Omättade inkluderar kolväten som innehåller flera bindningar mellan kolatomer i sina molekyler. Obegränsade är alkener, alkyner, alkadiener (polyener). Cykliska kolväten som innehåller en dubbelbindning i ringen ( cykloalkener), såväl som cykloalkaner med ett litet antal kolatomer i ringen (tre eller fyra atomer). Egenskapen för "omättnad" är förknippad med förmågan hos dessa ämnen att ingå additionsreaktioner, främst väte, med bildning av mättade eller mättade kolväten - alkaner.

Struktur av alkener

Acykliska kolväten innehållande i molekylen, förutom enkelbindningar, en dubbelbindning mellan kolatomer och som motsvarar den allmänna formeln CnH2n. Dess andra namn är olefiner- alkener erhölls i analogi med omättade fettsyror (oljesyra, linolsyra), vars rester är en del av flytande fetter - oljor.
Kolatomer mellan vilka det finns en dubbelbindning är i ett tillstånd av sp 2 hybridisering. Detta innebär att en s och två p-orbitaler är involverade i hybridisering, och en p-orbital förblir ohybridiserad. Överlappningen av hybridorbitaler leder till bildandet av en σ-bindning, och på grund av ohybridiserade p-orbitaler
närliggande kolatomer bildas en andra π-bindning. En dubbelbindning består alltså av en σ- och en π-bindning. Hybridorbitalerna för atomerna som bildar en dubbelbindning är i samma plan och orbitalerna som bildar en π-bindning är placerade vinkelrätt mot molekylens plan. En dubbelbindning (0,132 im) är kortare än en enkelbindning, och dess energi är större eftersom den är starkare. Närvaron av en mobil, lättpolariserad π-bindning leder emellertid till det faktum att alkener är kemiskt mer aktiva än alkaner och kan genomgå additionsreaktioner.

Struktur av eten

Dubbelbindningsbildning i alkener

Homolog serie av eten

Raka alkener bildar den homologa serien av eten ( eten): C2H4-eten, C3H6-propen, C4H8-buten, C5H10-penten, C6H12-hexen, C7H14-hepten, etc.

Alkenisomerism

Alkener kännetecknas av strukturell isomerism. Strukturella isomerer skiljer sig från varandra i strukturen av kolskelettet. Den enklaste alkenen, kännetecknad av strukturella isomerer, är buten:

En speciell typ av strukturell isomerism är isomerism av dubbelbindningens position:

Alkener är isomera till cykloalkaner (interklassisomerism), till exempel:

Nästan fri rotation av kolatomer är möjlig runt en enda kol-kolbindning, så alkanmolekyler kan anta en mängd olika former. Rotation runt dubbelbindningen är omöjlig, vilket leder till uppkomsten av en annan typ av isomerism i alkener - geometrisk eller cis och transisomeri.

Cis-isomerer avvika från trans-isomerer det rumsliga arrangemanget av molekylära fragment (i detta fall metylgrupper) i förhållande till π-bindningsplanet, och följaktligen egenskaper.

Alkennomenklatur

1. Val av huvudkrets. Bildandet av namnet på ett kolväte börjar med definitionen av huvudkedjan - den längsta kedjan av kolatomer i molekylen. När det gäller alkener måste huvudkedjan innehålla en dubbelbindning.
2. Numrering av atomer i huvudkedjan. Numreringen av atomerna i huvudkedjan börjar från den ände som dubbelbindningen är närmast.
Till exempel är det korrekta anslutningsnamnet:

Om dubbelbindningens position inte kan bestämma början av numreringen av atomer i kedjan, så bestäms den av substituenternas position på samma sätt som för mättade kolväten.

3. Namnets bildande. I slutet av namnet ange numret på kolatomen där dubbelbindningen börjar, och suffixet -sv, vilket indikerar att föreningen tillhör klassen alkener. Till exempel:

Fysikaliska egenskaper hos alkener

De första tre representanterna för den homologa serien av alkener är gaser; ämnen i kompositionen C5H10 - C16H32 - vätskor; Högre alkener är fasta ämnen.
Kok- och smältpunkter ökar naturligt med ökande molekylvikt hos föreningar.

