Alkenler (olefinler, etilen hidrokarbonlar C N H 2n
Homolog seriler.
|
eten (etilen) | |
En basit alken etilendir (C2H4). IUPAC isimlendirmesine göre alken isimleri, karşılık gelen alkanların isimlerinden “-ane” son ekinin “-ene” ile değiştirilmesiyle oluşturulur; Çift bağın konumu Arap rakamlarıyla gösterilir.
Alkenlerden oluşan hidrokarbon radikallerinin son eki vardır "-enil". Önemsiz isimler: CH 2 =CH- "vinil", CH 2 =CH-CH 2 - "alil".
Çift bağdaki karbon atomları sp² hibridizasyonu durumundadır ve 120° bağ açısına sahiptir.
Alkenler, karbon iskeletinin izomerizmi, çift bağ pozisyonları, sınıflar arası ve uzaysal olarak karakterize edilir.
Fiziki ozellikleri
Alkenlerin (basitleştirilmiş) erime ve kaynama noktaları, molekül ağırlığı ve karbon omurgasının uzunluğu ile artar.
Normal koşullar altında C2H4 ila C4H8 arasındaki alkenler gazdır; penten C5H10'dan heksadesen C17H34'e kadar - sıvılar ve oktadesen C18H36'dan başlayarak - katılar. Alkenler suda çözünmezler ancak organik çözücülerde yüksek oranda çözünürler.
Alkanların dehidrojenasyonu
Bu alken üretimine yönelik endüstriyel yöntemlerden biridir.
Alkinlerin hidrojenasyonu
Alkinlerin kısmi hidrojenasyonu özel koşullar ve bir katalizörün varlığını gerektirir
Çift bağ, sigma ve pi bağlarının birleşimidir. Sp2 yörüngeleri eksenel olarak üst üste bindiğinde bir sigma bağı oluşur ve yanal olarak üst üste bindiğinde bir pi bağı oluşur.
Zaitsev'in kuralı:
Eliminasyon reaksiyonlarında bir hidrojen atomunun çıkarılması, ağırlıklı olarak en az hidrojenlenmiş karbon atomundan meydana gelir.
13. Alkenler. Yapı. sp 2 hibridizasyon, çoklu bağlantı parametreleri. Halojenlerin, hidrojen halojenürlerin, hipokloröz asidin elektrofilik ilavesinin reaksiyonları. Alkenlerin hidrasyonu. Morkovnikov'un kuralı. Reaksiyon mekanizmaları.
Alkenler (olefinler, etilen hidrokarbonlar) - karbon atomları arasında bir çift bağ içeren, genel formülle homolog bir seri oluşturan asiklik doymamış hidrokarbonlar C N H 2n
Bir s- ve 2 p-orbital karışır ve aynı düzlemde 120 derecelik bir açıyla yerleşmiş 2 eşdeğer sp2-hibrit yörüngeyi oluşturur.
Bir bağ birden fazla elektron çiftinden oluşuyorsa buna denir. çoklu.
Merkezi atomun bağ oluşturan her değerlik yörüngesi için çevredeki atomun herhangi bir yörüngesiyle örtüşmeyecek kadar az sayıda elektron ve bağ atomu olduğunda çoklu bağ oluşur.
Elektrofilik katılma reaksiyonları
Bu reaksiyonlarda saldıran parçacık bir elektrofildir.
Halojenasyon:
Hidrohalojenasyon
Hidrojen halojenürlerin alkenlere elektrofilik eklenmesi Markovnikov kuralına göre gerçekleşir.
Markovnikov kuralı
Klorohidrinler oluşturmak için hipokloröz asitin eklenmesi:
Hidrasyon
Alkenlere su eklenmesi, sülfürik asit varlığında meydana gelir:
Karbokatyon- pozitif yükün karbon atomu üzerinde yoğunlaştığı bir parçacık; karbon atomunun boş bir p-orbital'i vardır.
14. Etilen hidrokarbonlar. Kimyasal özellikler: oksitleyici maddelerle reaksiyonlar. Katalitik oksidasyon, perasitlerle reaksiyon, glikollere oksidasyon reaksiyonu, karbon-karbon bağının parçalanması, ozonlama. Wacker süreci. Yer değiştirme reaksiyonları.
Alkenler (olefinler, etilen hidrokarbonlar) - karbon atomları arasında bir çift bağ içeren, genel formülle homolog bir seri oluşturan asiklik doymamış hidrokarbonlar C N H 2n
Oksidasyon
Alkenlerin oksidasyonu, oksitleyici reaktiflerin koşullarına ve türlerine bağlı olarak, hem çift bağın bölünmesiyle hem de karbon iskeletinin korunmasıyla meydana gelebilir.
Olefinler havada yakıldığında karbondioksit ve su üretir.
H 2 C=CH2 + 3O 2 => 2CO2 + 2H2O
C N H 2n+ 3n/O2 => nCO2 + nH2O – genel formül
Katalitik oksidasyon
Paladyum tuzlarının varlığında etilen, asetaldehite oksitlenir. Aseton propenden aynı şekilde oluşturulur.
Alkenler güçlü oksitleyici maddelere (H2S04'te KMnO4 veya K2Cr207) maruz bırakıldığında, ısıtıldığında çift bağ kırılır:
Alkenler seyreltik bir potasyum permanganat çözeltisi ile oksitlendiğinde, diatomik alkoller oluşur - glikoller (E.E. Wagner reaksiyonu). Reaksiyon soğukta gerçekleşir.
Asiklik ve siklik alkenler, polar olmayan bir ortamda perasitler RCOOOH ile reaksiyona girdiğinde epoksitler (oksiranlar) oluşturur, bu nedenle reaksiyonun kendisine epoksidasyon reaksiyonu denir.
Alkenlerin ozonlanması.
Alkenler ozonla etkileşime girdiğinde ozonitler adı verilen peroksit bileşikleri oluşur. Alkenlerin ozonla reaksiyonu, alkenlerin çift bağda oksidatif parçalanması için en önemli yöntemdir.
Alkenler ikame reaksiyonlarına girmezler.
Wacker süreci-etilenin doğrudan oksidasyonu yoluyla asetaldehit üretme işlemi.
Wacker prosesi etilenin paladyum diklorür ile oksidasyonuna dayanmaktadır:
CH2 = CH2 + PdCl2 + H20 = CH3CHO + Pd + 2HCl
15. Alkenler: kimyasal özellikler. Hidrojenasyon. Lebedev'in kuralı. Alkenlerin izomerizasyonu ve oligomerizasyonu. Radikal ve iyonik polimerizasyon. Polimer kavramı, oligomer, monomer, temel birim, polimerizasyon derecesi. Telomerizasyon ve kopolimerizasyon.
Hidrojenasyon
Alkenlerin doğrudan hidrojenle hidrojenlenmesi yalnızca bir katalizör varlığında gerçekleşir. Hidrojenasyon katalizörleri arasında platin, paladyum ve nikel bulunur.
Hidrojenasyon aynı zamanda homojen katalizörlerle sıvı fazda da gerçekleştirilebilir.
İzomerizasyon reaksiyonları
Isıtıldığında alken moleküllerinin izomerizasyonu mümkündür;
hem çift bağ hareketine hem de iskelet değişikliklerine yol açabilir
hidrokarbon.
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3
Polimerizasyon reaksiyonları
Bu bir tür ekleme reaksiyonudur. Polimerizasyon, herhangi bir düşük molekül ağırlıklı ürün izole edilmeksizin, aynı moleküllerin sıralı birleşiminin daha büyük moleküller halinde reaksiyonudur. Polimerizasyon sırasında, çift bağda bulunan en hidrojenlenmiş karbon atomuna bir hidrojen atomu eklenir ve molekülün geri kalanı diğer karbon atomuna eklenir.
CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...
veya n CH2=CH2(-CH2-CH2-)n(polietilen)
Molekülleri polimerizasyon reaksiyonuna giren maddeye denir monomer. Bir monomer molekülünün en az bir çift bağa sahip olması gerekir. Elde edilen polimerler aynı yapıya sahip çok sayıda tekrarlanan zincirden oluşur ( temel birimler). Bir polimerde yapısal (temel) bir birimin kaç kez tekrarlandığını gösteren sayıya denir. polimerizasyon derecesi(N).
Polimerizasyon sırasında oluşan ara parçacıkların türüne bağlı olarak 3 polimerizasyon mekanizması vardır: a) radikal; b) katyonik; c) anyonik.
İlk yöntem yüksek yoğunluklu polietilen üretir:
Reaksiyon katalizörü peroksitlerdir.
İkinci ve üçüncü yöntemler asitlerin (katyonik polimerizasyon) ve organometalik bileşiklerin katalizör olarak kullanılmasını içerir.
Kimyada oligomer) - bir zincir şeklinde bir molekül küçüközdeş bileşen bağlantılarının sayısı.
Telomerizasyon
Telomerizasyon, alkenlerin zincir transfer ajanlarının (telojenler) varlığında oligomerizasyonudur. Reaksiyonun bir sonucu olarak, uç grupları telojenin parçaları olan bir oligomer (telomer) karışımı oluşur. Örneğin CCl4'ün etilen ile reaksiyonunda telojen CCl4'tür.
CCl4 + nCH2 =CH2 => Cl(CH2CH2) n CCl3
Bu reaksiyonların başlatılması radikal başlatıcılar veya g-radyasyonu ile gerçekleştirilebilir.
16. Alkenler. Halojenlerin ve hidrojen halojenürlerin radikal eklenmesi reaksiyonları (mekanizma). Olefinlere karbenlerin eklenmesi. Etilen, propilen, butilenler. Endüstriyel kaynaklar ve ana kullanımlar.
Alkenler halojenleri, özellikle klor ve bromu kolaylıkla ekler (halojenasyon).
Bu tipin tipik bir reaksiyonu bromlu suyun renginin değişmesidir.
CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br (1,2-dibromoetan)
Hidrojen halojenürlerin alkenlere elektrofilik eklenmesi Markovnikov kuralına göre gerçekleşir:
Markovnikov kuralı: Simetrik olmayan alkenlere veya alkinlere protik asitler veya su eklenirken, en hidrojenlenmiş karbon atomuna hidrojen eklenir
Hidrojenlenmiş bir karbon atomu, kendisine hidrojen bağlı olan bir atomdur. En çok hidrojenlenmiş - en fazla H'nin olduğu yer
Karben ilavesi reaksiyonları
CR 2 karbenler: - alkenlerin çift bağına kolaylıkla eklenebilen oldukça reaktif, kısa ömürlü türler. Karben katılma reaksiyonu sonucunda siklopropan türevleri oluşur
Etilen, C2H4 formülüyle tanımlanan organik bir kimyasaldır. En basit alkendir ( olefin)birleştirmek. Normal koşullar altında, hafif bir kokuya sahip, renksiz, yanıcı bir gazdır. Suda kısmen çözünür. Çift bağ içerir ve bu nedenle doymamış veya doymamış hidrokarbonlara aittir. Endüstride son derece önemli bir rol oynar. Etilen dünyada en çok üretilen organik bileşiktir: Etilen oksit; polietilen, asetik asit, etil alkol.
Temel kimyasal özellikler(bana öğretmeyin, bırakın orada olsunlar, belki yazabilirler)
Etilen kimyasal olarak aktif bir maddedir. Moleküldeki karbon atomları arasında çift bağ olduğundan, bunlardan daha az güçlü olan biri kolaylıkla kırılır ve bağın koptuğu yerde moleküllerin bağlanması, oksidasyonu ve polimerizasyonu meydana gelir.
Halojenasyon:
CH2 =CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
Bromlu suyun rengi değişir. Bu, doymamış bileşiklere verilen kalitatif bir reaksiyondur.
Hidrojenasyon:
CH2 =CH2 + H - H → CH3 - CH3 (Ni'nin etkisi altında)
Hidrohalojenasyon:
CH2 =CH2 + HBr → CH3 - CH2Br
Hidrasyon:
CH2 =CH2 + HOH → CH3CH20H (bir katalizörün etkisi altında)
Bu reaksiyon A.M. Butlerov ve etil alkolün endüstriyel üretiminde kullanılıyor.
Oksidasyon:
Etilen kolayca oksitlenir. Etilen bir potasyum permanganat çözeltisinden geçirilirse rengi değişir. Bu reaksiyon doymuş ve doymamış bileşikleri ayırt etmek için kullanılır. Etilen oksit kırılgan bir maddedir; oksijen köprüsü kırılır ve su birleşerek etilen glikolün oluşmasına neden olur. Reaksiyon denklemi:
3CH2 =CH2 + 2KMnO4 + 4H20 → 3HOH2C - CH2OH + 2MnO2 + 2KOH
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
Polimerizasyon (polietilen üretimi):
nCH2 =CH2 → (-CH2-CH2-) n
Propilen(propen) CH2 = CH-CH3 - etilen serisinin doymamış (doymamış) hidrokarbonu, yanıcı gaz. Propilen düşük kaynama noktasına sahip gaz halinde bir maddedir t kaynama = −47,6 °C
Tipik olarak propilen, petrol rafine edici gazlardan (ham petrolün parçalanması sırasında, benzin fraksiyonlarının pirolizi sırasında) veya ilgili gazlardan ve ayrıca kömür koklaşabilen gazlardan izole edilir.
Alkanların kimyasal özellikleri
Alkanlar (parafinler), moleküllerindeki tüm karbon atomlarının yalnızca tekli bağlarla bağlandığı siklik olmayan hidrokarbonlardır. Başka bir deyişle alkan moleküllerinde çoklu (ikili veya üçlü) bağ yoktur. Aslında alkanlar, mümkün olan maksimum sayıda hidrojen atomu içeren hidrokarbonlardır ve bu nedenle bunlara sınırlayıcı (doymuş) denir.
Doyma nedeniyle alkanlar katılma reaksiyonlarına giremezler.
Karbon ve hidrojen atomlarının oldukça yakın elektronegatifliğe sahip olması, moleküllerindeki C-H bağlarının son derece düşük kutuplu olmasına yol açar. Bu bakımdan alkanlar için S R sembolüyle gösterilen radikal ikame mekanizması yoluyla ilerleyen reaksiyonlar daha tipiktir.
1. Yer değiştirme reaksiyonları
Bu tür reaksiyonlarda karbon-hidrojen bağları kırılır.
RH + XY → RX + HY
Halojenasyon
Alkanlar, ultraviyole ışığa veya yüksek ısıya maruz kaldıklarında halojenlerle (klor ve brom) reaksiyona girer. Bu durumda, değişen derecelerde hidrojen atomu ikamesine sahip halojen türevlerinin bir karışımı oluşur - mono-, ditri-, vb. halojenle ikame edilmiş alkanlar.
Örnek olarak metanı kullanırsak şuna benzer:
Reaksiyon karışımındaki halojen/metan oranını değiştirerek, ürünlerin bileşiminde metan'ın belirli bir halojen türevinin baskın olmasını sağlamak mümkündür.
Reaksiyon mekanizması
Metan ve klorun etkileşimi örneğini kullanarak serbest radikal ikame reaksiyonunun mekanizmasını analiz edelim. Üç aşamadan oluşur:
- Başlatma (veya zincir çekirdeklenmesi), harici enerjinin (UV ışığı veya ısıtma ile ışınlama) etkisi altında serbest radikallerin oluşma sürecidir. Bu aşamada, klor molekülü, serbest radikallerin oluşumuyla Cl-Cl bağının homolitik bölünmesine uğrar:
Serbest radikaller, yukarıdaki şekilde görülebileceği gibi, bir veya daha fazla eşleşmemiş elektrona (Cl, H, CH3, CH2, vb.) sahip atomlar veya atom gruplarıdır;
2. Zincir geliştirme
Bu aşama aktif serbest radikallerin aktif olmayan moleküllerle etkileşimini içerir. Bu durumda yeni radikaller oluşur. Özellikle klor radikalleri alkan molekülleri üzerinde etki ettiğinde bir alkil radikali ve hidrojen klorür oluşur. Buna karşılık, alkil radikali, klor molekülleriyle çarpışarak bir klor türevi ve yeni bir klor radikali oluşturur:
3) Zincirin kırılması (ölümü):
İki radikalin birbirleriyle inaktif moleküller halinde rekombinasyonu sonucu oluşur:
2. Oksidasyon reaksiyonları
Normal koşullar altında alkanlar, konsantre sülfürik ve nitrik asitler, potasyum permanganat ve dikromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) gibi güçlü oksitleyici maddelere karşı etkisizdir.
Oksijende yanma
A) Aşırı oksijenle tam yanma. Karbondioksit ve su oluşumuna yol açar:
CH4 + 2O2 = C02 + 2H2O
B) oksijen eksikliği nedeniyle eksik yanma:
2CH4 + 3O2 = 2CO + 4H2O
CH4 + O2 = C + 2H2O
Oksijenle katalitik oksidasyon
Alkanların katalizör varlığında oksijenle (~200 o C) ısıtılması sonucunda bunlardan çok çeşitli organik ürünler elde edilebilir: aldehitler, ketonlar, alkoller, karboksilik asitler.
Örneğin metan, katalizörün yapısına bağlı olarak metil alkol, formaldehit veya formik asit halinde oksitlenebilir:
3. Alkanların termal dönüşümleri
Çatlama
Çatlama (İngilizce'den çatlamaya - yırtılmaya), yüksek sıcaklıklarda meydana gelen, bunun sonucunda alkan moleküllerinin karbon iskeletinin, orijinal alkanlara göre daha düşük moleküler ağırlığa sahip alken molekülleri ve alkanların oluşmasıyla parçalanması sonucu oluşan kimyasal bir işlemdir. . Örneğin:
CH3 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH3 → CH3 -CH2 -CH2 -CH3 + CH3 -CH=CH2
Çatlama termal veya katalitik olabilir. Katalitik parçalamayı gerçekleştirmek için katalizör kullanımı sayesinde termal parçalamaya kıyasla önemli ölçüde daha düşük sıcaklıklar kullanılır.
Dehidrojenasyon
Hidrojenin ortadan kaldırılması, C-H bağlarının bölünmesinin bir sonucu olarak meydana gelir; yüksek sıcaklıklarda katalizörlerin varlığında gerçekleştirilir. Metanın hidrojeni giderildiğinde asetilen oluşur:
2CH4 → C2H2 + 3H2
Metanın 1200 °C'ye ısıtılması, metanın basit maddelere ayrışmasına yol açar:
CH 4 → C + 2H 2
Kalan alkanlar dehidrojene edildiğinde alkenler oluşur:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Hidrojen giderirken N-butan, buten-1 ve buten-2 oluşur (ikincisi formdadır) cis- Ve trans-izomerler):
Dehidrosiklizasyon
İzomerizasyon
Sikloalkanların kimyasal özellikleri
Halkalarında dörtten fazla karbon atomu bulunan sikloalkanların kimyasal özellikleri genel olarak alkanların özellikleriyle hemen hemen aynıdır. İşin garibi, siklopropan ve siklobutan ilave reaksiyonlarıyla karakterize edilir. Bunun nedeni döngü içindeki yüksek gerilimdir ve bu döngülerin kırılma eğiliminde olmasına neden olur. Dolayısıyla siklopropan ve siklobütan kolayca brom, hidrojen veya hidrojen klorür ekler:
Alkenlerin kimyasal özellikleri
1. İlave reaksiyonları
Alken moleküllerindeki çift bağ, bir güçlü sigma ve bir zayıf pi bağından oluştuğundan, kolayca katılma reaksiyonlarına girebilen oldukça aktif bileşiklerdir. Alkenler genellikle soğukta, sulu çözeltilerde ve organik çözücülerde, ılımlı koşullar altında bile bu tür reaksiyonlara girerler.
Alkenlerin hidrojenasyonu
Alkenler, katalizörlerin (platin, paladyum, nikel) varlığında hidrojen ekleme yeteneğine sahiptir:
CH3 -CH = CH2 + H2 → CH3 -CH2 -CH3
Alkenlerin hidrojenasyonu normal basınçta ve hafif ısıtmada bile kolayca meydana gelir. İlginç bir gerçek şu ki, aynı katalizörler alkanların alkenlere dehidrojenasyonu için kullanılabilir, yalnızca dehidrojenasyon işlemi daha yüksek sıcaklıkta ve daha düşük basınçta gerçekleşir.
