الخواص الكيميائية للألكانات

الألكانات (البارافينات) عبارة عن هيدروكربونات غير حلقية ، في جزيئاتها جميع ذرات الكربون متصلة فقط بواسطة روابط مفردة. بمعنى آخر ، لا توجد روابط متعددة أو مزدوجة أو ثلاثية في جزيئات الألكانات. في الواقع ، الألكانات عبارة عن هيدروكربونات تحتوي على أكبر عدد ممكن من ذرات الهيدروجين ، وبالتالي فهي تسمى الحد (المشبعة).

بسبب التشبع ، لا يمكن للألكانات الدخول في تفاعلات إضافة.

نظرًا لأن ذرات الكربون والهيدروجين لها كهرسلبية قريبة إلى حد ما ، فإن هذا يؤدي إلى حقيقة أن روابط CH في جزيئاتها ذات قطبية منخفضة للغاية. في هذا الصدد ، بالنسبة للألكانات ، تكون التفاعلات التي تتم وفقًا لآلية الاستبدال الجذري ، والتي يُشار إليها بالرمز S R ، أكثر تميزًا.

1. ردود فعل الاستبدال

في تفاعلات من هذا النوع ، تنكسر روابط الكربون-الهيدروجين.

RH + XY → RX + HY

الهلجنة

تتفاعل الألكانات مع الهالوجينات (الكلور والبروم) تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية أو مع حرارة شديدة. في هذه الحالة ، يتكون خليط من مشتقات الهالوجين بدرجات مختلفة من استبدال ذرات الهيدروجين - أحادي ، ثنائي ثلاثي ، إلخ. الألكانات المستبدلة بالهالوجين.

في مثال الميثان ، يبدو كالتالي:

من خلال تغيير نسبة الهالوجين / الميثان في خليط التفاعل ، من الممكن التأكد من أن أي مشتق معين من مشتق الهالوجين من الميثان يسود في تكوين المنتجات.

2. تفاعلات الأكسدة

في الظروف العادية ، تكون الألكانات خاملة فيما يتعلق بعوامل مؤكسدة قوية مثل أحماض الكبريتيك والنتريك المركزة والبرمنجنات وثاني كرومات البوتاسيوم (KMnO 4، K 2 Cr 2 O 7).

الاحتراق في الأكسجين

أ) الاحتراق الكامل مع وجود فائض من الأكسجين. يؤدي إلى تكوين ثاني أكسيد الكربون والماء:

CH 4 + 2O 2 \ u003d CO 2 + 2H 2 O

ب) الاحتراق غير الكامل مع نقص الأكسجين:

2CH 4 + 3O 2 \ u003d 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 \ u003d C + 2H 2 O

الأكسدة التحفيزية بالأكسجين

نتيجة لتسخين الألكانات بالأكسجين (~ 200 درجة مئوية) في وجود المحفزات ، يمكن الحصول على مجموعة متنوعة من المنتجات العضوية منها: الألدهيدات ، والكيتونات ، والكحوليات ، والأحماض الكربوكسيلية.

على سبيل المثال ، يمكن أن يتأكسد الميثان ، اعتمادًا على طبيعة العامل الحفاز ، إلى كحول الميثيل ، أو الفورمالديهايد ، أو حمض الفورميك:

3. التحولات الحرارية للألكانات

تكسير

التكسير (من اللغة الإنجليزية إلى الكراك - إلى التمزق) هو عملية كيميائية تحدث عند درجة حرارة عالية ، ونتيجة لذلك ينكسر الهيكل الكربوني لجزيئات الألكان مع تكوين جزيئات الألكان والألكان ذات الأوزان الجزيئية المنخفضة مقارنة بالألكانات الأصلية. علي سبيل المثال:

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

يمكن أن يكون التكسير حراريًا أو محفزًا. لتنفيذ التكسير الحفزي ، بسبب استخدام المحفزات ، يتم استخدام درجات حرارة منخفضة بشكل ملحوظ مقارنة بالتكسير الحراري.

نزع الهيدروجين

يحدث القضاء على الهيدروجين نتيجة كسر روابط الكربون الهيدروجينية ؛ أجريت في وجود محفزات في درجات حرارة مرتفعة. ينتج عن نزع الهيدروجين من الميثان الأسيتيلين:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

يؤدي تسخين الميثان إلى 1200 درجة مئوية إلى تحلله إلى مواد بسيطة:

CH 4 → C + 2H 2

يعطي نزع الهيدروجين عن الألكانات الأخرى الألكينات:

ج 2 س 6 ← ج 2 س 4 + ح 2

عند نزع الهيدروجين ن- يتكون البيوتين ، البيوتين أو البيوتين -2 (خليط رابطة الدول المستقلة-و نشوة-نظائر):

نزع الماء

الأزمرة

الخواص الكيميائية للألكانات الحلقية

تتطابق الخصائص الكيميائية للألكانات الحلقية التي تحتوي على أكثر من أربع ذرات كربون في الدورات عمومًا تقريبًا مع تلك الموجودة في الألكانات. بالنسبة إلى السيكلوبروبان والسيكلوبوتان ، من الغريب أن تكون تفاعلات الإضافة مميزة. ويرجع ذلك إلى التوتر الشديد داخل الدورة ، مما يؤدي إلى حقيقة أن هذه الدورات تميل إلى الانكسار. لذا فإن السيكلوبروبان والسيكلوبوتان يضيفان البروم أو الهيدروجين أو كلوريد الهيدروجين بسهولة:

الخواص الكيميائية للألكينات

1. تفاعلات الإضافة

نظرًا لأن الرابطة المزدوجة في جزيئات الألكين تتكون من رابطة سيجما قوية واحدة ورابطة pi ضعيفة ، فهي مركبات نشطة جدًا تدخل بسهولة في تفاعلات الإضافة. غالبًا ما تدخل الألكينات في مثل هذه التفاعلات حتى في ظل ظروف معتدلة - في البرد ، في المحاليل المائية والمذيبات العضوية.

هدرجة الألكينات

الألكينات قادرة على إضافة الهيدروجين في وجود المحفزات (البلاتين ، البلاديوم ، النيكل):

CH 3 -CH \ u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3

تستمر هدرجة الألكينات بسهولة حتى عند الضغط العادي والتسخين الخفيف. حقيقة مثيرة للاهتمام هي أنه يمكن استخدام نفس المحفزات لنزع الهيدروجين من الألكانات إلى الألكينات ، فقط عملية نزع الهيدروجين تستمر عند درجة حرارة أعلى وضغط أقل.

الهلجنة

تدخل الألكينات بسهولة في تفاعل إضافة مع البروم في كل من محلول مائي وفي مذيبات عضوية. نتيجة للتفاعل ، تفقد المحاليل الصفراء من البروم لونها في البداية ، أي تلطيخ.

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

الهالوجين المائي

من السهل ملاحظة أن إضافة هاليد الهيدروجين إلى جزيء ألكين غير متماثل يجب أن يؤدي نظريًا إلى خليط من أيزومرين. على سبيل المثال ، عند إضافة بروميد الهيدروجين إلى البروبين ، يجب الحصول على المنتجات التالية:

ومع ذلك ، في حالة عدم وجود شروط محددة (على سبيل المثال ، وجود بيروكسيدات في خليط التفاعل) ، ستحدث إضافة جزيء هاليد الهيدروجين بشكل انتقائي وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف:

تحدث إضافة هاليد الهيدروجين إلى ألكين بطريقة يتم فيها ربط الهيدروجين بذرة كربون مع عدد كبير من ذرات الهيدروجين (أكثر هدرجة) ، والهالوجين مرتبط بذرة كربون بعدد أقل من ذرات الهيدروجين (أقل مهدرجة).

ترطيب

يؤدي رد الفعل هذا إلى تكوين الكحوليات ، ويستمر أيضًا وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف:

كما قد تتخيل ، نظرًا لحقيقة أن إضافة الماء إلى جزيء الألكين يحدث وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف ، فإن تكوين الكحول الأولي ممكن فقط في حالة ترطيب الإيثيلين:

CH 2 \ u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2-OH

من خلال هذا التفاعل يتم تنفيذ الكمية الرئيسية من الكحول الإيثيلي في الصناعة ذات السعة الكبيرة.

البلمرة

حالة معينة من تفاعل الإضافة هي تفاعل البلمرة ، والذي ، على عكس الهالوجين والهالوجين المائي والترطيب ، يتم من خلال آلية الجذور الحرة:

تفاعلات الأكسدة

مثل جميع الهيدروكربونات الأخرى ، تحترق الألكينات بسهولة في الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء. معادلة احتراق الألكينات في الأكسجين الزائد لها الشكل:

C n H 2n + 2 + O 2 → nCO 2 + (n + 1) H 2 O

على عكس الألكانات ، تتأكسد الألكينات بسهولة. تحت تأثير محلول مائي من KMnO 4 على الألكينات ، يتغير اللون ، وهو تفاعل نوعي للروابط المزدوجة والثلاثية CC في جزيئات المواد العضوية.

