2.2. Алкены: Способы получения

Алкены

Алкены – непредельные (ненасыщенные) углеводороды, имеющие в молекуле одну двойную связь С=С. Такая связь содержит одну сигма-связь (σ-связь) и одну пи-связь (π-связь).

Алкены также называют этиленовыми углеводородами, по первому члену гомологического ряда – этилену – CH2=CH2. Общая формула их гомологического ряда – CnH2n.

Номенклатура и изомерия алкенов

Названия алкенов формируются путем добавления суффикса “ен” к названию алкана с соответствующим числом: этен, пропен, бутен, пентен и т.д.

При составлении названия алкена важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать двойную связь. Принято начинать нумерацию атомов углерода с того края, к которому ближе двойная связь. В конце названия указывают атом углерода, у которого начинается двойная связь.

Атомы углерода, прилежащие к двойной связи находятся в sp 2 гибридизации.

Для алкенов характерна изомерия углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая изомерия с циклоалканами и пространственная геометрическая изомерия в виде существования цис- и транс-изомеров.

Некоторые данные, касающиеся алкены, надо выучить:

  • Длина связи между атомами углерода составляет 0,134 нм
  • Тип гибридизации атомов углерода (прилежащих к двойной связи) – sp 2
  • Валентный угол (между химическими связями) составляет 120°
Получение алкенов

Алкены получают несколькими способами:

    Крекинг нефти

В результате крекинга нефти образуется один алкан и один алкен.

При наличии катализатора и повышенной температуры от молекул алканов отщепляется водород. Наиболее легко водород отдает третичный атом, чуть труднее – вторичный и заметно труднее – первичный.

В реакции галогеналкана со спиртовым(!) раствором щелочи образуется алкен. По правилу Зайцева, водород отщепляется от соседнего наименее гидрированного атома углерода.

В подобных реакциях применяется цинк (цинковая пыль) – двухвалентный металл, который связывает расположенные рядом атомы галогенов. Между атомами углерода, которым принадлежали галогены, завязывается двойная связь.

При нагревании спиртов c серной кислотой – H2SO4, обладающей выраженными водоотнимающими свойствами, происходит отщепление воды от спирта по правилу Зайцева. В результате образуется алкен.

Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при t > 140 °C.

Химические свойства алкенов

Алкены – ненасыщенные углеводороды, охотно вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны.

Водород присоединяется к атомам углерода, образующим двойную связь. Пи-связь (π-связь) рвется, остается единичная сигма-связь (σ-связь).

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение его по кратным связям к органическому веществу.

Реакция с хлором на свету протекает по свободнорадикальному механизму, так как на свету молекулы хлора расщепляются, образуя свободные радикалы.

Алкены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а атом галогена – к наименее гидрированному атому углерода.

Присоединение воды, гидратация, происходит по правилу Марковникова. Водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, гидроксогруппа – к наименее гидрированному.

При горении алкены, как и все органические соединения, сгорают с образованием углекислого газа и воды – полное окисление. При неполном окислении образуются окиси.

Окисление алкенов перманганатом калия (марганцовкой) в нейтральной среде является качественной реакцией на алкены в частности, и непредельные углеводороды в целом. В результате реакции фиолетовый раствор марганцовки обесцвечивается и выпадает осадок бурого цвета – MnO2.

В более жестких условиях – при подкислении раствора серной кислотой, реакция идет с полным разрывом в самом слабом месте молекулы – двойной связи.

Читайте также:
Разбор демо-варианта ЕГЭ-2018 по химии, вопросы 1-6

Полимеризация – цепная реакция синтеза полимеров, при котором молекула полимера образуется путем последовательного соединения молекул мономеров.

Индекс “n”, степень полимеризации, обозначает число мономерных звеньев, которые входят в состав полимера.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Получение и свойства алкенов

Способы получения и свойства алкенов имеют существенные отличия по сравнению с алканами. Двойная связь в составе углеродной цепи алкенов очень реакционноспособна, поэтому они охотно вступают в реакции присоединения, в отличие от алканов, для которых характерны реакции замещения. Далее подробно рассмотрим способы получения, физические и химические свойства алкенов.

Физические свойства алкенов

Физические свойства алкенов, такие как температура плавления и кипения немного ниже температуры кипения соответствующих алканов.

Первые представители данного класса с C1по C4 — газообразные вещества, практически не имеющие запаха, C5-C17 – жидкости с резким запахом, более 17 атомов углерода – твердые вещества.

Растворимость. Они плохо растворимы в воде, и хорошо растворимы в органических соединениях. Их плотность меньше плотности воды.

Алкены-неполярные соединения, практически нерастворимые в воде и растворимые в органических растворителях. Они менее плотные, чем вода.

Температура плавления и кипения. Температура кипения/плавления увеличивается прямо пропорционально относительной молекулярной массы соединения. В таблице представлены некоторые физические характеристики алкенов, а на рисунке зависимость температур их кипения/плавления от числа углеродных атомов.

Устойчивость алкенов. В целом цис-алкен менее устойчив, чем его стерео транс-изомер. Это обусловлено нестабильностью цис-изомера вследствие влияния стерического фактора.

Получение алкенов

Алкены получают следующими способами:

1.Термический крекинг алканов. При Т=450-700°С разложение алканов приводит к образованию более низкомолекулярных алканов и алкенов:

2.Дегидрирование алканов. Реакция протекает в присутствии катализаторов Pt, Pd, Ni, Fe, Cr2O3, Fe2O3, ZnO при Т

3.Неполное гидрирование алкинов в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd) при T

4.Реакция отщепления (элиминирование) – дегидратация, дегалогенирование, дегидрогалогенирование.

