Proprietățile chimice ale alcanilor

Alcanii (parafinele) sunt hidrocarburi neciclice, în moleculele cărora toți atomii de carbon sunt legați doar prin legături simple. Cu alte cuvinte, nu există legături multiple, duble sau triple în moleculele de alcani. De fapt, alcanii sunt hidrocarburi care conțin numărul maxim posibil de atomi de hidrogen și de aceea se numesc limitatori (saturați).

Din cauza saturației, alcanii nu pot intra în reacții de adiție.

Deoarece atomii de carbon și hidrogen au o electronegativitate destul de apropiată, acest lucru duce la faptul că legăturile CH din moleculele lor au polaritate extrem de scăzută. În acest sens, pentru alcani sunt mai caracteristice reacțiile care decurg după mecanismul de substituție radicalică, notate cu simbolul S R.

1. Reacții de substituție

În reacțiile de acest tip, legăturile carbon-hidrogen sunt rupte.

RH + XY → RX + HY

Halogenare

Alcanii reacţionează cu halogenii (clorul şi bromul) sub acţiunea luminii ultraviolete sau cu căldură puternică. În acest caz, se formează un amestec de derivați de halogen cu diferite grade de substituție a atomilor de hidrogen - mono-, di-tri- etc. alcani substituiți cu halogen.

Pe exemplul metanului, arată astfel:

Prin modificarea raportului halogen/metan în amestecul de reacție, este posibil să se asigure că orice derivat special de halogen metan predomină în compoziția produselor.

2. Reacții de oxidare

În condiții normale, alcanii sunt inerți față de agenți oxidanți puternici precum acizii sulfuric și azotic concentrați, permanganatul și dicromatul de potasiu (KMnO4, K2Cr2O7).

Arderea în oxigen

A) ardere completă cu un exces de oxigen. Conduce la formarea de dioxid de carbon și apă:

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

B) ardere incompletă cu lipsă de oxigen:

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

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

Oxidare catalitică cu oxigen

Ca urmare a încălzirii alcanilor cu oxigen (~200 o C) în prezența catalizatorilor, din aceștia se pot obține o mare varietate de produse organice: aldehide, cetone, alcooli, acizi carboxilici.

De exemplu, metanul, în funcție de natura catalizatorului, poate fi oxidat la alcool metilic, formaldehidă sau acid formic:

3. Transformări termice ale alcanilor

Cracare

Cracarea (din engleză to crack - to tear) este un proces chimic care are loc la temperatură ridicată, în urma căruia scheletul de carbon al moleculelor de alcan se rupe odată cu formarea de molecule de alchenă și alcan cu greutăți moleculare mai mici în comparație cu alcanii originali. De exemplu:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH \u003d CH2

Cracarea poate fi termică sau catalitică. Pentru implementarea cracării catalitice, datorită utilizării catalizatorilor, se folosesc temperaturi semnificativ mai scăzute comparativ cu cracarea termică.

Dehidrogenare

Eliminarea hidrogenului are loc ca urmare a ruperii legăturilor C-H; efectuată în prezența catalizatorilor la temperaturi ridicate. Dehidrogenarea metanului produce acetilenă:

2CH4 → C2H2 + 3H2

Încălzirea metanului la 1200 ° C duce la descompunerea acestuia în substanțe simple:

CH4 → C + 2H2

Dehidrogenarea altor alcani dă alchene:

C2H6 → C2H4 + H2

La dehidrogenare n-se formează butan, butenă sau butenă-2 (un amestec cis-și transă-izomeri):

Dehidrociclizare

Izomerizarea

Proprietățile chimice ale cicloalcanilor

Proprietățile chimice ale cicloalcanilor cu mai mult de patru atomi de carbon în cicluri sunt în general aproape identice cu cele ale alcanilor. Pentru ciclopropan și ciclobutan, destul de ciudat, reacțiile de adiție sunt caracteristice. Acest lucru se datorează tensiunii ridicate din cadrul ciclului, ceea ce duce la faptul că aceste cicluri tind să se rupă. Deci, ciclopropanul și ciclobutanul adaugă cu ușurință brom, hidrogen sau acid clorhidric:

Proprietățile chimice ale alchenelor

1. Reacții de adaos

Deoarece legătura dublă din moleculele de alchenă constă dintr-o legătură sigma puternică și o legătură pi slabă, aceștia sunt compuși destul de activi care intră cu ușurință în reacții de adiție. Alchenele intră adesea în astfel de reacții chiar și în condiții blânde - la rece, în soluții apoase și solvenți organici.