تؤدي أكسدة الألكينات مع برمنجنات البوتاسيوم في محلول محايد أو قلوي قليلاً إلى تكوين ديول (كحول ثنائي الهيدروجين):

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH – CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (تبريد)

في البيئة الحمضية ، يحدث انقسام كامل للرابطة المزدوجة مع تحول ذرات الكربون التي شكلت الرابطة المزدوجة إلى مجموعات الكربوكسيل:

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 (تدفئة)

إذا كانت الرابطة المزدوجة C = C في نهاية جزيء الألكين ، فإن ثاني أكسيد الكربون يتشكل كمنتج أكسدة لذرة الكربون القصوى عند الرابطة المزدوجة. هذا يرجع إلى حقيقة أن منتج الأكسدة الوسيط ، حمض الفورميك ، يتأكسد بسهولة من تلقاء نفسه في وجود فائض من عامل مؤكسد:

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 (تدفئة)

في أكسدة الألكينات ، حيث تحتوي ذرة C في الرابطة المزدوجة على بدائل هيدروكربونية ، يتم تكوين كيتون. على سبيل المثال ، ينتج عن أكسدة 2-ميثيل بوتين -2 الأسيتون وحمض الخليك.

يتم استخدام أكسدة الألكينات ، التي تكسر الهيكل الكربوني للرابطة المزدوجة ، لتأسيس هيكلها.

الخواص الكيميائية للكادين

تفاعلات الإضافة

على سبيل المثال ، إضافة الهالوجينات:

يصبح ماء البروم عديم اللون.

في ظل الظروف العادية ، تحدث إضافة ذرات الهالوجين في نهايات جزيء بوتادين 1.3 ، بينما تتكسر روابط ، وترتبط ذرات البروم بذرات الكربون القصوى ، وتشكل التكافؤات الحرة رابطة جديدة. وهكذا ، كما لو كانت هناك "حركة" للرابطة المزدوجة. مع وجود فائض من البروم ، يمكن إضافة جزيء بروم آخر في موقع الرابطة المزدوجة المشكلة.

تفاعلات البلمرة

الخواص الكيميائية للألكينات

الألكينات عبارة عن هيدروكربونات غير مشبعة (غير مشبعة) وبالتالي فهي قادرة على الدخول في تفاعلات إضافية. من بين تفاعلات الإضافة للألكينات ، تعد الإضافة المحبة للكهرباء هي الأكثر شيوعًا.

الهلجنة

نظرًا لأن الرابطة الثلاثية لجزيئات alkyne تتكون من رابطة سيجما أقوى واثنين من روابط pi الأضعف ، فهي قادرة على ربط جزيء أو اثنين من جزيئات الهالوجين. تتم إضافة جزيئين هالوجين بواسطة جزيء ألكين واحد بواسطة آلية الإلكتروفيليك بالتتابع على مرحلتين:

الهالوجين المائي

تتم أيضًا إضافة جزيئات هاليد الهيدروجين بواسطة آلية الإلكتروفيلي وعلى مرحلتين. في كلتا المرحلتين ، تتم الإضافة وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف:

ترطيب

تحدث إضافة الماء إلى الألكينات في وجود أملاح الروثيوم في وسط حمضي ويسمى تفاعل كوتشيروف.

نتيجة لترطيب إضافة الماء إلى الأسيتيلين ، يتشكل الأسيتالديهيد (ألدهيد الخل):

بالنسبة لمتناظرات الأسيتيلين ، تؤدي إضافة الماء إلى تكوين الكيتونات:

هدرجة ألكين

تتفاعل الألكينات مع الهيدروجين في خطوتين. تستخدم المعادن مثل البلاتين والبلاديوم والنيكل كمحفزات:

تقليم ألكين

عندما يتم تمرير الأسيتيلين فوق الكربون المنشط عند درجة حرارة عالية ، يتم تكوين خليط من المنتجات المختلفة منه ، وأهمها البنزين ، وهو منتج من مادة الأسيتيلين:

قلة الألكينات

يدخل الأسيتيلين أيضًا في تفاعل ثنائي الأبعاد. تستمر العملية في وجود أملاح النحاس كمحفزات:

أكسدة ألكين

الألكينات تحترق في الأكسجين:

C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O

تفاعل الألكينات مع القواعد

الألكينات ذات CC ثلاثية في نهاية الجزيء ، على عكس الألكينات الأخرى ، قادرة على الدخول في تفاعلات يتم فيها استبدال ذرة الهيدروجين في الرابطة الثلاثية بمعدن. على سبيل المثال ، يتفاعل الأسيتيلين مع أميد الصوديوم في الأمونيا السائلة:

HC≡CH + NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3 ،

وأيضًا مع محلول الأمونيا من أكسيد الفضة ، مما يؤدي إلى تكوين مواد غير قابلة للذوبان تشبه الملح تسمى الأسيتيلنيدات:

بفضل هذا التفاعل ، من الممكن التعرف على الألكينات برابطة ثلاثية طرفية ، وكذلك عزل مثل هذا الألكين من خليط مع ألكينات أخرى.

وتجدر الإشارة إلى أن جميع أسيتيلنيدات الفضة والنحاس هي مواد متفجرة.

الأسيتيلات قادرة على التفاعل مع مشتقات الهالوجين ، والتي تستخدم في تركيب مركبات عضوية أكثر تعقيدًا مع رابطة ثلاثية:

CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3

CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr

الخواص الكيميائية للهيدروكربونات العطرية

تؤثر الطبيعة العطرية للرابطة على الخصائص الكيميائية للبنزين والهيدروكربونات العطرية الأخرى.

نظام إلكترون واحد 6pi أكثر استقرارًا من روابط pi التقليدية. لذلك ، بالنسبة للهيدروكربونات العطرية ، تكون تفاعلات الاستبدال مميزة أكثر من تفاعلات الإضافة. تدخل Arenes في تفاعلات الاستبدال بواسطة آلية محبة للكهرباء.

تفاعلات الاستبدال

الهلجنة

نترات

يستمر تفاعل النترات بشكل أفضل تحت تأثير ليس حمض النيتريك النقي ، ولكن خليطه مع حمض الكبريتيك المركز ، ما يسمى بخليط النيتريك:

الألكلة

التفاعل الذي يتم فيه استبدال إحدى ذرات الهيدروجين في النواة العطرية بجذر هيدروكربوني:

يمكن أيضًا استخدام الألكينات بدلاً من الألكانات المهلجنة. يمكن استخدام هاليدات الألومنيوم أو هاليدات الحديد أو الأحماض غير العضوية كمحفزات.<

تفاعلات الإضافة

الهدرجة

الحصول على الكلور

إنها تنطلق بآلية جذرية تحت إشعاع مكثف بالأشعة فوق البنفسجية:

وبالمثل ، يمكن أن يستمر التفاعل مع الكلور فقط.

تفاعلات الأكسدة

الإحتراق

2C 6 H 6 + 15O 2 \ u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q

أكسدة غير كاملة

حلقة البنزين مقاومة للعوامل المؤكسدة مثل KMnO 4 و K 2 Cr 2 O 7. رد الفعل لا يذهب.

تقسيم البدائل في حلقة البنزين إلى نوعين:

ضع في اعتبارك الخصائص الكيميائية لمتجانسات البنزين باستخدام التولوين كمثال.

الخواص الكيميائية للتولوين

الهلجنة

يمكن اعتبار أن جزيء التولوين يتكون من أجزاء من جزيئات البنزين والميثان. لذلك ، من المنطقي أن نفترض أن الخصائص الكيميائية للتولوين يجب أن تجمع إلى حد ما الخصائص الكيميائية لهاتين المادتين المأخوذة بشكل منفصل. على وجه الخصوص ، هذا هو بالضبط ما يتم ملاحظته أثناء الهالوجين. نحن نعلم بالفعل أن البنزين يدخل في تفاعل استبدال مع الكلور بواسطة آلية محبة للكهرباء ، ويجب استخدام المحفزات (هاليدات الألومنيوم أو الحديد الحديديك) لتنفيذ هذا التفاعل. في نفس الوقت ، الميثان قادر أيضًا على التفاعل مع الكلور ، ولكن بواسطة آلية الجذور الحرة ، والتي تتطلب تشعيع خليط التفاعل الأولي مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية. التولوين ، اعتمادًا على الظروف التي يخضع فيها للكلور ، قادر على إعطاء إما نواتج بديلة لذرات الهيدروجين في حلقة البنزين - لهذا تحتاج إلى استخدام نفس الشروط كما في كلورة البنزين ، أو منتجات استبدال ذرات الهيدروجين في جذر الميثيل ، إذا كان موجودًا ، كيفية التصرف على الميثان بالكلور عند تعريضه للأشعة فوق البنفسجية:

كما ترون ، أدت كلورة التولوين في وجود كلوريد الألومنيوم إلى منتجين مختلفين - أورثو وبارا كلورو تولين. هذا يرجع إلى حقيقة أن جذر الميثيل هو بديل من النوع الأول.