Halojenasyon
Alkenler, hem sulu çözeltilerde hem de organik çözücülerde brom ile kolayca katılma reaksiyonlarına girerler. Etkileşim sonucunda başlangıçta sarı olan brom çözeltileri renklerini kaybederler. rengi bozulur.
CH2 =CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
Hidrohalojenasyon
Görülmesi kolay olduğu gibi, simetrik olmayan bir alken molekülüne hidrojen halojenürün eklenmesi teorik olarak iki izomerin karışımına yol açmalıdır. Örneğin propene hidrojen bromür eklendiğinde aşağıdaki ürünler elde edilmelidir:
Bununla birlikte, belirli koşulların yokluğunda (örneğin, reaksiyon karışımında peroksitlerin varlığı), bir hidrojen halojenür molekülünün eklenmesi, Markovnikov kuralına uygun olarak kesinlikle seçici olarak gerçekleşecektir:
Bir alkene hidrojen halojenürün eklenmesi, daha fazla sayıda hidrojen atomuna sahip (daha fazla hidrojenlenmiş) bir karbon atomuna bir hidrojenin eklendiği ve daha az sayıda hidrojen içeren bir karbon atomuna bir halojenin eklendiği şekilde gerçekleşir. atomlar (daha az hidrojenlenmiş).
Hidrasyon
Bu reaksiyon alkol oluşumuna yol açar ve aynı zamanda Markovnikov kuralına göre ilerler:
Kolayca tahmin edebileceğiniz gibi, bir alken molekülüne su eklenmesi Markovnikov kuralına göre gerçekleştiğinden, birincil alkol oluşumu yalnızca etilen hidrasyonu durumunda mümkündür:
CH2 =CH2 + H20 → CH3-CH2-OH
Büyük ölçekli endüstride etil alkolün büyük bir kısmı bu reaksiyon yoluyla gerçekleştirilir.
Polimerizasyon
Ekleme reaksiyonunun özel bir durumu, halojenasyon, hidrohalojenasyon ve hidrasyondan farklı olarak serbest radikal mekanizması yoluyla ilerleyen polimerizasyon reaksiyonudur:
Oksidasyon reaksiyonları
Diğer tüm hidrokarbonlar gibi alkenler de oksijen içinde kolaylıkla yanarak karbondioksit ve su oluştururlar. Alkenlerin aşırı oksijende yanmasına ilişkin denklem şu şekildedir:
C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO2 + nH2 O
Alkanların aksine alkenler kolayca oksitlenir. Alkenler sulu bir KMnO4 çözeltisine maruz bırakıldığında, organik madde moleküllerindeki çift ve üçlü CC bağlarına kalitatif bir reaksiyon olan renk değişikliği meydana gelir.
Alkenlerin nötr veya zayıf alkali bir çözelti içinde potasyum permanganat ile oksidasyonu diollerin (dihidrik alkoller) oluşumuna yol açar:
C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (soğutma)
Asidik ortamda çift bağ tamamen kırılır ve çift bağı oluşturan karbon atomları karboksil gruplarına dönüşür:
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 (ısıtma)
Çift C=C bağı alken molekülünün ucunda bulunuyorsa, çift bağdaki en dıştaki karbon atomunun oksidasyonunun bir ürünü olarak karbondioksit oluşur. Bunun nedeni, ara oksidasyon ürünü olan formik asidin, aşırı oksitleyici madde içinde kendisini kolayca oksitlemesidir:
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 (ısıtma)
Çift bağdaki C atomunun iki hidrokarbon ikame edicisi içerdiği alkenlerin oksidasyonu bir keton üretir. Örneğin 2-metilbuten-2'nin oksidasyonu aseton ve asetik asit üretir.
Karbon iskeletinin çift bağda kırıldığı alkenlerin oksidasyonu, yapılarını belirlemek için kullanılır.
Alkadienlerin kimyasal özellikleri
İlave reaksiyonları
Örneğin halojenlerin eklenmesi:
Bromlu suyun rengi değişir.
Normal koşullar altında, 1,3-butadien molekülünün uçlarında halojen atomlarının eklenmesi meydana gelir, π bağları kırılırken, aşırı karbon atomlarına brom atomları eklenir ve serbest valanslar yeni bir π bağı oluşturur . Böylece çift bağda bir "hareket" meydana gelir. Bromun fazla olması durumunda oluşan çift bağın bulunduğu yere başka bir molekül eklenebilir.
Polimerizasyon reaksiyonları
Alkinlerin kimyasal özellikleri
Alkinler doymamış (doymamış) hidrokarbonlardır ve bu nedenle katılma reaksiyonlarına girebilmektedirler. Alkinlerin katılma reaksiyonları arasında elektrofilik katılma en yaygın olanıdır.
Halojenasyon
Alkin moleküllerinin üçlü bağı bir güçlü sigma bağı ve iki zayıf pi bağından oluştuğu için bir veya iki halojen molekülünü bağlayabilirler. İki halojen molekülünün bir alkin molekülüyle eklenmesi, elektrofilik bir mekanizma yoluyla ardışık olarak iki aşamada ilerler:
Hidrohalojenasyon
Hidrojen halojenür moleküllerinin eklenmesi de elektrofilik bir mekanizma yoluyla ve iki aşamada gerçekleşir. Her iki aşamada da katılım Markovnikov kuralına göre ilerliyor:
Hidrasyon
Alkinlere su eklenmesi, asidik bir ortamda ruti tuzlarının varlığında meydana gelir ve Kucherov reaksiyonu olarak adlandırılır.
Hidrasyon sonucunda asetilene su ilavesi asetaldehit (asetik aldehit) üretir:
Asetilen homologları için su eklenmesi keton oluşumuna yol açar:
Alkinlerin hidrojenasyonu
Alkinler hidrojenle iki aşamada reaksiyona girer. Katalizör olarak platin, paladyum ve nikel gibi metaller kullanılır:
Alkinlerin trimerizasyonu
Asetilen yüksek sıcaklıkta aktif karbonun üzerinden geçirildiğinde, esas olarak asetilen trimerizasyonunun bir ürünü olan benzen olan çeşitli ürünlerden oluşan bir karışım oluşur:
Alkinlerin dimerizasyonu
Asetilen ayrıca bir dimerizasyon reaksiyonuna da uğrar. İşlem, katalizör olarak bakır tuzlarının varlığında gerçekleşir:
Alkin oksidasyonu
Alkinler oksijende yanar:
C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO2 + (n-1)H 2 O
Alkinlerin bazlarla reaksiyonu
Molekül ucunda üçlü C≡C bulunan alkinler, diğer alkinlerden farklı olarak üçlü bağdaki hidrojen atomunun bir metalle yer değiştirdiği reaksiyonlara girebilmektedir. Örneğin asetilen, sıvı amonyakta sodyum amid ile reaksiyona girer:
HC≡CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3 ,
ve ayrıca gümüş oksitin amonyak çözeltisiyle asetilenitler adı verilen çözünmeyen tuz benzeri maddeler oluşturur:
Bu reaksiyon sayesinde, terminal üçlü bağa sahip alkinleri tanımak ve ayrıca böyle bir alkini diğer alkinlerle karışımdan izole etmek mümkündür.
Tüm gümüş ve bakır asetilenitlerin patlayıcı madde olduğu unutulmamalıdır.
Asetilenidler, üçlü bağa sahip daha karmaşık organik bileşiklerin sentezinde kullanılan halojen türevleriyle reaksiyona girebilir:
CH3 -C≡CH + NaNH2 → CH3 -C≡CNa + NH3
CH3 -C≡CNa + CH3Br → CH3 -C≡C-CH3 + NaBr
Aromatik hidrokarbonların kimyasal özellikleri
Bağın aromatik yapısı benzenlerin ve diğer aromatik hidrokarbonların kimyasal özelliklerini etkiler.
Birleşik 6pi elektron sistemi sıradan pi bağlarından çok daha kararlıdır. Bu nedenle aromatik hidrokarbonlar için ekleme reaksiyonlarından ziyade ikame reaksiyonları daha tipiktir. Arenler elektrofilik bir mekanizma yoluyla ikame reaksiyonlarına girerler.
İkame reaksiyonları
Halojenasyon
nitrasyon
Nitratlama reaksiyonu en iyi şekilde saf nitrik asidin değil, bunun konsantre sülfürik asitle olan karışımının, yani nitratlama karışımının etkisi altında ilerler:
alkilasyon
Aromatik halkadaki hidrojen atomlarından birinin bir hidrokarbon radikaliyle yer değiştirdiği reaksiyon:
Halojenlenmiş alkanların yerine alkenler de kullanılabilir. Katalizör olarak alüminyum halojenürler, ferrik halojenürler veya inorganik asitler kullanılabilir.<
İlave reaksiyonları
Hidrojenasyon
Klor ilavesi
Ultraviyole ışıkla yoğun ışınlama üzerine radikal bir mekanizma yoluyla ilerler:
Benzer bir reaksiyon yalnızca klor ile meydana gelebilir.
Oksidasyon reaksiyonları
Yanma
2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q
Eksik oksidasyon
Benzen halkası, KMnO4 ve K2Cr207 gibi oksitleyici maddelere karşı dayanıklıdır. Hiçbir tepki yok.
Benzen halkasındaki ikame ediciler iki türe ayrılır:
Örnek olarak tolueni kullanarak benzen homologlarının kimyasal özelliklerini ele alalım.
Tolüenin kimyasal özellikleri
Halojenasyon
Toluen molekülünün benzen ve metan moleküllerinin parçalarından oluştuğu düşünülebilir. Bu nedenle, tolüenin kimyasal özelliklerinin, ayrı ayrı ele alınan bu iki maddenin kimyasal özelliklerini bir dereceye kadar birleştirmesi gerektiğini varsaymak mantıklıdır. Bu genellikle halojenlenmesi sırasında gözlemlenen şeydir. Benzen'in elektrofilik bir mekanizma yoluyla klor ile ikame reaksiyonuna girdiğini zaten biliyoruz ve bu reaksiyonu gerçekleştirmek için katalizörlerin (alüminyum veya ferrik halojenürler) kullanılması gereklidir. Aynı zamanda metan da klor ile reaksiyona girebilir, ancak bu, başlangıç reaksiyon karışımının UV ışığı ile ışınlanmasını gerektiren bir serbest radikal mekanizması yoluyla gerçekleşir. Toluen, klorlamaya tabi tutulduğu koşullara bağlı olarak, benzen halkasındaki hidrojen atomlarının ikame ürünlerini verebilir - bunun için benzenin klorlanmasıyla aynı koşulları veya hidrojen ikame ürünlerini kullanmanız gerekir. Metil radikalindeki atomlar, eğer öyleyse, klorun ultraviyole ışınlama altında metan üzerinde nasıl etki ettiği:
Gördüğünüz gibi, tolüenin alüminyum klorür varlığında klorlanması iki farklı ürüne yol açtı: orto- ve para-klorotoluen. Bunun nedeni metil radikalinin birinci türden bir ikame edici olmasıdır.