Hidrogenarea alchenelor

Alchenele sunt capabile să adauge hidrogen în prezența catalizatorilor (platină, paladiu, nichel):

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

Hidrogenarea alchenelor are loc cu ușurință chiar și la presiune normală și încălzire ușoară. Un fapt interesant este că aceiași catalizatori pot fi utilizați pentru dehidrogenarea alcanilor în alchene, doar că procesul de dehidrogenare se desfășoară la o temperatură mai mare și presiune mai mică.

Halogenare

Alchenele intră cu ușurință într-o reacție de adiție cu brom atât în ​​soluție apoasă, cât și în solvenți organici. Ca urmare a interacțiunii, soluțiile inițial galbene de brom își pierd culoarea, adică. decolora.

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

Hidrohalogenare

Este ușor de observat că adăugarea unei halogenuri de hidrogen la o moleculă de alchenă nesimetrică ar trebui, teoretic, să conducă la un amestec de doi izomeri. De exemplu, atunci când bromură de hidrogen este adăugată la propenă, ar trebui să se obțină următoarele produse:

Cu toate acestea, în absența unor condiții specifice (de exemplu, prezența peroxizilor în amestecul de reacție), adăugarea unei molecule de halogenură de hidrogen va avea loc strict selectiv, în conformitate cu regula Markovnikov:

Adăugarea unei halogenuri de hidrogen la o alchenă are loc în așa fel încât hidrogenul este atașat la un atom de carbon cu un număr mare de atomi de hidrogen (mai hidrogenați), iar un halogen este atașat la un atom de carbon cu un număr mai mic de atomi de hidrogen. (mai puțin hidrogenată).

Hidratarea

Această reacție duce la formarea de alcooli și, de asemenea, se desfășoară în conformitate cu regula Markovnikov:

După cum ați putea ghici, datorită faptului că adăugarea de apă la molecula de alchenă are loc conform regulii Markovnikov, formarea alcoolului primar este posibilă numai în cazul hidratării etilenei:

CH2 \u003d CH2 + H2O → CH3-CH2-OH

Prin această reacție se realizează principala cantitate de alcool etilic în industria de mare capacitate.

Polimerizare

Un caz specific al reacției de adiție este reacția de polimerizare, care, spre deosebire de halogenare, hidrohalogenare și hidratare, are loc printr-un mecanism de radicali liberi:

Reacții de oxidare

Ca toate celelalte hidrocarburi, alchenele ard cu ușurință în oxigen pentru a forma dioxid de carbon și apă. Ecuația pentru arderea alchenelor în exces de oxigen are forma:

CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n+1)H2O

Spre deosebire de alcani, alchenele sunt ușor de oxidat. Sub acțiunea unei soluții apoase de KMnO 4 asupra alchenelor, decolorarea, care este o reacție calitativă la legăturile CC duble și triple din moleculele de substanțe organice.

Oxidarea alchenelor cu permanganat de potasiu într-o soluție neutră sau ușor alcalină duce la formarea de dioli (alcooli dihidroxilici):

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

Într-un mediu acid, are loc o scindare completă a dublei legături odată cu transformarea atomilor de carbon care au format legătura dublă în grupe carboxil:

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 (încălzire)

Dacă legătura dublă C=C se află la capătul moleculei de alchenă, atunci dioxidul de carbon se formează ca produs de oxidare al atomului de carbon extrem la legătura dublă. Acest lucru se datorează faptului că produsul de oxidare intermediar, acidul formic, este ușor oxidat de la sine într-un exces de agent oxidant:

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 (încălzire)

În oxidarea alchenelor, în care atomul de C de la legătura dublă conține doi substituenți hidrocarburi, se formează o cetonă. De exemplu, oxidarea 2-metilbutenei-2 produce acetonă și acid acetic.