  • Дегидратация спиртов при Т≥ 150°С, в присутствии водоотнимающего агента — серной кислоты:

  • Дегидрогалогенирование моногалогеналкановпод действием спиртового раствора щелочи:

  • Дегалогенирование дигалогеналканов при действии активных металлов:

При протекании реакций элиминирования с участием спиртов и моногалогеналканов отщепление атома водорода происходит от менее гидрогенизированного атома углерода (т.е. того атома углерода, который соединен с наименьшим числом атомов водорода). Это правило известно, как правило Зайцева.

Химические свойства алкенов

Химические свойства алкенов обусловлены наличием двойной связи, которая состоит из сильной сигма (σ) связи и слабой пи (π) связи. Типичные реакции алкенов протекают с разрывом этой более слабой π-связи и формированием двух σ-связей. При взаимодействии электофильного агента (E + ) с алкеном образуется очень реакционноспособный карбкатион, который очень быстро присоединяет нуклеофильный агент (Nu — ):

1 стадия – образование карбкатиона протекает медленно:

2 стадия – присоединение нуклеофила протекает очень быстро:

Реакции присоединения

1.Гидрирование алкенов в присутствии платинового или никелевого катализатора. Реакция является экзотермической.

2.Галогенирование алкенов в инертном растворителе, например, четыреххлористый углерод. Алкены реагируют с галогенами с образованием дигалоалканов. Реакционная способность галогенов уменьшается в ряду: хлор > бром > йод.

Для обнаружения двойной углерод-углеродной связи используют бром. При добавлении к алкену 5% раствора брома в тетрахлорметане, последний обесцвечивается, что указывает на наличие двойной связи в молекуле.

Читайте также:
4.1. Алкадиены (диены): Строение, номенклатура, изомерия

3.Гидрогалогенирование алкенов концентрированными водными растворами галогенводородов. Реакционная способность растет в ряду HI > HBr > HCl.

Симметричные алкены дают только один продукт из-за эквивалентности двух атомов углерода.

В несимметричных алкенах добавление галогенводорода происходит таким образом, что атом галогена (отрицательная часть молекулы) присоединяется к атому углерода, который соединен с меньшим количеством атомов водорода (т.е. наименее гидрогенезированный). Это правило известно как правило Марковникова (1869 г.):

Однако в некоторых случаях присоединение галогенводорода происходит против правила Марковникова. Например, в присутствии кислорода и пероксидов проявляется пероксидный эффект:

Присоединение против правила Марковникова может также идти в случае наличия в молекуле алкена электронноакцепторных групп, например, -СООН, –СN, –CHal3 (Hal–галоген), –C(O)–R, –COOR, –NO2, –N=O, –SO3H и т.п.:

4.Гидратация алкенов в присутствии разбавленных кислот и катализатора. Например, при пропускании смеси этена и пара над фосфорной кислотой и кремнеземом под давлением 65 атм, а при 300С получают этанол.

5.Сульфирование алкенов концентрированной серной кислотой протекает в соответствии с правилом Марковникова:

6.Гипогалогенирование алкенов происходит по правилу Марковникова:

7.Алкилирование алкенов в кислой среде:

8.Присоединение альдегидов алкенами (реакция Принса):

Изомеризация алкенов

Полимеризация алкенов

Полиприсоединение — это процесс, с помощью которого большое количество молекул одного вида объединяются (без выделения простых молекул, таких как НHal, Н2О и т.д.) для образования гигантской молекулы, называемой полимером. Алкены подвергаются полимеризации при нагревании под давлением в присутствии подходящих катализаторов. Например, при нагревании этена до 1000 о С под давлением 1000 атм. в присутствии кислорода получают полиэтилен.

Реакции окисления

Окисление алкенов происходит легко, но продукт окисления зависит от окисляющего агента. Существует множество вариантов окисления алкенов. Рассмотрим основные из них:

  • Горение алкенов. Алкены, как и алканы, очень горючие. Алкены горят светящим пламенем. Реакции их горения являются экзотермическими.

  • Окисление кислородом воздуха при Т=200-500 о С, в присутствии серебряного катализатора или надкислотами (реакция Прилежаева) ведет к образованию эпоксидов:

  • Окисление алкенов под действием холодного щелочного раствора перманганата калия приводит к образованию дигидроксильных соединений (диолы или гликоли). Перманганат калия при этом обесцвечивается, поэтому реакция является качественной на присутствие кратных связей. Такая реакция носит имя Вагнера:

  • Окисление алкенов под действием подкисленного раствора перманганата или бихромата калия или окиси хрома (III) приводит к образованию кислоты и кетона:

  • Озонирование алкенов приводит к образованию озонидов, которые далее под действием воды в присутствии восстановителя образуют альдегиды (Реакция Гарриеса). Окисление алкенов озоном с последующим разложением образовавшегося озонида водой называют озонолизом. Характер продуктов (альдегидов и кетонов), образующихся вследствие озонолиза, зависит от расположения двойной связи в материнском алкене. Поэтому такая реакция обеспечивает очень удобный способ определения положения двойной связи в любой молекуле:

Более высокомолекулярные алкены, содержащие длинную С-С цепь, обладают алкан-подобной структурой. Вследствие этого они могут вступать в реакции замещения подобно алканам.

