Hemijska svojstva alkana

Alkani (parafini) su neciklični ugljikovodici, u čijim su molekulima svi atomi ugljika povezani samo jednostrukim vezama. Drugim riječima, u molekulima alkana nema višestrukih, dvostrukih ili trostrukih veza. Zapravo, alkani su ugljikovodici koji sadrže najveći mogući broj atoma vodika, pa se stoga nazivaju ograničavajućim (zasićenim).

Zbog zasićenja, alkani ne mogu stupiti u reakcije adicije.

Budući da atomi ugljika i vodika imaju prilično blisku elektronegativnost, to dovodi do činjenice da su CH veze u njihovim molekulima izuzetno niskog polariteta. U tom smislu, za alkane su karakterističnije reakcije koje se odvijaju po mehanizmu supstitucije radikala, označene simbolom S R.

1. Reakcije supstitucije

U reakcijama ovog tipa dolazi do prekida veze ugljik-vodik.

RH + XY → RX + HY

Halogenacija

Alkani reagiraju s halogenima (klorom i bromom) pod djelovanjem ultraljubičastog svjetla ili jakom toplinom. U ovom slučaju nastaje mješavina halogenih derivata s različitim stupnjevima supstitucije atoma vodika - mono-, di-tri- itd. halogen-supstituisani alkani.

Na primjeru metana to izgleda ovako:

Promjenom omjera halogen/metan u reakcionoj smjesi moguće je osigurati da bilo koji određeni derivat halogena metana prevladava u sastavu proizvoda.

2. Reakcije oksidacije

U normalnim uslovima, alkani su inertni u odnosu na jaka oksidaciona sredstva kao što su koncentrisana sumporna i azotna kiselina, permanganat i kalijum dihromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).

Sagorevanje u kiseoniku

A) potpuno sagorevanje sa viškom kiseonika. Dovodi do stvaranja ugljičnog dioksida i vode:

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

B) nepotpuno sagorevanje uz nedostatak kiseonika:

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

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

Katalitička oksidacija kisikom

Kao rezultat zagrijavanja alkana kisikom (~200 o C) u prisustvu katalizatora, iz njih se može dobiti širok izbor organskih proizvoda: aldehidi, ketoni, alkoholi, karboksilne kiseline.

Na primjer, metan, ovisno o prirodi katalizatora, može se oksidirati u metil alkohol, formaldehid ili mravlju kiselinu:

3. Termičke transformacije alkana

Pucanje

Cracking (od engleskog to crack - trgati) je kemijski proces koji se odvija na visokoj temperaturi, uslijed čega se ugljični kostur molekula alkana lomi formiranjem alkena i molekula alkana niže molekularne težine u odnosu na originalne alkane. Na primjer:

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

Krekiranje može biti termičko ili katalitičko. Za realizaciju katalitičkog krekinga, zbog upotrebe katalizatora, koriste se znatno niže temperature u odnosu na termički kreking.

Dehidrogenacija

Eliminacija vodonika nastaje kao rezultat prekida C-H veza; izvedeno u prisustvu katalizatora na povišenim temperaturama. Dehidrogenacijom metana nastaje acetilen:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Zagrijavanje metana na 1200 ° C dovodi do njegovog razlaganja na jednostavne tvari:

CH 4 → C + 2H 2

Dehidrogenacija drugih alkana daje alkene:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

Prilikom dehidrogeniranja n-nastaje butan, buten ili buten-2 (smjesa cis- i trans-izomeri):

Dehidrociklizacija

Izomerizacija

Hemijska svojstva cikloalkana

Hemijska svojstva cikloalkana s više od četiri atoma ugljika u ciklusima općenito su gotovo identična onima alkana. Za ciklopropan i ciklobutan, začudo, karakteristične su reakcije adicije. To je zbog visoke napetosti unutar ciklusa, što dovodi do činjenice da ovi ciklusi imaju tendenciju prekida. Tako ciklopropan i ciklobutan lako dodaju brom, vodonik ili klorovodik:

Hemijska svojstva alkena

1. Reakcije sabiranja

Budući da se dvostruka veza u molekulima alkena sastoji od jedne jake sigma veze i jedne slabe pi veze, oni su prilično aktivni spojevi koji lako ulaze u reakcije adicije. Alkeni često ulaze u takve reakcije čak i pod blagim uslovima - na hladnoći, u vodenim rastvorima i organskim rastvaračima.

Hidrogenacija alkena

Alkeni su u stanju da dodaju vodonik u prisustvu katalizatora (platina, paladijum, nikl):

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

Hidrogenacija alkena se odvija lako čak i pri normalnom pritisku i blagom zagrijavanju. Zanimljiva je činjenica da se isti katalizatori mogu koristiti za dehidrogenaciju alkana u alkene, samo što se proces dehidrogenacije odvija na višoj temperaturi i nižem pritisku.

Halogenacija

Alkeni lako ulaze u reakciju adicije sa bromom i u vodenom rastvoru i u organskim rastvaračima. Kao rezultat interakcije, prvobitno žute otopine broma gube boju, tj. obezbojiti.

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

Hidrohalogenacija

Lako je vidjeti da bi dodavanje halogenovodika nesimetričnoj molekuli alkena trebalo teoretski dovesti do mješavine dva izomera. Na primjer, kada se bromovodonik doda propenu, trebali bi se dobiti sljedeći proizvodi:

Ipak, u nedostatku specifičnih uslova (na primjer, prisutnost peroksida u reakcionoj smjesi), dodavanje molekule halogen vodika će se dogoditi striktno selektivno u skladu s pravilom Markovnikov:

Dodavanje halogenvodika alkenu se događa na način da je vodik vezan za atom ugljika s velikim brojem atoma vodika (više hidrogeniziran), a halogen je vezan za atom ugljika s manjim brojem atoma vodika. (manje hidrogenizovano).

Hidratacija

Ova reakcija dovodi do stvaranja alkohola, a također se odvija u skladu s Markovnikovovim pravilom:

Kao što možete pretpostaviti, zbog činjenice da se dodavanje vode molekuli alkena odvija prema Markovnikovom pravilu, stvaranje primarnog alkohola moguće je samo u slučaju hidratacije etilena:

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

Ovom reakcijom se glavna količina etilnog alkohola provodi u industriji velikih kapaciteta.

Polimerizacija

Specifičan slučaj reakcije adicije je reakcija polimerizacije koja se, za razliku od halogenacije, hidrohalogenacije i hidratacije, odvija mehanizmom slobodnih radikala:

Reakcije oksidacije

Kao i svi drugi ugljikovodici, alkeni lako sagorevaju u kisiku i stvaraju ugljični dioksid i vodu. Jednačina za sagorevanje alkena u višku kiseonika ima oblik:

C n H 2n+2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O

Za razliku od alkana, alkeni se lako oksidiraju. Pod djelovanjem vodenog rastvora KMnO 4 na alkene dolazi do promjene boje, što je kvalitativna reakcija na dvostruke i trostruke CC veze u molekulima organskih tvari.