Pentru stabilirea structurii lor se folosește oxidarea alchenelor, care rupe scheletul de carbon la legătura dublă.

Proprietățile chimice ale alcadienelor

Reacții de adaos

De exemplu, adăugarea de halogeni:

Apa cu brom devine incoloră.

În condiții normale, adăugarea atomilor de halogen are loc la capetele moleculei de butadienă-1,3, în timp ce legăturile π sunt rupte, atomii de brom sunt atașați de atomii de carbon extremi, iar valențele libere formează o nouă legătură π. Astfel, de parcă ar exista o „mișcare” a dublei legături. Cu un exces de brom, mai poate fi adăugată o moleculă de brom la locul dublei legături formate.

reacții de polimerizare

Proprietățile chimice ale alchinelor

Alchinele sunt hidrocarburi nesaturate (nesaturate) și, prin urmare, sunt capabile să intre în reacții de adiție. Dintre reacțiile de adiție pentru alchine, adiția electrofilă este cea mai comună.

Halogenare

Deoarece legătura triplă a moleculelor de alchină constă dintr-o legătură sigma mai puternică și două legături pi mai slabe, acestea sunt capabile să atașeze una sau două molecule de halogen. Adăugarea a două molecule de halogen de către o moleculă de alchină are loc prin mecanismul electrofil secvenţial în două etape:

Hidrohalogenare

Adăugarea de molecule de halogenură de hidrogen are loc și prin mecanism electrofil și în două etape. În ambele etape, adăugarea are loc în conformitate cu regula Markovnikov:

Hidratarea

Adăugarea de apă la alchine are loc în prezența sărurilor de rutiu într-un mediu acid și se numește reacția Kucherov.

Ca urmare a hidratării adăugării de apă la acetilenă, se formează acetaldehidă (aldehidă acetică):

Pentru omologii acetilenei, adăugarea de apă duce la formarea de cetone:

Hidrogenarea alchinelor

Alchinele reacţionează cu hidrogenul în două etape. Metale precum platina, paladiul, nichelul sunt folosite ca catalizatori:

Trimerizarea alchinelor

Când acetilena este trecută peste cărbune activ la temperatură ridicată, din acesta se formează un amestec de diferite produse, principalul dintre care este benzenul, un produs al trimerizării acetilenei:

Dimerizarea alchinelor

De asemenea, acetilena intră într-o reacție de dimerizare. Procesul se desfășoară în prezența sărurilor de cupru ca catalizatori:

Oxidarea alchinelor

Alchinele ard în oxigen:

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

Interacțiunea alchinelor cu bazele

Alchinele cu un triplu C≡C la capătul moleculei, spre deosebire de alte alchine, sunt capabile să intre în reacții în care atomul de hidrogen din legătura triplă este înlocuit cu un metal. De exemplu, acetilena reacționează cu amida de sodiu în amoniac lichid:

HC≡CH + NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3,

și, de asemenea, cu o soluție de amoniac de oxid de argint, formând substanțe insolubile asemănătoare sărurilor numite acetilenide:

Datorită acestei reacții, este posibilă recunoașterea alchinelor cu o legătură triplă terminală, precum și izolarea unei astfel de alchine dintr-un amestec cu alte alchine.

Trebuie remarcat faptul că toate acetilenidele de argint și cupru sunt substanțe explozive.

Acetilidele sunt capabile să reacționeze cu derivații de halogen, care sunt utilizați în sinteza compușilor organici mai complecși cu o legătură triplă:

CH3-C≡CH + NaNH2 → CH3-C≡CNa + NH3

CH3-C≡CNa + CH3Br → CH3-C≡C-CH3 + NaBr

Proprietățile chimice ale hidrocarburilor aromatice

Natura aromatică a legăturii afectează proprietățile chimice ale benzenului și ale altor hidrocarburi aromatice.

Un singur sistem de electroni 6pi este mult mai stabil decât legăturile pi convenționale. Prin urmare, pentru hidrocarburile aromatice, reacțiile de substituție sunt mai caracteristice decât reacțiile de adiție. Arenele intră în reacții de substituție printr-un mecanism electrofil.

