och deras struktur kan uttryckas enligt följande:

H 2 C \u003d CH 2 etylen (eten)

H 2 C \u003d CH - CH 3 propen (propen)

Multipelbindningsposition isomerism

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

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 buten-2

Geometrisk isomerism - cis-, trans-isomerism.

Denna isomerism är karakteristisk för föreningar med en dubbelbindning.

Om en enkel σ-bindning tillåter fri rotation av enskilda länkar i kolkedjan runt dess axel, så sker inte sådan rotation runt en dubbelbindning. Detta är anledningen till att geometriska ( cis-, trans-) isomerer.

Geometrisk isomerism är en av typerna av rumslig isomerism.

Isomerer där samma substituenter (vid olika kolatomer) finns på ena sidan av dubbelbindningen kallas cis-isomerer och på olika sätt - trans-isomerer:

cis- Och Trans- isomerer skiljer sig inte bara i rumslig struktur, utan också i många fysikaliska och kemiska egenskaper. Trans- isomerer är mer stabila än cis- isomerer.

Erhålla alkener

Alkener är sällsynta i naturen. Vanligtvis isoleras gasformiga alkener (eten, propen, butylener) från raffinaderigaser (under krackning) eller tillhörande gaser, såväl som från kolkoksgaser.

Inom industrin erhålls alkener genom dehydrering av alkaner i närvaro av en katalysator (Cr 2 O 3).

Dehydrering av alkaner

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

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

Av laboratoriemetoderna för att erhålla kan följande noteras:

1. Klyvning av vätehalogenid från halogenerade alkyler under inverkan av en alkohollösning av alkali på dem:

2. Hydrogenering av acetylen i närvaro av en katalysator (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Uttorkning av alkoholer (klyvning av vatten).
Syror (svavelsyra eller fosforsyra) eller Al 2 O 3 används som katalysator:

I sådana reaktioner delas väte av från den minst hydrerade (med minsta antalet väteatomer) kolatom (A.M. Zaitsevs regel):

Fysikaliska egenskaper

De fysikaliska egenskaperna hos vissa alkener visas i tabellen nedan. De första tre representanterna för den homologa serien av alkener (eten, propen och butylen) är gaser, som börjar med C 5 H 10 (amylen eller penten-1) är vätskor och med C 18 H 36 är fasta ämnen. När molekylvikten ökar ökar smält- och kokpunkten. Normala alkener kokar vid högre temperatur än deras isomerer. Kokpunkter cis-isomerer högre än Trans-isomerer och smältpunkter - vice versa.

Alkener är dåligt lösliga i vatten (dock bättre än motsvarande alkaner), men väl - i organiska lösningsmedel. Eten och propen brinner med en rökig låga.

Fysikaliska egenskaper hos vissa alkener

namn		t pl, ° С	t kip, ° С
Eten (eten)
propen (propen)
Butylen (buten-1)
cis-buten-2
Trans-buten-2
Isobutylen (2-metylpropen)
Amilene (penten-1)
Hexylen (hexen-1)
Heptylen (hepten-1)
Okten (okten-1)
Nonylen (nonen-1)
Decylen (decene-1)

Alkener har låg polaritet, men polariseras lätt.

Kemiska egenskaper

Alkener är mycket reaktiva. Deras kemiska egenskaper bestäms huvudsakligen av kol-kol dubbelbindningen.

π-bindningen, som den minst starka och mer tillgängliga, bryts under inverkan av reagenset, och de frigjorda valenserna av kolatomer spenderas på att fästa atomerna som utgör reagensmolekylen. Detta kan representeras som ett diagram:

Således, förutom reaktioner, bryts dubbelbindningen så att säga till hälften (med bevarande av σ-bindningen).

För alkener är förutom addition också oxidations- och polymerisationsreaktioner karakteristiska.

Tilläggsreaktioner

Oftare fortskrider additionsreaktioner enligt den heterolytiska typen, som är elektrofila additionsreaktioner.