Oksidacija alkena kalijevim permanganatom u neutralnoj ili blago alkalnoj otopini dovodi do stvaranja diola (dihidričnih alkohola):

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

U kiseloj sredini dolazi do potpunog cijepanja dvostruke veze s transformacijom atoma ugljika koji su formirali dvostruku vezu u karboksilne grupe:

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 (zagrijavanje)

Ako je dvostruka C=C veza na kraju molekule alkena, tada nastaje ugljični dioksid kao produkt oksidacije ekstremnog atoma ugljika na dvostrukoj vezi. To je zbog činjenice da se međuprodukt oksidacije, mravlja kiselina, lako oksidira sam po sebi u višku oksidacijskog sredstva:

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 (grijanje)

Prilikom oksidacije alkena, u kojoj C atom na dvostrukoj vezi sadrži dva ugljikovodična supstituenta, nastaje keton. Na primjer, oksidacija 2-metilbutena-2 proizvodi aceton i octenu kiselinu.

Oksidacija alkena, koja razbija ugljični kostur na dvostrukoj vezi, koristi se za uspostavljanje njihove strukture.

Hemijska svojstva alkadiena

Reakcije sabiranja

Na primjer, dodavanje halogena:

Bromna voda postaje bezbojna.

U normalnim uslovima, dodavanje atoma halogena se dešava na krajevima molekula butadiena-1,3, dok su π veze prekinute, atomi broma su vezani za ekstremne atome ugljenika, a slobodne valencije formiraju novu π vezu. Dakle, kao da postoji "pokret" dvostruke veze. Uz višak broma, može se dodati još jedan molekul broma na mjesto formirane dvostruke veze.

reakcije polimerizacije

Hemijska svojstva alkina

Alkini su nezasićeni (nezasićeni) ugljovodonici i stoga su sposobni da uđu u reakcije adicije. Među reakcijama adicije za alkine, elektrofilna adicija je najčešća.

Halogenacija

Budući da se trostruka veza alkinskih molekula sastoji od jedne jače sigma veze i dvije slabije pi veze, oni su u stanju da vežu jedan ili dva molekula halogena. Dodavanje dva molekula halogena jednom alkinskom molekulu odvija se elektrofilnim mehanizmom uzastopno u dva stupnja:

Hidrohalogenacija

Dodavanje molekula halogenovodonika također se odvija elektrofilnim mehanizmom i to u dvije faze. U obje faze, sabiranje se odvija u skladu s pravilom Markovnikova:

Hidratacija

Dodavanje vode alkinima događa se u prisustvu soli rutijuma u kiseloj sredini i naziva se Kucherovljeva reakcija.

Kao rezultat hidratacije dodavanjem vode acetilenu, nastaje acetaldehid (octeni aldehid):

Za homologe acetilena, dodavanje vode dovodi do stvaranja ketona:

Alkinska hidrogenacija

Alkini reaguju sa vodonikom u dva koraka. Metali poput platine, paladijuma, nikla koriste se kao katalizatori:

Alkinska trimerizacija

Kada se acetilen prebacuje preko aktivnog ugljena na visokoj temperaturi, iz njega nastaje mješavina raznih proizvoda, od kojih je glavni benzen, produkt trimerizacije acetilena:

Dimerizacija alkina

Acetilen također ulazi u reakciju dimerizacije. Proces se odvija u prisustvu soli bakra kao katalizatora:

Alkinska oksidacija

Alkini sagorevaju u kiseoniku:

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

Interakcija alkina sa bazama

Alkini sa trostrukim C≡C na kraju molekula, za razliku od drugih alkina, mogu da uđu u reakcije u kojima se atom vodonika u trostrukoj vezi zamenjuje metalom. Na primjer, acetilen reagira s natrijevim amidom u tekućem amonijaku:

HC≡CH + NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,

a također i s otopinom srebrnog oksida amonijaka, tvoreći nerastvorljive tvari slične solima zvane acetilenidi:

Zahvaljujući ovoj reakciji moguće je prepoznati alkine sa terminalnom trostrukom vezom, kao i izolovati takav alkin iz mješavine s drugim alkinima.

Treba napomenuti da su svi acetilenidi srebra i bakra eksplozivne tvari.

Acetilidi mogu reagirati s derivatima halogena, što se koristi u sintezi složenijih organskih spojeva s trostrukom vezom:

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

Hemijska svojstva aromatičnih ugljovodonika

Aromatična priroda veze utiče na hemijska svojstva benzena i drugih aromatičnih ugljovodonika.

Jedan 6pi elektronski sistem je mnogo stabilniji od konvencionalnih pi veza. Stoga su za aromatične ugljovodonike reakcije supstitucije karakterističnije od reakcija adicije. Areni ulaze u reakcije supstitucije elektrofilnim mehanizmom.

Reakcije supstitucije

Halogenacija

Nitracija

Reakcija nitriranja najbolje se odvija pod djelovanjem ne čiste dušične kiseline, već njene mješavine s koncentriranom sumpornom kiselinom, tzv. nitrirajuće smjese:

Alkilacija

Reakcija u kojoj je jedan od atoma vodika u aromatičnom jezgru zamijenjen ugljikovodičnim radikalom:

Alkeni se također mogu koristiti umjesto halogeniranih alkana. Kao katalizatori se mogu koristiti aluminijum halogenidi, feri željezo halogenidi ili neorganske kiseline.<

Reakcije sabiranja

hidrogenacija

Pristupanje hlora

Nastaje radikalnim mehanizmom pod intenzivnim zračenjem ultraljubičastim svjetlom:

Slično, reakcija se može odvijati samo s hlorom.

Reakcije oksidacije

Sagorijevanje

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

nepotpuna oksidacija

Benzenski prsten je otporan na oksidirajuća sredstva kao što su KMnO 4 i K 2 Cr 2 O 7 . Reakcija ne ide.

Podjela supstituenata u benzenskom prstenu na dva tipa:

Razmotrite hemijska svojstva homologa benzena koristeći toluen kao primjer.

Hemijska svojstva toluena

Halogenacija

Može se smatrati da se molekul toluena sastoji od fragmenata molekula benzena i metana. Stoga je logično pretpostaviti da bi hemijska svojstva toluena u određenoj mjeri trebala kombinovati hemijska svojstva ove dvije supstance odvojene. Konkretno, to je upravo ono što se uočava prilikom njegovog halogeniranja. Već znamo da benzen ulazi u reakciju supstitucije s hlorom elektrofilnim mehanizmom, a za izvođenje ove reakcije moraju se koristiti katalizatori (aluminij ili željezni halogenidi). U isto vrijeme, metan također može reagirati sa hlorom, ali mehanizmom slobodnih radikala, što zahtijeva zračenje početne reakcione smjese UV svjetlom. Toluen, u zavisnosti od uslova pod kojima se podvrgava kloriranju, može dati ili supstitucijske proizvode atoma vodika u benzenskom prstenu - za to morate koristiti iste uslove kao kod hloriranja benzena, ili supstitucijske proizvode atoma vodika u metil radikal, ako je na njemu, kako djelovati na metan s hlorom kada je ozračen ultraljubičastim zračenjem:

Kao što možete vidjeti, hloriranje toluena u prisustvu aluminij hlorida dovelo je do dva različita proizvoda - orto- i para-klorotoluena. To je zbog činjenice da je metilni radikal supstituent prve vrste.