Применение алканов

Где применяются представители ненасыщенных соединений -алкены? Этилен — ценное сырье для химического производства. Из него получают стирол, винилхлорид, этанол, уксусный альдегид, уксусную кислоту, и также дихлорэтан.

Полимеризацией алкенов получают различные полимеры, смазочные материалы и резиновые изделия.

В среднем мировое производство полиэтилена составляет 100 миллионов тонн в год. В промышленных объемах из пропилена получают полипропилен. Кроме того, пропилен — стартовый материал для производства окиси, изопропилового спирта, кумола, бутиральдегида, глицерина.

Читайте также:
11.3. Карбоновые кислоты и их соли: Химические свойства

Бутены, главным образом, необходимы производстве полиизобутилена, метилэтилкетона, бутилкаучука, изопрена. Изобутилен — превосходное химическое сырье для производства третичного бутанола, бутилкаучука, а также изопрена. Применяется при алкилировании фенолов для изготовления сурфактантов (особые вещества, покрывающие альвеолы легких).

Сополимеры с бутенами используются в качестве изолятора и добавок для масел.

Высшие алкены используются не только в производстве полимерных материалов, но также и в производстве высших органических спиртов.

Алкены — номенклатура, получение, характерные химические свойства

К непредельным относят углеводороды, содержащие в молекулах кратные связи между атомами углерода. Непредельными являются алкены, алкины, алкадиены (полиены). Непредельным характером обладают также циклические углеводороды, содержащие двойную связь в цикле (циклоалкены), а также циклоалканы с небольшим числом атомов углерода в цикле (три или четыре атома). Свойство «непредельности» связано со способностью этих веществ вступать в реакции присоединения, прежде всего водорода, с образованием предельных, или насыщенных углеводородов — алканов.

Строение алкенов


Алкены
— ациклические углеводороды, содержащие в молекуле помимо одинарных связей, одну двойную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СnН2n. Свое второе название — олефины — алкены получили по аналогии с жирными непредельными кислотами (олеиновая, линолевая), остатки которых входят в состав жидких жиров — масел.
Атомы углерода, между которыми есть двойная связь, находятся в состоянии sр 2 -гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвуют одна s- и две р-орбитали, а одна р-орбиталь остается негибридизованной. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию σ-связи, а за счет негибридизованных р-орбиталей
соседних атомов углерода образуется вторая, π-связь. Таким образом, двойная связь состоит из одной σ- и одной π — связи. Гибридные орбитали атомов, образующих двойную связь, находятся в одной плоскости, а орбитали, образующие π -связь, располагаются перпендикулярно плоскости молекулы. Двойная связь (0,132 им) короче одинарной, а ее энергия больше, т. к. она является более прочной. Тем не менее, наличие подвижной, легко поляризуемой π -связи приводит к тому, что алкены химически более активны, чем алканы, и способны вступать в реакции присоединения.

Образование двойной связи в алкенах

Гомологический ряд этена

Неразветвленные алкены составляют гомологи- ческий ряд этена (этилена): С2Н4 — этен, С3Н6 — пропен, С4Н8 — бутен, С5Н10 — пентен, С6Н12 — гексен, С7Н14 — гептен и т.д.

Изомерия алкенов

Для алкенов характерна структурная изомерия. Структурные изомеры отличаются друг от друга строением углеродного скелета. Простейший алкен, для которого характерны структурные изомеры, — это бутен:


Особым видом структурной изомерии является изомерия положения двойной связи:

Алкены изомерны циклоалканам (межклассовая изомерия), например:

Вокруг одинарной углерод-углеродной связи возможно практически свободное вращение атомов углерода, поэтому молекулы алканов могут приобретать самую разнообразную форму. Вращение вокруг двойной связи невозможно, что приводит к появлению у алкенов еще одного вида изомерии — геометрической, или цис- и транс-изомерии.


Цис-изомеры отличаются от транс-изомеров пространственным расположением фрагментов молекулы (в данном случае метильных групп) относительно плоскости π -связи, а следовательно, и свойствами.

Номенклатура алкенов

1. Выбор главной цепи. Образование названия углеводорода начинается с определения главной цепи — самой длинной цепочки атомов углерода в молекуле. В случае алкенов главная цепь должна содержать двойную связь.
2. Нумерация атомов главной цепи. Нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, к которому ближе находится двойная связь.
Например,правильное название соединения:

Читайте также:
1.4. Алканы: Решение цепочек

Если по положению двойной связи нельзя определить начало нумерации атомов в цепи, то его определяет положение заместителей так же, как для предельных углеводородов.

3. Формирование названия. В конце названия указывают номер атома углерода, у которого начинается двойная связь, и суффикс -ен, обозначающий принадлежность соединения к классу алкенов. Например:

Физические свойства алкенов

Первые три представителя гомологического ряда алкенов — газы; вещества состава С5Н10 — С16Н32 — жидкости; высшие алкены — твердые вещества.
Температуры кипения и плавления закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединений.

Химические свойства алкенов

Реакции присоединения. Напомним, что отличительной чертой представителей непредельных углеводородов — алкенов является способность вступать в реакции присоединения. Большинство этих реакций протекает по механизму электрофильного присоединения.
1. Гидрирование алкенов. Алкены способны присоединять водород в присутствии катализаторов гидрирования, металлов — платины, палладия, никеля:

Эта реакция протекает при атмосферном и повышенном давлении и не требует высокой температуры, т. к. является экзотермической. При повышении температуры на тех же катализаторах может пойти обратная реакция — дегидрирование.