1. Hydrogenering (tillsats av väte). Alkener, som tillsätter väte i närvaro av katalysatorer (Pt, Pd, Ni), passerar in i mättade kolväten - alkaner:

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

2. Halogenering (tillsats av halogener). Halogener tillsätts lätt vid platsen för dubbelbindningsbrott för att bilda dihalogenderivat:

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

Tillsatsen av klor och brom är lättare, och jod är svårare. Fluor med alkener, som med alkaner, interagerar med en explosion.

Jämför: i alkener är halogeneringsreaktionen en process av addition, inte substitution (som i alkaner).

Halogeneringsreaktionen utförs vanligtvis i ett lösningsmedel vid normal temperatur.

Tillsatsen av brom och klor till alkener sker genom en jonisk snarare än en radikal mekanism. Denna slutsats följer av det faktum att hastigheten för halogentillsatsen inte beror på bestrålning, närvaron av syre och andra reagens som initierar eller hämmar radikala processer. Baserat på ett stort antal experimentella data föreslogs en mekanism för denna reaktion, som inkluderar flera successiva steg. I det första steget sker polariseringen av halogenmolekylen under inverkan av π-bindningselektroner. Halogenatomen, som får en del positiv laddning, bildar en instabil mellanprodukt med elektronerna i π-bindningen, kallad π-komplexet eller laddningsöverföringskomplexet. Det bör noteras att i π-komplexet bildar halogenen inte en riktad bindning med någon speciell kolatom; i detta komplex realiseras enkelt donator-acceptor-interaktionen mellan elektronparet av π-bindningen som en donator och halogenen som en acceptor.

Vidare förvandlas π-komplexet till en cyklisk bromjon. I processen för bildning av denna cykliska katjon sker en heterolytisk klyvning av Br-Br-bindningen och en tom R-orbital sp 2 -hybridiserad kolatom överlappar med R-orbital för det "ensamma paret" av elektroner i halogenatomen, vilket bildar en cyklisk bromjon.

I det sista, tredje steget angriper bromanjonen, som ett nukleofilt medel, en av kolatomerna i bromjonen. Nukleofil attack av bromidjonen leder till öppningen av den treledade ringen och bildandet av en vicinal dibromid ( vic-nära). Detta steg kan formellt betraktas som en nukleofil substitution av S N 2 vid kolatomen, där den lämnande gruppen är Br+.

Resultatet av denna reaktion är inte svårt att förutsäga: bromanjonen angriper karbokaten för att bilda dibrometan.

Den snabba missfärgningen av en lösning av brom i CCl 4 är ett av de enklaste testerna för omättnad, eftersom alkener, alkyner och diener reagerar snabbt med brom.

Tillsatsen av brom till alkener (bromeringsreaktion) är en kvalitativ reaktion på mättade kolväten. När omättade kolväten leds genom bromvatten (en lösning av brom i vatten) försvinner den gula färgen (vid begränsande kolväten finns den kvar).

3. Hydrohalogenering (tillsats av vätehalogenider). Alkener tillsätter lätt vätehalogenider:

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

Tillsatsen av vätehalogenider till etenhomologer följer regeln från V.V. Markovnikov (1837 - 1904): under normala förhållanden är vätehalogeniden fäst vid dubbelbindningsstället till den mest hydrerade kolatomen och halogenen till den mindre kolatomen. hydrerad:

Markovnikovs regel kan förklaras av det faktum att i osymmetriska alkener (till exempel i propen) är elektrondensiteten ojämnt fördelad. Under påverkan av metylgruppen bunden direkt till dubbelbindningen, skiftar elektrontätheten mot denna bindning (till den extrema kolatomen).

På grund av denna förskjutning är p-bindningen polariserad och partiella laddningar uppträder på kolatomerna. Det är lätt att föreställa sig att en positivt laddad vätejon (proton) kommer att förena en kolatom (elektrofil addition), som har en partiell negativ laddning, och en bromanjon, till kol med en partiell positiv laddning.