Reacții de substituție

Halogenare

Nitrare

Reacția de nitrare are loc cel mai bine sub acțiunea acidului azotic nu pur, ci a amestecului acestuia cu acid sulfuric concentrat, așa-numitul amestec de nitrare:

Alchilare

Reacția în care unul dintre atomii de hidrogen din nucleul aromatic este înlocuit cu un radical de hidrocarbură:

Alchenele pot fi, de asemenea, utilizate în locul alcanilor halogenați. Ca catalizatori pot fi utilizate halogenuri de aluminiu, halogenuri de fier feric sau acizi anorganici.<

Reacții de adaos

hidrogenare

Accesarea clorului

Se procedează printr-un mecanism radical sub iradiere intensă cu lumină ultravioletă:

În mod similar, reacția poate continua numai cu clor.

Reacții de oxidare

Combustie

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

oxidare incompletă

Inelul benzenic este rezistent la agenții oxidanți precum KMnO4 și K2Cr2O7. Reacția nu merge.

Împărțirea substituenților din ciclul benzenic în două tipuri:

Luați în considerare proprietățile chimice ale omologilor benzenului folosind toluenul ca exemplu.

Proprietățile chimice ale toluenului

Halogenare

Molecula de toluen poate fi considerată ca fiind formată din fragmente de molecule de benzen și metan. Prin urmare, este logic să presupunem că proprietățile chimice ale toluenului ar trebui să combine într-o oarecare măsură proprietățile chimice ale acestor două substanțe luate separat. În special, acesta este exact ceea ce se observă în timpul halogenării sale. Știm deja că benzenul intră într-o reacție de substituție cu clorul printr-un mecanism electrofil, iar pentru realizarea acestei reacții trebuie folosiți catalizatori (halogenuri de aluminiu sau fier feric). În același timp, metanul este capabil să reacționeze cu clorul, dar printr-un mecanism de radicali liberi, care necesită iradierea amestecului de reacție inițial cu lumină UV. Toluenul, în funcție de condițiile în care este supus clorării, este capabil să dea fie produși de substituție ai atomilor de hidrogen în inelul benzenic - pentru aceasta trebuie să utilizați aceleași condiții ca și în clorurarea benzenului, fie produși de substituție ai atomilor de hidrogen în radicalul metil, dacă este pe el, cum să acționeze asupra metanului cu clor atunci când este iradiat cu lumină ultravioletă:

După cum puteți vedea, clorurarea toluenului în prezența clorurii de aluminiu a condus la două produse diferite - orto- și para-clorotoluen. Acest lucru se datorează faptului că radicalul metil este un substituent de primul fel.

Dacă clorurarea toluenului în prezența AlCl3 este efectuată în exces de clor, este posibilă formarea de toluen substituit cu triclor:

În mod similar, atunci când toluenul este clorurat la lumină la un raport clor/toluen mai mare, se poate obține diclorometilbenzen sau triclorometilbenzen:

Nitrare

Înlocuirea atomilor de hidrogen cu nitrogrup, în timpul nitrarii toluenului cu un amestec de acizi azotic și sulfuric concentrat, duce la produși de substituție în nucleul aromatic și nu în radicalul metil:

Alchilare

După cum sa menționat deja, radicalul metil este un orientant de primul fel, prin urmare, alchilarea lui Friedel-Crafts duce la produși de substituție în pozițiile orto și para:

Reacții de adaos

Toluenul poate fi hidrogenat la metilciclohexan folosind catalizatori metalici (Pt, Pd, Ni):

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

oxidare incompletă

Sub acțiunea unui astfel de agent de oxidare ca o soluție apoasă de permanganat de potasiu, lanțul lateral suferă oxidare. Nucleul aromatic nu poate fi oxidat în astfel de condiții. În acest caz, în funcție de pH-ul soluției, se va forma fie un acid carboxilic, fie sarea acestuia.

ALKENES

Hidrocarburile, în molecula cărora, pe lângă legăturile simple carbon-carbon și carbon-hidrogen σ, există legături π carbon-carbon, se numesc nelimitat. Deoarece formarea unei legături π este formal echivalentă cu pierderea a doi atomi de hidrogen de către o moleculă, hidrocarburile nesaturate conțin 2p mai puțini atomi de hidrogen decât limita, unde P - numărul de legături π:

Se numește o serie ai cărei membri diferă unul de celălalt prin (2H) n latura izologica. Deci, în schema de mai sus, izologii sunt hexani, hexene, hexadiene, hexine, hexatriene etc.