Ako se kloriranje toluena u prisutnosti AlCl 3 provodi u višku klora, moguće je stvaranje trihlor-supstituiranog toluena:

Slično, kada se toluen klorira na svjetlu pri većem omjeru hlor/toluen, može se dobiti diklorometilbenzen ili triklorometilbenzen:

Nitracija

Zamjena atoma vodika za azotnu grupu, tokom nitriranja toluena mješavinom koncentrovane dušične i sumporne kiseline, dovodi do supstitucijskih produkata u aromatičnom jezgru, a ne u metil radikalu:

Alkilacija

Kao što je već spomenuto, metilni radikal je orijentant prve vrste, stoga njegova Friedel-Craftsova alkilacija dovodi do supstitucijskih proizvoda u orto i para pozicijama:

Reakcije sabiranja

Toluen se može hidrogenirati u metilcikloheksan pomoću metalnih katalizatora (Pt, Pd, Ni):

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

nepotpuna oksidacija

Pod djelovanjem takvog oksidacijskog sredstva kao što je vodena otopina kalijevog permanganata, bočni lanac prolazi kroz oksidaciju. Aromatično jezgro se ne može oksidirati u takvim uslovima. U tom slučaju, ovisno o pH otopine, formirat će se ili karboksilna kiselina ili njena sol.

ALKENI

Ugljovodonici, u čijoj molekuli, pored prostih ugljik-ugljenik i ugljik-vodik σ-veze, postoje π-veze ugljik-ugljenik, nazivaju se neograničeno. Budući da je formiranje π veze formalno ekvivalentno gubitku dva atoma vodika od strane molekule, nezasićeni ugljovodonici sadrže 2p manje atoma vodika od granice, gdje P - broj π-veza:

Zove se niz čiji se članovi međusobno razlikuju za (2H) n izološka strana. Dakle, u gornjoj shemi, izolozi su heksani, hekseni, heksadieni, heksini, heksatrieni, itd.

Ugljovodonici koji sadrže jednu π-vezu (tj. dvostruku vezu) nazivaju se alkeni (olefini) ili, prema prvom članu serije - etilen, etilenski ugljovodonici. Opća formula za njihov homologni niz C p H 2n.

1. Nomenklatura

U skladu sa pravilima IUPAC-a, prilikom konstruisanja imena alkena, najduži ugljikov lanac koji sadrži dvostruku vezu dobija naziv odgovarajućeg alkana, u kojem je završetak -en promijenio u -en. Ovaj lanac je numerisan na takav način da atomi ugljika uključeni u formiranje dvostruke veze dobiju najmanji mogući broj:

Radikali su imenovani i numerisani kao u slučaju alkana.

Za alkene relativno jednostavne strukture dozvoljena su jednostavnija imena. Dakle, neki od najčešćih alkena se nazivaju dodavanjem sufiksa -en na ime ugljikovodičnih radikala s istim ugljikovim kosturom:

Ugljovodonični radikali formirani od alkena dobijaju sufiks -enil. Numeracija u radikalu počinje od atoma ugljika koji ima slobodnu valenciju. Međutim, za najjednostavnije alkenil radikale, umjesto sistematskih naziva, dopušteno je koristiti trivijalne:

Atomi vodika koji su direktno vezani za nezasićene atome ugljika koji formiraju dvostruku vezu često se nazivaju vinil vodikovi atomi,

2. Izomerizam

Pored izomerizma ugljeničnog skeleta, u nizu alkena postoji i izomerija položaja dvostruke veze. Općenito, izomerizam ovog tipa - supstituent položaj izomerizam (funkcije)- primećuje se u svim slučajevima kada u molekuli postoje funkcionalne grupe. Za alkan C 4 H 10 moguća su dva strukturna izomera:

Za alken C 4 H 8 (buten) moguća su tri izomera:

Buten-1 i buten-2 su izomeri položaja funkcije (u ovom slučaju njegovu ulogu igra dvostruka veza).

Prostorni izomeri se razlikuju po prostornom rasporedu supstituenata jedan u odnosu na drugi i nazivaju se cis izomeri, ako su supstituenti na istoj strani dvostruke veze, i trans izomeri, ako na suprotnim stranama:

3. Struktura dvostruke veze

Energija prekida molekula na C=C dvostrukoj vezi je 611 kJ/mol; budući da je energija σ-veze C-C 339 kJ/mol, energija prekida π veze je samo 611-339 = 272 kJ/mol. Na π-elektrone je mnogo lakše nego na σ-elektrone utjecati, na primjer, polarizirajućim rastvaračima ili bilo kojim napadačkim reagensima. Ovo se objašnjava razlikom u simetriji distribucije elektronskog oblaka σ- i π-elektrona. Maksimalno preklapanje p-orbitala i, posljedično, minimalna slobodna energija molekula ostvaruje se samo s planarnom strukturom vinilnog fragmenta i sa skraćenom C-C razmakom od 0,134 nm, tj. mnogo manji od udaljenosti između atoma ugljika povezanih jednom vezom (0,154 nm). S rotacijom "polovina" molekula jedna u odnosu na drugu duž ose dvostruke veze, smanjuje se stupanj preklapanja orbitala, što je povezano s utroškom energije. Posljedica ovoga je odsustvo slobodne rotacije duž ose dvostruke veze i postojanje geometrijskih izomera sa odgovarajućom supstitucijom na atomima ugljika.

4. Fizička svojstva

Kao i alkani, niži homolozi niza najjednostavnijih alkena u normalnim uslovima su gasovi, a počevši od C 5 su tečnosti niskog ključanja.

Svi alkeni, kao i alkani, su praktično nerastvorljivi u vodi i lako rastvorljivi u drugim organskim rastvaračima, sa izuzetkom metil alkohola; svi imaju manju gustinu od vode.

5. Hemijska svojstva

Kada se razmatra reaktivnost složenih organskih jedinjenja, primenjuje se opšti princip. U većini reakcija nije uključen "inertni" ugljikovodični radikal, već postojeće funkcionalne grupe i njihovo neposredno okruženje. To je prirodno, budući da je većina veza manje jaka od C-C i C-H veza, a osim toga, veze unutar i blizu funkcionalne grupe su najpolariziranije.

Prirodno je očekivati ​​da će reakcije alkena proći kroz dvostruku vezu, koja se takođe može smatrati funkcionalnom grupom, pa će se, prema tome, raditi o reakcijama adicije, a ne o supstitucijskim reakcijama, karakterističnim za prethodno razmatrane alkane.

Dodatak vodonika

Dodatak vodika alkenima dovodi do stvaranja alkana:

Dodavanje vodika spojevima etilena u odsustvu katalizatora događa se samo pri visokim temperaturama, na kojima često počinje raspadanje organskih tvari. Dodavanje vodonika je mnogo lakše u prisustvu katalizatora. Katalizatori su metali platinske grupe u fino dispergovanom stanju, sama platina i posebno paladijum - već na običnoj temperaturi. Od velike praktične važnosti bilo je otkriće Sabatiera, koji je koristio posebno pripremljen fino usitnjeni nikl na temperaturi od 150-300°C i u brojnim radovima pokazao svestranost ovog katalizatora za niz redukcijskih reakcija.