2. Галогенирование (присоединение галогенов). Взаимодействие алкена с бромной водой или раствором брома в органическом растворителе (СС14) приводит к быстрому обесцвечиванию этих растворов в результате присоединения молекулы галогена к алкену и образования дигалогеналканов.
3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода).


Эта реакция подчиняется правилу Марковникова:
При присоединении галогеноводорода к алкену водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, т. е. атому, при котором находится больше атомов водорода, а галоген — к менее гидрированному.


4. Гидратация (присоединение воды). Гидратация алкенов приводит к образованию спиртов. Например, присоединение воды к этену лежит в основе одного из промышленных способов получения этилового спирта.

Обратите внимание на то, что первичный спирт (с гидроксогруппой при первичном углероде) образуется только при гидратации этена. При гидратации пропена или других алкенов образуются вторичные спирты .

Эта реакция протекает также в соответствии с правилом Марковникова — катион водорода присоединяется к более гидрированному атому углерода, а гидроксогруппа — к менее гидрированному.
5. Полимеризация. Особым случаем присоединения является реакция полимеризации алкенов:


Эта реакция присоединения протекает по свободнорадикальному механизму.
Реакции окисления.
1. Горение. Как и любые органические соединения, алкены горят в кислороде с образованием СО2 и Н2О:


2. Окисление в растворах. В отличие от алканов алкены легко окисляются под действием растворов перманганата калия. В нейтральных или щелочных растворах происходит окисление алкенов до диолов (двухатомных спиртов), причем гидроксильные группы присоединяются к тем атомам, между которыми до окисления существовала двойная связь:

Химия. 10 класс

§ 16. Получение и применение алкенов

Получение и применение алкенов

Алкены являются химически более активными веществами, чем алканы, поэтому в составе природных источников углеводородов (нефти и природном газе) их содержание невелико.

Основная область применения алкенов — получение полимеров посредством реакции полимеризации. Промышленное производство алкенов и полимеров на их основе занимает важное место в экономике многих стран. В нашей стране полиэтилен и полипропилен получают в Новополоцке (ОАО «Нафтан»).

Рассмотрим способы получения этилена и других алкенов.

1. Дегидратация спиртов

Алкены можно получить в результате реакции отщепления воды от спиртов. Реакция отщепления молекулы воды называется реакцией дегидратации (приставка де- означает отщепление).

Этилен образуется в результате реакции дегидратации этилового спирта. Для этого смесь этилового спирта с концентрированной серной кислотой нагревают в пробирке с газоотводной трубкой (см. видео 15.1). При этом от молекулы спирта отщепляется молекула воды и образуется этилен. Уравнение реакции:

Читайте также:
2.1. Алкены: Строение, номенклатура, изомерия

Выделяющийся этилен легко обнаружить с помощью качественных реакций на алкены. Если этилен пропустить через бромную воду либо разбавленный водный раствор перманганата калия, они обесцветятся.

В предыдущем параграфе мы изучали обратную реакцию — присоединение воды к молекуле этилена с образованием этилового спирта. Катализатором и прямой и обратной реакции является серная кислота, но условия их протекания различны. Для протекания реакции дегидратации требуется более высокая температура и концентрированная (практически не содержащая воды) серная кислота. Для реакции гидратации алкенов используют избыток воды. Напомним, что условия протекания реакции принято указывать над стрелкой в уравнении реакции. Из приведённого примера видно, что в зависимости от условий реакция может протекать в прямом либо в обратном направлении. Поэтому следует обязательно указывать условия протекания химических реакций.

2. Дегидрогалогенирование галогенпроизводных алканов

Дегидрогалогенированием называется реакция отщепления галогеноводородов от молекул органических веществ. Таким способом можно получить алкены из галогенпроизводных алканов. При действии спиртового раствора щелочи от молекулы галогенпроизводного отщепляется молекула галогеноводорода и образуется алкен:

Вы можете познакомиться с другими методами получения алкенов, перейдя по ссылке в QR-коде.

3. Дегидрирование алканов

Дегидрированием называется реакция отщепления от органического вещества молекулы водорода (H2). Два атома водорода отщепляются от двух соседних атомов углерода, при этом образуется алкен. Уравнение реакции дегидрирования этана:

Напомним, что над стрелкой в уравнении принято указывать условия протекания реакции. Большинство органических реакций не могут протекать при обычных условиях, поэтому следует обязательно указывать условия их протекания! Так, реакция дегидрирования алканов протекает при температуре около 500 °С и на катализаторе Cr2O3. В предыдущем параграфе мы изучали обратную реакцию — присоединение водорода к этилену. Напомним, что обратная реакция — гидрирование алкенов, протекает на платиновом или никелевом катализаторе при 100–200 °С.

Рассмотрим дегидрирование других алканов. В случае пропана реакция протекает согласно уравнению:

В данном случае может получиться только один алкен — пропен. При дегидрировании бутана образуется смесь алкенов:

Алкены получают также в результате переработки нефти. С этой темой вы познакомитесь далее.

2.2. Алкены: Способы получения

томский государственный университет

кафедра органической химии

Лекция № 2. Алкены, алкадиены, алкины (ненасыщенные углеводороды).