Hidrocarburile care conțin o legătură π (adică legătură dublă) se numesc alchene (olefine) sau, conform primului membru al seriei - etilena, hidrocarburi de etilenă. Formula generală pentru seria lor omoloagă C p H 2n.

1. Nomenclator

În conformitate cu regulile IUPAC, la construirea denumirilor de alchene, cel mai lung lanț de carbon care conține o legătură dublă primește numele alcanului corespunzător, în care terminația -ro schimbat în -ro. Acest lanț este numerotat în așa fel încât atomii de carbon implicați în formarea unei duble legături să primească cel mai mic număr posibil:

Radicalii sunt denumiți și numerotați ca în cazul alcanilor.

Pentru alchenele cu structură relativ simplă sunt permise denumiri mai simple. Deci, unele dintre cele mai comune alchene sunt numite prin adăugarea sufixului -ro la numele unui radical de hidrocarbură cu același schelet de carbon:

Radicalii de hidrocarburi formați din alchene primesc sufixul -enil. Numerotarea în radical începe de la atomul de carbon care are o valență liberă. Cu toate acestea, pentru cei mai simpli radicali alchenil, în loc de denumiri sistematice, este permisă utilizarea celor banale:

Atomii de hidrogen legați direct de atomi de carbon nesaturați formând o legătură dublă sunt adesea denumiți ca atomi de hidrogen de vinil,

2. Izomerie

Pe lângă izomeria scheletului carbonic, în seria alchenelor mai există și izomeria poziției dublei legături. În general, izomeria de acest tip - izomeria poziției substituenților (funcții)- se observă în toate cazurile când există grupări funcționale în moleculă. Pentru alcanul C 4 H 10, sunt posibili doi izomeri structurali:

Pentru alchena C 4 H 8 (butenă), sunt posibili trei izomeri:

Buten-1 și buten-2 sunt izomeri ai poziției funcției (în acest caz, rolul său este jucat de o legătură dublă).

Izomerii spațiali diferă în aranjarea spațială a substituenților unul față de celălalt și sunt numiți izomeri cis, dacă substituenții sunt de aceeași parte a dublei legături și izomeri trans, dacă pe părți opuse:

3. Structura legături duble

Energia de rupere a unei molecule la dubla legătură C=C este de 611 kJ/mol; întrucât energia legăturii σ C-C este de 339 kJ / mol, energia de rupere a legăturii π este de numai 611-339 = 272 kJ / mol. Electronii π sunt mult mai ușor decât electronii σ de a fi influențați, de exemplu, de solvenți polarizați sau de orice reactivi de atac. Acest lucru se explică prin diferența de simetrie a distribuției norului de electroni a electronilor σ- și π. Suprapunerea maximă a orbitalilor p și, în consecință, energia liberă minimă a moleculei se realizează numai cu o structură plană a fragmentului de vinil și cu o distanță C-C scurtată egală cu 0,134 nm, adică. mult mai mică decât distanța dintre atomii de carbon legați printr-o singură legătură (0,154 nm). Odată cu rotația „jumătăților” moleculei una față de alta de-a lungul axei dublei legături, gradul de suprapunere a orbitalilor scade, ceea ce este asociat cu cheltuirea de energie. Consecința acestui fapt este absența rotației libere de-a lungul axei dublei legături și existența izomerilor geometrici cu substituția corespunzătoare la atomi de carbon.

4. Proprietăți fizice

Ca și alcanii, omologii inferiori ai unui număr dintre cele mai simple alchene în condiții normale sunt gazele, iar începând de la C5 sunt lichide cu punct de fierbere scăzut.

Toate alchenele, ca și alcanii, sunt practic insolubile în apă și ușor solubile în alți solvenți organici, cu excepția alcoolului metilic; toate au o densitate mai mică decât apa.