Dodatak halogena

Halogeni se dodaju u alkene kako bi formirali dihalogene derivate koji sadrže atome halogena na susjednim atomima ugljika:

U prvoj fazi ove reakcije dolazi do interakcije između π-elektrona dvostruke veze i elektrofilne halogene čestice sa formiranjem π-kompleksa (I). Dalje, π-kompleks se preuređuje u onijum (bromonijum) jon (II) uz eliminaciju halogenog anjona, koji je u ravnoteži sa karbokationom (III). Anion zatim napada onijumski jon da bi formirao proizvod adicije (IV):

Anionski napad bromonijevog jona (II) sa stvaranjem dibromida (IV) javlja se u trans poziciji. Dakle, u slučaju dodavanja Br 2 ciklopentenu nastaje samo trans-1,2-dibromodiklo-pentan:

Dokaz dvostepenog dodavanja halogena alkenima je činjenica da kada se Br 2 doda cikloheksenu u prisustvu MaCl, ne nastaje samo trans-1,2-dibromocikloheksan, već i trans-1-bromo-2 -hlorocikloheksan:

Radikalna halogenacija

U teškim uslovima (gasna faza, 500°C), halogeni se ne dodaju dvostrukoj vezi, ali je α-položaj halogeniran:

U ovom slučaju, reakcija se odvija radikalnim mehanizmom.

Dodatak halogenovodonika

Halogenidi vodika se dodaju alkenima kako bi se formirali haloalkili. Vezanje u slučaju asimetričnih molekula slijedi pravilo Markovnikova, odnosno, vodonik je vezan za najhidrogeniraniji atom ugljika (sa najvećim brojem atoma vodika):

Ova reakcija, poput dodavanja broma etilenu, teče nakon formiranja π-kompleksa kroz fazu formiranja protonijum jona:

U prisustvu peroksida, bromovodonik se ne dodaje prema Markovnikovom pravilu (Haraš efekat):

U prisustvu peroksida, reakcija se ne odvija prema mehanizmu elektrofilne adicije, kao gore, već prema mehanizmu radikala. Prva faza je napad peroksidnog radikala na molekulu HBr:

Rezultirajući bromni radikal se dodaje propilenu kako bi se formirao novi radikal:

Potonji se stabilizira izvlačenjem vodika iz nove molekule HBr uz regeneraciju novog radikala broma, itd.:

I u ovom slučaju, smjer procesa je određen stabilnošću bromopropanskih radikala: pretežno nastaje stabilniji, što dovodi do 1-bromopropana.

Dodavanje vode i sumporne kiseline

U prisustvu kiselina, voda se dodaje na dvostruku vezu prema Markovnikovom pravilu:

Ista reakcija se dešava sa sumpornom kiselinom:

Oksidacija kalijum permanganatom u neutralnom ili blago alkalnom mediju (Wagnerova reakcija)

U prvoj fazi, prema cis-adicijskom mehanizmu, višestrukoj vezi se dodaje ion MnO 4, nakon čega slijedi hidrolitičko cijepanje nestabilnog adicionog produkta i oslobađanje jona MnO 3 -

Reakcija se odvija prema shemi cis-adicije:

Kisele otopine permanganata oksidiraju alkene s prekidom lanca na C=C vezi i stvaranjem kiselina ili ketona:

Utjecaj ozona na alkene

Ova reakcija dovodi do visoko eksplozivnih kristalnih ozonida, koji hidrolizom stvaraju aldehide ili ketone:

Reakcija se često koristi za određivanje položaja dvostruke veze u molekuli, budući da se struktura početnog alkena može zamisliti i iz nastalih karbonilnih spojeva.

Reakcija se odvija cis-cikloadicijom kroz fazu nestabilnog molozonida, koji prolazi kroz disocijaciju i naknadnu rekombinaciju:

Polimerizacija alkena

Od posebnog značaja je polimerizacija etilena i propilena u polimere sa molekulskom težinom od oko 10 5 . Do 1953. godine uglavnom se koristila radikalna (pokrenuta slobodnim radikalima) polimerizacija, iako su se u principu koristile i anjonsko i katjonsko iniciranje procesa.

Nakon rada Zieglera i Nutta, koji su za ove studije dobili Nobelovu nagradu, tzv koordinaciona polimerizacija. Najjednostavniji "Ziegler" katalizator ovog tipa sastoji se od jedinjenja trietilaluminijuma i titana (IV). Ovo rezultira formiranjem polimera sa visokim stepenom stereoregularnosti. Na primjer, tokom polimerizacije propilena nastaje izotaktički polipropilen - polimer u kojem sve bočne CH 3 grupe zauzimaju isti prostorni položaj:

To daje polimeru veću čvrstoću, a može se čak koristiti i za izradu sintetičkih vlakana.

Polietilen proizveden ovim postupkom je zasićeni ugljovodonik ravnog lanca. Manje je elastičan od polietilena visokog pritiska, ali ima veću tvrdoću i može izdržati više temperature.

Zbog kombinacije mnogih vrijednih svojstava, polietilen ima vrlo široku primjenu. Jedan je od najboljih materijala za izolaciju kablova, za upotrebu u radarskoj tehnici, radiotehnici, poljoprivredi itd. Od njega se prave cevi, creva, posude, kontejneri za poljoprivredne proizvode i đubriva, folije raznih debljina i mnogi predmeti za domaćinstvo. Izdržljive polietilenske folije su se čak počele koristiti kao pokrivač za dno umjetnih kanala kako bi bili vodootporni.

Telomerizacija

Zanimljiva industrijska primjena je proces kopolimerizacije etilena sa ugljičnim tetrahloridom, tzv telomerizacija. Ako se benzoil peroksid ili drugi inicijator koji se razgrađuje stvaranjem slobodnih radikala doda mješavini etilena sa CC1 4, dolazi do sljedećeg procesa:

Radikali SS1 3" pokreću lančanu polimerizaciju etilena:

Prilikom susreta sa drugom molekulom CC1 4, rast lanca prestaje:

Radical CC1 3 - stvara novi lanac.

Rezultirajući proizvodi polimerizacije niske molekularne težine koji sadrže atome halogena na krajevima lanca nazivaju se telomere. Telomere dobijene sa vrijednostima n = 2,3, 4, ..., 15.

Tokom hidrolize produkata telomerizacije nastaju ω-hloro-supstituisane karboksilne kiseline koje su vrijedni hemijski proizvodi.

NEZASIĆENI ILI NEZASIĆENI UGLJOVODONICI SERIJE ETILENA (ALKENI ILI OLEFINI)

Alkeni, ili olefini(od lat. olefiant - ulje - staro ime, ali u širokoj upotrebi u hemijskoj literaturi. Razlog za ovaj naziv je bio etilen hlorid, dobijen u 18. veku, je tečna uljasta supstanca.) - alifatski nezasićeni ugljikovodici, u čijim molekulima postoji jedna dvostruka veza između atoma ugljika.

Alkeni formiraju homologni niz sa opštom formulom CnH2n

1. Homologni niz alkena

homolozi:

WithH2 = CH2 eten

WithH2 = CH- CH3 propene

WithH2=CH-CH2-CH3buten-1

WithH2=CH-CH2-CH2-CH3 penten-1

2. Fizička svojstva

Etilen (eten) je bezbojni gas vrlo slabog slatkog mirisa, nešto lakši od vazduha, slabo rastvorljiv u vodi.