К ненасыщенным (непредельным) углеводородам относятся алкены (СnH2n), алкадиены (CnH2n-2) и aлкины (CnH2n-2), содержащие кратные связи углерод-углерод. Алкены содержат ОДНУ двойную связь С = С, углероды при двойной связи находятся в состоянии гибридизации sp2. Двойная связь образована перекрыванием:
а) sp2- гибридизованных орбиталей атома углерода (s-связь) и
б) перекрыванием негибридизованных р-орбиталей (p-связь). Алкадиены содержат ДВЕ кратные связи в молекуле. В зависимости от взаимного расположения кратных связей одна относительно другой, различают:
а) кумулированные диены:
СН3-СН = С = СН-СН2-СН2-СН3 ( гептадиен-2,3 ) или СН3-СН2-СН2-СН = С = СН2 ( гексадиен-1,2 ) (кратные связи расположены по соседству);б) сопряженные алкадиены (или просто диены, кратные связи расположены через одну простую):СН3-СН = СН-СН = СН-СН2-СН3 ( гептадиен-2,4 )в) изолированные диены (кратные связи разделены более, чем одной простой):СН2 = СН-СН2-СН2-СН = СН-СН3 ( гептадиен-1,5 )Все три типа диенов различаются по химическим свойствам. Только изолированные диены ведут себя как обыкновенные алкены, поскольку кратные связи не оказывают взаимного влияния в их молекулах. Номенклатура алкенов Номенклатура алкенов весьма сходна с номенклатуроой алканов за тем исключением, что при наименовании за основу выбирается наиболее длинная цепь углеродных атомов, ВКЛЮЧАЮЩАЯ в себя КРАТНУЮ связь (выделена красным), цепь нумеруется с того края, к которому ближе расположена(ы) кратная(ые) связь(и):

Читайте также:
9.1. Фенол: Строение, номенклатура

При этом не имеет значения пространственное расположение основной цепи. Название формируется перечислением номеров углеродных атомов основной цепи и имеющихся при них заместителей. Окончание в названии основной углеродной цепи для алкенов заменяется на –ЕН, алкадиенов- на -ДИЕН, положение кратных связей указывается через тире (из двух номеров углеродов, между которыми расположена кратная связь, выбирают НАИМЕНЬШИЙ). В приведенном выше примере соединение будет иметь название: 3,5,6-триметил-3-этил-гептадиен-1,4.Вследствие наличия в молекуле кратной связи, вокруг которой вращение невозможно, алкены и алкадиены могут иметь (а могут и не иметь) пространственные изомеры. Для определения возможности наличия пространственных изомеров следует определить, имеются ли ПРИ КАЖДОМ из двух углеродов кратной связи РАЗНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ.

Если требование выполняется, то пространственные изомеры имеются. Если хотя бы у одного из углеродов при кратной связи имеются ОДИНАКОВЫЕ заместители, пространственная изомерия невозможна. В приведенном выше соединении возможно следующее пространственное расположение атомов и групп:

Если основная цепь углеродов расположена ПО ОДНУ СТОРОНУ от оси кратной связи, то такой изомер является ЦИС- изомером, если основная цепь пересекает ось кратной связи (располагается по обе стороны от оси) – это ТРАНС- изомер. Изомерию в данном случае обеспечивает кратная связь между 4 и 5 атомами углерода, в то время как кратная связь между 1 и 2 атомами углерода не может давать различного пространственного расположения заместителей при ней (одинаковые атомы водорода при С1).

Алкины – углеводороды, содержащие тройную связь С=С, углероды при которой находятся в sp-гибридизованном состоянии. Тройная связь образована перекрыванием двух sp-гибридизованных орбиталей (от каждого из углеродов) и четырех негибридизованных р-орбиталей (по две от каждого углерода). Две негибридизованные р-орбитали у каждого из углеродов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Номенклатура алкинов подчиняется тем же правилам, что и номенклатура алкенов, за исключением того, что углеводороду основной цепи присваивается окончание – ин :

Общие свойства ненасыщенных (непредельных) углеводородов

Общим местом непредельных углеводородов является наличие кратных связей, то есть некоторой степени ненасыщенности, вследствие чего- возможность присоединения ряда реагентов, сопровождающееся разрывом p -связей. Поскольку p -связи являются областями повышенной электронной плотности, к тому же легкодоступными, они становятся легкой “добычей” электронодефицитных реагентов (электрофилов). Поэтому непредельные углеводороды легко реагируют с целым рядом соединений даже на холоду (то есть, без нагревания). Подробный механизм реакций электрофильного присоединения к кратным связям описан отдельно . Там же описаны закономерности присоединения несимметричных реагентов к несимметричным и замещенным алкенам и алкинам. Для алкилзамещенных этиленов и ацетиленов при написании продуктов присоединения следует пользоваться правилом Марковникова, которое гласит, что водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при кратной связи):

Это правило, справедливое лишь для реакций электрофильного присоединения к алкенам, имеет современное обоснование, позволяющее объяснить аномальное присоединение в случае электроноакцепторных заместителей при кратной связи:

Аналогичным действием наряду с цианогруппой –CN обладают также нитро группа -NO2, нитрозогруппа -N=O, карбонильная группа -C=O, сульфогруппа –SO3H, а также другие группировки, ПРИ УСЛОВИИ, что атом, непосредственно связанный с атомом углерода при кратной связи, НЕ ИМЕЕТ неподеленных пар электронов. В противном случае правило Марковникова не нарушается:

Другие реакции алкенов и алкинов.