5. Proprietăți chimice

Când luăm în considerare reactivitatea compușilor organici complecși, se aplică un principiu general. În majoritatea reacțiilor, nu este implicat un radical de hidrocarbură „inert”, ci grupările funcționale existente și mediul lor imediat. Acest lucru este natural, deoarece majoritatea legăturilor sunt mai puțin puternice decât legăturile C-C și C-H și, în plus, legăturile din și lângă grupul funcțional sunt cele mai polarizate.

Este firesc să ne așteptăm ca reacțiile alchenelor să treacă printr-o legătură dublă, care poate fi considerată și o grupare funcțională și, prin urmare, vor fi reacții de adiție, și nu reacții de substituție, caracteristice alcanilor considerați anterior.

Adaos de hidrogen

Adăugarea de hidrogen la alchene duce la formarea de alcani:

Adăugarea de hidrogen la compușii de etilenă în absența catalizatorilor are loc numai la temperaturi ridicate, la care începe adesea descompunerea substanțelor organice. Adăugarea de hidrogen este mult mai ușoară în prezența catalizatorilor. Catalizatorii sunt metale din grupa platinei în stare fin dispersată, platina însăși și în special paladiu - deja la temperatură obișnuită. De o mare importanță practică a fost descoperirea lui Sabatier, care a folosit nichel fin divizat special preparat la o temperatură de 150-300°C și a arătat în numeroase lucrări versatilitatea acestui catalizator pentru o serie de reacții de reducere.

Adăugarea de halogeni

Halogenii se adaugă la alchene pentru a forma derivați de dihalogen care conțin atomi de halogen la atomii de carbon vecini:

În prima etapă a acestei reacții, interacțiunea dintre electronii π ai dublei legături și particula de halogen electrofilă are loc odată cu formarea complexului π (I). În plus, complexul π se rearanjează în ionul de oniu (bromoniu) (II) cu eliminarea anionului halogen, care este în echilibru cu carbocationul (III). Anionul atacă apoi ionul de oniu pentru a forma produsul de adiție (IV):

Atacul anionic al ionului de bromoniu (II) cu formarea de dibromură (IV) are loc în poziția trans. Astfel, în cazul adăugării de Br2 la ciclopentenă, se formează doar trans-1,2-dibromodiclo-pentan:

Dovada adăugării în două etape a unui halogen la alchene este faptul că atunci când Br 2 este adăugat la ciclohexenă în prezența MaCl, nu se formează doar trans-1,2-dibromociclohexan, ci și trans-1-bromo-2. -clorociclohexan:

Halogenare radicală

În condiții dure (fază gazoasă, 500°C), halogenii nu se adaugă la dubla legătură, dar poziția α este halogenată:

În acest caz, reacția are loc printr-un mecanism radical.

Adăugarea de halogenuri de hidrogen

Halogenurile de hidrogen sunt adăugate la alchene pentru a forma haloalchili. Atașarea în cazul moleculelor asimetrice urmează regula Markovnikov, adică hidrogenul se atașează de atomul de carbon cel mai hidrogenat (cu cel mai mare număr de atomi de hidrogen):

Această reacție, ca și adăugarea de brom la etilenă, are loc după formarea complexului π prin etapa de formare a ionului de protoniu:

În prezența peroxizilor, bromura de hidrogen nu se adaugă conform regulii lui Markovnikov (efect Harsh):

În prezența peroxizilor, reacția se desfășoară nu conform mecanismului de adiție electrofilă, ca mai sus, ci după mecanismul radicalilor. Prima etapă este atacul radicalului peroxid asupra moleculei HBr:

Radicalul brom rezultat este adăugat la propilenă pentru a forma un nou radical:

Acesta din urmă este stabilizat prin extragerea hidrogenului din noua moleculă de HBr cu regenerarea unui nou radical de brom etc.:

Și în acest caz, direcția procesului este determinată de stabilitatea radicalilor brompropan: se formează în mod predominant unul mai stabil, conducând la 1-brompropan.