إذا تم إجراء كلورة التولوين في وجود AlCl 3 بما يزيد عن الكلور ، فمن الممكن تكوين التولوين المستبدل ثلاثي الكلور:

وبالمثل ، عند معالجة التولوين بالكلور في الضوء بنسبة أعلى من الكلور / التولوين ، يمكن الحصول على ثنائي كلورو ميثيل بنزين أو ثلاثي كلورو ميثيل بنزين:

نترات

يؤدي استبدال مجموعة النتروجين بذرات الهيدروجين ، أثناء نترات التولوين بمزيج من أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة ، إلى استبدال المنتجات في النواة العطرية ، وليس في جذر الميثيل:

الألكلة

كما ذكرنا سابقًا ، فإن جذري الميثيل هو موجه من النوع الأول ، وبالتالي ، تؤدي ألكلة Friedel-Crafts إلى منتجات بديلة في مواضع ortho و para:

تفاعلات الإضافة

يمكن هدرجة التولوين إلى ميثيل سيكلوهكسان باستخدام محفزات معدنية (Pt، Pd، Ni):

ج 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

أكسدة غير كاملة

تحت تأثير عامل مؤكسد مثل محلول مائي من برمنجنات البوتاسيوم ، تخضع السلسلة الجانبية للأكسدة. لا يمكن أن تتأكسد النواة العطرية في ظل هذه الظروف. في هذه الحالة ، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للمحلول ، سيتم تكوين حمض الكربوكسيل أو الملح.

الألكينات

تسمى الهيدروكربونات ، في جزيءها ، بالإضافة إلى روابط الكربون الكربونية والكربون الهيدروجينية البسيطة ، روابط كربون-كربون π ، غير محدود.نظرًا لأن تكوين رابطة يعادل رسميًا فقدان ذرتين هيدروجين بواسطة جزيء ، تحتوي الهيدروكربونات غير المشبعة على 2 صعدد ذرات الهيدروجين أقل من الحد ، حيث ف -عدد السندات π:

تسمى السلسلة التي يختلف أعضاؤها عن بعضهم البعض بواسطة (2H) n الجانب اللايسولوجي.لذلك ، في المخطط أعلاه ، المتماثلات هي هيكسانيس ، هيكسينيس ، هيكسادين ، هيكسينس ، هيكساترين ، إلخ.

تسمى الهيدروكربونات التي تحتوي على رابطة واحدة (أي الرابطة المزدوجة) الألكينات (أوليفينات)أو ، وفقًا للعضو الأول في السلسلة - الإيثيلين ، هيدروكربونات الإيثيلين.الصيغة العامة لسلسلتهم المتماثلة C p H 2l.

1. التسمية

وفقًا لقواعد IUPAC ، عند إنشاء أسماء الألكينات ، تتلقى سلسلة الكربون الأطول التي تحتوي على رابطة مزدوجة اسم الألكان المقابل ، حيث تكون النهاية -enتغير إلى -en.تم ترقيم هذه السلسلة بحيث تتلقى ذرات الكربون المشاركة في تكوين رابطة مزدوجة أصغر عدد ممكن:

يتم تسمية الجذور وترقيمها كما في حالة الألكانات.

بالنسبة للألكينات ذات البنية البسيطة نسبيًا ، يُسمح بأسماء أبسط. لذلك ، يتم استدعاء بعض الألكينات الأكثر شيوعًا عن طريق إضافة اللاحقة -enلاسم جذر هيدروكربوني له نفس الهيكل الكربوني:

الجذور الهيدروكربونية المتكونة من الألكينات تتلقى اللاحقة -ينيل.يبدأ الترقيم في الجذر من ذرة الكربون التي لها تكافؤ حر. ومع ذلك ، بالنسبة لأبسط جذور الألكينيل ، بدلاً من الأسماء المنهجية ، يُسمح باستخدام أسماء تافهة:

غالبًا ما يشار إلى ذرات الهيدروجين المرتبطة مباشرة بذرات الكربون غير المشبعة التي تشكل رابطة مزدوجة باسم ذرات الهيدروجين الفينيل،

2. الايزومرية

بالإضافة إلى تماثل الهيكل الكربوني ، يوجد في سلسلة الألكينات أيضًا تماثل موضع الرابطة المزدوجة. بشكل عام ، التماثل من هذا النوع - موضع الاستبدال isomerism (الوظائف)- لوحظ في جميع الحالات عند وجود أي مجموعات وظيفية في الجزيء. بالنسبة للألكان C 4 H 10 ، من الممكن وجود اثنين من الأيزومرات الهيكلية:

بالنسبة للألكين C 4 H 8 (البيوتين) ، من الممكن وجود ثلاثة أيزومرات:

البيوتين -1 والبيوتين -2 هما أيزومرات لموضع الوظيفة (في هذه الحالة ، يلعب دورها رابطة مزدوجة).

تختلف الايزومرات المكانية في الترتيب المكاني للبدائل بالنسبة لبعضها البعض وتسمى ايزومرات رابطة الدول المستقلة ،إذا كانت البدائل على نفس الجانب من الرابطة المزدوجة ، و الايزومرات العابرة ،إذا كان على طرفي نقيض:

3. هيكل السندات المزدوجة

طاقة تكسير الجزيء عند الرابطة المزدوجة C = C هي 611 kJ / mol ؛ نظرًا لأن طاقة الرابطة C-C هي 339 kJ / mol ، فإن طاقة كسر الرابطة هي فقط 611-339 = 272 kJ / mol. إن إلكترونات جاما أسهل بكثير من إلكترونات بيتا للتأثر ، على سبيل المثال ، باستقطاب المذيبات أو بأي كواشف مهاجمة. يفسر ذلك بالاختلاف في تناظر توزيع سحابة الإلكترونات للإلكترونات σ و. الحد الأقصى للتداخل بين المدارات p وبالتالي الحد الأدنى من الطاقة الحرة للجزيء يتم تحقيقه فقط ببنية مستوية لجزء الفينيل وبمسافة C-C مختصرة تساوي 0.134 نانومتر ، أي أصغر بكثير من المسافة بين ذرات الكربون المتصلة برابطة واحدة (0.154 نانومتر). مع دوران "نصفي" الجزيء بالنسبة لبعضهما البعض على طول محور الرابطة المزدوجة ، تنخفض درجة تداخل المدارات ، وهو ما يرتبط بإنفاق الطاقة. والنتيجة هي عدم وجود دوران حر على طول محور الرابطة المزدوجة ووجود أيزومرات هندسية مع الاستبدال المقابل في ذرات الكربون.

4. الخصائص الفيزيائية

مثل الألكانات ، فإن المتجانسات السفلية لعدد من أبسط الألكينات في الظروف العادية هي الغازات ، وبدءًا من C 5 فهي سوائل منخفضة الغليان.

جميع الألكينات ، مثل الألكانات ، غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء وقابلة للذوبان في المذيبات العضوية الأخرى ، باستثناء كحول الميثيل ؛ كلهم لديهم كثافة أقل من الماء.

5. الخصائص الكيميائية

عند النظر في تفاعل المركبات العضوية المعقدة ، يتم تطبيق مبدأ عام. في معظم التفاعلات ، لا تشارك جذور هيدروكربونية "خاملة" ، ولكن المجموعات الوظيفية الحالية وبيئتها المباشرة. هذا أمر طبيعي ، نظرًا لأن معظم الروابط أقل قوة من روابط C-C و C-H ، بالإضافة إلى أن الروابط الموجودة في المجموعة الوظيفية وبالقرب منها هي الأكثر استقطابًا.

من الطبيعي أن نتوقع أن تمر تفاعلات الألكينات عبر رابطة مزدوجة ، والتي يمكن اعتبارها أيضًا مجموعة وظيفية ، وبالتالي ، ستكون تفاعلات إضافة ، وليست تفاعلات استبدال ، وهي خاصية مميزة للألكانات التي تم اعتبارها سابقًا.

إضافة الهيدروجين

تؤدي إضافة الهيدروجين إلى الألكينات إلى تكوين الألكانات:

تحدث إضافة الهيدروجين إلى مركبات الإيثيلين في غياب المحفزات إلا في درجات حرارة عالية ، حيث يبدأ تحلل المواد العضوية غالبًا. إضافة الهيدروجين أسهل بكثير في وجود المحفزات. المحفزات عبارة عن معادن مجموعة البلاتين في حالة مشتتة بدقة ، البلاتين نفسه وخاصة البلاديوم - بالفعل في درجة حرارة عادية. كان اكتشاف Sabatier ذا أهمية عملية كبيرة ، حيث استخدم نيكل مقسم بدقة محضر خصيصًا عند درجة حرارة 150-300 درجة مئوية وأظهر في العديد من الأعمال تنوع هذا المحفز لعدد من تفاعلات الاختزال.