En sådan vidhäftning är en följd av den ömsesidiga påverkan av atomer i en organisk molekyl. Som ni vet är kolatomens elektronegativitet något högre än väte.

Därför observeras i metylgruppen viss polarisering av σ-bindningarna C-H, associerad med en förskjutning i elektrondensiteten från väteatomer till kol. Detta orsakar i sin tur en ökning av elektrontätheten i området för dubbelbindningen, och särskilt på dess yttersta atom. Således fungerar metylgruppen, liksom andra alkylgrupper, som en elektrondonator. Men i närvaro av peroxidföreningar eller O 2 (när reaktionen är radikal) kan denna reaktion också gå emot Markovnikov-regeln.

Av samma skäl observeras Markovnikovs regel när inte bara vätehalogenider tillsätts till osymmetriska alkener, utan även andra elektrofila reagens (H 2 O, H 2 SO 4 , HOCl, ICl, etc.).

4. Hydrering (vattentillsats). I närvaro av katalysatorer tillsätts vatten till alkener för att bilda alkoholer. Till exempel:

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

Oxidationsreaktioner

Alkener oxideras lättare än alkaner. Produkterna som bildas under oxidationen av alkener och deras struktur beror på alkenernas struktur och på betingelserna för denna reaktion.

1. Förbränning

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

2. Ofullständig katalytisk oxidation

3. Oxidation vid normal temperatur. När en vattenlösning av KMnO 4 verkar på etylen (under normala förhållanden, i ett neutralt eller alkaliskt medium - Wagner-reaktionen), bildas en tvåvärd alkohol - etylenglykol:

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

Denna reaktion är kvalitativ: den violetta färgen på en lösning av kaliumpermanganat förändras när en omättad förening läggs till den.

Under svårare förhållanden (oxidation av KMnO 4 i närvaro av svavelsyra eller en kromblandning) bryts dubbelbindningen i alkenen för att bilda syrehaltiga produkter:

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

Isomeriseringsreaktion

Vid upphettning eller i närvaro av katalysatorer kan alkener isomeriseras - en dubbelbindning rör sig eller en isostruktur etableras.

polymerisationsreaktioner

På grund av brytandet av π-bindningar kan alkenmolekyler kombineras med varandra och bilda långkedjiga molekyler.

Att hitta i naturen och alkenernas fysiologiska roll

I naturen finns praktiskt taget inte acykliska alkener. Den enklaste representanten för denna klass av organiska föreningar - eten C 2 H 4 - är ett hormon för växter och syntetiseras i dem i små mängder.

En av få naturligt förekommande alkener är muscalur ( cis- tricosen-9) är ett sexuellt lockande medel hos husflugan (Musca domestica).

Lägre alkener i höga koncentrationer har en narkotisk effekt. De högre medlemmarna i serien orsakar också kramper och irritation av slemhinnorna i luftvägarna.

Enskilda representanter

Eten (eten) är en organisk kemisk förening som beskrivs med formeln C 2 H 4 . Det är den enklaste alkenen. Innehåller en dubbelbindning och avser därför omättade eller omättade kolväten. Det spelar en extremt viktig roll i industrin och är också ett fytohormon (organiska ämnen med låg molekylvikt som produceras av växter och har reglerande funktioner).

Eten - ger bedövning, har en irriterande och mutagen effekt.

Eten är den mest producerade organiska föreningen i världen; den totala världsproduktionen av eten 2008 uppgick till 113 miljoner ton och fortsätter att växa med 2-3 % per år.

Eten är den ledande produkten av den huvudsakliga organiska syntesen och används för att producera polyeten (1:a plats, upp till 60 % av den totala volymen).

Polyeten är en termoplastisk polymer av eten. Den vanligaste plasten i världen.