Tolüenin AlCl3 varlığında klorlanması aşırı klorla gerçekleştirilirse, trikloro ikameli toluenin oluşumu mümkündür:
Benzer şekilde, toluen ışıkta daha yüksek bir klor/toluen oranında klorlandığında, diklorometilbenzen veya triklorometilbenzen elde edilebilir:
nitrasyon
Tolüenin konsantre nitrik ve sülfürik asit karışımı ile nitrasyonu sırasında hidrojen atomlarının bir nitro grubu ile değiştirilmesi, metil radikalinden ziyade aromatik halkada ikame ürünlerinin oluşmasına yol açar:
alkilasyon
Daha önce de belirtildiği gibi, metil radikali birinci türden bir yönlendirme maddesidir, dolayısıyla Friedel-Crafts'a göre alkilasyonu orto ve para pozisyonlarında ikame ürünlerine yol açar:
İlave reaksiyonları
Toluen, metal katalizörler (Pt, Pd, Ni) kullanılarak metilsikloheksana hidrojenlenebilir:
C6H5CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O
Eksik oksidasyon
Sulu potasyum permanganat çözeltisi gibi oksitleyici bir maddeye maruz kaldığında yan zincir oksidasyona uğrar. Aromatik çekirdek bu koşullar altında oksitlenemez. Bu durumda çözeltinin pH'ına bağlı olarak ya bir karboksilik asit ya da bunun tuzu oluşacaktır.
Hidrokarbonların karakteristik kimyasal özellikleri: alkanlar, alkenler, dienler, alkinler, aromatik hidrokarbonlar
Alkanlar
Alkanlar, moleküllerindeki atomların tekli bağlarla bağlandığı ve $C_(n)H_(2n+2)$ genel formülüne karşılık gelen hidrokarbonlardır.
Homolog metan serisi
Bildiğin üzere, homologlar- bunlar yapı ve özellik bakımından benzer olan ve bir veya daha fazla $CH_2$ grubu bakımından farklılık gösteren maddelerdir.
Doymuş hidrokarbonlar metanın homolog serisini oluşturur.
İzomerizm ve isimlendirme
Alkanlar yapısal izomerizm olarak adlandırılan özelliklerle karakterize edilir. Yapısal izomerler karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Bildiğiniz gibi yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alkan bütandır:
Alkanlar için IUPAC isimlendirmesinin temellerine daha yakından bakalım:
1. Ana devrenin seçilmesi.
Bir hidrokarbon adının oluşumu, ana zincirin tanımıyla başlar - moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri, sanki onun temelidir.
2.
Ana zincirin atomlarına numaralar verilmiştir. Ana zincirin atomlarının numaralandırılması, ikame edicinin en yakın olduğu uçtan (A, B yapıları) başlar. İkame ediciler zincirin ucundan eşit uzaklıkta bulunuyorsa, numaralandırma bunların daha fazla olduğu uçtan başlar (B yapısı). Farklı ikame ediciler zincirin uçlarından eşit uzaklıkta bulunuyorsa, numaralandırma kıdemli olanın en yakın olduğu uçtan başlar (yapı D). Hidrokarbon ikame edicilerinin kıdemi, adlarının başladığı harfin alfabede görünme sırasına göre belirlenir: metil (—$СН_3$), ardından propil ($—СН_2—СН_2—СН_3$), etil ($—СН_2) —СН_3$ ) vb.
İkame edicinin adının sonek değiştirilerek oluşturulduğunu lütfen unutmayın. -BİR sonek eklemek -il karşılık gelen alkan adına.
3. İsmin oluşumu.
İsmin başında sayılar belirtilir - ikame edicilerin bulunduğu karbon atomlarının sayıları. Belirli bir atomda birden fazla ikame edici varsa, isimdeki karşılık gelen sayı, virgülle ayrılarak iki kez tekrarlanır ($2,2-$). Numaradan sonra, ikame edicilerin sayısı kısa çizgi ile gösterilir ( di- iki, üç- üç, dörtlü- dört, penta- beş) ve vekilin adı ( metil, etil, propil). Daha sonra boşluk veya kısa çizgi olmadan ana zincirin adı. Ana zincire, homolog metan serisinin bir üyesi olan hidrokarbon adı verilir ( metan, etan, propan vb.).
Yukarıda yapısal formülleri verilen maddelerin isimleri aşağıdaki gibidir:
— A yapısı: $2$ -metilpropan;
— B yapısı: $3$ -etilheksan;
— B yapısı: $2,2,4$ -trimetilpentan;
— G yapısı: $2$ -metil$4$-etilheksan.
Alkanların fiziksel ve kimyasal özellikleri
Fiziki ozellikleri. Homolog metan serisinin ilk dört temsilcisi gazlardır. Bunlardan en basiti, renksiz, tatsız ve kokusuz bir gaz olan metandır (algıladığınızda gazın kokusu, 104$ olarak adlandırmanız gerekir), merkaptanların kokusuyla belirlenir - metan gazına özel olarak eklenen kükürt içeren bileşikler. ev ve endüstriyel gaz cihazlarının yanında bulunan kişilerin sızıntıyı koku yoluyla tespit edebilmeleri için).
$С_5Н_(12)$ ila $С_(15)Н_(32)$ arasındaki bileşime sahip hidrokarbonlar sıvıdır; Daha ağır hidrokarbonlar katıdır.
Alkanların kaynama ve erime noktaları, karbon zinciri uzunluğunun artmasıyla birlikte giderek artar. Tüm hidrokarbonlar suda az çözünür; sıvı hidrokarbonlar yaygın organik çözücülerdir.
Kimyasal özellikler.
1. Yer değiştirme reaksiyonları. Alkanlar için en karakteristik reaksiyonlar, bir hidrojen atomunun bir halojen atomu veya bir grup ile değiştirildiği serbest radikal ikame reaksiyonlarıdır.
En karakteristik reaksiyonların denklemlerini sunalım.
Halojenasyon:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.
Halojenin fazla olması durumunda, klorlama daha da ileri giderek tüm hidrojen atomlarının tamamen klor ile değiştirilmesine kadar gidebilir:
$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"diklorometan (metilen klorür)")$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"triklorometan(kloroform)")$,
$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"karbon tetraklorür(karbon tetraklorür)")$.
Ortaya çıkan maddeler, organik sentezlerde çözücüler ve başlangıç malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.
2. Dehidrojenasyon (hidrojenin ortadan kaldırılması). Alkanlar yüksek sıcaklıklarda ($400-600°C$) bir katalizör ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) üzerinden geçirildiğinde, bir hidrojen molekülü elimine edilir ve bir alken oluşur:
$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$
3. Karbon zincirinin tahribatının eşlik ettiği reaksiyonlar. Tüm doymuş hidrokarbonlar yanıyor karbondioksit ve su oluşumu ile. Belirli oranlarda havayla karışan gaz halindeki hidrokarbonlar patlayabilir. Doymuş hidrokarbonların yanması, alkanları yakıt olarak kullanırken çok önemli olan serbest radikal bir ekzotermik reaksiyondur:
$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$
Alkanların yanma reaksiyonları genel olarak şu şekilde yazılabilir:
$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$
Hidrokarbonların termal bölünmesi:
$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$
Süreç serbest radikal mekanizması yoluyla gerçekleşir. Sıcaklıktaki bir artış, karbon-karbon bağının homolitik bölünmesine ve serbest radikallerin oluşumuna yol açar:
$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2·+·CH_2—R$.
Bu radikaller birbirleriyle etkileşime girerek bir hidrojen atomu alışverişi yaparak bir alkan molekülü ve bir alken molekülü oluşturur:
$R—CH_2CH_2·+·CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.
Termal ayrışma reaksiyonları, endüstriyel hidrokarbon parçalama işleminin temelini oluşturur. Bu işlem petrol rafinasyonunun en önemli aşamasıdır.
Metan 1000°C$ sıcaklığa ısıtıldığında metan pirolizi başlar; basit maddelere ayrışma:
$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$
1500°C$ sıcaklığa ısıtıldığında asetilen oluşumu mümkündür:
$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$
4. İzomerizasyon. Doğrusal hidrokarbonlar bir izomerizasyon katalizörü (alüminyum klorür) ile ısıtıldığında, dallanmış karbon iskeletine sahip maddeler oluşur:
5. Aromatizasyon. Zincirde altı veya daha fazla karbon atomu bulunan alkanlar, benzen ve türevlerini oluşturmak üzere bir katalizör varlığında siklikleşir:
Alkanların serbest radikal reaksiyonlarına girmelerinin nedeni nedir? Alkan moleküllerindeki tüm karbon atomları $sp^3$ hibridizasyon durumundadır. Bu maddelerin molekülleri, kovalent polar olmayan $C-C$ (karbon-karbon) bağları ve zayıf polar $C-H$ (karbon-hidrojen) bağları kullanılarak oluşturulur. Artmış veya azalmış elektron yoğunluğuna veya kolayca polarize olabilen bağlara sahip alanlar içermezler; bu tür bağlar, dış faktörlerin (elektrostatik iyon alanları) etkisi altında değişebilen elektron yoğunluğu. Sonuç olarak alkanlar yüklü parçacıklarla reaksiyona girmez çünkü Alkan moleküllerindeki bağlar heterolitik mekanizma tarafından kırılmaz.
Alkenler
Doymamışlar, moleküllerindeki karbon atomları arasında çoklu bağ içeren hidrokarbonları içerir. Sınırsız alkenler, alkadienler (polienler), alkinler. Halkada çift bağ içeren siklik hidrokarbonlar (sikloalkenler) ve ayrıca halkada az sayıda karbon atomu (üç veya dört atom) bulunan sikloalkanlar da doymamış bir karaktere sahiptir. Doymamışlığın özelliği, bu maddelerin doymuş veya doymuş hidrokarbonlar - alkanların oluşumu ile başta hidrojen olmak üzere ilave reaksiyonlara girme yeteneği ile ilişkilidir.
Alkenler, molekülde tekli bağlara ek olarak karbon atomları arasında bir çift bağ içeren ve $C_(n)H_(2n)$ genel formülüne karşılık gelen asiklik hidrokarbonlardır.
İkinci adı ise olefinler- alkenler, kalıntıları sıvı yağların - sıvı yağların (lat. yağ- yağ).
Homolog eten serisi
Dallanmamış alkenler, homolog eten (etilen) serisini oluşturur:
$С_2Н_4$ - eten, $С_3Н_6$ - propen, $С_4Н_8$ - büten, $С_5Н_(10)$ - penten, $С_6Н_(12)$ - heksen, vb.
İzomerizm ve isimlendirme
Alkanlar gibi alkenler de yapısal izomerlik ile karakterize edilir. Yapısal izomerler karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alken bütendir:
Özel bir yapısal izomerizm türü, çift bağın konumunun izomerizmidir:
$CH_3—(CH_2)↙(büten-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(büten-2)—CH_3$
Tek bir karbon-karbon bağı etrafında karbon atomlarının neredeyse serbest dönüşü mümkündür, bu nedenle alkan molekülleri çok çeşitli şekiller alabilir. Çift bağın etrafında dönme imkansızdır, bu da alkenlerde başka bir tür izomerizmin ortaya çıkmasına neden olur - geometrik veya cis-trans izomerizm.
Cis- izomerler farklıdır trans izomerler, $π$ bağının düzlemine göre moleküler parçaların (bu durumda metil gruplarının) uzaysal düzenlemesine ve dolayısıyla özelliklerine göre belirlenir.
Alkenler sikloalkanlara izomerdir (sınıflar arası izomerizm), örneğin:
Alkenler için IUPAC isimlendirmesi alkanlarınkine benzer.
1. Ana devrenin seçilmesi.
Bir hidrokarbonun adlandırılması, moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri olan ana zincirin tanımlanmasıyla başlar. Alkenlerde ana zincirde çift bağ bulunmalıdır.
2. Ana zincir atomlarının numaralandırılması.
Ana zincirdeki atomların numaralandırılması çift bağın en yakın olduğu uçtan başlar. Örneğin doğru bağlantı adı şöyledir:
Beklenebileceği gibi $2$-metilheksen-$4$ değil, $5$-metilheksen-$2$.
Çift bağın konumu zincirdeki atomların numaralandırmasının başlangıcını belirleyemezse, o zaman tıpkı doymuş hidrokarbonlarda olduğu gibi ikame edicilerin konumu tarafından belirlenir.
3. İsmin oluşumu.
Alkenlerin isimleri alkanların isimleriyle aynı şekilde oluşturulur. İsmin sonunda, çift bağın başladığı karbon atomunun numarasını ve bileşiğin alken sınıfına ait olduğunu gösteren bir son eki belirtin - -tr.
Örneğin:
Alkenlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
Fiziki ozellikleri. Homolog alken serisinin ilk üç temsilcisi gazlardır; $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ bileşimindeki maddeler - sıvılar; Daha yüksek alkenler katılardır.
Bileşiklerin moleküler ağırlığı arttıkça kaynama ve erime noktaları doğal olarak artar.
Kimyasal özellikler.
İlave reaksiyonları. Doymamış hidrokarbonların - alkenlerin temsilcilerinin ayırt edici bir özelliğinin ilave reaksiyonlara girme yeteneği olduğunu hatırlayalım. Bu reaksiyonların çoğu şu mekanizmaya göre ilerlemektedir:
1. Alkenlerin hidrojenasyonu. Alkenler, hidrojenasyon katalizörleri, metaller - platin, paladyum, nikel varlığında hidrojen ekleme yeteneğine sahiptir:
$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.
Bu reaksiyon atmosferik ve yüksek basınçta meydana gelir ve yüksek sıcaklık gerektirmez, çünkü ekzotermiktir. Sıcaklık yükseldiğinde, aynı katalizörler ters bir reaksiyona (dehidrojenasyon) neden olabilir.
2. Halojenasyon (halojenlerin eklenmesi). Bir alkenin bromlu su veya organik bir çözücü ($CCl_4$) içindeki bir brom çözeltisi ile etkileşimi, alkene bir halojen molekülünün eklenmesi ve dihalojen alkanların oluşması sonucunda bu çözeltilerin hızlı renk değiştirmesine yol açar:
$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.
3.
$CH_3-(CH)↙(propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-bromopropen)-CH_3$
Bu reaksiyon itaat eder Markovnikov'un kuralı:
Bir alkene bir hidrojen halojenür eklendiğinde, hidrojen daha fazla hidrojenlenmiş karbon atomuna eklenir; daha fazla hidrojen atomunun bulunduğu atom ve halojenden daha az hidrojenlenmiş olana.
Alkenlerin hidrasyonu alkol oluşumuna yol açar. Örneğin, etene su eklenmesi, etil alkol üretimine yönelik endüstriyel yöntemlerden birinin temelini oluşturur:
$(CH_2)↙(eten)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(etanol)$
Birincil alkolün (birincil karbon üzerinde bir hidrokso grubu bulunan) yalnızca eten hidratlandığında oluştuğunu unutmayın. Propen veya diğer alkenler hidratlandığında ikincil alkoller oluşur.
Bu reaksiyon aynı zamanda Markovnikov kuralına göre de ilerler - bir hidrojen katyonu daha fazla hidrojenlenmiş bir karbon atomuna, bir hidrokso grubu daha az hidrojenlenmiş bir karbon atomuna bağlanır.
5. Polimerizasyon.Özel bir ekleme durumu, alkenlerin polimerizasyon reaksiyonudur:
$nCH_2(=)↙(eten)CH_2(→)↖(UV ışığı, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietilen)...)_n$
Bu ekleme reaksiyonu serbest radikal mekanizması yoluyla gerçekleşir.
6. Oksidasyon reaksiyonu.
Herhangi bir organik bileşik gibi, alkenler de oksijende yanarak $СО_2$ ve $Н_2О$ oluşturur:
$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.
Genel olarak:
$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$
Çözeltilerdeki oksidasyona dirençli alkanların aksine alkenler, potasyum permanganat çözeltileri tarafından kolayca oksitlenir. Nötr veya alkalin çözeltilerde, alkenler diollere (dihidrik alkoller) oksitlenir ve oksidasyondan önce aralarında bir çift bağın bulunduğu atomlara hidroksil grupları eklenir:
Alkadienler (dien hidrokarbonlar)
Alkadienler, molekülde tekli bağların yanı sıra karbon atomları arasında iki çift bağ içeren ve $C_(n)H_(2n-2)$ genel formülüne karşılık gelen asiklik hidrokarbonlardır.
Çift bağların göreceli düzenine bağlı olarak üç tip dien ayırt edilir:
- alkadienler ile kümülatifçift bağların düzenlenmesi:
- alkadienler ile konjugeçift bağlar;
$CH_2=CH—CH=CH_2$;
- alkadienler ile yalıtılmışçift bağlar
$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.
Bu üç tip alkadien, yapı ve özellikler bakımından birbirinden önemli ölçüde farklılık gösterir. Alkadienlerde kümülatif bağlara sahip merkezi karbon atomu (iki çift bağ oluşturan atom) $sp$-hibridizasyon durumundadır. Aynı çizgi üzerinde bulunan ve zıt yönlere doğru uzanan iki $σ$-bağı ve birbirine dik düzlemlerde bulunan iki $π$-bağı oluşturur. $π$-Bağlar, her karbon atomunun melezleşmemiş p-orbitalleri nedeniyle oluşur. İzole edilmiş çift bağa sahip alkadienlerin özellikleri çok spesifiktir çünkü eşlenik $π$ bağları birbirini önemli ölçüde etkiler.
Konjuge $π$-bağlarını oluşturan p-orbitalleri pratik olarak tek bir sistem oluşturur (buna $π$-sistemi denir), çünkü Komşu $π$ bağlarının p-orbitalleri kısmen örtüşüyor.
İzomerizm ve isimlendirme
Alkadienler hem yapısal izomerizm hem de cis-, trans-izomerizm ile karakterize edilir.
Yapısal izomerizm.
— karbon iskelet izomerizmi:
— çoklu bağların konumunun izomerizmi:
$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(butadien-1,2)$
Cis-, trans- izomerizm (uzaysal ve geometrik)
Örneğin:
Alkadienler, alkinler ve sikloalkenler sınıfının izomerik bileşikleridir.
Bir alkadienin adını oluştururken çift bağların sayısı belirtilir. Ana zincir mutlaka iki çoklu bağ içermelidir.
Örneğin:
Alkadienlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
Fiziki ozellikleri.
Normal koşullar altında propandien-1,2, bütadien-1,3 gaz, 2-metilbutadien-1,3 ise uçucu bir sıvıdır. İzole edilmiş çift bağa sahip alkadienler (bunlardan en basiti pentadien-1,4'tür) sıvıdır. Daha yüksek dienler katılardır.
Kimyasal özellikler.
İzole edilmiş çift bağa sahip alkadienlerin kimyasal özellikleri alkenlerin özelliklerinden çok az farklıdır. Konjuge bağlı alkadienlerin bazı özel özellikleri vardır.
1. İlave reaksiyonları. Alkadienler hidrojen, halojenler ve hidrojen halojenürler ekleme yeteneğine sahiptir.
Konjuge bağlarla alkadienlere ilavenin özel bir özelliği, moleküllerin hem 1 ve 2 pozisyonlarına hem de 1 ve 4 pozisyonlarına eklenebilmesidir.
Ürünlerin oranı, karşılık gelen reaksiyonların gerçekleştirilme koşullarına ve yöntemine bağlıdır.