إضافة الهالوجينات

تضيف الهالوجينات إلى الألكينات لتكوين مشتقات ديهالوجين تحتوي على ذرات هالوجين في ذرات كربون مجاورة:

في المرحلة الأولى من هذا التفاعل ، يحدث التفاعل بين إلكترونات π للرابطة المزدوجة وجسيم الهالوجين المحب للكهرباء مع تكوين المركب π (I). علاوة على ذلك ، فإن مركب π يعيد ترتيبه في أيون الأونيوم (البرومونيوم) (II) مع التخلص من أنيون الهالوجين ، والذي يكون في حالة توازن مع الكربوهيدرات (III). ثم يهاجم الأنيون أيون البصل لتشكيل منتج الإضافة (IV):

يحدث هجوم الأنيون على أيون البرومونيوم (II) مع تكوين ثنائي بروميد (IV) في الموضع العابر. وهكذا ، في حالة إضافة Br 2 إلى السيكلوبنتين ، يتم تشكيل trans-1،2-dibromodiclo-pentane فقط:

الدليل على إضافة هالوجين على مرحلتين إلى الألكينات هو حقيقة أنه عند إضافة Br2 إلى سيكلوهكسين في وجود MaCl ، لا يتم تكوين trans-1،2-dibromocyclohexane فقط ، ولكن أيضًا عبر -1-برومو -2 -الكلورو حلقي الهكسان:

الهالوجين الراديكالي

في ظل الظروف القاسية (المرحلة الغازية ، 500 درجة مئوية) ، لا تضيف الهالوجينات إلى الرابطة المزدوجة ، ولكن موضع α مهلجن:

في هذه الحالة ، يستمر التفاعل بواسطة آلية جذرية.

إضافة هاليدات الهيدروجين

تضاف هاليدات الهيدروجين إلى الألكينات لتشكيل هالو ألكيل. الارتباط في حالة الجزيئات غير المتماثلة يتبع قاعدة ماركوفنيكوف ، أي أن الهيدروجين مرتبط بأكبر عدد من ذرات الكربون المهدرجة (مع أكبر عدد من ذرات الهيدروجين):

يستمر هذا التفاعل ، مثل إضافة البروم إلى الإيثيلين ، بعد تكوين مركب خلال مرحلة تكوين أيون البروتونيوم:

في ظل وجود البيروكسيدات ، لا يُضاف بروميد الهيدروجين وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف (تأثير الحراش):

في وجود البيروكسيدات ، لا يستمر التفاعل وفقًا لآلية الإضافة المحبة للكهرباء ، على النحو الوارد أعلاه ، ولكن وفقًا للآلية الجذرية. المرحلة الأولى هي هجوم جذر البيروكسيد على جزيء HBr:

يضاف جذر البروم الناتج إلى البروبيلين لتكوين جذر جديد:

يتم تثبيت الأخير عن طريق سحب الهيدروجين من جزيء HBr الجديد مع تجديد جزء جديد من البروم ، إلخ:

في هذه الحالة أيضًا ، يتم تحديد اتجاه العملية من خلال ثبات جذور البروموبروبان: يتشكل في الغالب أكثر استقرارًا ، مما يؤدي إلى 1-بروموبروبان.

اضافة الماء وحمض الكبريتيك

في وجود الأحماض ، يضاف الماء عند الرابطة المزدوجة وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف:

يحدث نفس التفاعل مع حامض الكبريتيك:

الأكسدة مع برمنجنات البوتاسيوم في وسط محايد أو قلوي قليلاً (تفاعل فاغنر)

في المرحلة الأولى ، وفقًا لآلية إضافة رابطة الدول المستقلة ، يضاف MnO 4 أيون إلى الرابطة المتعددة ، يليه الانقسام المائي لمنتج الإضافة غير المستقر وإطلاق MnO 3 أيون -

يستمر التفاعل وفقًا لنظام إضافة رابطة الدول المستقلة:

تعمل المحاليل الحمضية من البرمنجنات على أكسدة الألكينات مع كسر السلسلة عند الرابطة C = C وتشكيل الأحماض أو الكيتونات:

تأثير الأوزون على الألكينات

يؤدي هذا التفاعل إلى أوزونيدات بلورية شديدة الانفجار ، والتي عند التحلل المائي تشكل الألدهيدات أو الكيتونات:

غالبًا ما يستخدم التفاعل لتحديد موضع الرابطة المزدوجة في الجزيء ، حيث يمكن أيضًا تخيل بنية الألكين الأولي من مركبات الكربونيل الناتجة.

يستمر التفاعل عن طريق التحميل الحلقي المترابط عبر مرحلة مولوزونيد غير مستقر ، والتي تخضع للتفكك وإعادة التركيب اللاحق:

بلمرة الألكينات

من الأهمية بمكان بلمرة الإيثيلين والبروبيلين إلى بوليمرات بوزن جزيئي يبلغ حوالي 10 5. حتى عام 1953 ، تم استخدام البلمرة الجذرية (التي تبدأ بجذور حرة) بشكل أساسي ، على الرغم من استخدام كل من البدء الأنيوني والكاتيوني للعملية من حيث المبدأ.

بعد عمل زيجلر ونوت ، الحاصلين على جائزة نوبل لهذه الدراسات ، سمي ب بلمرة التنسيق.يتكون أبسط محفز "زيجلر" من هذا النوع من مركبات ثلاثي إيثيل الألمنيوم والتيتانيوم (IV). ينتج عن هذا تكوين بوليمرات بدرجة عالية من التنظيم الفراغي. على سبيل المثال ، أثناء بلمرة البروبيلين ، يتم تكوين البولي بروبيلين متساوي التباين - وهو بوليمر تشغل فيه جميع مجموعات الميثان الجانبية نفس الموضع المكاني:

يمنح هذا البوليمر قوة أكبر ، ويمكن استخدامه أيضًا في صناعة الألياف الاصطناعية.

البولي إيثيلين الناتج عن هذه العملية عبارة عن سلسلة مستقيمة من الهيدروكربون المشبع. إنه أقل مرونة من البولي إيثيلين عالي الضغط ، ولكنه يتمتع بصلابة أكبر وقادر على تحمل درجات حرارة أعلى.

نظرًا للجمع بين العديد من الخصائص القيمة ، فإن البولي إيثيلين له تطبيق واسع جدًا. إنها من أفضل المواد لعزل الكابلات ، لاستخدامها في تكنولوجيا الرادار ، وهندسة الراديو ، والزراعة ، وما إلى ذلك. تصنع منها مواسير وخراطيم وأوعية وحاويات للمنتجات الزراعية والأسمدة وأغشية مختلفة السماكة والعديد من الأدوات المنزلية. حتى أن أغشية البولي إيثيلين المتينة بدأت في استخدامها كغطاء لقاع القنوات الاصطناعية لجعلها مقاومة للماء.

التيلوميرات

أحد التطبيقات الصناعية المثيرة للاهتمام هو عملية البلمرة المشتركة للإيثيلين مع رابع كلوريد الكربون ، والتي تسمى تيلوميرات.إذا تمت إضافة benzoyl peroxide أو بادئ آخر يتحلل مع تكوين الجذور الحرة إلى خليط من الإيثيلين مع CC1 4 ، تحدث العملية التالية:

الجذور C1 3 "تبدأ بلمرة سلسلة الإيثيلين:

عند الالتقاء بجزيء CC1 4 آخر ، يتوقف نمو السلسلة:

Radical CC1 3 - يؤدي إلى ظهور سلسلة جديدة.

تسمى منتجات البلمرة الناتجة ذات الوزن الجزيئي المنخفض والتي تحتوي على ذرات هالوجين في نهايات السلسلة التيلوميرات.تم الحصول على التيلوميرات مع القيم ن = 2.3 ، 4 ، ... ، 15.

أثناء التحلل المائي لمنتجات التيلوميرات ، تتشكل أحماض كربوكسيلية مستبدلة بالكلورو ω ، وهي منتجات كيميائية قيّمة.

الهيدروكربونات غير المشبعة أو غير المشبعة من سلسلة الإثيلين (الألكينات أو الزيوت)

الألكينات، أو الأوليفينات(من lat. olefiant - زيت - اسم قديم ، ولكنه شائع الاستخدام في الأدب الكيميائي. والسبب في هذا الاسم هو كلوريد الإيثيلين ، الذي تم الحصول عليه في القرن الثامن عشر ، مادة زيتية سائلة.) - الهيدروكربونات الأليفاتية غير المشبعة ، التي يوجد في جزيئاتها رابطة مزدوجة واحدة بين ذرات الكربون.

تشكل الألكينات سلسلة متماثلة مع الصيغة العامة CnH2n

1. سلسلة متماثلة من الألكينات

المتماثلون:

معح2 = CH2 إيثين

معح2 = CH- CH3 البروبين

معH2 = CH-CH2-CH3البيوتين-1

معH2 = CH-CH2-CH2-CH3 بنتين-1

2. الخصائص الفيزيائية

الإيثيلين (الإيثين) هو غاز عديم اللون ذو رائحة حلوة خافتة ، أخف قليلاً من الهواء ، قابل للذوبان قليلاً في الماء.