Реакции окисления. При взаимодействии с растворами KMnO4 на холоду происходит образование двухатомных спиртов (гликолей) из алкенов:

При взаимодействии с горячими растворами KMnO4, а также с энергичными окислителями происходит разрыв молекулы по месту кратной связи и образуются карбоновые кислоты, вне зависимости от того, двойная это была или тройная связь:

Читайте также:
5.3. Циклоалканы: Химические свойства

Озонирование с последующей обработкой продуктов (озонидов) водой приводит к образованию альдегидов и кетонов (в случае алкенов) или карбоновых кислот (алкины):

Отличительные реакции алкинов.

Вследствие того, что sp-гибридизованный углерод алкинов является более электроотрицательным, водород при атоме углерода с тройной связью обладает значительно более кислыми свойствами, чем водород при sp2-гибридизованном углероде в алкенах и еще значительней- чем водород при sp3-гибридизованном углероде алканов. В связи с этим для алкинов с концевой тройной связью характерны реакции замещения водорода :

Если замещение на атомы щелочных металлов происходит только при действии очень сильных оснований (NaNH2, NaH, бутил-натрий и т.п.), то замещение тяжелыми металлами (Cu, Ag, Hg) протекает очень легко, в водных растворах при комнатной температуре. Ацетилениды тяжелых металлов в сухом состоянии неустойчивы и разлагаются со взрывом.

Получение алкенов .

В промышленности важным источником непредельных соединений являются продукты крекинга и пиролиза нефтяных фракций, а также газы коксования (этилен, пропилен).

С той же целю часто применяются способы дегидрогенизации алканов на катализаторах:

Катализатором этого процесса обычно является специальным образом приготовленная окись хрома Cr2O3 при 300 оС.

1. Обычным способом получения алкенов в лабораторных условиях является дегидратация спиртов :

Катализаторами дегидратации служат минеральные кислоты. Процесс дегидратации протекает по следующему механизму:

На этапе отщепления молекулы воды образуется карбкатион. Образовавшийся карбкатион очень часто претерпевает изомеризацию (в результате гидридного или алкильного сдвига), при этом может даже измениться углеродный скелет молекулы.

Карбкатион отщепляет протон и превращается в алкен. Обычно существует два возможных варианта отщепления протона (от одного из соседних с заряженным атомом углерода положений), поэтому получается два разных продукта. В качестве основного продукта образуется наиболее устойчивый алкен (правило Зайцева). Наиболее устойчивыми являются транс-изомеры максимально замещенных алкенов, с минимальными стерическими затруднениями, создаваемыми соседними группировками.

2. Алкены получают дегидрогалогенированием (отщеплением галогеноводорода) галоидных алкилов :

Отщепление галогеноводорода осуществляется спиртовым раствором щелочи (KOH, NaOH) при нагревании и протекает также с образованием наиболее устойчивого алкена (правило Зайцева). Так, основным продуктом вышеприведенной реакции будет транс-бутен-2 . Механизм отщепления галогеноводорода зависит от ряда факторов, и нами здесь не рассматривается.

3. Метод ДЕГАЛОГЕНИРОВАНИЯ вицинальных (“рядом стоящих”) дигалогеналкилов является способом получения чистых алкенов. Полученных продукт содержит кратную связь в том месте, где находились галогены:

4. В редких случаях алкены получают гидрированием более доступных алкинов :

Методы получения алкинов

1. Наиболее часто алкины получают дегидрогалогенированием дигалоидных алканов (вицинальных или геминальных):

Как и в случае алкенов, реакцию ведут в спиртовых растворах щелочей. Вначале отщепляется одна молекула галогеноводорода. Образующийся галоидзамещенный алкен отщепляет вторую молекулу галогеноводорода с гораздо бОльшим трудом, чем первую. Для получения алкинов отщепление второй молекулы галогеноводорода требует применения твердой щелочи при нагревании или более сильного основания, такого, как амид натрия NaNH2.

2. Алкилированием ацетилена могут быть получены многие другие алкины (гомологи ацетилена). Реакция проводится в две стадии. Вначале получают ацетиленид щелочного металла:

Полученные металлорганические производные ацетилена алкилируют галоидными алкилами:

Операции можно повторить и заместить таким образом второй атом водорода у ацетилена, но обычно получить в чистом виде моноалкилацетилены невозможно, так как получается смесь моно- и дизамещенных ацетиленов.

Алкены: свойства, получение и применение

Урок 12. Химия 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Читайте также:
3.2. Алкины: Способы получения

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Алкены: свойства, получение и применение”

По своим свойствам алкены значительно отличаются от алканов. Например, для них характерны реакции присоединения и окисления. Все реакции присоединения происходят за счёт разрыва π-связи, большинство реакций окисления идут по этому же механизму.

Так, алкены присоединяют при комнатной температуре галогены: хлор, бром, менее эффективно – йод. В реакции бутена-2 с хлором образуется 2,3-дихлобутан.

В процессе реакции происходит разрыв π-связи в молекуле пропена и σ-связи в молекуле хлора с образованием двух новых σ-связей.

Кроме этого, алкены, в частности этилен, обесцвечивают раствор брома в воде. Поэтому данная реакция является качественной на присутствие двойных связей.

1, 2-дибромэтан (растворитель)

Но еще в 1884 году рус­ский уче­ный Львов М. Д. про­вёл ре­ак­цию хло­ри­ро­ва­ния пропена в более жёст­ких усло­ви­ях, при t = 400 0 C. В ре­зуль­та­те по­лу­чил­ся про­дукт не при­со­еди­не­ния хлора, а за­ме­ще­ния.