C2 - C4 (gasovi)

C5 - C17 (tečnosti)

S18 - (puni)

Alkeni su nerastvorljivi u vodi, rastvorljivi u organskim rastvaračima (benzin, benzol, itd.)

Lakši od vode

Sa povećanjem Mr, povećavaju se tačke topljenja i ključanja

3. Najjednostavniji alken je etilen - C2H4

Strukturne i elektronske formule etilena su:

U molekulu etilena, jedan s- i dva str-orbitale C atoma ( sp 2-hibridizacija).

Dakle, svaki C atom ima tri hibridne orbitale i jednu nehibridnu orbitalu. str-orbitale. Dvije hibridne orbitale C atoma se međusobno preklapaju i formiraju između C atoma

σ - veza. Preostale četiri hibridne orbitale C atoma se preklapaju u istoj ravni sa četiri s-orbitale H atoma i formiraju četiri σ-veze. Dva nehibridna str-orbitale C atoma se međusobno preklapaju u ravni koja je okomita na ravan σ - vezu, tj. jedan je formiran P- veza.

Po svojoj prirodi P- veza se oštro razlikuje od σ - veze; P- veza je manje jaka zbog preklapanja elektronskih oblaka izvan ravnine molekula. Pod uticajem reagensa P- veza se lako prekida.

Molekul etilena je simetričan; jezgra svih atoma nalaze se u istoj ravni, a uglovi veze su blizu 120°; udaljenost između centara C atoma je 0,134 nm.

Ako su atomi povezani dvostrukom vezom, onda je njihova rotacija nemoguća bez elektronskih oblaka P- veza nije otvorena.

4. Izomerizam alkena

Zajedno sa strukturni izomerizam ugljeničnog skeleta alkene karakteriziraju, prije svega, druge vrste strukturne izomerije - višestruka pozicija izomerizma veza i međuklasni izomerizam.

Drugo, u nizu alkena, prostorni izomerizam , povezan sa različitim položajem supstituenata u odnosu na dvostruku vezu, oko koje je intramolekularna rotacija nemoguća.

Strukturna izomerija alkena

1. Izomerizam ugljeničnog skeleta (počevši od C4H8):

2. Izomerizam položaja dvostruke veze (počevši od S4N8):

3. Međuklasna izomerija s cikloalkanima, počevši od C3H6:

Prostorni izomerizam alkena

Rotacija atoma oko dvostruke veze je nemoguća bez njenog prekida. To je zbog strukturnih karakteristika p-veze (oblak p-elektrona je koncentrisan iznad i ispod ravnine molekula). Zbog krutog vezivanja atoma, rotacijski izomerizam u odnosu na dvostruku vezu se ne pojavljuje. Ali postaje moguće cis-trans-izomerizam.

Alkeni koji imaju različite supstituente na svakom od dva atoma ugljika u dvostrukoj vezi mogu postojati kao dva prostorna izomera koji se razlikuju po rasporedu supstituenata u odnosu na ravan p-veze. Dakle, u molekulu butena-2 CH3-CH=CH-CH3 CH3 grupe mogu biti na jednoj strani dvostruke veze cis-izomer, ili na suprotnim stranama u trans-izomer.

PAŽNJA! cis-trans- Izomerizam se ne pojavljuje ako barem jedan od C atoma u dvostrukoj vezi ima 2 identična supstituenta.

Na primjer,

buten-1 CH2=CH-CH2-CH3 nema cis- i trans-izomeri, jer 1. C atom je vezan za dva identična H atoma.

Izomeri cis- i trans- razlikuju se ne samo fizički

,

ali i hemijska svojstva, tk. približavanje ili uklanjanje dijelova molekula jedan od drugog u svemiru pospješuje ili ometa kemijsku interakciju.

Ponekad cis-trans izomerizam se ne zove tačno geometrijski izomerizam. Netačnost je to sve prostorni izomeri se razlikuju po svojoj geometriji, i ne samo cis- i trans-.

5. Nomenklatura

Jednostavni alkeni se često nazivaju zamjenom sufiksa -an u alkanima sa -ilen: etan - etilen, propan - propilen itd.

Prema sistematskoj nomenklaturi, nazivi etilenskih ugljovodonika dobijaju se zamjenom sufiksa -an u odgovarajućim alkanima sufiksom -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen itd.). Izbor glavnog lanca i redosled imena je isti kao i za alkane. Međutim, lanac mora nužno sadržavati dvostruku vezu. Numeracija lanca počinje od kraja kojem je ova veza bliža. Na primjer:

Nezasićeni (alkenski) radikali nazivaju se trivijalnim nazivima ili prema sistematskoj nomenklaturi:

(H2C=CH-) vinil ili etenil

(N2S=CH—CH2) alil

Alkenski ugljovodonici (olefini) su jedna od klasa organskih supstanci koje imaju svoje. Vrste izomerizma alkena kod predstavnika ove klase ne ponavljaju se sa izomerijom drugih organskih supstanci.

U kontaktu sa

Karakteristične karakteristike klase

Etilen olefini se nazivaju jedna od klasa nezasićenih ugljovodonika koja sadrži jednu dvostruku vezu.

Prema fizičkim svojstvima, predstavnici ove kategorije nezasićenih jedinjenja su:

• gasovi,
• tečnosti,
• čvrsta jedinjenja.

U sastavu molekula ne postoji samo "sigma" veza, već i "pi" veza. Razlog za to je prisustvo u strukturnoj formuli hibridizacije " sp2“, koji se odlikuje rasporedom atoma jedinjenja u istoj ravni.

Istovremeno, između njih se formira ugao od najmanje sto dvadeset stepeni. nehibridizovane orbitale" R» je karakterističan za lokaciju i iznad molekularne ravni i ispod nje.

Ova karakteristika strukture dovodi do stvaranja dodatnih veza - "pi" ili " π ».

Opisani spoj je manje jak u odnosu na "sigma" veze, jer bočni preklop ima slabo prianjanje. Ukupna distribucija elektronskih gustina formiranih veza karakteriše nehomogenost. Prilikom rotacije u blizini veze ugljik-ugljik dolazi do kršenja preklapanja "p" orbitala. Za svaki alken (olefin) takav uzorak je karakteristična karakteristika.

Gotovo sva jedinjenja etilena imaju visoke tačke ključanja i topljenja, koje nisu karakteristične za sve organske supstance. Predstavnici ove klase nezasićenih ugljikohidrata brzo se otapaju u drugim organskim otapalima.

Pažnja! Aciklična nezasićena jedinjenja etilen ugljovodonici imaju opštu formulu - C n H 2n.

Homologija

Na osnovu činjenice da je opća formula alkena C n H 2n, oni imaju određenu homologiju. Homologni niz alkena počinje prvim predstavnikom etilena ili etena. Ova supstanca u normalnim uslovima je gas i sadrži dva atoma ugljika i četiri atoma vodika -C 2 H 4. Iza etena, homologni niz alkena se nastavlja propenom i butenom. Njihove formule su sljedeće: "C 3 H 6" i "C 4 H 8". U normalnim uslovima, to su i gasovi koji su teži, što znači da se moraju sakupljati epruvetom okrenutom naopako.