C2 - C4 (غازات)

C5 - C17 (السوائل)

C18 - (صلب)

الألكينات غير قابلة للذوبان في الماء ، قابلة للذوبان في المذيبات العضوية (البنزين ، البنزين ، إلخ)

أخف من الماء

مع زيادة السيد ، تزداد نقاط الانصهار والغليان

3. أبسط ألكين هو الإيثيلين - C2H4

الصيغ الهيكلية والإلكترونية للإيثيلين هي:

في جزيء الإيثيلين ، واحد س- و اثنان صمدارات ذرات C ( ص 2-التهجين).

وبالتالي ، تحتوي كل ذرة C على ثلاثة مدارات هجينة ومداري واحد غير هجين. صمداري. اثنان من المدارات الهجينة لذرات C تتداخل وتتشكل بين ذرات C

σ - اتصال. تتداخل المدارات الأربعة الهجينة المتبقية لذرات C في نفس المستوى مع أربعة س- المدارات من ذرات H وتشكل أيضًا أربعة روابط. اثنان غير هجين ص- المدارات من ذرات C تتداخل بشكل متبادل في مستوى عمودي على المستوى σ - الرابطة ، أي يتم تشكيل واحد ص- الإتصال.

بحكم طبيعتها ص- يختلف الاتصال بشكل حاد عن اتصال σ - ؛ ص- تكون الرابطة أقل قوة بسبب تداخل سحب الإلكترون خارج مستوى الجزيء. تحت تأثير الكواشف ص- الاتصال ينقطع بسهولة.

جزيء الإيثيلين متماثل. توجد نوى جميع الذرات في نفس المستوى وزوايا الرابطة قريبة من 120 درجة ؛ المسافة بين مراكز ذرات C هي 0.134 نانومتر.

إذا كانت الذرات متصلة برابطة مزدوجة ، فإن دورانها يكون مستحيلًا بدون سحب الإلكترون ص- الاتصال غير مفتوح.

4. تماثل الألكينات

جنبا إلى جنب مع التماثل الهيكلي للهيكل الكربوني تتميز الألكينات ، أولاً ، بأنواع أخرى من التماثل البنيوي - تماثل موضع السندات المتعددةو بين الصفوف.

ثانيًا ، في سلسلة الألكينات ، التماثل المكاني ، المرتبطة بالموضع المختلف للبدائل بالنسبة للرابطة المزدوجة ، والتي حولها يكون الدوران داخل الجزيء مستحيلًا.

التماثل الهيكلي للألكينات

1. isomerism للهيكل الكربوني (بدءًا من C4H8):

2. تكافؤ موضع الرابطة المزدوجة (بدءًا من C4Н8):

3. التزاوج بين الطبقات مع الألكانات الحلقية ، بدءًا من C3H6:

التماثل المكاني للألكينات

إن دوران الذرات حول الرابطة المزدوجة مستحيل دون كسرها. ويرجع ذلك إلى السمات الهيكلية للرابطة p (تتركز سحابة p-electron أعلى وأسفل مستوى الجزيء). بسبب الارتباط الصلب للذرات ، لا تظهر التماثل الدوراني فيما يتعلق بالرابطة المزدوجة. لكنه يصبح ممكنا رابطة الدول المستقلة-نشوةالايزومرية.

يمكن أن توجد الألكينات التي لها بدائل مختلفة على كل ذرتين من ذرات الكربون في الرابطة المزدوجة كإيزومرين مكانيين يختلفان في ترتيب البدائل بالنسبة إلى مستوى الرابطة p. لذلك ، في جزيء البيوتين 2 CH3-CH = CH-CH3يمكن أن تكون مجموعات CH3 إما على جانب واحد من الرابطة المزدوجة في رابطة الدول المستقلة- أيزومر ، أو على طرفي نقيض في نشوة-ايزومير.

اهتمام! رابطة الدول المستقلة عبر- لا تظهر الايزومرية إذا كانت واحدة على الأقل من ذرات C في الرابطة المزدوجة بها بدائل متطابقة.

علي سبيل المثال،

بيوتين -1 CH2 = CH-CH2-CH3لا يمتلك رابطة الدول المستقلة- و نشوة-أيزومرات ، لأن ترتبط ذرة C الأولى بذرتي H متطابقتين.

نظائر رابطة الدول المستقلة- و نشوة- تختلف ليس فقط في المادية

,

ولكن أيضًا الخصائص الكيميائية ، tk. إن اقتراب أو إزالة أجزاء من الجزيء من بعضها البعض في الفضاء يعزز التفاعل الكيميائي أو يعيقه.

أحيانا رابطة الدول المستقلة عبرلا يسمى isomerism بالضبط تماثل هندسي. عدم الدقة هو أن الكلتختلف الأيزومرات المكانية في هندستها ، وليس فقط رابطة الدول المستقلة- و نشوة-.

5. التسمية

غالبًا ما يتم تسمية الألكينات البسيطة عن طريق استبدال اللاحقة -an في الألكانات بـ -يلين: إيثان - إيثيلين ،البروبان - البروبيلين ، إلخ.

وفقًا للتسمية المنهجية ، يتم إنتاج أسماء هيدروكربونات الإيثيلين عن طريق استبدال اللاحقة -an الموجودة في الألكانات المقابلة باللاحقة -ene (ألكان - ألكين ، إيثان - إيثين ، بروبان - بروبين ، إلخ). اختيار السلسلة الرئيسية وترتيب الاسم هو نفسه بالنسبة للألكانات. ومع ذلك ، يجب أن تتضمن السلسلة بالضرورة رابطة مزدوجة. يبدأ ترقيم السلسلة من النهاية التي يكون هذا الاتصال أقرب إليها. علي سبيل المثال:

تسمى الجذور غير المشبعة (الألكين) بالأسماء التافهة أو وفقًا للتسمية المنهجية:

(H2C = CH-) فينيل أو إيثينيل

(Н2С = CH-CH2) أليل

الهيدروكربونات الألكينية (الأوليفينات) هي إحدى فئات المواد العضوية التي لها خصائصها الخاصة. لا تتكرر أنواع تماثل الألكينات في ممثلي هذه الفئة مع تماثل المواد العضوية الأخرى.

في تواصل مع

السمات المميزة للفئة

تسمى أوليفينات الإيثيلين أحد فئات الهيدروكربونات غير المشبعة التي تحتوي على رابطة مزدوجة واحدة.

وفقًا للخصائص الفيزيائية ، فإن ممثلي هذه الفئة من المركبات غير المشبعة هم:

• غازات،
• السوائل
• مركبات صلبة.

في تكوين الجزيئات لا يوجد فقط رابطة "سيجما" ، ولكن أيضًا رابطة "باي". والسبب في ذلك هو الوجود في الصيغة البنائية للتهجين " sp2"، والتي تتميز بترتيب ذرات المركب في نفس المستوى.

في الوقت نفسه ، يتم تشكيل زاوية لا تقل عن مائة وعشرين درجة بينهما. مدارات غير مهجنة " ص»من سمات الموقع سواء فوق المستوى الجزيئي أو تحته.

تؤدي ميزة الهيكل هذه إلى تكوين روابط إضافية - "pi" أو " π ».

الاتصال الموصوف أقل قوة مقارنة بسندات "سيجما" ، حيث أن التصاق الجوانب المتداخلة ضعيف. يتميز التوزيع الكلي لكثافات الإلكترون للروابط المشكلة بعدم التجانس. عند الدوران بالقرب من رابطة الكربون والكربون ، هناك انتهاك لتداخل المدارات "p". لكل ألكين (أوليفين) ، مثل هذا النمط هو سمة مميزة.

تحتوي جميع مركبات الإيثيلين تقريبًا على درجات غليان وانصهار عالية ، وهي ليست من سمات جميع المواد العضوية. يذوب ممثلو هذه الفئة من الكربوهيدرات غير المشبعة بسرعة في المذيبات العضوية الأخرى.

انتباه!المركبات غير المشبعة غير الحلقية لهيدروكربونات الإيثيلين الصيغة العامة - C n H 2n.

تنادد

استنادًا إلى حقيقة أن الصيغة العامة للألكينات هي C n H 2n ، فإن لها تماثلًا معينًا. تبدأ السلسلة المتجانسة من الألكينات بأول ممثل للإيثيلين أو الإيثين. هذه المادة في الظروف العادية عبارة عن غاز وتحتوي على ذرتين من الكربون وأربع ذرات هيدروجين -ج 2 ح 4. خلف الإيثين ، تستمر سلسلة الألكينات المتماثلة مع البروبين والبيوتين. الصيغ الخاصة بهم هي كما يلي: "C 3 H 6" و "C 4 H 8". في الظروف العادية ، تكون أيضًا غازات أثقل ، مما يعني أنه يجب جمعها باستخدام أنبوب اختبار مقلوب رأسًا على عقب.