Det är en vaxartad massa av vit färg (tunna genomskinliga ark är färglösa). Den är kemiskt och frostbeständig, en isolator, inte känslig för stötar (stötdämpare), mjuknar vid uppvärmning (80-120 ° C), fryser när den kyls, vidhäftning (vidhäftning av ytor av olika fasta och/eller flytande kroppar) är extremt låg. Ibland i det populära sinnet identifieras det med cellofan - ett liknande material av vegetabiliskt ursprung.

Propylen - orsakar anestesi (starkare än eten), har en allmän giftig och mutagen effekt.

Beständig mot vatten, reagerar inte med alkalier av någon koncentration, med lösningar av neutrala, sura och basiska salter, organiska och oorganiska syror, även koncentrerad svavelsyra, men sönderdelas under inverkan av 50% salpetersyra vid rumstemperatur och under påverkan av flytande och gasformigt klor och fluor. Med tiden inträffar termiskt åldrande.

Polyetenfilm (särskilt förpackningar, som bubbelplast eller tejp).

Behållare (flaskor, burkar, lådor, burkar, trädgårdsvattenkannor, krukor för plantor.

Polymerrör för avlopp, dränering, vatten- och gasförsörjning.

elektriskt isolerande material.

Polyetenpulver används som smältlim.

Buten-2 - orsakar anestesi, har en irriterande effekt.

De fysikaliska egenskaperna hos alkener liknar de hos alkaner, även om de alla har något lägre smält- och kokpunkter än motsvarande alkaner. Till exempel har pentan en kokpunkt på 36°C, medan penten-1 har en kokpunkt på 30°C. Under normala förhållanden är C 2 - C 4 alkener gaser. C5 - C15 - vätskor, börjar med C16 - fasta ämnen. Alkener är olösliga i vatten, lösliga i organiska lösningsmedel.

Alkener är sällsynta i naturen. Eftersom alkener är värdefulla råvaror för industriell organisk syntes har många metoder utvecklats för deras framställning.

1. Den huvudsakliga industriella källan till alkener är sprickningen av alkaner som utgör olja:

3. Under laboratorieförhållanden erhålls alkener genom klyvningsreaktioner (elimineringsreaktioner), där två atomer eller två grupper av atomer klyvs från angränsande kolatomer, och en ytterligare p-bindning bildas. Dessa reaktioner inkluderar följande.

1) Uttorkning av alkoholer uppstår när de värms upp med vattenavlägsnande medel, till exempel med svavelsyra vid temperaturer över 150 ° C:

När H 2 O klyvs från alkoholer, HBr och HCl från alkylhalogenider, klyvs en väteatom övervägande från den från de angränsande kolatomerna som är associerad med det minsta antalet väteatomer (från den minst hydrerade kolatomen). Detta mönster kallas Zaitsevs regel.

3) Dehalogenering inträffar när dihalogenider med halogenatomer vid angränsande kolatomer värms upp med aktiva metaller:

CH2Br -CHBr -CH3 + Mg → CH2 \u003d CH-CH3 + Mg Br2.

De kemiska egenskaperna hos alkener bestäms av närvaron av en dubbelbindning i deras molekyler. Elektrondensiteten hos p-bindningen är ganska rörlig och reagerar lätt med elektrofila partiklar. Därför fortsätter många reaktioner av alkener enligt mekanismen elektrofil addition, betecknad med symbolen A E (från engelska, addition electrophilic). Elektrofila additionsreaktioner är joniska processer som sker i flera steg.

I det första steget interagerar den elektrofila partikeln (oftast är det H+-protonen) med dubbelbindningens p-elektroner och bildar ett p-komplex, som sedan förvandlas till en karbokatjon genom att bilda en kovalent s-bindning mellan elektrofil partikel och en av kolatomerna:

alken p-komplex karbokation

I det andra steget reagerar karbokaten med anjonen X - och bildar en andra s-bindning på grund av anjonens elektronpar:

Vätejonen i elektrofila additionsreaktioner fäster vid kolatomen i dubbelbindningen, som har mer negativ laddning. Laddningsfördelningen bestäms av förskjutningen av p-elektrondensiteten under påverkan av substituenter: .