Opća formula alkena omogućava vam da izračunate sljedećeg predstavnika ove klase, koji ima najmanje pet atoma ugljika u strukturnom lancu. Ovo je penten sa formulom "C 5 H 10".

Po fizičkim karakteristikama navedena supstanca pripada tečnostima, kao i dvanaest sledećih jedinjenja homologne linije.

Među alkenima sa ovim karakteristikama postoje i čvrste materije koje počinju formulom C 18 H 36 . Tečni i čvrsti etilenski ugljovodonici se ne otapaju u vodi, ali kada uđu u organske rastvarače, reaguju s njima.

Opisana opšta formula za alkene podrazumeva zamenu prethodnog sufiksa "an" sa "en". Ovo je sadržano u IUPAC pravilima. Kojeg god predstavnika ove kategorije složenica da uzmemo, svi oni imaju opisani sufiks.

U nazivu jedinjenja etilena uvijek postoji određeni broj koji označava lokaciju dvostruke veze u formuli. Primjeri za to su: "buten-1" ili "penten-2". Atomsko numerisanje počinje od ruba koji je najbliži dvostrukoj konfiguraciji. Ovo pravilo je "gvozdeno" u svim slučajevima.

izomerizam

U zavisnosti od postojećeg tipa hibridizacije alkena, oni imaju određene vrste izomerizma, od kojih svaka ima svoje karakteristike i strukturu. Razmotrite glavne vrste izomerizma alkena.

strukturni tip

Strukturni izomerizam se dijeli na izomere prema:

• karbonski skelet;
• lokacija dvostruke veze.

Strukturni izomeri ugljeničnog skeleta nastaju u slučaju pojave radikala (grane iz glavnog lanca).

Izomeri alkena navedenog izomerizma će biti:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH 3.

2-metilpropen-1:

CH2=C — CH 3

│

Prikazana jedinjenja imaju ukupan broj atoma ugljika i vodika (C 4 H 8), ali drugačiju strukturu ugljovodoničnog skeleta. To su strukturni izomeri, iako njihova svojstva nisu ista. Buten-1 (butilen) ima karakterističan miris i narkotična svojstva koja iritiraju respiratorni trakt. Ove karakteristike nemaju 2-metilpropen-1.

U ovom slučaju etilen (C 2 H 4) nema izomere, jer se sastoji od samo dva atoma ugljika, pri čemu se radikali ne mogu supstituirati.

Savjet! Radikal se smije smjestiti na srednje i pretposljednje atome ugljika, ali ih nije dozvoljeno postaviti u blizini ekstremnih supstituenata. Ovo pravilo vrijedi za sve nezasićene ugljikovodike.

Što se tiče lokacije dvostruke veze, razlikuju se izomeri:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH 2 -CH 3.

CH 3 -CH = CH — CH 2 -CH 3.

Opća formula za alkene u prikazanim primjerima je:C 5 H 10,, ali je lokacija jedne dvostruke veze drugačija. Osobine ovih jedinjenja će varirati. Ovo je strukturni izomerizam.

izomerizam

Prostorni tip

Prostorni izomerizam alkena povezan je sa prirodom rasporeda ugljikovodičnih supstituenata.

Na osnovu toga razlikuju se izomeri:

• "cis";
• "Trance".

Opća formula alkena omogućava stvaranje "trans-izomera" i "cis-izomera" istog spoja. Uzmimo, na primjer, butilen (buten). Za njega je moguće stvoriti izomere prostorne strukture raspoređivanjem supstituenata na različite načine u odnosu na dvostruku vezu. Uz primjere, izomerizam alkena bi izgledao ovako:

"cis-izomer" "trans-izomer"

Buten-2 Buten-2

Iz ovog primjera se može vidjeti da "cis-izomeri" imaju dva identična radikala na jednoj strani ravni dvostruke veze. Za "trans-izomere" ovo pravilo ne radi, jer imaju dva različita supstituenta u odnosu na "C \u003d C" ugljikov lanac. S obzirom na ovu pravilnost, moguće je izgraditi "cis" i "trans" izomere za različite aciklične etilenske ugljovodonike.

Prikazani "cis-izomer" i "trans-izomer" za buten-2 ne mogu se pretvoriti jedan u drugi, jer to zahtijeva rotaciju oko postojećeg dvostrukog lanca ugljika (C=C). Da bi se izvršila ova rotacija, potrebna je određena količina energije da se razbije postojeća „p-veza“.

Na osnovu prethodno navedenog, može se zaključiti da su "trans" i "cis" izomeri vrste pojedinačni spojevi sa određenim skupom hemijskih i fizičkih svojstava.

Koji alken nema izomere. Etilen nema prostorne izomere zbog istog rasporeda supstituenata vodika u odnosu na dvostruki lanac.

Interclass

Međuklasna izomerija u alkenskim ugljovodonicima je široko rasprostranjena. Razlog za to je sličnost opće formule predstavnika ove klase sa formulom cikloparafina (cikloalkana). Ove kategorije supstanci imaju isti broj atoma ugljika i vodika, višestruki sastav (C n H 2n).

Međuklasni izomeri bi izgledali ovako:

CH 2 \u003d CH — CH 3.

ciklopropan:

Ispostavilo se da je formulaC 3 H 6odgovorna su dva spoja: propen-1 i ciklopropan. Iz strukturne strukture može se vidjeti različit raspored ugljika jedan u odnosu na drugi. Osobine ovih jedinjenja su takođe različite. Propen-1 (propilen) je gasovito jedinjenje sa niskom tačkom ključanja. Ciklopropan karakterizira plinovito stanje oštrog mirisa i oštrog okusa. Hemijska svojstva ovih supstanci se također razlikuju, ali im je sastav identičan. U organskom, ovaj tip izomera se naziva međuklasnim.

Alkeni. Izomerizam alkena. KORISTI. Organska hemija.

Alkeni: struktura, nomenklatura, izomerizam

Zaključak

Izomerija alkena je njihova važna karakteristika, zbog koje se u prirodi pojavljuju novi spojevi sa drugim svojstvima, koji se koriste u industriji i svakodnevnom životu.

Najjednostavniji alken je eten C 2 H 4. Prema IUPAC nomenklaturi, nazivi alkena se formiraju od imena odgovarajućih alkana zamjenom sufiksa "-an" sa "-ene"; položaj dvostruke veze označen je arapskim brojem.

Prostorna struktura etilena

Po imenu prvog predstavnika ove serije - etilena - takvi ugljikovodici se nazivaju etilen.

Nomenklatura i izomerizam

Nomenklatura

Alkeni jednostavne strukture često se nazivaju zamjenom sufiksa -an u alkanima sa -ilenom: etan - etilen, propan - propilen itd.