تسمح لك الصيغة العامة للألكينات بحساب الممثل التالي لهذه الفئة ، مع وجود خمس ذرات كربون على الأقل في السلسلة الهيكلية. هذا بنتين بالصيغة "C 5 H 10".

وفقًا للخصائص الفيزيائية ، تنتمي المادة المشار إليها إلى السوائل ، بالإضافة إلى المركبات الاثني عشر التالية من الخط المتماثل.

من بين الألكينات التي لها هذه الخصائص ، توجد أيضًا مواد صلبة تبدأ بالصيغة C 18 H 36. لا تميل هيدروكربونات الإيثيلين السائلة والصلبة إلى الذوبان في الماء ، ولكن عندما تدخل في مذيبات عضوية ، فإنها تتفاعل معها.

تتضمن الصيغة العامة الموصوفة للألكينات استبدال اللاحقة السابقة "an" بـ "en". هذا منصوص عليه في قواعد IUPAC. أيًا كان ممثل هذه الفئة من المركبات التي نأخذها ، فجميعهم لديهم اللاحقة الموصوفة.

باسم مركبات الإيثيلين ، يوجد دائمًا رقم معين يشير إلى موقع الرابطة المزدوجة في الصيغة. ومن الأمثلة على ذلك: "بيوتين -1" أو "بنتين -2". يبدأ الترقيم الذري من الحافة الأقرب إلى التكوين المزدوج. وهذه القاعدة هي "الحديد" في كل الأحوال.

ايزومرية

اعتمادًا على النوع الحالي من التهجين للألكينات ، فإن لديهم أنواعًا معينة من التماثل ، ولكل منها خصائصه وبنيته الخاصة. ضع في اعتبارك الأنواع الرئيسية لتشابه الألكينات.

النوع الهيكلي

تنقسم التماكب البنيوي إلى أيزومرات وفقًا لما يلي:

• هيكل عظمي من الكربون
• موقع الرابطة المزدوجة.

تنشأ الايزومرات الهيكلية للهيكل الكربوني في حالة ظهور الجذور (فروع من السلسلة الرئيسية).

ستكون ايزومرات ألكينات التماكب المشار إليه:

CH 2 \ u003d CH — CH 2 — CH 3.

2-ميثيلبروبين -1:

CH2 = ج — CH 3

│

تحتوي المركبات المعروضة على إجمالي عدد ذرات الكربون والهيدروجين (C 4 H 8) ، ولكن لها بنية مختلفة من الهيكل الهيدروكربوني. هذه ايزومرات هيكلية ، على الرغم من أن خصائصها ليست متشابهة. يحتوي البيوتين 1 (البيوتيلين) على رائحة مميزة وخصائص مخدرة تهيج الجهاز التنفسي. لا تحتوي هذه الميزات على 2-methylpropene-1.

في هذه الحالة ، لا يحتوي الإيثيلين (C 2 H 4) على أيزومرات ، لأنه يتكون من ذرتين فقط من الكربون ، حيث لا يمكن استبدال الجذور.

النصيحة!يُسمح بوضع الراديكالي على ذرات الكربون المتوسطة وما قبل الأخيرة ، لكن لا يُسمح بوضعها بالقرب من البدائل المتطرفة. تنطبق هذه القاعدة على جميع الهيدروكربونات غير المشبعة.

فيما يتعلق بموقع الرابطة المزدوجة ، تتميز الأيزومرات:

CH 2 \ u003d CH — CH 2 — CH 2 -CH 3.

CH 3 -CH = CH — CH 2 -CH 3.

الصيغة العامة للألكينات في الأمثلة المعروضة هي:ج 5 ح 10 ،، لكن موقع الرابطة المزدوجة واحد مختلف.سوف تختلف خصائص هذه المركبات. هذا هو التماثل البنيوي.

ايزومرية

النوع المكاني

يرتبط التماثل المكاني للألكينات بطبيعة ترتيب بدائل الهيدروكربون.

وبناءً على ذلك تتميز الأيزومرات:

• "رابطة الدول المستقلة" ؛
• "نشوة".

تسمح الصيغة العامة للألكينات بتكوين "الأيزومرات العابرة" و "الأيزومرات المترابطة" لنفس المركب. خذ على سبيل المثال البيوتيلين (البيوتين). لذلك ، من الممكن إنشاء أيزومرات للبنية المكانية عن طريق ترتيب البدائل بطرق مختلفة بالنسبة للرابطة المزدوجة. مع الأمثلة ، ستبدو تماثل الألكينات كما يلي:

"رابطة الدول المستقلة" "عبر الأيزومر"

بوتين -2 بوتين -2

من هذا المثال ، يمكن ملاحظة أن "أيزومرات رابطة الدول المستقلة" لها جذرين متطابقين على جانب واحد من مستوى الرابطة المزدوجة. بالنسبة إلى "الأيزومرات العابرة" ، لا تعمل هذه القاعدة ، نظرًا لأن لديهم بدائلين مختلفين بالنسبة لسلسلة الكربون "C \ u003d C". بالنظر إلى هذا الانتظام ، فمن الممكن بناء أيزومرات "رابطة الدول المستقلة" و "عبر" للعديد من هيدروكربونات الإيثيلين الحلقية.

لا يمكن تحويل "cis-isomer" و "trans-isomer" لـ butene-2 ​​إلى بعضهما البعض ، لأن هذا يتطلب الدوران حول سلسلة الكربون المزدوجة الحالية (C = C). لإجراء هذا الدوران ، يلزم قدر معين من الطاقة لكسر "الرابطة p" الحالية.

بناءً على ما سبق ، يمكن استنتاج أن أيزومرات "ترانس" و "رابطة الدول المستقلة" للأنواع عبارة عن مركبات فردية مع مجموعة معينة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية.

الذي ألكين ليس له أيزومرات. لا يحتوي الإيثيلين على أيزومرات مكانية بسبب نفس ترتيب بدائل الهيدروجين بالنسبة للسلسلة المزدوجة.

Interclass

التزاوج بين الطبقات في الهيدروكربونات الألكين منتشر على نطاق واسع. والسبب في ذلك هو تشابه الصيغة العامة لممثلي هذه الفئة مع صيغة السيكلوبارافينات (سيكلو ألكانات). تحتوي هذه الفئات من المواد على نفس عدد ذرات الكربون والهيدروجين ، وهو أحد مضاعفات التركيب (C n H 2n).

ستبدو أيزومرات Interclass كما يلي:

CH 2 \ u003d CH — CH 3.

سيكلوبروبان:

اتضح أن الصيغةج 3 ح 6مركبان مسؤولان: البروبين -1 وسيكلوبروبان.من الهيكل الهيكلي يمكن للمرء أن يرى الترتيب المختلف للكربون بالنسبة لبعضه البعض. تختلف خصائص هذه المركبات أيضًا. البروبين 1 (البروبيلين) مركب غازي مع نقطة غليان منخفضة. يتميز السيكلوبروبان بحالة غازية ذات رائحة نفاذة وطعم لاذع. تختلف الخصائص الكيميائية لهذه المواد أيضًا ، لكن تركيبها متطابق. في العضوية ، يسمى هذا النوع من الأيزومر interlass.

الألكينات. تماثل الألكينات. استعمال. الكيمياء العضوية.

الألكينات: الهيكل ، والتسمية ، والتشابه

خاتمة

الألكين isomerism هو سمة مهمة لها ، بسبب ظهور مركبات جديدة مع خصائص أخرى في الطبيعة ، والتي تستخدم في الصناعة والحياة اليومية.

أبسط ألكين هو ethene C 2 H 4. وفقًا لتسمية IUPAC ، يتم تكوين أسماء الألكينات من أسماء الألكانات المقابلة عن طريق استبدال اللاحقة "-an" بـ "-ene" ؛ يشار إلى موضع الرابطة المزدوجة برقم عربي.

التركيب المكاني للإيثيلين

باسم الممثل الأول لهذه السلسلة - الإيثيلين - تسمى هذه الهيدروكربونات الإيثيلين.

التسمية والتشابه

التسمية

غالبًا ما يتم استدعاء الألكينات ذات البنية البسيطة عن طريق استبدال اللاحقة -an في الألكانات بـ -يلين: الإيثان - الإيثيلين ، البروبان - البروبيلين ، إلخ.