Elektrondonatorsubstituenter som uppvisar +I-effekten flyttar p-elektrondensiteten till en mer hydrerad kolatom och skapar en partiell negativ laddning på den. Detta förklarar Markovnikovs styre: när polära molekyler av HX-typ (X = Hal, OH, CN, etc.) är bundna till osymmetriska alkener, fäster väte företrädesvis till den mer hydrerade kolatomen vid dubbelbindningen.

Betrakta specifika exempel på additionsreaktioner.

1) Hydrohalogenering. När alkener interagerar med vätehalogenider (HCl, HBr), bildas alkylhalider:

CH3-CH \u003d CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Reaktionsprodukterna bestäms av Markovnikovs regel.

Det bör dock betonas att i närvaro av någon organisk peroxid reagerar inte polära HX-molekyler med alkener enligt Markovnikov-regeln:

	R-O-O-R
CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr		CH3-CH2-CH2Br

Detta beror på det faktum att närvaron av peroxid orsakar en radikal snarare än en jonisk reaktionsmekanism.

2) Hydrering. När alkener interagerar med vatten i närvaro av mineralsyror (svavelsyra, fosfor), bildas alkoholer. Mineralsyror fungerar som katalysatorer och är källor till protoner. Tillsatsen av vatten följer också Markovnikovs regel:

CH3-CH \u003d CH2 + HOH® CH3-CH (OH) -CH3.

3) Halogenering. Alkener avfärgar bromvatten:

CH2 \u003d CH2 + Br2® BrCH2-CH2Br.

Denna reaktion är kvalitativ för en dubbelbindning.

4) Hydrering. Vätetillsats sker under inverkan av metallkatalysatorer:

där R \u003d H, CH 3, Cl, C 6 H 5, etc. CH 2 \u003d CHR-molekylen kallas en monomer, den resulterande föreningen är en polymer, antalet n är graden av polymerisation.

Polymerisering av olika alkenderivat ger värdefulla industriprodukter: polyeten, polypropen, polyvinylklorid och andra.

Förutom addition kännetecknas alkener även av oxidationsreaktioner. Med mild oxidation av alkener med en vattenlösning av kaliumpermanganat (Wagner-reaktion), bildas tvåvärda alkoholer:

ZSN 2 \u003d CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOCH 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

Som ett resultat av denna reaktion blir den violetta lösningen av kaliumpermanganat snabbt färglös och en brun fällning av manganoxid (IV) fälls ut. Denna reaktion, liksom avfärgningen av bromvatten, är kvalitativ för en dubbelbindning. Under den hårda oxidationen av alkener med en kokande lösning av kaliumpermanganat i ett surt medium sker en fullständig klyvning av dubbelbindningen med bildning av ketoner, karboxylsyror eller CO 2, till exempel:

	[HANDLA OM]
CH 3 -CH \u003d CH-CH 3		2CH3-COOH

Oxidationsprodukter kan användas för att bestämma positionen för dubbelbindningen i startalkenen.

Liksom alla andra kolväten brinner alkener, och med riklig luft bildar de koldioxid och vatten:

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

Med begränsad tillgång till luft kan förbränning av alkener leda till bildning av kolmonoxid och vatten:

CnH2n + nO2® nCO + nH2O.

Om du blandar alken med syre och för denna blandning över en silverkatalysator uppvärmd till 200 ° C, bildas alkenoxid (epoxialkan), till exempel:

Vid alla temperaturer oxideras alkener av ozon (ozon är ett starkare oxidationsmedel än syre). Om gasformigt ozon leds genom en lösning av en alken i koltetraklorid vid temperaturer under rumstemperatur uppstår en additionsreaktion och motsvarande ozonider (cykliska peroxider) bildas. Ozonider är mycket instabila och kan lätt explodera. Därför isoleras de vanligtvis inte, utan omedelbart efter att de sönderdelas med vatten - i detta fall bildas karbonylföreningar (aldehyder eller ketoner), vars struktur indikerar strukturen hos alkenen som utsätts för ozonering.

Lägre alkener är viktiga utgångsmaterial för industriell organisk syntes. Från eten erhålls etylalkohol, polyeten, polystyren. Propen används för syntes av polypropylen, fenol, aceton, glycerin.

Alkenes (olefiner, etylenkolväten C n H 2n

homolog serie.

eten (eten)

Den enklaste alkenen är eten (C2H4). Enligt IUPAC-nomenklaturen bildas namnen på alkener av namnen på motsvarande alkaner genom att ersätta suffixet "-an" med "-en"; dubbelbindningens position anges med en arabisk siffra.

Kolväteradikaler härledda från alkener har suffixet "-enyl". Triviala namn: CH 2 =CH- "vinyl", CH 2 =CH-CH 2 - "allyl".

Kolatomerna i dubbelbindningen är i ett tillstånd av sp²-hybridisering och har en bindningsvinkel på 120°.

Alkener kännetecknas av isomerism av kolskelettet, dubbelbindningspositioner, interklass och rumslig.

Fysikaliska egenskaper

Smält- och kokpunkterna för alkener (förenklat) ökar med molekylvikten och längden på huvudkolkedjan.

Under normala förhållanden är alkener från C2H4 till C4H8 gaser; från penten C5H10 till hexadecen C17H34 inklusive - vätskor, och utgående från oktadecen C18H36 - fasta ämnen. Alkener är olösliga i vatten, men lättlösliga i organiska lösningsmedel.

Dehydrering av alkaner

Detta är en av de industriella metoderna för att erhålla alkener.

Alkynhydrering

Partiell hydrering av alkyner kräver speciella förhållanden och närvaron av en katalysator

En dubbelbindning är en kombination av sigma- och pi-bindningar. En sigmabindning uppstår med axiell överlappning av sp2-orbitaler, och en pi-bindning med lateral överlappning

Zaitsevs regel:

Elimineringen av en väteatom i elimineringsreaktioner sker övervägande från den minst hydrerade kolatomen.

13. Alkenes. Strukturera. sp 2 hybridisering, flera bindningsparametrar. Reaktioner av elektrofil tillsats av halogener, vätehalogenider, hypoklorsyra. Hydrering av alkener. Morkovnikovs styre. Reaktionsmekanismer.

Alkenes (olefiner, etylenkolväten) - acykliska omättade kolväten som innehåller en dubbelbindning mellan kolatomer, som bildar en homolog serie med den allmänna formeln C n H 2n

En s- och 2 p-orbitaler blandas och bildar 2 ekvivalenta sp2-hybridorbitaler belägna i samma plan i en vinkel på 120.

Om en bindning bildas av mer än ett elektronpar kallas det flera olika.

En multipelbindning bildas när det finns för få elektroner och bindningsatomer för att varje bindbar valensorbital i den centrala atomen ska överlappa med någon orbital i den omgivande atomen.

Elektrofila additionsreaktioner

I dessa reaktioner är den attackerande partikeln en elektrofil.

Halogenering:

Hydrohalogenering

Elektrofil tillsats av vätehalogenider till alkener sker enligt Markovnikovs regel

Markovnikov regel

Tillsats av underklorsyrlighet för att bilda klorhydriner:

Hydrering

Tillsatsreaktionen av vatten till alkener fortskrider i närvaro av svavelsyra:

kolsyra- en partikel i vilken en positiv laddning är koncentrerad på kolatomen, kolatomen har en ledig p-orbital.