Алкены вступают в реакции гидрирования – присоединения водорода. Данные реакции идут при обычной или повышенной температуре под действием катализаторов: платины, палладия, никеля и других.

Алкены вступают в реакции присоединения воды – гидратации. Присоединение воды к алкенам идёт по правилу Марковникова, согласно которому атом водорода при присоединении воды или галогеноводородов присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода.

Присоединение воды происходит только в присутствии кислоты и при нагревании. (H3PO4, t, 0 С) В результате присоединения воды к бутену образуется бутанол-2. Атом водорода от воды присоединился к наиболее гидрогенизированному атому углерода, то есть к тому атому, где больше атомов водорода при двойной связи, а ОН-группа присоединилась к другому атому углерода при двойной связи.

По такому же принципу идёт присоединение и галогеноводородов. Так, в реакции пропена с хлороводородом образуется 2-хлопропан.

Особым случаем реакции присоединения является реакция полимеризации.

Полимеризацией называется последовательное соединение молекул ненасыщенных соединений за счёт разрыва π-связей с образованием высокомолекулярных соединений.

Исходный алкен при этом называется мономером, а образующийся в результате продукт – полимер.

Полимеризацию проводят в присутствии веществ – инициаторов. Буква n обозначает степень полимеризации, которая показывает число молекул мономера, которое соединяется в процессе полимеризации. Реакция полимеризации протекает при повышенной температуре, давлении, в присутствии катализаторов.

Например, при полимеризации этилена образуется полиэтилен, при полимеризации винилхлорида – поливинилхлорид, при полимеризации тетрафторэтилена – тефлон, при полимеризации пропена – полипропилен, при полимеризации стирола – полистирол.

В реакциях окисления разрывается π-связь или С = С -связи. Алкены легко реагируют с окислителя. Если пропустить этилен через разбавленный раствор перманганата калия при низкой температуре, то фиолетовая окраска раствора исчезает. При окислении этилена перманганатом калия образуется этиленгликоль, эта реакция служит качественной реакцией на алкены. Эта реакция называется реакцией Вагнера.

Этиленгликоль используют в качестве антифриза.

При каталитическом окислении этилена – в присутствии солей палладия и меди (PdCl2, CuCl2) – происходит образование уксусного альдегида.

При окислении алкенов надкислотами или пероксидами водорода в щелочной среде образуются эпоксиды. Эта реакцию называют реакцией Прилежаева.

Николай Александрович Прилежаев – русский химик. Разработал синтез эпоксидов при действии на алкены органических надкислот.

При полном окислении алкенов – горении в избытке кислорода образуется углекислый газ и вода. Этилен, например, горит светящимся жёлтым пламенем.

Читайте также:
11.1. Карбоновые кислоты: Строение, номенклатура, изомерия

Из алкенов самым распространенным продуктом, который получают, является этилен. В промышленных масштабах его получают высокотемпературным разложением углеводородов нефти. Наибольший выход получается при пиролизе этана.

В лаборатории этилен получают дегидратацией этанола. Реакция идёт при температуре более >140 С, в присутствии серной кислоты.

Алкены можно получить отщеплением галогеноводорода от галогеналканов. В зависимости от структуры исходного галогеналкана получается смесь алкенов. Так, при действии на 2-бромбутан спиртовым раствором щёлочи при нагревании получается бутен-1 и в качестве основного продута бутен-2.

Алкены можно получить и при дегидратации спиртов – отщеплении воды при нагревании с концентрированными растворами минеральных кислот. Отщепление воды и галогеналканов идёт по правилу Зайцева: при отщеплении галогеноводородов или воды от галогеналканов или спиртов атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода.

Алкены можно получить и при гидрировании алкинов. Так, при присоединении водорода к бутину-1 образуется бутен-1.

Алкены используют для получения спиртов, антифризов, лекарственных средств, полимерных материалов.

Из этилена получают полиэтилен, поливинилхлорид, этанол, уксусную кислоту, антифриз, ацетальдегид, каучуки, взрывчатые вещества, пестициды, растворители, этилен применяют для ускорения созревания плодов. Большое количество этилена перерабатывается в полиэтилентерефталат, необходимый для производства волокна лавсан.

Один из синтезируемых растениями фитогормонов, газ этилен, способствует созреванию плодов, причём он образуется, даже если плод уже сорван с ветки.

Таким образом, этилен и его гомологи могут присоединять галогены, водород, галогеноводороды, воду. Качественной реакцией на двойную связь является реакция с бромной водой и раствором перманганата калия. Для алкенов свойственны реакции полимеризации – получения высокомолекулярных соединения из низкомолекулярных. В лаборатории этилен получают дегидратацией этанола. Другие алкены в лаборатории получают отщеплением воды от спиртов, галогеноводорода от галогеналканов и гидрированием алкинов.

Алкены. Получение, химические свойства и применение алкенов

Разделы: Химия

Тема урока: Алкены. Получение, химические свойства и применение алкенов.

Цели и задачи урока:

  • рассмотреть конкретные химические свойства этилена и общие свойства алкенов;
  • углубить и конкретизировать понятия о ?-связи, о механизмах химических реакций;
  • дать первоначальные представления о реакциях полимеризации и строении полимеров;
  • разобрать лабораторные и общие промышленные способы получения алкенов;
  • продолжить формирование умения работать с учебником.