وفقًا للتسمية المنهجية ، يتم إنتاج أسماء هيدروكربونات الإيثيلين عن طريق استبدال اللاحقة -an الموجودة في الألكانات المقابلة باللاحقة -ene (ألكان - ألكين ، إيثان - إيثين ، بروبان - بروبين ، إلخ). اختيار السلسلة الرئيسية وترتيب الاسم هو نفسه بالنسبة للألكانات. ومع ذلك ، يجب أن تتضمن السلسلة بالضرورة رابطة مزدوجة. يبدأ ترقيم السلسلة من النهاية التي يكون هذا الاتصال أقرب إليها. علي سبيل المثال:

يتم استخدام الأسماء المنطقية أحيانًا أيضًا. في هذه الحالة ، تعتبر جميع هيدروكربونات الألكين بمثابة إيثيلين مستبدل:

تسمى الجذور غير المشبعة (الألكين) بالأسماء التافهة أو وفقًا للتسمية المنهجية:

H 2 C \ u003d CH - - فينيل (إيثينيل)

H 2 C \ u003d CH - CH 2 - -allyl (propenyl-2)

ايزومرية

تتميز الألكينات بنوعين من التماثل البنيوي. بالإضافة إلى التماثل المرتبط بهيكل الهيكل الكربوني (كما في الألكانات) ، هناك تماثل يعتمد على موضع الرابطة المزدوجة في السلسلة. هذا يؤدي إلى زيادة عدد الأيزومرات في سلسلة الألكين.

لا يحتوي أول عضوين من السلسلة المتجانسة للألكينات - (الإيثيلين والبروبيلين) - على أيزومرات ويمكن التعبير عن هيكلهما على النحو التالي:

H 2 C \ u003d CH 2 إيثيلين (إيثين)

H 2 C \ u003d CH - CH 3 بروبيلين (بروبين)

تماثل موضع الرابطة المتعددة

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

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

تماكب هندسي - رابطة الدول المستقلة ، عبر-isomerism.

هذا التماثل هو سمة من سمات المركبات ذات الرابطة المزدوجة.

إذا سمحت رابطة σ البسيطة بالتناوب الحر للروابط الفردية لسلسلة الكربون حول محورها ، فإن هذا الدوران لا يحدث حول رابطة مزدوجة. وهذا سبب ظهور الشكل الهندسي ( رابطة الدول المستقلة ، عبر-) نظائر.

التماثل الهندسي هو أحد أنواع التماثل المكاني.

الايزومرات التي توجد فيها نفس البدائل (عند ذرات كربون مختلفة) على جانب واحد من الرابطة المزدوجة تسمى ايزومرات رابطة الدول المستقلة ، وبطرق مختلفة - الايزومرات العابرة:

رابطة الدول المستقلة-و نشوة-تختلف الأيزومرات ليس فقط في التركيب المكاني ، ولكن أيضًا في العديد من الخواص الفيزيائية والكيميائية. نشوة-الأيزومرات أكثر استقرارًا من رابطة الدول المستقلة-نظائر.

الحصول على الألكينات

الألكينات نادرة في الطبيعة. عادة ، يتم عزل الألكينات الغازية (الإيثيلين ، والبروبيلين ، والبيوتيلين) من غازات المصفاة (أثناء التكسير) أو الغازات المصاحبة ، وكذلك من غازات فحم الكوك.

في الصناعة ، يتم الحصول على الألكينات عن طريق نزع الهيدروجين من الألكانات في وجود محفز (Cr 2 O 3).

نزع الهيدروجين من الألكانات

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

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

من الطرق المختبرية للحصول عليها ، يمكن ملاحظة ما يلي:

1. انشقاق هاليد الهيدروجين من الألكيلات المهلجنة تحت تأثير محلول كحول قلوي عليها:

2. هدرجة الأسيتيلين في وجود عامل حفاز (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \ u003d CH 2

3. جفاف الكحوليات (انقسام الماء).
تستخدم الأحماض (الكبريتيك أو الفوسفوريك) أو Al 2 O 3 كمحفز:

في مثل هذه التفاعلات ، ينفصل الهيدروجين عن ذرة الكربون الأقل هدرجة (مع أقل عدد من ذرات الهيدروجين) (قاعدة إيه إم زايتسيف):

الخصائص الفيزيائية

يتم عرض الخصائص الفيزيائية لبعض الألكينات في الجدول أدناه. الممثلون الثلاثة الأولون للسلسلة المتجانسة للألكينات (الإيثيلين والبروبيلين والبيوتيلين) عبارة عن غازات تبدأ بـ C 5 H 10 (الأميلين أو البنتين -1) عبارة عن سوائل ، ومع C 18 H 36 عبارة عن مواد صلبة. مع زيادة الوزن الجزيئي ، تزداد نقاط الانصهار والغليان. تغلي الألكينات العادية عند درجة حرارة أعلى من أيزومراتها. نقطة الغليان رابطة الدول المستقلة- أيزومرات أعلى من نشوة- الأيزومرات ونقاط الانصهار - والعكس صحيح.

الألكينات ضعيفة الذوبان في الماء (ومع ذلك ، فهي أفضل من الألكانات المقابلة) ، لكنها جيدة في المذيبات العضوية. يحترق الإيثيلين والبروبيلين بلهب مدخن.

الخصائص الفيزيائية لبعض الألكينات

الألكينات لها قطبية منخفضة ، لكنها سهلة الاستقطاب.

الخواص الكيميائية

الألكينات شديدة التفاعل. يتم تحديد خصائصها الكيميائية بشكل أساسي من خلال الرابطة المزدوجة بين الكربون والكربون.

الرابطة π ، باعتبارها الأقل قوة ويمكن الوصول إليها ، تنكسر تحت تأثير الكاشف ، وتنفق التكافؤات المنبعثة من ذرات الكربون على إضافة الذرات التي يتكون منها جزيء الكاشف. يمكن تمثيل هذا كمخطط:

وهكذا ، بالإضافة إلى التفاعلات الإضافية ، يتم كسر الرابطة المزدوجة ، كما كانت ، بمقدار النصف (مع الحفاظ على الرابطة σ).

بالنسبة للألكينات ، بالإضافة إلى الإضافة ، تعتبر تفاعلات الأكسدة والبلمرة أيضًا مميزة.

تفاعلات الإضافة

في كثير من الأحيان ، تستمر تفاعلات الإضافة وفقًا لنوع الحالة غير المتجانسة ، كونها تفاعلات إضافة محبة للكهرباء.

1. الهدرجة (إضافة الهيدروجين). الألكينات ، التي تضيف الهيدروجين في وجود المحفزات (Pt ، Pd ، Ni) ، تنتقل إلى الهيدروكربونات المشبعة - الألكانات:

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

2. الهالوجين (إضافة الهالوجينات). تضيف الهالوجينات بسهولة في موقع تمزق الرابطة المزدوجة لتكوين مشتقات ديهالوجين:

H 2 C \ u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1،2-ثنائي كلورو الإيثان)

إضافة الكلور والبروم أسهل ، واليود أكثر صعوبة. يتفاعل الفلور مع الألكينات ، كما هو الحال مع الألكانات ، مع انفجار.

قارن: في الألكينات ، يكون تفاعل الهالوجين عملية إضافة ، وليس استبدال (كما في الألكانات).

عادة ما يتم إجراء تفاعل الهالوجين في مذيب عند درجة حرارة عادية.

تحدث إضافة البروم والكلور إلى الألكينات بواسطة آلية أيونية وليست جذرية. يأتي هذا الاستنتاج من حقيقة أن معدل إضافة الهالوجين لا يعتمد على التشعيع ووجود الأكسجين والكواشف الأخرى التي تبدأ أو تمنع العمليات الجذرية. بناءً على عدد كبير من البيانات التجريبية ، تم اقتراح آلية لهذا التفاعل ، والتي تشمل عدة مراحل متتالية. في المرحلة الأولى ، يحدث استقطاب جزيء الهالوجين تحت تأثير إلكترونات الرابطة π. تشكل ذرة الهالوجين ، التي تكتسب بعض الشحنة الموجبة الجزئية ، وسيطًا غير مستقر مع إلكترونات الرابطة ، تسمى المركب π أو مجمع نقل الشحنة. وتجدر الإشارة إلى أنه في المركب ، لا يشكل الهالوجين رابطًا موجهًا مع أي ذرة كربون معينة ؛ في هذا المجمع ، يتم ببساطة تحقيق تفاعل متلقي المانح لزوج الإلكترون من الرابطة π كمانح والهالوجين كمستقبل.

علاوة على ذلك ، يتحول المركب إلى أيون برومونيوم دوري. في عملية تكوين هذا الكاتيون الدوري ، يحدث انقسام غير متجانس لرابطة Br-Br ويحدث انشقاق فارغ ص-وربيتال sp 2 - ذرة كربون مهجنة تتداخل مع ص- مداري من "الزوج الوحيد" من إلكترونات ذرة الهالوجين ، مكونًا أيون برومونيوم دوري.

في المرحلة الثالثة الأخيرة ، يهاجم أنيون البروم ، كعامل محب للنواة ، إحدى ذرات الكربون في أيون البرومونيوم. يؤدي الهجوم المحب للنيوكليوفيلي بواسطة أيون البروميد إلى فتح الحلقة المكونة من ثلاثة أعضاء وتشكيل ثنائي بروميد مجاور ( فيك-قرب). يمكن اعتبار هذه الخطوة رسميًا على أنها استبدال محب للنواة لـ S N 2 عند ذرة الكربون ، حيث تكون المجموعة المتبقية هي Br +.