Kemiska egenskaper hos alkener

Tilläggsreaktioner. Låt oss komma ihåg att en utmärkande egenskap hos representanter för omättade kolväten - alkener är förmågan att ingå additionsreaktioner. De flesta av dessa reaktioner fortskrider enligt mekanismen elektrofil addition.
1. Hydrering av alkener. Alkener kan tillsätta väte i närvaro av hydreringskatalysatorer, metaller - platina, palladium, nickel:

Denna reaktion sker vid atmosfäriskt och förhöjt tryck och kräver inte hög temperatur, eftersom den är exoterm. När temperaturen ökar kan samma katalysatorer orsaka en omvänd reaktion - dehydrering.

2. Halogenering (tillsats av halogener). Interaktionen av en alken med bromvatten eller en lösning av brom i ett organiskt lösningsmedel (CC14) leder till snabb missfärgning av dessa lösningar som ett resultat av tillsatsen av en halogenmolekyl till alkenen och bildandet av dihaloalkaner.
3. Hydrohalogenering (tillsats av vätehalogenid).

Denna reaktion lyder
När en vätehalogenid fäster till en alken, fäster vätet till den mer hydrerade kolatomen, d.v.s. den atom vid vilken det finns fler väteatomer, och halogenen till den mindre hydrerade.

4. Hydrering (tillsats av vatten). Hydrering av alkener leder till bildning av alkoholer. Till exempel är tillsatsen av vatten till eten grunden för en av de industriella metoderna för att framställa etylalkohol.

Observera att en primär alkohol (med en hydroxogrupp på det primära kolet) endast bildas när eten hydratiseras. När propen eller andra alkener hydratiseras bildas de sekundära alkoholer.

Denna reaktion fortsätter också i enlighet med Markovnikovs regel - en vätekatjon fäster till en mer hydrogenerad kolatom och en hydroxogrupp till en mindre hydrogenerad.
5. Polymerisation. Ett speciellt fall av addition är polymerisationsreaktionen av alkener:

Denna additionsreaktion sker via en fri radikalmekanism.
Oxidationsreaktioner.
1. Förbränning. Som alla organiska föreningar brinner alkener i syre för att bilda CO2 och H2O:

2. Oxidation i lösningar. Till skillnad från alkaner oxideras alkener lätt av kaliumpermanganatlösningar. I neutrala eller alkaliska lösningar oxideras alkener till dioler (tvåvärda alkoholer), och hydroxylgrupper läggs till de atomer mellan vilka en dubbelbindning fanns före oxidation:

Omättade kolväten innehåller en pi-bindning. De är derivat av alkaner, i vars molekyler två väteatomer har eliminerats. De resulterande fria valenserna bildar en ny typ av bindning, som är placerad vinkelrätt mot molekylens plan. Det är så en ny grupp föreningar uppstår - alkener. Vi kommer att överväga de fysiska egenskaperna, produktionen och användningen av ämnen av denna klass i vardagen och industrin i den här artikeln.

Homolog serie av eten

Den allmänna formeln för alla föreningar som kallas alkener, som återspeglar deras kvalitativa och kvantitativa sammansättning, är C n H 2 n. Namnen på kolväten enligt den systematiska nomenklaturen har följande form: i termen för motsvarande alkan ändras suffixet från -an till -en, till exempel: etan - eten, propan - propen etc. I vissa källor kan man hitta ett annat namn för föreningar av denna klass - olefiner. Därefter kommer vi att studera processen för dubbelbindningsbildning och de fysikaliska egenskaperna hos alkener, och även bestämma deras beroende av molekylens struktur.

Hur bildas en dubbelbindning?

Med exemplet eten kan den elektroniska naturen hos pi-bindningen representeras enligt följande: kolatomerna i dess molekyl är i form av sp 2-hybridisering. I detta fall bildas en sigmabindning. Ytterligare två hybridorbitaler, en vardera från kolatomer, bildar enkla sigmabindningar med väteatomer. De två återstående fria hybridmolnen av kolatomer överlappar varandra ovanför och under molekylens plan - en pi-bindning bildas. Det är detta som bestämmer de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos alkener, vilket kommer att diskuteras vidare.

Rumslig isomerism

Föreningar som har samma kvantitativa och kvalitativa sammansättning av molekyler, men olika rumsliga strukturer, kallas isomerer. Isomerism förekommer i en grupp ämnen som kallas organiska. Egenskaperna hos olefiner påverkas i hög grad av fenomenet optisk isomerism. Det uttrycks i det faktum att homologer av eten, som innehåller olika radikaler eller substituenter vid var och en av de två kolatomerna vid dubbelbindningen, kan förekomma i form av två optiska isomerer. De skiljer sig från varandra i substituenternas position i rymden i förhållande till dubbelbindningens plan. De fysikaliska egenskaperna hos alkener i detta fall kommer också att vara annorlunda. Det handlar till exempel om ämnens kok- och smältpunkter. Således har olefiner med ett rakt kolskelett högre kokpunkter än isomerföreningar. Dessutom är kokpunkterna för cis-isomerer av alkener högre än trans-isomerer. När det gäller smälttemperaturer är bilden den motsatta.

Jämförande egenskaper för de fysikaliska egenskaperna hos eten och dess homologer

De första tre representanterna för olefiner är gasformiga föreningar, sedan börjar med penten C 5 H 10 och upp till alkenen med formeln C 17 H 34, de är vätskor, och sedan finns det fasta ämnen. Följande trend kan observeras bland etenhomologer: föreningarnas kokpunkter minskar. Till exempel, för eten är denna indikator -169,1°C och för propen -187,6°C. Men koktemperaturen ökar med ökande molekylvikt. Så för eten är det -103,7 °C och för propen -47,7 °C. För att sammanfatta det som har sagts kan vi dra en kort slutsats: de fysikaliska egenskaperna hos alkener beror på deras molekylvikt. Med dess ökning ändras tillståndet för aggregation av föreningar i riktningen: gas - flytande - fast, och smältpunkten minskar och kokpunkten ökar.

Egenskaper för eten

Den första representanten för den homologa serien av alkener är eten. Det är en gas, något löslig i vatten, men mycket löslig i organiska lösningsmedel och har ingen färg. Molekylvikt - 28, eten är något lättare än luft, har en subtil sötaktig lukt. Det reagerar lätt med halogener, väte och vätehalogenider. De fysikaliska egenskaperna hos alkener och paraffiner är ändå ganska lika. Till exempel tillståndet för aggregation, metan och etens förmåga att genomgå kraftig oxidation etc. Hur kan alkener skiljas åt? Hur identifierar man den omättade naturen hos en olefin? För detta ändamål finns det kvalitativa reaktioner, som vi kommer att uppehålla oss vid mer i detalj. Låt oss komma ihåg vilken egenhet alkener har i molekylens struktur. De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos dessa ämnen bestäms av närvaron av en dubbelbindning i deras sammansättning. För att bevisa dess närvaro, passera kolvätegasen genom en violett lösning av kaliumpermanganat eller bromvatten. Om de blir missfärgade betyder det att föreningen innehåller pi-bindningar i sina molekyler. Eten går in i en oxidationsreaktion och missfärgar lösningar av KMnO 4 och Br 2.

Mekanism för additionsreaktioner

Klyvningen av dubbelbindningen slutar med tillägg av atomer av andra kemiska element till kolets fria valenser. Till exempel, när eten reagerar med väte, kallad hydrogenering, producerar det etan. En katalysator såsom nickelpulver, palladium eller platina krävs. Reaktionen med HCl slutar med bildning av kloretan. Alkener som innehåller mer än två kolatomer i sina molekyler genomgår tillsats av vätehalogenider med hänsyn till V. Markovnikovs regel.

Hur etenhomologer interagerar med vätehalogenider

Om vi ​​står inför uppgiften "Karakterisera de fysikaliska egenskaperna hos alkener och deras framställning", måste vi överväga V. Markovnikovs regel mer i detalj. Det har fastställts i praktiken att homologer av eten reagerar med väteklorid och andra föreningar vid platsen för dubbelbindningsklyvning, och följer ett visst mönster. Den består i att en väteatom är bunden till den mest hydrerade kolatomen, och en klor-, brom- eller jodjon är bunden till den kolatom som innehåller minst antal väteatomer. Denna egenskap av förekomsten av additionsreaktioner kallas V. Markovnikovs regel.

Hydrering och polymerisation

Låt oss fortsätta att överväga de fysikaliska egenskaperna och tillämpningarna av alkener med exemplet på den första representanten för den homologa serien - eten. Dess reaktion med vatten används i den organiska syntesindustrin och är av stor praktisk betydelse. Processen genomfördes först på 1800-talet av A.M. Butlerov. Reaktionen kräver att ett antal villkor är uppfyllda. Detta är först och främst användningen av koncentrerad svavelsyra eller oleum som katalysator och etenlösningsmedel, ett tryck på cirka 10 atm och en temperatur inom 70°. Hydratiseringsprocessen sker i två faser. Först, på platsen där pi-bindningen bryts, sammanfogar sulfatsyramolekyler eten, vilket resulterar i bildandet av etylsvavelsyra. Sedan reagerar det resulterande ämnet med vatten för att producera etylalkohol. Etanol är en viktig produkt som används inom livsmedelsindustrin för att tillverka plast, syntetiskt gummi, fernissor och andra organiska kemiska produkter.

Olefinbaserade polymerer

Vi fortsätter att studera frågan om att använda ämnen som tillhör klassen alkener, vi kommer att studera processen för deras polymerisation, där föreningar som innehåller omättade kemiska bindningar i sammansättningen av deras molekyler kan delta. Det finns flera typer av polymerisationsreaktioner som ger produkter med hög molekylvikt - polymerer, till exempel polyeten, polypropen, polystyren, etc. Den fria radikalmekanismen leder till produktion av högdensitetspolyeten. Det är en av de mest använda föreningarna inom industrin. Katjon-jontypen säkerställer produktionen av en polymer med en stereoregelbunden struktur, till exempel polystyren. Det anses vara en av de säkraste och mest bekväma polymererna att använda. Polystyrenprodukter är resistenta mot aggressiva ämnen: syror och alkalier, ej brandfarliga och lätta att måla. En annan typ av polymerisationsmekanism är dimerisering, vilket leder till produktion av isobuten, som används som en anti-knacktillsats för bensin.

Metoder för att erhålla

Alkener, vars fysikaliska egenskaper vi studerar, erhålls i laboratoriet och i industrin med olika metoder. I experiment i skolkursen i organisk kemi används processen för uttorkning av etylalkohol med hjälp av vattenavlägsnande medel, till exempel, såsom fosforpentoxid eller sulfatsyra. Reaktionen utförs genom upphettning och är det omvända till processen för framställning av etanol. En annan vanlig metod för framställning av alkener har funnit sin tillämpning inom industrin, nämligen: upphettning av halogenderivat av mättade kolväten, till exempel klorpropan, med koncentrerade alkohollösningar av alkalier - natrium- eller kaliumhydroxid. I reaktionen elimineras en vätekloridmolekyl och en dubbelbindning bildas på platsen där kolatomernas fria valenser uppträder. Slutprodukten av den kemiska processen kommer att vara en olefin - propen. Fortsätt att överväga de fysikaliska egenskaperna hos alkener, låt oss uppehålla oss vid huvudprocessen för att producera olefiner - pyrolys.

Industriell produktion av omättade kolväten av etenserien

Billiga råvaror - gaser som bildas under krackning av olja, fungerar som en källa för produktion av olefiner i den kemiska industrin. För detta ändamål används ett tekniskt schema för pyrolys - uppdelningen av en gasblandning, som sker med brott av kolbindningar och bildandet av eten, propen och andra alkener. Pyrolys utförs i speciella ugnar som består av individuella pyrolysspolar. De skapar en temperatur på ca 750-1150°C och innehåller vattenånga som utspädningsmedel. Reaktioner sker via en kedjemekanism med bildning av mellanradikaler. Slutprodukten är eten eller propen, de produceras i stora volymer.

Vi har studerat i detalj de fysikaliska egenskaperna, samt tillämpningarna och metoderna för att framställa alkener.

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 "-ane" med "-ene"; Dubbelbindningens position indikeras 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 med enkel struktur benämns ofta genom att ersätta suffixet -an i alkaner med -ylen: etan - etylen, propan - propylen, etc.

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

Ibland används också rationella namn. I detta fall betraktas alla alkenkolväten som substituerad eten:

Omättade (alken) radikaler kallas med triviala namn eller genom systematisk nomenklatur:

H 2 C = CH - - vinyl (etenyl)

H2C = CH-CH2--allyl (propenyl-2)

Isomeri

Alkener kännetecknas av två typer av strukturell isomerism. Förutom isomerism associerad med strukturen av kolskelettet (som i alkaner), uppträder isomerism beroende på positionen för dubbelbindningen i kedjan. Detta leder till en ökning av antalet isomerer i serien av alkener.

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 = CH 2 etylen (eten)

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

Multipelbindningsposition isomerism

H2C = CH - CH2 - CH3 buten-1

H3C - CH = CH - CH3 buten-2

Geometrisk isomerism - cis-, trans-isomerism.

Denna isomerism är typisk 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 den motsatta sidan - trans-isomerer:

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

Beredning av alkener

Alkener är sällsynta i naturen. Vanligtvis isoleras gasformiga alkener (eten, propen, butylener) från oljeraffineringsgaser (under krackning) eller associerade 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 = CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (buten-1)

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

Bland laboratorieproduktionsmetoderna kan följande noteras:

1. Eliminering av vätehalogenid från alkylhalogenider under inverkan av en alkoholisk alkalilösning på dem:

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

H-C ≡ C-H + H2 → H2 C = CH2

3. Uttorkning av alkoholer (eliminering 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. Alkener med normal struktur kokar vid högre temperatur än deras isomerer, som har en isostruktur. Kokpunkter cis-isomerer högre än Trans-isomerer, och smältpunkterna är de motsatta.

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

Fysikaliska egenskaper hos vissa alkener

namn		t pl,°С	t kip, °C
Eten (eten)
Propen (propen)
Butylen (buten-1)
Cis-buten-2
Trans-buten-2
Isobutylen (2-metylpropen)
Amylen (penten-1)
Hexylen (hexen-1)
Heptylen (hepten-1)
Oktylen (okten-1)
Nonylen (nonen-1)
Decylen (decene-1)

Alkener är något polära, men polariseras lätt.

Kemiska egenskaper

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

π-bindningen, som är den minst starka och mer lättillgängliga, bryts av reagensens verkan, och de frigjorda valenserna av kolatomerna spenderas på att fästa atomerna som utgör reagensmolekylen. Detta kan representeras som ett diagram:

Under additionsreaktioner bryts alltså dubbelbindningen som till hälften (med σ-bindningen kvar).

Förutom addition genomgår alkener även oxidations- och polymerisationsreaktioner.

Tilläggsreaktioner

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

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

H2C = CH2 + H2 → H 3 C - CH 3 (etan)

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

H 2 C = 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 reagerar med alkener, såväl som med alkaner, explosivt.

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, inklusive flera sekventiella steg. I det första steget sker polarisering av halogenmolekylen under inverkan av π-bindningselektroner. Halogenatomen, som får en viss fraktionerad positiv laddning, bildar en instabil mellanprodukt med elektronerna i π-bindningen, kallad ett π-komplex eller ett laddningsöverföringskomplex. Det bör noteras att i π-komplexet bildar halogenen inte en riktningsbindning med någon specifik kolatom; i detta komplex realiseras helt enkelt donator-acceptor-interaktionen mellan elektronparet i π-bindningen som donator och halogenen som acceptor.

π-komplexet omvandlas sedan till en cyklisk bromjon. Under bildningen av denna cykliska katjon sker heterolytisk klyvning av Br-Br-bindningen och en tom R-sp 2 orbitalen för den hybridiserade kolatomen 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 SN 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 avfärgningen av en lösning av brom i CCl4 fungerar som 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 mättade kolväten finns den kvar).

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

H2C = CH2 + HBr → H3C - CH2Br

Tillsatsen av vätehalogenider till etenhomologer följer regeln i V.V. Markovnikov (1837 - 1904): under normala förhållanden tillsätts vätehalogeniden vid platsen för dubbelbindningen till den mest hydrerade kolatomen, och halogenen till den mindre hydrerade:

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 yttersta kolatomen).

Som ett resultat av denna förskjutning polariseras p-bindningen och partiella laddningar uppstår på kolatomerna. Det är lätt att föreställa sig att en positivt laddad vätejon (proton) kommer att fästa till en kolatom (elektrofil addition) som har en partiell negativ laddning, och en bromanjon kommer att fästa vid ett kol som har en partiell positiv laddning.

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

Därför finns det i metylgruppen viss polarisering av C-H σ-bindningar associerade med en förskjutning i elektrondensitet från väteatomer till kol. Detta orsakar i sin tur en ökning av elektrontätheten i området för dubbelbindningen och speciellt 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 Markovnikovs regel.

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

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

H 3 C - CH = 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 förhållandena för denna reaktion.

1. Förbränning

H 2 C = CH 2 + 3O 2 → 2СO 2 + 2H 2 O

2. Ofullständig katalytisk oxidation

3. Oxidation vid vanlig temperatur. När eten utsätts för en vattenlösning av KMnO4 (under normala förhållanden, i en neutral eller alkalisk miljö - Wagner-reaktionen), bildas en tvåvärd alkohol - etylenglykol:

3H2C = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2 - CH2OH (etylenglykol) + 2MnO2 + KOH

Denna reaktion är kvalitativ: den lila färgen på kaliumpermanganatlösningen ändras när en omättad förening läggs till den.

Under svårare förhållanden (oxidation av KMnO4 i närvaro av svavelsyra eller en kromblandning), bryts dubbelbindningen i alkenen och bildar syrehaltiga produkter:

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

Isomeriseringsreaktion

Vid upphettning eller i närvaro av katalysatorer kan alkener isomeriseras - dubbelbindningens rörelse inträffar eller upprättandet av isostruktur.

Polymerisationsreaktioner

Genom att bryta π-bindningar kan alkenmolekyler ansluta till varandra och bilda långkedjiga molekyler.

Förekomst i naturen och fysiologiska roll av alkener

Acykliska alkener finns praktiskt taget aldrig i naturen. 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 de få naturliga alkenerna är muskalur ( cis- tricosen-9) är ett sexuellt lockande medel hos husflugan (Musca domestica).

Lägre alkener i höga koncentrationer har en narkotisk effekt. Högre medlemmar i serien orsakar också kramper och irritation av slemhinnorna i luftvägarna

Enskilda representanter

Eten (eten) är en organisk kemisk förening som beskrivs med formeln C2H4. Det är den enklaste alkenen. Innehåller en dubbelbindning och tillhör 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 globala etenproduktionen 2008 var 113 miljoner ton och fortsätter att växa med 2-3 % per år.