2.Polimerizasyon reaksiyonu. Dienlerin en önemli özelliği katyonların veya serbest radikallerin etkisi altında polimerleşebilme yeteneğidir. Bu bileşiklerin polimerizasyonu sentetik kauçukların temelini oluşturur:
$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(bütadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"sentetik bütadien kauçuk")$ .
Konjuge dienlerin polimerizasyonu 1,4 ilavesi şeklinde ilerler.
Bu durumda, çift bağın ünitede merkezi olduğu ortaya çıkar ve temel ünite de her ikisini de üstlenebilir. cis-, Bu yüzden trans yapılandırma
Alkinler
Alkinler, molekülde tekli bağlara ek olarak karbon atomları arasında bir üçlü bağ içeren ve $C_(n)H_(2n-2)$ genel formülüne karşılık gelen asiklik hidrokarbonlardır.
Homolog etin serisi
Düz zincirli alkinler, homolog etin (asetilen) serisini oluşturur:
$С_2Н_2$ - etin, $С_3Н_4$ - propin, $С_4Н_6$ - bütin, $С_5Н_8$ - pentin, $С_6Н_(10)$ - heksin, vb.
İzomerizm ve isimlendirme
Alkinler, alkenler gibi yapısal izomerizmle karakterize edilir: karbon iskeletinin izomerliği ve çoklu bağın konumunun izomerliği. Alkin sınıfının çoklu bağ pozisyonunun yapısal izomerleri ile karakterize edilen en basit alkin, bütindir:
$СН_3—(СН_2)↙(butine-1)—С≡СН$ $СН_3—(С≡С)↙(butine-2)—СН_3$
Alkinlerde karbon iskeletinin izomerizmi pentin ile başlayarak mümkündür:
Üçlü bir bağ karbon zincirinin doğrusal bir yapısını varsaydığından geometrik ( cis-, trans-) alkinler için izomerizm imkansızdır.
Bu sınıftaki hidrokarbon moleküllerinde üçlü bağın varlığı son ek ile yansıtılmaktadır. -içinde ve zincirdeki konumu karbon atomunun sayısıdır.
Örneğin:
Diğer bazı sınıfların bileşikleri alkinlere izomerdir. Dolayısıyla, $C_6H_(10)$ kimyasal formülü heksin (alkin), heksadien (alkadien) ve sikloheksen (sikloalken) içerir:
Alkinlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
Fiziki ozellikleri. Alkinlerin ve alkenlerin kaynama ve erime noktaları, bileşiklerin moleküler ağırlığının artmasıyla doğal olarak artar.
Alkinlerin kendine has bir kokusu vardır. Suda alkan ve alkenlere göre daha fazla çözünürler.
Kimyasal özellikler.
İlave reaksiyonları. Alkinler doymamış bileşiklerdir ve katılma reaksiyonlarına girerler. Çoğunlukla tepkiler elektrofilik ekleme.
1. Halojenasyon (bir halojen molekülünün eklenmesi). Bir alkin iki halojen molekülünü (klor, brom) bağlayabilir:
$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibromoetan),$
$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabromoetan)$
2. Hidrohalojenasyon (hidrojen halojenürün eklenmesi). Elektrofilik bir mekanizma aracılığıyla meydana gelen hidrojen halojenürün katılma reaksiyonu da iki aşamada gerçekleşir ve her iki aşamada da Markovnikov kuralı sağlanır:
$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-bromopropen),$
$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibromopropan)$
3. Hidrasyon (su ilavesi). Ketonların ve aldehitlerin endüstriyel sentezi için büyük önem taşıyan su ekleme reaksiyonu (hidrasyon) olarak adlandırılır. Kucherov'un tepkisi:
4. Alkinlerin hidrojenasyonu. Alkinler, metal katalizörlerin ($Pt, Pd, Ni$) varlığında hidrojen ekler:
$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$
$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$
Üçlü bağ iki reaktif $π$ bağı içerdiğinden, alkanlar adım adım hidrojen ekler:
1) trimerizasyon.
Etin aktif karbon üzerinden geçirildiğinde, biri benzen olan bir ürün karışımı oluşur:
2) dimerizasyon.
Asetilenin trimerizasyonuna ek olarak dimerizasyonu da mümkündür. Tek değerlikli bakır tuzlarının etkisi altında vinil asetilen oluşur:
$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"büten-1-in-3(vinilasetilen)")$
Bu madde kloropren üretmek için kullanılır:
$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(kloropren)=CH_2$
kloropren kauçuğun elde edildiği polimerizasyon ile:
$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$
Alkinlerin oksidasyonu.
Etin (asetilen) oksijende yanarak çok büyük miktarda ısı açığa çıkarır:
$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Oksijen-asetilen torçunun hareketi, alevi çok yüksek bir sıcaklığa (3000$°C$'ın üzerinde) sahip olan ve kesme için kullanılmasına olanak tanıyan bu reaksiyona dayanmaktadır. ve metallerin kaynaklanması.
Asetilen havada dumanlı bir alevle yanar, çünkü molekülündeki karbon içeriği etan ve eten moleküllerinden daha yüksektir.
Alkinler, alkenler gibi, asitleştirilmiş potasyum permanganat çözeltilerinin rengini bozar; Bu durumda çoklu bağ bozulur.
Organik kimyada iyonik (V.V. Markovnikov kuralı) ve radikal reaksiyon mekanizmaları
Organik kimyada kimyasal reaksiyon türleri
Organik maddelerin reaksiyonları resmi olarak dört ana türe ayrılabilir: ikame, ekleme, eliminasyon (eliminasyon) ve yeniden düzenleme (izomerizasyon). Organik bileşiklerin çeşitli reaksiyonlarının tamamının önerilen sınıflandırmaya (örneğin yanma reaksiyonları) indirgenemeyeceği açıktır. Bununla birlikte, böyle bir sınıflandırma, inorganik kimya dersinden zaten aşina olduğunuz inorganik maddeler arasında meydana gelen reaksiyonlarla analojiler kurmaya yardımcı olacaktır.
Tipik olarak, bir reaksiyonda yer alan ana organik bileşiğe substrat adı verilir ve reaksiyonun diğer bileşeni geleneksel olarak reaktan olarak kabul edilir.
İkame reaksiyonları
Orijinal moleküldeki (substrat) bir atomun veya atom grubunun başka atom veya atom gruplarıyla değiştirilmesiyle sonuçlanan reaksiyonlara ikame reaksiyonları denir.
İkame reaksiyonları alkanlar, sikloalkanlar veya arenler gibi doymuş ve aromatik bileşikleri içerir.
Bu tür reaksiyonlara örnekler verelim.
Işığın etkisi altında, metan molekülündeki hidrojen atomlarının yerini halojen atomları, örneğin klor atomları alabilir:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$
Hidrojeni halojenle değiştirmenin başka bir örneği benzenin bromobenzene dönüştürülmesidir:
Bu reaksiyonun denklemi farklı şekilde yazılabilir:
Bu gösterim biçiminde reaktifler, katalizör ve reaksiyon koşulları okun üstüne, inorganik reaksiyon ürünleri de onun altına yazılır.
İlave reaksiyonları
İki veya daha fazla reaksiyona giren madde molekülünün bir araya gelerek oluşturduğu reaksiyonlara katılma reaksiyonları denir.
Alkenler veya alkinler gibi doymamış bileşikler ilave reaksiyonlarına girer.
Hangi molekülün reaktif olarak görev yaptığına bağlı olarak, hidrojenasyon (veya indirgeme), halojenasyon, hidrohalojenasyon, hidrasyon ve diğer ekleme reaksiyonları ayırt edilir. Her biri belirli koşulları gerektirir.
1. Hidrojenasyon- çoklu bağ yoluyla bir hidrojen molekülünün eklenmesi reaksiyonu:
$CH_3(-CH=)↙(\text"propene")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\text"propan")-CH_3$
2.Hidrohalojenasyon- hidrojen halojenür ekleme reaksiyonu (hidroklorlama):
$(CH_2=)↙(\text"eten")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"kloroetan")-Cl$
3.Halojenasyon- halojen ekleme reaksiyonu:
$(CH_2=)↙(\text"eten")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1.2-dikloroetan")$
4. Polimerizasyon- küçük moleküler ağırlığa sahip bir maddenin moleküllerinin, çok yüksek moleküler ağırlığa sahip bir maddenin moleküllerini oluşturmak üzere birbirleriyle birleştiği özel bir tür katılma reaksiyonu - makro moleküller.
Polimerizasyon reaksiyonları, düşük molekül ağırlıklı bir maddenin (monomer) birçok molekülünün bir polimerin büyük molekülleri (makromolekülleri) halinde birleştirilmesi işlemleridir.
Bir polimerizasyon reaksiyonunun bir örneği, ultraviyole radyasyonun ve bir radikal polimerizasyon başlatıcısının etkisi altında etilenden (eten) polietilen üretimidir $R:$
$(nCH_2=)↙(\text"eten")CH_2(→)↖(\text"UV ışığı, R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" polietilen ")$
Organik bileşiklerin en karakteristik özelliği olan kovalent bağ, atomik yörüngeler örtüştüğünde ve paylaşılan elektron çiftleri oluştuğunda oluşur. Bunun sonucunda iki atom için ortak bir elektron çiftinin yer aldığı bir yörünge oluşur. Bir bağ koptuğunda, bu paylaşılan elektronların kaderi farklı olabilir.
Organik kimyada reaktif parçacık türleri
Bir atoma ait eşlenmemiş elektrona sahip bir yörünge, yine eşlenmemiş bir elektron içeren başka bir atomun yörüngesiyle örtüşebilir. Bu durumda kovalent bağ oluşur. değişim mekanizması:
$H + H→H:H,$ veya $H-H$
Değişim mekanizması Kovalent bağ oluşumu, farklı atomlara ait eşleşmemiş elektronlardan ortak bir elektron çifti oluşması durumunda gerçekleşir.
Değişim mekanizmasıyla kovalent bağ oluşumunun tersi olan süreç, her atoma bir elektronun kaybolduğu bağın bölünmesidir. Bunun sonucunda eşlenmemiş elektronlara sahip iki yüksüz parçacık oluşur:
Bu tür parçacıklara denir serbest radikaller.
Serbest radikaller- eşlenmemiş elektronlara sahip atomlar veya atom grupları.