ليس من الصعب التنبؤ بنتيجة هذا التفاعل: أنيون البروم يهاجم الكربوهيدرات لتكوين ثنائي برومو الإيثان.

يعد التلون السريع لمحلول البروم في CCl 4 أحد أبسط اختبارات عدم التشبع ، حيث تتفاعل الألكينات والألكينات والداين بسرعة مع البروم.

تعد إضافة البروم إلى الألكينات (تفاعل المعالجة بالبروم) تفاعل نوعي مع الهيدروكربونات المشبعة. عندما تمر الهيدروكربونات غير المشبعة عبر ماء البروم (محلول البروم في الماء) ، يختفي اللون الأصفر (في حالة الحد من الهيدروكربونات ، يبقى كذلك).

3. hydrohalogenation (إضافة هاليدات الهيدروجين). تضيف الألكينات هاليدات الهيدروجين بسهولة:

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

تتبع إضافة هاليدات الهيدروجين إلى متماثلات الإيثيلين قاعدة V.V. Markovnikov (1837 - 1904): في ظل الظروف العادية ، يتم ربط هيدروجين هاليد الهيدروجين في موقع الرابطة المزدوجة بأكثر ذرات الكربون المهدرجة ، والهالوجين إلى أقل. مهدرجة:

يمكن تفسير قاعدة ماركوفنيكوف من خلال حقيقة أنه في الألكينات غير المتماثلة (على سبيل المثال ، في البروبيلين) ، يتم توزيع كثافة الإلكترون بشكل غير متساو. تحت تأثير مجموعة الميثيل المرتبطة مباشرة بالرابطة المزدوجة ، تتحول كثافة الإلكترون نحو هذه الرابطة (إلى ذرة الكربون القصوى).

بسبب هذا التحول ، تكون الرابطة p مستقطبة وتظهر الشحنات الجزئية على ذرات الكربون. من السهل أن نتخيل أن أيون الهيدروجين موجب الشحنة (بروتون) سينضم إلى ذرة كربون (إضافة محبة للكهرباء) ، والتي تحتوي على شحنة سالبة جزئية ، وأنيون بروم ، إلى الكربون بشحنة موجبة جزئية.

هذا الارتباط هو نتيجة للتأثير المتبادل للذرات في الجزيء العضوي. كما تعلم ، فإن الكهربية لذرة الكربون أعلى قليلاً من تلك الموجودة في الهيدروجين.

لذلك ، في مجموعة الميثيل ، لوحظ بعض الاستقطاب في روابط σ-C-H ، مرتبطًا بتحول في كثافة الإلكترون من ذرات الهيدروجين إلى الكربون. بدوره ، يؤدي هذا إلى زيادة كثافة الإلكترون في منطقة الرابطة المزدوجة ، وخاصة في ذراتها القصوى. وهكذا ، فإن مجموعة الميثيل ، مثل مجموعات الألكيل الأخرى ، تعمل كمانح للإلكترون. ومع ذلك ، في وجود مركبات البيروكسيد أو O 2 (عندما يكون التفاعل جذريًا) ، يمكن أن يتعارض هذا التفاعل أيضًا مع قاعدة ماركوفنيكوف.

للأسباب نفسها ، يتم ملاحظة قاعدة ماركوفنيكوف عندما لا تتم إضافة هاليدات الهيدروجين فقط إلى الألكينات غير المتماثلة ، ولكن أيضًا الكواشف الكهربية الأخرى (H 2 O ، H 2 SO 4 ، HOCl ، ICl ، إلخ).

4. الترطيب (إضافة الماء). في وجود المحفزات ، يضاف الماء إلى الألكينات لتكوين الكحوليات. علي سبيل المثال:

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

تفاعلات الأكسدة

تتأكسد الألكينات بسهولة أكبر من الألكانات. تعتمد المنتجات المتكونة أثناء أكسدة الألكينات وهيكلها على بنية الألكينات وظروف هذا التفاعل.

1. الاحتراق

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

2. الأكسدة التحفيزية غير المكتملة

3. الأكسدة في درجة الحرارة العادية. عندما يعمل محلول مائي من KMnO 4 على الإيثيلين (في ظل الظروف العادية ، في وسط محايد أو قلوي - تفاعل فاغنر) ، يتشكل كحول ثنائي الهيدروجين - إيثيلين جلايكول:

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

هذا التفاعل نوعي: يتغير اللون البنفسجي لمحلول برمنجنات البوتاسيوم عند إضافة مركب غير مشبع إليه.

في ظل ظروف أكثر شدة (أكسدة KMnO 4 في وجود حمض الكبريتيك أو خليط الكروم) ، تنكسر الرابطة المزدوجة في الألكين لتشكيل منتجات تحتوي على الأكسجين:

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

تفاعل الأزمرة

عند تسخينها أو في وجود محفزات ، تكون الألكينات قادرة على التماثل - يتحرك رابط مزدوج أو يتم إنشاء بنية متساوية.

تفاعلات البلمرة

بسبب كسر روابط π ، يمكن أن تتحد جزيئات الألكين مع بعضها البعض ، وتشكل جزيئات طويلة السلسلة.

البحث في الطبيعة والدور الفسيولوجي للألكينات

في الطبيعة ، لم يتم العثور على الألكينات غير الحلقية عمليا. أبسط ممثل لهذه الفئة من المركبات العضوية - الإيثيلين C 2 H 4 - هو هرمون للنباتات ويتم تصنيعه بكميات صغيرة.

أحد الألكينات القليلة التي تحدث بشكل طبيعي هي المسكالور ( رابطة الدول المستقلة- tricosen-9) هو عامل جذب جنسي لذبابة المنزل الأنثوية (Musca domestica).

الألكينات المنخفضة بتركيزات عالية لها تأثير مخدر. تسبب الأعضاء الأعلى من السلسلة أيضًا تشنجات وتهيجًا في الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي.

الممثلين الفرديين

الإيثيلين (الإيثين) مركب كيميائي عضوي موصوف بواسطة الصيغة C 2 H 4. إنه أبسط ألكين. يحتوي على رابطة مزدوجة وبالتالي يشير إلى الهيدروكربونات غير المشبعة أو غير المشبعة. يلعب دورًا مهمًا للغاية في الصناعة ، وهو أيضًا هرمون نباتي (مواد عضوية منخفضة الوزن الجزيئي تنتجها النباتات ولها وظائف تنظيمية).

الإيثيلين - يسبب التخدير وله تأثير مزعج ومسبب للطفرات.

الإيثيلين هو المركب العضوي الأكثر إنتاجًا في العالم ؛ بلغ إجمالي الإنتاج العالمي من الإيثيلين في عام 2008 113 مليون طن ويستمر في النمو بنسبة 2-3٪ سنويًا.

الإيثيلين هو المنتج الرئيسي للتخليق العضوي الرئيسي ويستخدم لإنتاج البولي إيثيلين (المركز الأول ، حتى 60٪ من الحجم الإجمالي).

البولي إيثيلين هو بوليمر لدن بالحرارة من الإيثيلين. أكثر أنواع البلاستيك شيوعًا في العالم.

إنها كتلة شمعية بيضاء اللون (الأوراق الشفافة الرقيقة عديمة اللون). إنه مقاوم كيميائيًا ومقاوم للصقيع ، عازل ، غير حساس للصدمات (ممتص الصدمات) ، يلين عند التسخين (80-120 درجة مئوية) ، يتجمد عند التبريد ، الالتصاق (التصاق الأسطح غير المتشابهة من الأجسام الصلبة و / أو السائلة) منخفضة للغاية. في بعض الأحيان يتم التعرف عليه في العقل الشائع مع السيلوفان - مادة مماثلة من أصل نباتي.

البروبيلين - يسبب التخدير (أقوى من الإيثيلين) ، وله تأثير سام ومسبب للطفرات.

مقاومة للماء ، لا تتفاعل مع القلويات من أي تركيز ، مع محاليل الأملاح المحايدة ، الحمضية والقاعدية ، الأحماض العضوية وغير العضوية ، حتى حمض الكبريتيك المركز ، ولكنها تتحلل تحت تأثير حمض النيتريك بنسبة 50٪ في درجة حرارة الغرفة وتحت تأثير من الكلور السائل والغازي والفلور. مع مرور الوقت ، تحدث الشيخوخة الحرارية.

فيلم البولي إيثيلين (خاصة التغليف ، مثل غلاف الفقاعات أو الشريط).

حاويات (زجاجات ، برطمانات ، صناديق ، عبوات ، أوعية سقي الحدائق ، أواني الشتلات.

أنابيب البوليمر للصرف الصحي والصرف الصحي وإمدادات المياه والغاز.

مواد عازلة كهربائية.

يستخدم مسحوق البولي إيثيلين كمادة لاصقة تذوب بالحرارة.

البيوتين -2 - يسبب التخدير وله تأثير مزعج.