14. Etenkolväten. Kemiska egenskaper: reaktioner med oxidationsmedel. Katalytisk oxidation, reaktion med persyror, oxidationsreaktion till glykoler, med brytning av kol-kolbindning, ozonering. Wacker process. substitutionsreaktioner.

Alkenes (olefiner, etylenkolväten) - acykliska omättade kolväten som innehåller en dubbelbindning mellan kolatomer, som bildar en homolog serie med den allmänna formeln C n H 2n

Oxidation

Oxidation av alkener kan uppstå, beroende på förhållanden och typer av oxiderande reagens, både med brytningen av dubbelbindningen och med bevarandet av kolskelettet.

När de bränns i luft, producerar olefiner koldioxid och vatten.

H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 \u003d\u003e 2CO 2 + 2H 2 O

C n H 2n+ 3n/O2 => nCO2 + nH2O - allmän formel

katalytisk oxidation

I närvaro av palladiumsalter oxideras eten till acetaldehyd. På liknande sätt bildas aceton av propen.

När starka oxidationsmedel (KMnO 4 eller K 2 Cr 2 O 7 i H 2 SO 4-medium) verkar på alkener, bryts dubbelbindningen vid upphettning:

Under oxidationen av alkener med en utspädd lösning av kaliumpermanganat bildas tvåvärda alkoholer - glykoler (E.E. Wagner-reaktion). Reaktionen sker i kylan.

Acykliska och cykliska alkener, när de interagerar med RCOOOH-persyror i ett opolärt medium, bildar epoxider (oxiraner), därför kallas själva reaktionen för epoxidationsreaktionen.

Ozonering av alkener.

När alkener reagerar med ozon bildas peroxidföreningar som kallas ozonider. Reaktionen av alkener med ozon är den viktigaste metoden för oxidativ klyvning av alkener vid dubbelbindningen.

Alkener genomgår inga substitutionsreaktioner.

Wacker process- processen att erhålla acetaldehyd genom direkt oxidation av eten.

Wacker-processen är baserad på oxidation av eten med palladiumdiklorid:

CH 2 \u003d CH 2 + PdCl 2 + H 2 O \u003d CH 3 CHO + Pd + 2HCl

15. Alkener: kemiska egenskaper. Hydrering. Lebedevs styre. Isomerisering och oligomerisering av alkener. Radikal och jonisk polymerisation. Begreppet polymer, oligomer, monomer, elementär länk, polymerisationsgrad. Telomerisation och sampolymerisation.

hydrering

Hydrogenering av alkener direkt med väte sker endast i närvaro av en katalysator. Hydrogeneringskatalysatorer är platina, palladium, nickel

Hydrogenering kan också utföras i flytande fas med homogena katalysatorer

Isomeriseringsreaktioner

Vid upphettning är isomerisering av alkenmolekyler möjlig, vilket

kan leda till både förskjutning av dubbelbindningen och förändringar i skelettet

kolväte.

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

polymerisationsreaktioner

Detta är en typ av additionsreaktion. Polymerisation är en reaktion av sekventiell koppling av identiska molekyler till större molekyler, utan att isolera någon produkt med låg molekylvikt. Under polymerisationen är en väteatom bunden till den mest hydrerade kolatomen som finns vid dubbelbindningen, och resten av molekylen är bunden till den andra kolatomen.

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

eller n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polyeten)

Ett ämne vars molekyler genomgår en polymerisationsreaktion kallas monomer. En monomermolekyl måste ha minst en dubbelbindning. De resulterande polymererna består av ett stort antal upprepade kedjor med samma struktur ( elementära länkar). Siffran som visar hur många gånger en strukturell (elementär) enhet upprepas i en polymer kallas grad av polymerisation(n).

Beroende på typen av mellanliggande partiklar som bildas under polymerisationen finns det tre polymerisationsmekanismer: a) radikal; b) katjonisk; c) anjonisk.

Enligt den första metoden erhålls högtryckspolyeten:

Reaktionen katalyseras av peroxider.