Eten är den ledande produkten av grundläggande organisk syntes 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 ark är genomskinliga och färglösa). Kemisk och frostbeständig, isolator, inte känslig för stötar (stötdämpare), mjuknar vid upphettning (80-120°C), härdar vid kylning, vidhäftning (vidhäftning av ytor av olika fasta ämnen och/eller flytande kroppar) är extremt låg. Ibland i det folkliga medvetandet identifieras det med cellofan - ett liknande material av växtursprung.

Propylen - orsakar anestesi (kraftigare 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.

Plastfilm (särskilt förpackningsfilm, som bubbelplast eller tejp).

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

Polymerrör för avlopp, dränering, vatten- och gasförsörjning.

Elektriskt isoleringsmaterial.

Polyetenpulver används som smältlim.

Buten-2 - orsakar narkos och har en irriterande effekt.

Lektionens ämne: Alkenes. Framställning, kemiska egenskaper och tillämpningar av alkener.

Mål och mål med lektionen:

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

Utrustning: anordning för att producera gaser, KMnO 4-lösning, etylalkohol, koncentrerad svavelsyra, tändstickor, alkohollampa, sand, tabeller "Etenmolekylens struktur", "Basiskemiska egenskaper hos alkener", demonstrationsprover "Polymerer".

UNDER KLASSERNA

I. Organisatoriskt ögonblick

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

II. Aktivera 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 sina molekyler, vilket bestämmer särdragen hos de kemiska egenskaperna hos alkener, metoder för deras framställning och användning.

III. Att lära sig nytt material

1. Metoder för framställning av alkener

Gör upp reaktionsekvationer som bekräftar metoder för att producera 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 företrädesvis abstraheras från mindre hydrerade kolatomer (Zaitsevs regel, 1875)

2. Kemiska egenskaper hos alkener

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

Reaktionsekvationer som karakteriserar de kemiska egenskaperna hos alkener

a) Tilläggsreaktioner

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

Kom ihåg! Följande mekanismer för att bryta -bindningen är möjliga:

a) om alkener och reagenset är opolära föreningar, bryts bindningen för att bilda en fri radikal:

H2C = CH2 + H: H ––> ++

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

c) när reagenser som innehåller väteatomer i molekylen förenas vid platsen för en bruten bindning, 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 (instruktioner på studentbänken)

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. Passera den frigjorda gasen genom en lösning med kaliumpermanganat. Notera förändringen i färgen på lösningen.
4. Tänd gasen i änden av gasutloppsröret. 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 = 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 att bindningen lätt bryts under påverkan av reagens.
3. Som ett resultat av addition sker övergången av kolatomer från sp 2 till sp 3 - ett 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. Applicering av alkener(elevmeddelande enligt följande plan).

1 – produktion av bränsle med högt oktantal;
2 - plast;
3 – sprängämnen;
4 - frostskyddsmedel;
5 - lösningsmedel;
6 - för att påskynda fruktmognaden;
7 – produktion av acetaldehyd;
8 – syntetiskt gummi.

III. Förstärkning av det lärda materialet

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

För alkener uppstår de mest typiska reaktionerna på grund av att en svagare π-bindning öppnas. I detta fall omvandlas π-bindningen (i den ursprungliga alkenen) till en σ-bindning i reaktionsprodukten. Den ursprungliga omättade föreningen omvandlas till en mättad utan att det bildas andra produkter, d.v.s. händeradditionsreaktion.

Vad är mekanismen för additionsreaktioner till alkener?

1. På grund av elektronerna i π-bindningen har alkenmolekyler ett område med ökad elektrondensitet (ett moln av π-elektroner ovanför och under molekylens plan):

Därför är dubbelbindningen benägen att attackeras av ett elektrofilt (elektronbrist) reagens. I detta fall kommer heterolytisk klyvning av π-bindningen att ske och reaktionen fortsätter jonisk mekanism som elektrofil addition.