Оборудование: прибор для получения газов, раствор КМnO4, этиловый спирт, концентрированная серная кислота, спички, спиртовка, песок, таблицы «Строение молекулы этилена», «Основные химические свойства алкенов», демонстрационные образцы «Полимеры».

I. Организационный момент

Мы продолжаем изучение гомологического ряда алкенов. Сегодня нам предстоит рассмотреть способы получения, химические свойства и применение алкенов. Мы должны охарактеризовать химические свойства, обусловленные двойной связью, получить первоначальные представления о реакциях полимеризации, рассмотреть лабораторные и промышленные способы получения алкенов.

II. Активизация знаний учащихся

  1. Какие углеводороды называются алкенами?
  1. Каковы особенности их строения?
  1. В каком гибридном состоянии находятся атомы углерода, образующие двойную связь в молекуле алкена?

Итог: алкены отличаются от алканов наличием в молекулах одной двойной связи, которая обуславливает особенности химических свойств алкенов, способов их получения и применения.

III. Изучение нового материала

1. Способы получения алкенов

Составить уравнения реакций, подтверждающих способы получения алкенов

– крекинг алканов C8H18 ––> C4H8 + C4H10; (термический крекинг при 400-700 o С)
октан бутен бутан
– дегидрирование алканов C4H10 ––> C4H8 + H2; (t, Ni)
бутан бутен водород
– дегидрогалогенирование галогеналканов C4H9Cl + KOH ––> C4H8 + KCl + H2O;
хлорбутан гидроксид бутен хлорид вода
калия калия
– дегидрогалогенирование дигалогеналканов
– дегидратация спиртов С2Н5ОН ––> С2Н4 + Н2О (при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты)
Запомните! При реакиях дегидрирования, дегидратации, дегидрогалогенирования и дегалогенирования нужно помнить, что водород преимущественно отрывается от менее гидрогенизированных атомов углерода (правило Зайцева, 1875 г.)

Читайте также:
12.1. Амины: Строение, номенклатура, изомерия

2. Химические свойства алкенов

Характер углерод – углеродной связи определяет тип химических реакций, в которые вступают органические вещества. Наличие в молекулах этиленовых углеводородов двойной углерод – углеродной связи обуславливает следующие особенности этих соединений:
– наличие двойной связи позволяет отнести алкены к ненасыщенным соединениям. Превращение их в насыщенные возможно только в результате реакций присоединения, что является основной чертой химического поведения олефинов;
– двойная связь представляет собой значительную концентрацию электронной плотности, поэтому реакции присоединения носят электрофильный характер;
– двойная связь состоит из одной – и одной -связи, которая достаточно легко поляризуется.

Уравнения реакций, характеризующих химические свойства алкенов

а) Реакции присоединения

Запомните! Реакции замещения свойственны алканам и высшим циклоалканам, имеющим только одинарные связи, реакции присоединения – алкенам, диенам и алкинам, имеющим двойные и тройные связи.

Запомни! Возможны следующие механизмы разрыва -связи:

а) если алкены и реагент – неполярные соединения, то -связь разрывается с образованием свободного радикала:

б) если алкен и реагент – полярные соединения, то разрыв -связи приводит к образование ионов:

в) при соединении по месту разрыва -связи реагентов, содержащих в составе молекулы атомы водорода, водород всегда присоединяется к более гидрированному атому углерода (правило Морковникова, 1869 г.).

б) реакция окисления

Лабораторный опыт. Получить этилен и изучить его свойства ( инструкция на столах учащихся)

Инструкция по получению этилена и опытов с ним

1. Поместите в пробирку 2 мл концентрированной серной кислоты, 1 мл спирта и небольшое количество песка.
2. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой и нагрейте в пламени спиртовки.
3. Выделяющийся газ пропустите через раствор с перманганатом калия. Обратите внимание на изменение цвета раствора.
4. Подожгите газ у конца газоотводной трубки. Обратите внимание на цвет пламени.

– алкены горят светящимся пламенем. (Почему?)

C2H4 + 3O2 ––> 2CO2 + 2H2O (при полном окислении продуктами реакции являются углекислый газ и вода)

Качественная реакция: «мягкое окисление (в водном растворе)»

– алкены обесцвечивают раствор перманганата калия (реакция Вагнера)

При более жёстких условиях в кислой среде продуктами реакции могут быть карбоновые кислоты, например (в присутствии кислот):

Запомните главное!

1. Непредельные углеводороды активно вступают в реакции присоединения.
2. Реакционная активность алкенов связана с тем, что – связь под действием реагентов легко разрывается.
3. В результате присоединения происходит переход атомов углерода из sp 2 – в sp 3 – гибридное состояние. Продукт реакции имеет предельный характер.
4. При нагревании этилена, пропилена и других алкенов под давление или в присутствии катализатора их отдельные молекулы соединяются в длинные цепочки – полимеры. Полимеры (полиэтилен, полипропилен) имеют большое практическое значение.

3. Применение алкенов (сообщение учащегося по следующему плану).

1 – получение горючего с высоким октановым числом;
2 – пластмасс;
3 – взрывчатых веществ;
4 – антифризов;
5 – растворителей;
6 – для ускорения созревания плодов;
7 – получение ацетальдегида;
8 – синтетического каучука.

III. Закрепление изученного материала

Домашнее задание: §§ 15, 16, упр. 1, 2, 3 стр. 90, упр. 4, 5 стр. 95.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: