Алкены PDF Печать E-mail
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - Углеводороды
Автор: SergeiMegan   
18.06.2008 11:14

Алкены

Алкенами называются ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную связь. Атомы углерода, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp2-гибридизации, двойная связь является сочетанием - и -связей (рис. 32 и 33).
Общая формула этих соединений СnН2n. Их часто называют этиленовыми (по названию простейшего представителя — этилена).

Номенклатура, строение, общий обзор свойств

По систематической номенклатуре названия алкенов строятся так, что в названии алкана, соответствующего этой родоначальной структуре, суффикс -ан заменяется на -ен. В случае раз-ветвления главной считается цепь, содержащая двойную связь, даже если эта цепь и не является самой длинной. Углеводородные радикалы, образованные из алкенов, имеют суффикс -енил. Некоторые радикалы имеют тривиальные названия, например винил (этенил), аллил (пропенил) (см. табл. 36).

 

В молекуле этилена оба атома углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации: одна s- и две р-орбитали смешиваются по форме, давая три гибридные орбитали, которые образуют -связи. Третья р-орбиталь каждого из этих двух атомов используется для образования -связи между ними и поэтому в гибридизации не участвует.
Все атомы молекулы этилена (и все -связи) лежат в одной плоскости, угол между -связями равен 120°.


р-орбитали обоих атомов углерода ориентированы перпендикулярно этой плоскости, при их «боковом» перекрывании образуется -связь. Плотность -связи (условная плотность, в которой лежит максимум ее электронной плотности) перпендикулярна плоскости -связей (см. рис. 33).
В молекулах гомологов этилена с фрагментом О=С связаны алкильные группы (от одной до четырех). Для алкенов, кроме изомерии скелета, возможна изомерия, обусловленная положением двойной связи (например, бутен-1 и бутен-2) и геометрическая изомерия — расположение заместителей по одну (цис-) или по разные (транс-) стороны от плоскости -связи. Поскольку враще-ние вокруг двойной связи невозможно (это привело бы к разрыву одной из химических связей), то в случае цис- и транс-изомеров Мы имеем дело с разными конфигурациями, а не с разными кон-Формациями одной молекулы (см. §3).
Самым реакционноспособным местом в молекуле алкена является -связь.

Физические свойства

Физические свойства алкенов практически не отличаются от таковых у соответствующих алканов. Низшие алкены (C2—C4) — газы при нормальных условиях, средние (до C17) — жидкие, высшие являются твердыми веществами. Все алкены нерастворимы в воде и хорошо растворяются в органических растворителях.

Химические свойства

Все специфические химические свойства алкенов определяются наличием в их молекуле -электронного облака (то есть собственно двойной связью). Электроны -облака находятся вне плоскости молекулы и легко доступны для атаки электрофильными частицами. Поэтому практически все реакции алкенов имеют электрофильный механизм (обычно это электрофильное присоединение, которое обозначается кратко как АЕ).

Галогенирование

Молекулы галогенов в среднем неполярны, однако возможны временные флуктуации, которые приводят к появлению электрофильности у такой молекулы:
Br—BrBr+—Br-
и становится возможной реакция, механизм которой приведен ниже:


В результате реакции исчезает двойная связь и образуется дигалоген алкан. Реакция галогенирования (обычно бромирования) используется как качественная на двойную связь, поскольку в ходе реакции исчезает бурая окраска брома.

Гидрогалогенирование

Молекулы галогеноводородов изначально полярны, то есть имеют электрофильный центр (атом водорода несет частичный положительный заряд). Соответственно, такие молекулы тоже могут присоединяться к двойной связи:


В случае алкенов несимметричного строения, однако, возможны варианты присоединения. Так, из пропена при действия бромоводорода могут получиться два продукта:


Для того, чтобы выяснить, какой продукт получается, необходимо учесть несимметричность в такой молекуле -электронного облака, вызванную влиянием заместителя. Направление влияния определяется электроотрицательностью заместителя. Эффект влияния называется соответственно +I-эффектом и -I-эффектом:


Понятно, что электрофил будет взаимодействовать с более отрицательным концом двойной связи. Так, для приведенных выше соединений результат реакции с бромоводородом будет разным:


При присоединении галогеноводородов (или иных молекул типа НГ, например воды Н2О) к несимметричным алкенам водород присоединяется к электрон-обогащенному концу двойной связи.
Это современная формулировка правила Марковникова, которое в оригинале относится только к углеводородам (не имеющим никаких заместителей, кроме алкильных радикалов!) и звучит:

 

Гидратация

Присоединение воды к алкенам принципиально ничем не отличается от присоединения галогеноводородов (см. выше) и также подчиняется правилу Марковникова. Единственным отли-чием, связанным с меньшей полярностью воды, является необходимость катализа минеральными кислотами (серной, фосфорной и т.д.), которые обеспечивают высокую концентрацию протонов, которые являются собственно реагирующими частицами:

 

Окисление
 

В алкенах -связь также легко подвержена действию окислителей. Это тоже электрофильные реакции, но рассмотрение их механизмов выходит за рамки данного курса. Важнейшей из таких реакций является реакция с перманганатом калия при низкой температуре в слабощелочной или нейтральной среде:
3СН2=СН2+2KMnO4+4Н2O=3СН2ОН—СН2ОН+2MnO2+2KOH Эта реакция называется реакцией гидроксилирования и также используется как качественная на алкены — в ходе реакции исчезает характерная фиолетовая окраска перманганата и образуется бурый осадок диоксида марганца. В более жестких условиях (кислая среда, высокая температура) возможно более глубокое окисление, вплоть до полного разрыва связи С—С:


Следует отметить, что для простоты записи в органической химии при обозначении процессов окисления (или восстановления) часто используются символы [О] (или [Н]):
СН3—СН=СН—СН3[O]2СН3—СООН
Однако если возможны варианты продуктов окисления (или восстановления), необходимо указание всех условий реакции (реагент, среда, температура).

Исчерпывающее окисление

Алкены (как и алканы) на воздухе или в кислороде сгорают до углекислого газа и воды: С2Н4+3O2=2СO2+2Н2O

Восстановление (гидрирование)

Взаимодействие алкенов с водородом происходит в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pd, Pt и др.) при нагревании:
СН3—СН=СН2+Н2СН3—СН2—СН3

Озонирование

Большинство алкенов даже при низких температурах реагируют с озоном: разрывается двойная связь и образуются циклические перекисные производные, известные под названием озонидов.


Озониды, подобно большинству соединений, содержащих перекисные (О—О)-связи, могут взрываться с большой силой и совершенно неожиданно. Озонирование вследствие этого необхо-димо проводить с осторожностью. Озониды обычно не выделяют в чистом виде, а разлагают, гидролизуя водой и восстанавливая цинком; при этом образуются карбонильные соединения, кото-рые, как правило, удается выделить и идентифицировать.


Эта последовательность реакций предоставляет отличную возможность установления положения двойных связей в алкенах. Применимость этого метода может быть проиллюстрирована на примере различных продуктов реакции в случае бутена-1 и бутена-2.


Рассмотрим реакцию на примере получения полиэтилена из молекул этилена.
Полимеризация — это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные.
Реакции полимеризации особенно характерны для непредельных соединений. Так, например, из этилена образуется высокомолекулярное вещество — полиэтилен. Соединение молекул этилена происходит по месту разрыва двойной связи:


Сокращенно уравнение этой реакции записывается так: nСН2=СН2(—СН2—СН2—)n
К концам этих молекул (макромолекул) присоединяются какие-нибудь свободные атомы или радикалы (например, атомы водорода). Продукт реакции полимеризации называется полимером (от греческого поли — много, мерос — часть), а молекулы исходного вещества, вступающего в реакцию полимеризации, называются мономером.
Полимер — вещество с очень высокой молекулярной массой, молекула которого состоит из большого числа повторяющихся группировок, имеющих одинаковое строение. Эти группировки называют элементарными звеньями, или структурными единицами. Например, элементарным звеном полиэтилена является группировка атомов —СН2—СН2—.
Число элементарных звеньев, повторяющихся в макромолекуле, называется степенью полимеризации (обозначается n). В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получать вещества с различными свойствами. Так, полиэтилен с короткими цепями (га = 20) является жидкостью, обладающей смазочными свойствами. Полиэтилен с длиной цепи в 1500-2000 звеньев представляет собой твердый, но гибкий пластический материал, из которого можно получать пленки, изготавливать бутылки и другую посуду, эластичные трубы и т.д. Наконец, полиэтилен с длиной цепи в 5-6 тыс. звеньев является твердым веществом, из которого можно готовить литые изделия, жесткие трубы, прочные нити.
Если в реакции полимеризации принимает участие небольшое число молекул, то образуются низкомолекулярные вещества, например димеры, тримеры и т.д. Условия протекания реакций полимеризации весьма различные. В некоторых случаях необходимы катализаторы и высокое давление. Но главным фактором является строение молекулы мономера. В реакцию полимеризации вступают непредельные (ненасыщенные) соединения за счет разрыва кратных связей.
Структурные формулы полимеров кратко записываются так: формулу элементарного звена заключают в скобки и справа внизу ставят букву п. Например, структурная формула полиэтилена
(—СН2—СН2—)n. Легко заключить, что название полимера слагается из названия мономера и приставки поли-, например, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и т.д.
С помощью реакций полимеризации получают высокомолекулярные синтетические вещества, например полиэтилен, политетрафторэтилен (тефлон), полистирол, синтетические каучуки и др. Они имеют огромное народнохозяйственное значение.
Поливинилхлорид — продукт полимеризации хлористого винила (винилхлорида) СН2=СНСl.

Структурная формула

 

Этот полимер обладает ценными свойствами: он негорюч, устойчив к действию химических реагентов, легко окрашивается. Из пластмасс на его основе изготавливают клеенки, плащи, портфели, искусственную кожу для обуви и т.п. Широко применяется для изоляции проводов и кабелей.
Тефлон — продукт полимеризации тетрафторэтилена: nCF2=CF2 (—CF2—CF2—)n.
Это самое инертное органическое вещество (на него оказывают воздействие только расплавленные калий и натрий). Обладает высокой морозо- и теплоустойчивостью.
Полистирол — твердое прозрачное упругое вещество. Получается полимеризацией стирола.

Структурная формула

 

Полистирол широко используется в качестве диэлектрика в электро- и радиотехнике. Идет на изготовление кислотоупорных труб, тары, а также бытовых изделий — расчесок, игрушек и др. Из него готовят легкие пористые пластмассы — пенопласты.
Наряду с реакциями полимеризации для получения высокомолекулярных соединений широко используются реакции поликонденсации.
Способы получения алкенов.
Алкены, как мы показали, весьма реакционноспособные вещества, и с их помощью можно получить большое число иных классов органических соединений (как в научном, так и в промышленном плане). Поэтому весьма важна разработка методов получения алкенов, тем более что в природе они (в отличие от алканов) практически не встречаются.
Большинство лабораторных методов получения алкенов основано на реакциях, обратных реакциям присоединения, рассмотренным нами выше. Весь этот класс реакций носит название отщепления, или элиминирования. Суть этой реакции заключается в отщеплении двух атомов или групп атомов от соседних атомов углерода с образованием между ними кратной связи.

Дегидрирование

При высоких температурах (500°С) в присутствии катализатора возможно отщепление двух атомов водорода при соседних атомах углерода от молекулы алкана:
СН3—СН2—СН3 PtСН3—СН—СН2+Н2

Дегалогенирование

При взаимодействии виц-дигалогенида (то есть содержащего атомы галогена при соседних атомах углерода) с активными металлами при высокой температуре происходит отщепление атомов галогена и образование алкена:
CH2Br—CHBr—СН3+MgСН2=СН—СН3+MgBr2

Дегидрогалогенирование

При взаимодействии алкилгалогенидов со спиртовым раствором сильных щелочей происходит отщепление молекулы галогеноводорода и образование алкена (эта реакция обратна присоединению галогеноводородов):
СН3—СНВr—СН2—СН3+КОН(сп) СН3—СН=СН—СН3+КВr+Н2О
Можно видеть, что в приведенном примере возможно образование двух продуктов отщепления:
СН3—СН=СН—СН3 СН2=СН—СН2—СН3
Направление отщепления определяется правилом Зайцева:

 

Дегидратация

При нагревании спиртов с концентрированной серной кислотой происходит отщепление молекулы воды.Серная кислота одновременно является катализатором и водопоглощающим агентом, смещающим равновесие в сторону алкена (сравните с реакцией гидратации алкенов). Реакция дегидратации также происходит при пропускании паров спирта при высокой температуре над оксидными катализаторами.

Направление реакции дегидратации для несимметричных спиртов также определяется правилом Зайцева.
Для промышленного получения алкенов, как правило, используется крекинг алканов, приводящий к смеси низкомолекулярных алкенов и алканов, которую можно разделить перегонкой:

Применение алкенов

Алкены — одни из наиболее важных органических соединений. Объясняется это их высокой реакционной способностью, доступностью и низкой стоимостью. Ниже приведена схема приме-нения этена (этилена).