Mekanismen för elektrofil addition indikeras av symbolen Annons E

(enligt de första bokstäverna i engelska termer: Ad – addition [attachment],

E - elektrofil [elektrofil]).

2. Å andra sidan kan kol-kol π-bindningen, som är opolär, brytas homolytiskt, och sedan kommer reaktionen att fortgå längs radikal mekanism.

Den radikala additionsmekanismen indikeras med symbolen Annons R

(R – radikal – radikal).

Mekanismen för tillsats beror på reaktionsbetingelserna.

Dessutom kännetecknas alkener av reaktioner isomerisering Och oxidation(inklusive reaktion brinnande, karakteristisk för alla kolväten).

Additionsreaktioner till alkener

Alkener genomgår en mängd olika additionsreaktioner.

1. Hydrering (tillsats av väte)

Alkener reagerar med väte när de värms upp och under förhöjt tryck i närvaro av katalysatorer (Pt, Pd, Ni, etc.) för att bilda alkaner:

Hydrering av alkener - omvänd reaktion dehydrering av alkaner. Enligt Le Chateliers princip hydrering gynnas av ökat tryck, eftersom denna reaktion åtföljs av en minskning av systemets volym.

Tillsatsen av väte till kolatomer i alkener leder till en minskning av deras oxidationstillstånd:

Därför klassificeras hydreringen av alkener som en reduktionsreaktion. Denna reaktion används industriellt för att producera högoktanigt bränsle.

2. Halogenering (tillsats av halogener)

Tillsatsen av halogener vid C=C-dubbelbindningen sker lätt under normala förhållanden (vid rumstemperatur, utan katalysator). Till exempel fungerar den snabba missfärgningen av den rödbruna färgen av en lösning av brom i vatten (bromvatten) som en kvalitativ reaktion på närvaron av en dubbelbindning:

Sålunda, i reaktionen av HCl med propen, från två möjliga strukturella isomerer 1-klorpropan och 2-klorpropan, bildas den senare:

Detta mönster etablerades till en början empiriskt. I modern organisk kemi ges en teoretisk motivering för Markovnikovs regel baserat på läget för inflytandet av den elektroniska strukturen hos molekyler på deras reaktivitet.

Det bör noteras att Markovnikovs regel i sin klassiska formulering endast observeras för elektrofila reaktioner av alkener själva. När det gäller vissa alkenderivat eller när reaktionsmekanismen förändras, mot regeln Markovnikova.

4. Hydrering(vattenanslutning)

Hydrering sker i närvaro av mineralsyror genom mekanismen för elektrofil tillsats:

I reaktioner av osymmetriska alkener observeras Markovnikovs regel.

1. Polymerisation– reaktionen av bildningen av en högmolekylär förening (polymer) genom sekventiell tillsats av molekyler av en lågmolekylär substans (monomer) enligt schemat:

n M M n

siffra n i polymerformeln ( M n ) kallas polymerisationsgraden. Polymerisationsreaktioner av alkener uppstår på grund av addition via flera bindningar:

2. Dimeriseringalkener - bildandet av en dimer (dubbel molekyl) som ett resultat av en additionsreaktion. I närvaro av en mineralsyra (protondonator H + ) en proton läggs till dubbelbindningen av alkenmolekylen. Detta producerar en kolsyra:

Den "dimera karbokaten" stabiliseras genom frisättningen av en proton, vilket leder till alkendimeriseringsprodukterna - en blandning av isomera diisobutylener (2,4,4-trimetylpenten-2 och 2,4,4-trimetylpenten-1) :

Denna process inträffar när isobuten (2-metylpropen) behandlas med 60% svavelsyra vid en temperatur av 70°C. Den resulterande blandningen av diisobutylener hydreras för att producera "isooktan" (2,2,4-trimetylpentan), som används för att förbättra bensinens anti-knackningsförmåga ("isooktan" är ett standard 100 oktanigt motorbränsle).