Serbest radikallerin etkisi altında ve katılımıyla meydana gelen reaksiyonlara serbest radikal reaksiyonları denir.
İnorganik kimya dersinde bunlar hidrojenin oksijen, halojenler ve yanma reaksiyonları ile reaksiyonlarıdır. Lütfen bu tür reaksiyonların yüksek hız ve büyük miktarda ısı salınımı ile karakterize edildiğini unutmayın.
Verici-alıcı mekanizmasıyla da kovalent bir bağ oluşturulabilir. Yalnız bir elektron çifti içeren bir atomun (veya anyonun) yörüngelerinden biri, boş bir yörüngeye sahip başka bir atomun (veya katyonun) boş bir yörüngesi ile örtüşür ve bir kovalent bağ oluşur, örneğin:
$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"alıcı")→(H-O-H)↙(\text"bağışçı")$
Kovalent bir bağın kırılması, pozitif ve negatif yüklü türlerin oluşmasına neden olur; bu durumda ortak bir elektron çiftindeki her iki elektron da atomlardan birinde kaldığından, ikinci atomun doldurulmamış bir yörüngesi vardır:
$R:|R=R:^(-)+R^(+)$
Asitlerin elektrolitik ayrışmasını ele alalım:
$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$
Yalnız elektron çifti $R:^(-)$'ye sahip bir parçacığın, yani negatif yüklü bir iyonun, pozitif yüklü atomlar veya üzerinde en azından kısmi veya etkili bir pozitif yük bulunan atomlar tarafından çekileceği kolaylıkla tahmin edilebilir. Yalnız elektron çifti taşıyan parçacıklara denir nükleofilik ajanlar (çekirdek- çekirdek, atomun pozitif yüklü kısmı), yani çekirdeğin “arkadaşları”, pozitif yük.
Nükleofiller ($Nu$)- moleküllerin etkili bir pozitif yüke sahip kısımlarıyla etkileşime giren yalnız bir elektron çiftine sahip anyonlar veya moleküller.
Nükleofil örnekleri: $Cl^(-)$ (klorür iyonu), $OH^(-)$ (hidroksit anyonu), $CH_3O^(-)$ (metoksit anyonu), $CH_3COO^(-)$ ( asetat anyonu ).
Doldurulmamış bir yörüngeye sahip parçacıklar ise tam tersine, onu doldurma eğiliminde olacak ve dolayısıyla moleküllerin artan elektron yoğunluğuna, negatif yüke ve yalnız elektron çiftine sahip kısımları tarafından çekilecektir. Bunlar elektrofiller, elektronun "arkadaşları", negatif yük veya elektron yoğunluğu artan parçacıklardır.
Elektrofiller- doldurulmamış bir elektron yörüngesine sahip olan ve onu elektronlarla doldurma eğiliminde olan katyonlar veya moleküller, çünkü bu, atomun daha uygun bir elektronik konfigürasyonuna yol açar.
Elektrofil örnekleri: $NO_2$ (nitro grubu), -$COOH$ (karboksil), -$CN$ (nitril grubu), -$SON$ (aldehit grubu).
Doldurulmamış bir yörüngeye sahip her parçacık bir elektrofil değildir. Örneğin alkali metal katyonları inert gaz konfigürasyonuna sahiptir ve düşük elektron ilgisine sahip olduklarından elektron alma eğiliminde değildirler. Bundan, doldurulmamış bir yörüngenin varlığına rağmen, bu tür parçacıkların elektrofil olmayacağı sonucuna varabiliriz.
Temel reaksiyon mekanizmaları
Üç ana reaksiyona giren tür türünü (serbest radikaller, elektrofiller, nükleofiller) ve bunlara karşılık gelen üç reaksiyon mekanizması türünü belirledik:
- serbest radikal;
- elektrofilik;
- nükleofilik.
Reaksiyona giren parçacıkların türüne göre reaksiyonları sınıflandırmanın yanı sıra, organik kimyada moleküllerin bileşimini değiştirme ilkesine dayanan dört tip reaksiyon vardır: ekleme, ikame, ayırma veya eliminasyon (Lat. ortadan kaldırmak- kaldırma, bölme) ve yeniden düzenlemeler. Ekleme ve ikame, her üç tip reaktif türün etkisi altında meydana gelebildiğinden, birkaç temel reaksiyon mekanizması ayırt edilebilir.
1.Serbest radikal ikamesi:
$(CH_4)↙(\text"metan")+Br_2(→)↖(\text"UV ışığı")(CH_3Br)↙(\text"bromometan")+HBr$
2. Serbest radikal ilavesi:
$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"UV ışığı,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$
3. Elektrofilik ikame:
4. Elektrofilik bağlantı:
$CH_3-(CH=)↙(\text"propene")CH_2+HBr(→)↖(\text"çözüm")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropan")$
$CH_3(-C≡)↙(\text"propin")CH+Cl_2(→)↖(\text"çözelti")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-dikloropropen")$
5. Nükleofilik ekleme:
Ek olarak, nükleofilik parçacıkların - bazların etkisi altında meydana gelen eliminasyon reaksiyonlarını da ele alacağız.
6. Eliminasyon:
$СH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"alkol çözeltisi")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$
V.V. Markovnikov'un kuralı
Alkenlerin (doymamış hidrokarbonlar) ayırt edici bir özelliği, katılma reaksiyonlarına girebilme yetenekleridir. Bu reaksiyonların çoğu şu mekanizmaya göre ilerlemektedir: elektrofilik ekleme.
Hidrohalojenasyon (hidrojen halojen eklenmesi):
$СH_3(-CH-)↙(\text"propene")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropane")$
Bu reaksiyon itaat eder V.V. Markovnikov'un kuralı: Bir alkene bir hidrojen halojenür eklendiğinde, daha fazla hidrojenlenmiş karbon atomuna hidrojen eklenir; daha fazla hidrojen atomunun bulunduğu atom ve halojenden daha az hidrojenlenmiş olana.
ALKENLER
Molekülünde basit karbon-karbon ve karbon-hidrojen σ bağlarına ek olarak karbon-karbon π bağları bulunan hidrokarbonlara denir. sınırsız. Bir π bağının oluşumu resmi olarak molekül tarafından iki hidrojen atomunun kaybına eşdeğer olduğundan, doymamış hidrokarbonlar şunları içerir: 2p sınırlayıcı olanlardan daha az hidrojen atomu vardır, burada P -π bağlarının sayısı:
Üyeleri birbirinden (2H)n kadar farklı olan seriye seri denir. İzolojik seri. Dolayısıyla yukarıdaki şemada izologlar heksanlar, hekzenler, heksadienler, heksinler, heksatrienler vb.'dir.
Bir π bağı (yani çift bağ) içeren hidrokarbonlara denir. alkenler (olefinler) veya serinin ilk üyesine göre - etilen, etilen hidrokarbonlar. Homolog serilerinin genel formülü CpH2l'dir.
1. İsimlendirme
IUPAC kurallarına uygun olarak alkenlerin isimleri oluşturulurken, çift bağ içeren en uzun karbon zincirine, sonunun geldiği karşılık gelen alkanın adı verilir. -BİR ile ikame edilmiş -tr. Bu zincir, çift bağın oluşumunda yer alan karbon atomlarının mümkün olan en düşük sayıları alacağı şekilde numaralandırılmıştır:
Radikaller alkanlarda olduğu gibi isimlendirilir ve numaralandırılır.
Nispeten basit yapıya sahip alkenler için daha basit adlara izin verilir. Bu nedenle, en sık oluşan alkenlerden bazıları, sonek eklenerek adlandırılır. -tr aynı karbon iskeletine sahip bir hidrokarbon radikalinin adına:
Alkenlerden oluşan hidrokarbon radikalleri son eki alır -enil. Radikaldeki numaralandırma, serbest değerliğe sahip karbon atomundan başlar. Bununla birlikte, en basit alkenil radikalleri için sistematik isimler yerine önemsiz isimlerin kullanılmasına izin verilir:
Doymamış karbon atomlarına doğrudan bağlanan ve çift bağ oluşturan hidrojen atomlarına genellikle hidrojen atomları denir. vinil hidrojen atomları,
2. İzomerizm
Karbon iskeletinin izomerliğine ek olarak alken dizisinde çift bağın konumunun izomerliği de görülür. Genel olarak bu tür izomerizm ikame konumunun izomerizmi (fonksiyon)- molekülün herhangi bir fonksiyonel grup içerdiği tüm durumlarda gözlemlenir. Alkan C4H10 için iki yapısal izomer mümkündür:
C4H8 alken (büten) için üç izomer mümkündür:
Buten-1 ve buten-2 fonksiyonun pozisyonunun izomerleridir (bu durumda rolü çift bağ tarafından oynanır).
Uzamsal izomerler, ikame edicilerin birbirlerine göre uzamsal düzenlemesinde farklılık gösterir ve denir. cis izomerleri, ikame ediciler çift bağın aynı tarafında bulunuyorsa ve trans izomerler, karşı tarafta ise:
3. Çift bağın yapısı
Bir molekülün C=C çift bağındaki bölünme enerjisi 611 kJ/mol'dür; C-C σ bağının enerjisi 339 kJ/mol olduğundan π bağının kırılma enerjisi sadece 611-339 = 272 kJ/mol olur. π -elektronlar σ -elektronlardan çok daha hafiftir ve örneğin polarize edici solventlerin veya herhangi bir saldıran reaktifin etkisine karşı hassastır. Bu, σ- ve π-elektronların elektron bulutunun dağılımının simetrisindeki farkla açıklanmaktadır. P-orbitallerinin maksimum örtüşmesi ve dolayısıyla molekülün minimum serbest enerjisi, yalnızca vinil fragmanının düz yapısıyla ve 0,134 nm'ye eşit kısaltılmış C-C mesafesiyle gerçekleştirilir; tek bir bağla bağlanan karbon atomları arasındaki mesafeden (0,154 nm) önemli ölçüde daha küçüktür. Molekülün "yarıları" çift bağ ekseni boyunca birbirine göre döndükçe, enerji tüketimiyle ilişkili olan yörünge örtüşme derecesi azalır. Bunun sonucu, çift bağ ekseni boyunca serbest dönmenin olmaması ve karbon atomlarında uygun ikame ile geometrik izomerlerin varlığıdır.