Den andra och tredje metoden involverar användning av syror (katjonisk polymerisation) och organometalliska föreningar som katalysatorer.

I kemi oligomer) - en molekyl i form av en kedja av små antalet identiska komponenter.

Telomerisering

Telomerisering - oligomerisering av alkener i närvaro av ämnen - kedjetransmittorer (telogener). Som ett resultat av reaktionen bildas en blandning av oligomerer (telomerer), vars ändgrupper är delar av telogenen. Till exempel, i reaktionen av CC14 med eten, är telogenen CC14.

CCl 4 + nCH 2 \u003d CH 2 \u003d\u003e Cl (CH 2 CH 2) n CCl 3

Dessa reaktioner kan initieras av radikalinitiatorer eller av gammastrålning.

16. Alkenes. Radikala additionsreaktioner av halogener och vätehalogenider (mekanism). tillsats av karbener till olefiner. Eten, propen, butylener. Industriella källor och huvudsakliga användningsområden.

Alkener tillför lätt halogener, speciellt klor och brom (halogenering).

En typisk reaktion av denna typ är avfärgning av bromvatten

CH2=CH2 + Br2 → СH2Br-CH2Br (1,2-dibrometan)

Den elektrofila tillsatsen av vätehalogenider till alkener sker enligt Markovnikovs regel:

Markovnikov regel: när protiska syror eller vatten tillsätts till osymmetriska alkener eller ett alkynamat, binds väte till den mest hydrerade kolatomen

En hydrerad kolatom är en till vilken väte är fäst. Den mest hydrerade - där det finns mest H

Karbenadditionsreaktioner

CR 2 karbener: - mycket reaktiva kortlivade partiklar som lätt kan lägga till dubbelbindningen av alkener. Som ett resultat av karbenadditionsreaktionen bildas cyklopropanderivat

Eten är en organisk kemikalie som beskrivs med formeln C2H4. Är den enklaste malken ( olefin)förening. Under normala förhållanden en färglös, brandfarlig gas med lätt lukt. Delvis löslig i vatten. Innehåller en dubbelbindning och avser därför omättade eller omättade kolväten. Spelar en oerhört viktig roll i branschen. Eten är världens mest producerade organiska förening: Etylenoxid; polyeten, ättiksyra, etylalkohol.

Grundläggande kemiska egenskaper(undervis inte, låt dem bara vara för säkerhets skull, plötsligt går det att skriva av)

Eten är en kemiskt aktiv substans. Eftersom det finns en dubbelbindning mellan kolatomerna i molekylen bryts en av dem, mindre stark, lätt, och vid platsen för bindningen bryts samman, oxideras och polymeriseras molekylerna.

Halogenering:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Missfärgning av bromvatten uppstår. Detta är en kvalitativ reaktion på omättade föreningar.

Hydrering:

CH 2 \u003d CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (under verkan av Ni)

Hydrohalogenering:

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

Hydrering:

CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (under inverkan av en katalysator)

Denna reaktion upptäcktes av A.M. Butlerov, och den används för industriell produktion av etylalkohol.

Oxidation:

Eten oxideras lätt. Om eten leds genom en lösning av kaliumpermanganat blir det färglöst. Denna reaktion används för att skilja mellan mättade och omättade föreningar. Etylenoxid är ett ömtåligt ämne, syrebryggan går sönder och vatten går samman, vilket resulterar i bildning av etylenglykol. Reaktionsekvation:

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

Polymerisation (att erhålla polyeten):

nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

Propylen(propen) CH 2 \u003d CH-CH 3 - omättat (omättat) kolväte av etenserien, brännbar gas. Propylen är ett gasformigt ämne med låg kokpunkt t bp = -47,6 ° C

Typiskt isoleras propen från raffinaderigaser (under krackning av råolja, pyrolys av bensinfraktioner) eller tillhörande gaser, såväl som från kolkoksgaser.