 

LAST_UPDATED2
 

Комментарии  

 
-4 #25 19.02.2013 17:39
xjftgj
Цитировать
 
 
-4 #24 26.11.2012 15:06
дегидрирование этилена
Цитировать
 
 
-12 #23 28.10.2012 19:21
а я* люблю жёсткий секс)))мальчики ииииии я вас обожааааааааааа ю :P :P :P
Цитировать
 
 
-19 #22 28.10.2012 15:56
суперрррррррррр ррррррррррррррр ррррррррррррррр ррррррррррррррр ррррррррррррррр ррррррр суки
Цитировать
 
 
-9 #21 19.12.2011 23:54
Цитирую BlackMore:
Хотите быть настоящим хозяином собственной жизни не на словах, а в реальности? Научиться планировать своё время и грамотно распределять силы? Добро пожаловать на сайт http://host-success.org/ - Психология успеха! Программы и советы для руководителей и подчинённых. Подбор и приём на работу, испытательный срок, мотивация персонала, корпоративная культура, гардероб бизнесмена. Мы ответим на вопросы: http://host-success.org/category/komu-kak-i-chto-darit/ - кому, как и что дарить, как отдавать приказы, как вести переговоры, как писать деловые письма, как правильно поплакать, как и для чего создавать команду, как защититься от стреса, как деловому человеку найти себе спутницу жизни, как научить сотрудников выполнять обязанности, как разделить себя между домом и работой.
- что за хрень?!
Кстати, где на сайте можно найти его название? Мне для реферата нужно, а я, слепая, найти не могу
За информацию огромное спасибо, очень помогла
Цитировать
 
 
-6 #20 12.12.2011 18:26
Спасиииииибоооо о вам сайт каша всё понятно википедия нервно курит в сторонке
Цитировать
 
 
+1 #19 05.12.2011 18:08
супер-тема, я презентацию сделала, пять получила еще раз спасибо автору
Цитировать
 
 
-12 #18 13.10.2011 18:24
Нечего интереснего нет.
Фуфло
Цитировать
 
 
-2 #17 06.10.2011 20:11
всех и как делать чтото вроде над графической формулой после нумерации от двойной связи ну там 1,2,ч пропандибутан и в таком роде помагите разобратьс болел подписался на уведомлениях о новых коментариях
Цитировать
 
 
-8 #16 06.10.2011 20:06
хочу просто формулы алкенов типаС6Н14
Цитировать
 
 
-5 #15 26.04.2011 22:01
2-Метилпропен объемом 0.784л (нормальные условия) сожгли. Выделившийся СО2 полностью нейтрализовали водным раствором гидроксида натрия (массовая доля NaOH 15%,плотность 1.17г/мл. Рассчитайте объем раствора щелочибзатрачен ного на нейтрализацию.
помогите решить задачу пожалуйста?
Цитировать
 
 
-4 #14 10.03.2011 15:30
спасибки, сдала зачет по циклоалканам и алканам))) ыыы!!!
Цитировать
 
 
-14 #13 13.02.2011 19:39
:lol: :lol: Спасибооооо!!!) ))
Цитировать
 
 
-8 #12 30.01.2011 00:58
спасибо за сайт- помог сдать экзамен!!!!!!!
Цитировать
 
 
-3 #11 14.12.2010 14:37
Хорошо, мне понравилось и я подготовила презентацию на свою тему)
Цитировать
 
 
+10 #10 12.12.2010 15:15
СПАСИБО!!! Я ПОДГОТОВИЛАСЬ К ЗАЧЕТУ!!!
Цитировать
 
 
-2 #9 01.12.2010 15:59
А я всё нашёл
Цитировать
 
 
-2 #8 28.11.2010 15:37
блин то что надо но пол текста не видно :eek:
Цитировать
 
 
-15 #7 25.11.2010 20:28
ааааа текст не видно целиком)))
Цитировать
 
 
-12 #6 18.11.2010 10:47
Плоховато, что текст видно не полностью
Цитировать
 
 
-30 #5 12.11.2010 01:22
Смотрите фильмы круглосуточно: Бесплатное видео.
Цитировать
 
 
-11 #4 10.11.2010 19:17
а я вот не нашла то что мне нужно
Цитировать
 
 
-12 #3 10.11.2010 19:15
а я вот ни чего не нашла для своей темы
Цитировать
 
 
0 #2 11.10.2010 09:50
Спасибочки!!!!! !
Цитировать
 
 
+9 #1 20.06.2010 13:40
спасибо мне очень помог этот материал в сдаче экзаменов :-)
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Кредит наличными под залог квартиры по материалам http://credcentr.ru. . наш хлеб насущный адреса