1. Alkenlerin oksidasyonu.
1.1 Yanma.
Fazla hava veya oksijende tüm alkenler yanarak karbondioksit ve suya dönüşür:
CH3 – CH = CH2 + 4,5 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O
İçten yanmalı motorlarda alkenlerin yanması kullanılmaz, çünkü benzinin depolanması sırasında reçineli hale gelirler ve reçineler yakıt ekipmanını (enjektörü) tıkar.
Kimya tesislerinde nakliye ve depolama sırasında alkenlerin yanma olasılığı dikkate alınmalıdır.
1.2 Alkenlerin gümüş varlığında hesaplanan miktarda atmosferik oksijenle oksidasyonu.
Epoksi bileşikleri çeşitli amaçlara yönelik yapıştırıcılar oluşturmak için kullanılır.
1.3 Alkenlerin su içinde yüzde bir potasyum permanganat çözeltisi ile oksidasyonu - E.E. Wagner tarafından alkenlere yönelik niteliksel bir reaksiyon.
Reaksiyon ilk olarak E.E. Wagner, 1886'da Rus Fizik ve Kimya Derneği Dergisi'nde. Alkenlerin veya diğer doymamış bileşiklerin oksidasyonu oda sıcaklığında meydana gelir ve buna permanganat iyonunun menekşe renginin kaybolması ve kahverengi bir manganez dioksit çökeltisinin oluşması eşlik eder.Alkenin yapısından bağımsız olarak (fakat alkadienin değil, örneğin Wagner reaksiyonundaki katsayılar her zaman aynıdır (324-322). Aşağıda spesifik alkenlerin oksidasyonunun örnekleri verilmiştir ve yarı reaksiyonları ve toplam ORR'yi iyonik ve moleküler formda göstermektedir:
:
Wagner reaksiyonunda görüldüğü gibi son organik ürünler dihidrik alkollerdir. Bunlara glikoller de denir. Örneğin 1,2-etandiol, etilen glikol olarak adlandırılır.
1.4 Alkenlerin asidik bir ortamda sıvı fazda güçlü oksitleyici maddelerle oksidasyonu.
Alkenlerin yapısına bağlı olarak bu koşullar altında oksitlendiğinde CO2, karboksilik asitler ve ketonlar gibi çeşitli ürünler elde edilir. Çeşitli yapılardaki alkenlerin oksidasyon şeması aşağıda gösterilmiştir.
Bu şemanın kullanımını açıklamak için, 2-metilpenten'in sülfürik asit ortamında potasyum permanganat ile oksidasyonuna ilişkin bir örnek verilmiştir. Oksidasyon şemasına göre bu alkenin son organik ürünleri bir karboksilik asit ve bir ketondur:
Bu işlem için yarı reaksiyonlar:
Başka bir örnek: 2-etilbüten-1'in sülfürik asit içerisinde potasyum dikromat ile oksidasyonu. Oksidasyon şemasının kurallarına uygun olarak bu durumda bir keton ve karbondioksit elde edilir:
Üçüncü örnek: oksidasyon cis- Seyreltik nitrik asit içerisinde 3,4,5-trimetilhepten-3 sodyum bizmutat. Oksidasyon şemasının kurallarına uygun olarak bu durumda iki keton elde edilir:
1.5 Ozon ayrışımı
Ozon ayrışımı iki aşamalı bir işlemdir; ilk aşamada bir alkene ozon eklenerek bir ozonit oluşturulur ve ikinci aşamada bu ozonit ya hidrojen peroksit, aldehitler ve ketonların oluşumuyla su tarafından yavaş yavaş yok edilir, veya çinko oksit ve aynı aldehitler ve ketonların oluşmasıyla çinko tozuyla hızla indirgenir.
Aşağıda 3-metil- ozon ayrışımının bir örneği verilmiştir. cis-hepten-3.
Ozonoliz iki farklı keton üretir:
Terminal alkenin reaksiyona alınması durumunda oksidasyon ürünlerinden biri olarak formaldehit (metanal) elde edilebilir:
2. Alkenlerin çift bağındaki katılma reaksiyonları.
Alkenlerin çift bağına hem apolar hem de polar moleküller eklenebilir.
Polar olmayan: H2, Cl2, Br2, J2. Flor F2 alkenlere katılmaz ancak onları CF4 ve HF'ye yakar:
CH 3 – CH = CH – CH 3 + 12 F 2 → 4 CF 4 + 8 HF
2.1 Hidrojen eklenmesi.
Ekleme yalnızca bir katalizörün varlığında gerçekleşir. Endüstride çoğu zaman kalsinasyonla kolayca yenilenebilen paladyum veya platin kullanılır. Nikel pratikte kullanılmaz, çünkü geleneksel kalsinasyon koşulları altında indirgenmesi ekonomik açıdan karlı olmayan bir okside dönüşür.
CH 3 – CH = CH 2 + H 2 CH 3 – CH 2 – CH 3
2.2 Klor ilavesi.
Çift bağda iki atoma gider. Alkanların dikloro türevleri elde edilir. Reaksiyon, oda sıcaklığında veya daha düşük sıcaklıklarda sulu bir çözelti içinde veya organik çözücüler, örneğin karbon tetraklorür CCl4 veya dikloroetan C2H4Cl2 içinde meydana gelebilir:
2.3 Bromun eklenmesi.
Hem 0 0 C'ye kadar sıcaklıklardaki bromlu sularda hem de aynı organik çözücülerde benzer şekilde meydana gelir. İkinci durumda reaksiyon -25 0 C'ye kadar sıcaklıklarda, yani soğukta gerçekleşebilir.
Brom ile reaksiyon, turuncu brom çözeltilerinin renginin değişmesiyle birlikte gaz ve sıvı karışımlarda alkenlerin varlığına yönelik niteliksel bir testtir:
2.4 İyotla reaksiyon.
Reaksiyon, alkenlerde olduğu gibi çift bağ içeren doymamış yağ asitlerinin türevleri olan yağların toplam doymamışlığını belirlemek için yaygın olarak kullanılır:
100 g yağı tamamen iyotlamak için kullanılan gram cinsinden iyot kütlesine iyot sayısı denir. Vücut, hormonları yalnızca çoklu doymamış yağ asitlerinden sentezlediğinden, ne kadar yüksek olursa, yağ insanlar için o kadar faydalıdır. İyot sayılarına örnekler: palmiye yağı - 12, kuzu yağı - 35, zeytinyağı - 80, soya fasulyesi yağı - 150, ringa yağı - 200, fok yağı - 280
2.5 Polar moleküllerle reaksiyonlar.
H-A tipi polar moleküller şunları içerir: H-F, H-Cl, H-Br, H-J, H-OH,
H-O-R (alkoller) ve karboksilik asitler –
Hidrojen klorür ve diğer polar moleküllerin eklenmesi buna göre ilerler; yani, polar bir moleküldeki bir hidrojen atomu tercihen daha hidrojenlenmiş bir karbon atomuna bir çift bağda bağlanır ve A kalıntısı bir çift bağda başka bir atoma bağlanır.
Bu nedenle reaksiyonun seçiciliği zayıftır.
Hidrojenasyon farkı arttıkça reaksiyondaki seçicilik artar. Aslında propendeki 1. ve 2. atomların hidrojenlenmesindeki fark bir hidrojen atomudur ve klorun %85'i daha az hidrojenlenmiş karbon atomuna gider.
2-metilpropende, 1. ve 2. atomlar arasındaki hidrojenasyon farkı zaten iki hidrojen atomudur ve klorun %98'inden fazlası 2. atoma gider:
HF, HBr, HJ'nin eklenmesi benzer şekilde ilerler:
Aksi takdirde, hidrojen peroksit H202 varlığında HBr (ve yalnızca HBr, HCl, HF ve HI değil) eklenir:
Bu reaksiyona Karas'a göre HBr ilavesi adı verilmektedir. İçindeki seçicilik, hidrojen peroksit yokluğunda (Markovnikov kuralına göre) HBr ilavesiyle karşılaştırıldığında pratikte tam tersi yönde değişir.
Alkenlerin 500 °C'de klor ile reaksiyonu çok ilginçtir.Bu koşullar altında çift bağa klor ilavesinin reaksiyonu tersine çevrilebilir, ayrıca içindeki denge güçlü bir şekilde başlangıç maddelerine doğru kaydırılır. Aksine, alilik pozisyonda, yani çift bağın yanında çok daha yavaş ama geri dönüşü olmayan bir radikal ikame reaksiyonu sona erer:
Bu reaksiyonun pratik önemi büyüktür. Örneğin, büyük ölçekli endüstriyel gliserol sentezinin aşamalarından biri propenin klorlanmasıdır.
3-kloropropen-1.
Katalitik miktarda sülfürik veya fosforik asit varlığında alkenlere su eklendiğinde alkoller elde edilir. Birleştirme Markovnikov kuralına göre yapılır:
Alkenlere alkoller eklendiğinde eterler elde edilir:
Bu izomerik eterler, hem alkoksi ikame edicileri içeren alkanlar hem de eterler olarak adlandırılabilir. İlk durumda, en uzun karbon atomu zinciri seçilir ve alkoksi ikame edicisine en yakın tarafta numaralandırılır. Örneğin yayın için BEN parantez içindeki sayılarla numaralandırılmış zincir. Ve karşılık gelen isim de parantez içindedir. İzomer için II, aksine parantez içindeki sayılar oksijen atomuna bağlı karbon atomundan başlayan zinciri numaralandırır. Bu durumda isim şu şekilde oluşturulur: önce oksijen atomuyla ilişkili daha basit radikal adlandırılır, sonra daha karmaşık olan ve son olarak "eter" eklenir.
Alkenlere karboksilik asitler eklendiğinde esterler elde edilir:
Esterlerin isimleri şu şekilde oluşturulur: Öncelikle oksijenle ilişkili hidrokarbon radikali isimlendirilir. Bu durumda 1 numaralı atom oksijenle temas halindeki karbon atomu olarak alınır. Var olan en uzun zincir bu atomdan itibaren numaralandırılır. Ana zincire dahil olmayan atom grupları ikame edici olarak kabul edilir ve olağan kurallara göre listelenir. Daha sonra "şu ve bu asidin esteri" eklenir.