Prema sistematskoj nomenklaturi, nazivi etilenskih ugljovodonika dobijaju se zamjenom sufiksa -an u odgovarajućim alkanima sufiksom -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen itd.). Izbor glavnog lanca i redosled imena je isti kao i za alkane. Međutim, lanac mora nužno sadržavati dvostruku vezu. Numeracija lanca počinje od kraja kojem je ova veza bliža. Na primjer:

Ponekad se koriste i racionalna imena. U ovom slučaju, svi alkenski ugljikovodici se smatraju supstituiranim etilenom:

Nezasićeni (alkenski) radikali nazivaju se trivijalnim nazivima ili prema sistematskoj nomenklaturi:

H 2 C \u003d CH - - vinil (etenil)

H 2 C \u003d CH - CH 2 - -alil (propenil-2)

izomerizam

Alkene karakteriziraju dvije vrste strukturne izomerije. Pored izomerije povezane sa strukturom ugljeničnog skeleta (kao kod alkana), postoji i izomerija koja zavisi od položaja dvostruke veze u lancu. To dovodi do povećanja broja izomera u nizu alkena.

Prva dva člana homolognog niza alkena - (etilen i propilen) - nemaju izomere i njihova struktura se može izraziti na sljedeći način:

H 2 C \u003d CH 2 etilen (eten)

H 2 C \u003d CH - CH 3 propilen (propen)

Izomerizam položaja višestruke veze

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

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

Geometrijska izomerija - cis-, trans-izomerija.

Ovaj izomerizam je karakterističan za spojeve sa dvostrukom vezom.

Ako jednostavna σ-veza dozvoljava slobodnu rotaciju pojedinih karika ugljikovog lanca oko svoje ose, tada se takva rotacija ne događa oko dvostruke veze. To je razlog za pojavu geometrijskih ( cis-, trans-) izomeri.

Geometrijska izomerija je jedna od vrsta prostorne izomerije.

Izomeri u kojima se isti supstituenti (na različitim atomima ugljika) nalaze na jednoj strani dvostruke veze nazivaju se cis-izomeri, a na različite načine - trans-izomeri:

cis- i trans- izomeri se razlikuju ne samo po prostornoj strukturi, već i po mnogim fizičkim i hemijskim svojstvima. trans- izomeri su stabilniji od cis- izomeri.

Dobijanje alkena

Alkeni su rijetki u prirodi. Obično se gasoviti alkeni (etilen, propilen, butileni) izoluju iz rafinerijskih gasova (u toku krekinga) ili pratećih gasova, kao i iz gasova koksanja uglja.

U industriji se alkeni dobijaju dehidrogenacijom alkana u prisustvu katalizatora (Cr 2 O 3).

Dehidrogenacija alkana

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

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

Od laboratorijskih metoda dobivanja mogu se istaknuti sljedeće:

1. Odvajanje halogenovodonika od halogeniranih alkila pod djelovanjem alkoholnog rastvora alkalija na njih:

2. Hidrogenacija acetilena u prisustvu katalizatora (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Dehidracija alkohola (cijepanje vode).
Kao katalizator koriste se kiseline (sumporne ili fosforne) ili Al 2 O 3:

U takvim reakcijama, vodik se odvaja od najmanje hidrogeniranog (sa najmanjim brojem atoma vodika) atoma ugljika (pravilo A.M. Zaitseva):

Fizička svojstva

Fizička svojstva nekih alkena prikazana su u tabeli ispod. Prva tri predstavnika homolognog niza alkena (etilen, propilen i butilen) su gasovi, počev od C 5 H 10 (amilen, ili penten-1) su tečnosti, a sa C 18 H 36 su čvrste materije. Kako se molekularna težina povećava, povećavaju se tačke topljenja i ključanja. Normalni alkeni ključaju na višoj temperaturi od njihovih izomera. Tačke ključanja cis-izomeri viši od trans-izomeri, i tačke topljenja - obrnuto.

Alkeni su slabo rastvorljivi u vodi (međutim, bolje od odgovarajućih alkana), ali dobro - u organskim otapalima. Etilen i propilen sagorevaju dimnim plamenom.

Fizička svojstva nekih alkena

Alkeni imaju nizak polaritet, ali se lako polariziraju.

Hemijska svojstva

Alkeni su visoko reaktivni. Njihova hemijska svojstva određena su uglavnom dvostrukom vezom ugljik-ugljik.

π-veza, kao najmanje jaka i pristupačnija, puca pod djelovanjem reagensa, a oslobođene valencije ugljikovih atoma troše se na dodavanje atoma koji čine molekulu reagensa. Ovo se može predstaviti kao dijagram:

Dakle, uz dodatne reakcije, dvostruka veza je prekinuta, takoreći, napola (sa očuvanjem σ-veze).

Za alkene su, osim adicije, karakteristične i reakcije oksidacije i polimerizacije.

Reakcije sabiranja

Češće se reakcije adicije odvijaju prema heterolitičkom tipu, koje su elektrofilne reakcije adicije.

1. Hidrogenacija (dodatak vodonika). Alkeni, dodavanjem vodika u prisustvu katalizatora (Pt, Pd, Ni), prelaze u zasićene ugljovodonike - alkane:

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

2. Halogenacija (dodatak halogena). Halogeni se lako dodaju na mjesto rupture dvostruke veze kako bi formirali derivate dihalogena:

H 2 C \u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dikloretan)

Dodavanje hlora i broma je lakše, a joda teže. Fluor sa alkenima, kao i sa alkanima, interaguje sa eksplozijom.

Uporedite: u alkenima je reakcija halogenacije proces dodavanja, a ne supstitucije (kao u alkanima).

Reakcija halogeniranja se obično izvodi u rastvaraču na uobičajenoj temperaturi.

Dodavanje broma i hlora alkenima odvija se ionskim, a ne radikalnim mehanizmom. Ovaj zaključak proizilazi iz činjenice da brzina dodavanja halogena ne zavisi od zračenja, prisustva kiseonika i drugih reagenasa koji pokreću ili inhibiraju radikalne procese. Na osnovu velikog broja eksperimentalnih podataka za ovu reakciju, predložen je mehanizam koji uključuje nekoliko uzastopnih faza. U prvoj fazi dolazi do polarizacije molekula halogena pod djelovanjem elektrona π-veze. Atom halogena, koji dobiva dio pozitivnog naboja, formira nestabilan međuprodukt sa elektronima π veze, koji se naziva π kompleks ili kompleks za prijenos naboja. Treba napomenuti da u π-kompleksu halogen ne formira usmjerenu vezu ni sa jednim određenim atomom ugljika; u ovom kompleksu se jednostavno ostvaruje interakcija donor-akceptor elektronskog para π-veze kao donora i halogena kao akceptora.

Nadalje, π-kompleks se pretvara u ciklični bromonijum jon. U procesu formiranja ovog cikličkog kationa dolazi do heterolitičkog cijepanja Br-Br veze i pražnjenja R-orbitalni sp 2 -hibridizovani atom ugljenika se preklapa sa R-orbitala "usamljenog para" elektrona atoma halogena, formirajući ciklični bromonijum jon.

U posljednjoj, trećoj fazi, brom anion, kao nukleofilni agens, napada jedan od atoma ugljika bromonijevog jona. Nukleofilni napad bromidnog jona dovodi do otvaranja tročlanog prstena i stvaranja vicinalnog dibromida ( vic-blizu). Ovaj korak se formalno može smatrati nukleofilnom supstitucijom S N 2 na atomu ugljika, gdje je odlazeća grupa Br + .

Rezultat ove reakcije nije teško predvidjeti: brom anion napada karbokatation da bi se formirao dibromoetan.

Brza promjena boje otopine broma u CCl 4 jedan je od najjednostavnijih testova za nezasićenost, budući da alkeni, alkini i dieni brzo reagiraju s bromom.

Dodatak broma alkenima (reakcija bromiranja) je kvalitativna reakcija na zasićene ugljovodonike. Kada se nezasićeni ugljikovodici propuštaju kroz bromsku vodu (rastvor broma u vodi), žuta boja nestaje (u slučaju ograničavanja ugljikovodika ostaje).

3. Hidrohalogenizacija (dodatak vodonik halogenida). Alkeni lako dodaju halogenovodonike:

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

Dodavanje halogenovodonika homolozima etilena slijedi pravilo V. V. Markovnikova (1837 - 1904): u normalnim uvjetima, vodonik halogenida je vezan na mjestu dvostruke veze za najhidrogeniraniji atom ugljika, a halogen za manje hidrogenirano:

Markovnikovo pravilo se može objasniti činjenicom da je u nesimetričnim alkenima (na primjer, u propilenu) elektronska gustina neravnomjerno raspoređena. Pod uticajem metilne grupe direktno vezane za dvostruku vezu, elektronska gustina se pomera prema ovoj vezi (do ekstremnog atoma ugljenika).

Zbog ovog pomaka, p-veza je polarizirana i parcijalni naboji se pojavljuju na atomima ugljika. Lako je zamisliti da će pozitivno nabijeni vodikov ion (proton) spojiti atom ugljika (elektrofilna adicija), koji ima djelomično negativan naboj, i brom anion, ugljiku s djelomičnim pozitivnim nabojem.

Takvo vezivanje je posljedica međusobnog utjecaja atoma u organskom molekulu. Kao što znate, elektronegativnost atoma ugljika je nešto veća od one vodonika.

Stoga se u metilnoj grupi uočava određena polarizacija σ-veza C-H, povezana s pomakom u gustoći elektrona sa atoma vodika na ugljik. Zauzvrat, to uzrokuje povećanje elektronske gustine u području dvostruke veze, a posebno na njenom ekstremnom atomu. Dakle, metil grupa, kao i druge alkil grupe, djeluje kao donor elektrona. Međutim, u prisustvu peroksidnih spojeva ili O 2 (kada je reakcija radikalna), ova reakcija može biti i protiv Markovnikovog pravila.

Iz istih razloga, Markovnikovo pravilo se primjećuje kada se nesimetričnim alkenima dodaju ne samo vodonik halogenidi, već i drugi elektrofilni reagensi (H 2 O, H 2 SO 4 , HOCl, ICl, itd.).

4. Hidratacija (dodavanje vode). U prisustvu katalizatora, voda se dodaje alkenima kako bi se formirali alkoholi. Na primjer:

H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (izopropil alkohol)

Reakcije oksidacije

Alkeni se lakše oksidiraju od alkana. Proizvodi koji nastaju tokom oksidacije alkena i njihova struktura zavise od strukture alkena i uslova za ovu reakciju.

1. Sagorijevanje

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

2. Nepotpuna katalitička oksidacija

3. Oksidacija na normalnoj temperaturi. Kada vodena otopina KMnO 4 djeluje na etilen (u normalnim uvjetima, u neutralnom ili alkalnom mediju - Wagnerova reakcija), nastaje dihidrični alkohol - etilen glikol:

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

Ova reakcija je kvalitativna: ljubičasta boja otopine kalijevog permanganata se mijenja kada joj se doda nezasićeno jedinjenje.

U težim uslovima (oksidacija KMnO 4 u prisustvu sumporne kiseline ili smeše hroma), dvostruka veza se raspada u alkenu i formira produkte koji sadrže kiseonik:

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (octena kiselina)

Reakcija izomerizacije

Kada se zagriju ili u prisustvu katalizatora, alkeni su u stanju da se izomeriziraju – pomiče se dvostruka veza ili se uspostavlja izostruktura.

reakcije polimerizacije

Zbog raskida π-veza, molekuli alkena se mogu kombinovati jedni s drugima, formirajući dugolančane molekule.

Nalaz u prirodi i fiziološka uloga alkena

U prirodi se aciklični alkeni praktički ne nalaze. Najjednostavniji predstavnik ove klase organskih spojeva - etilen C 2 H 4 - je hormon za biljke i sintetizira se u njima u malim količinama.

Jedan od rijetkih alkena koji se pojavljuju u prirodi je muskalur ( cis- tricosen-9) je seksualni atraktant ženki kućne muhe (Musca domestica).

Niži alkeni u visokim koncentracijama imaju narkotički učinak. Viši članovi serije takođe izazivaju konvulzije i iritaciju sluzokože respiratornog trakta.

Pojedinačni predstavnici

Etilen (eten) je organsko hemijsko jedinjenje opisano formulom C 2 H 4 . To je najjednostavniji alken. Sadrži dvostruku vezu i stoga se odnosi na nezasićene ili nezasićene ugljovodonike. Ima izuzetno važnu ulogu u industriji, a također je i fitohormon (organske tvari male molekularne težine koje proizvode biljke i imaju regulatorne funkcije).

Etilen - izaziva anesteziju, ima iritativno i mutageno dejstvo.

Etilen je najviše proizvedeno organsko jedinjenje na svetu; ukupna svjetska proizvodnja etilena u 2008. iznosila je 113 miliona tona i nastavlja da raste za 2-3% godišnje.

Etilen je vodeći proizvod glavne organske sinteze i koristi se za proizvodnju polietilena (1. mjesto, do 60% ukupne zapremine).

Polietilen je termoplastični polimer etilena. Najčešća plastika na svijetu.

To je voštana masa bijele boje (tanki prozirni listovi su bezbojni). Hemijski je i otporan na mraz, izolator, nije osjetljiv na udarce (amortizer), omekšava pri zagrijavanju (80-120°C), smrzava se pri hlađenju, prianjanje (prianjanje površina različitih čvrstih i/ili tečnih tijela) je izuzetno niska. Ponekad se u popularnoj svijesti poistovjećuje s celofanom - sličnim materijalom biljnog porijekla.

Propilen - izaziva anesteziju (jaču od etilena), ima općenito toksično i mutageno djelovanje.

Otporan na vodu, ne reaguje sa alkalijama bilo koje koncentracije, sa rastvorima neutralnih, kiselih i baznih soli, organskih i anorganskih kiselina, čak i koncentrovane sumporne kiseline, ali se razgrađuje pod dejstvom 50% azotne kiseline na sobnoj temperaturi i pod uticajem tečnog i gasovitog hlora i fluora. Vremenom dolazi do termičkog starenja.

Polietilenska folija (posebno ambalaža, poput folije ili trake).

Kontejneri (flaše, tegle, kutije, kanisteri, kante za zalivanje bašte, saksije za sadnice.

Polimerne cijevi za kanalizaciju, odvodnju, vodovod i plin.

električni izolacijski materijal.

Polietilenski prah se koristi kao ljepilo za topljenje.

Buten-2 - izaziva anesteziju, ima iritirajući učinak.