Adăugarea de apă și acid sulfuric

În prezența acizilor, se adaugă apă la dubla legătură conform regulii lui Markovnikov:

Aceeași reacție are loc cu acidul sulfuric:

Oxidare cu permanganat de potasiu într-un mediu neutru sau ușor alcalin (reacția lui Wagner)

În prima etapă, conform mecanismului de adiție cis, ionul MnO 4 este adăugat la legătura multiplă, urmat de scindarea hidrolitică a produsului de adiție instabil și eliberarea ionului de MnO 3 -

Reacția se desfășoară conform schemei de adiție cis:

Soluțiile acide de permanganat oxidează alchenele cu o rupere a lanțului la legătura C=C și formarea de acizi sau cetone:

Efectul ozonului asupra alchenelor

Această reacție duce la ozonide cristaline extrem de explozive, care la hidroliză formează aldehide sau cetone:

Reacția este adesea folosită pentru a determina poziția unei duble legături într-o moleculă, deoarece structura alchenei inițiale poate fi imaginată și din compușii carbonilici rezultați.

Reacția se desfășoară prin cis-cicloadiție prin stadiul de molozonide instabile, care suferă disociere și recombinare ulterioară:

Polimerizarea alchenelor

De o importanță deosebită este polimerizarea etilenei și propilenei în polimeri cu o greutate moleculară de aproximativ 105. Până în 1953 s-a folosit în principal polimerizarea radicalică (inițiată de radicali liberi), deși în principiu s-a folosit atât inițierea anionice, cât și cationică a procesului.

După munca lui Ziegler și Nutt, care au primit Premiul Nobel pentru aceste studii, așa-numitul polimerizare prin coordonare. Cel mai simplu catalizator „Ziegler” de acest tip constă din compuși de trietilaluminiu și titan (IV). Aceasta are ca rezultat formarea de polimeri cu un grad ridicat de stereoregularitate. De exemplu, în timpul polimerizării propilenei, se formează polipropilenă izotactică - un polimer în care toate grupările CH3 laterale ocupă aceeași poziție spațială:

Acest lucru conferă polimerului o rezistență mai mare și poate fi folosit chiar și pentru a face fibre sintetice.

Polietilena produsă prin acest proces este o hidrocarbură saturată cu catenă liniară. Este mai puțin elastic decât polietilena de înaltă presiune, dar are o duritate mai mare și este capabil să reziste la temperaturi mai ridicate.

Datorită combinației multor proprietăți valoroase, polietilena are o aplicație foarte largă. Este unul dintre cele mai bune materiale pentru izolarea cablurilor, pentru utilizare în tehnologia radar, inginerie radio, agricultură etc. Din el sunt realizate țevi, furtunuri, vase, recipiente pentru produse agricole și îngrășăminte, folii de diferite grosimi și multe articole de uz casnic. Foliile durabile din polietilenă au început chiar să fie folosite ca acoperire pentru fundul canalelor artificiale pentru a le face impermeabile.

Telomerizarea

O aplicație industrială interesantă este procesul de copolimerizare a etilenei cu tetraclorură de carbon, numită telomerizare. Dacă la un amestec de etilenă cu CC1 4 se adaugă peroxid de benzoil sau un alt inițiator care se descompune cu formarea de radicali liberi, are loc următorul proces:

Radicalii СС1 3" inițiază polimerizarea în lanț a etilenei:

La întâlnirea cu o altă moleculă CC1 4, creșterea lanțului se oprește:

Radical CC1 3 - dă naștere unui nou lanț.

Produșii de polimerizare cu greutate moleculară mică care rezultă care conțin atomi de halogen la capetele lanțului se numesc telomerii. Telomeri obţinuţi cu valori n = 2,3, 4, ..., 15.

În timpul hidrolizei produșilor de telomerizare se formează acizi carboxilici ω-cloro-substituiți, care sunt produse chimice valoroase.

HIDROCARBURI NESATURAȚI SAU NESATURI DIN SERIA ETILENEI (ALCHENE SAU OLEFINE)

Alchenele, sau olefine(din lat. olefiant - ulei - un nume vechi, dar folosit pe scară largă în literatura chimică. Motivul acestui nume a fost Clorura de etilenă, obținută în secolul al XVIII-lea, este o substanță uleioasă lichidă.) - hidrocarburi alifatice nesaturate, în moleculele cărora există o dublă legătură între atomii de carbon.

Alchenele formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n

1. Serii omoloage de alchene

Omoloage:

CuH2 = CH2 etena

CuH2 = CH- CH3 propenă

CuH2=CH-CH2-CH3butenă-1

CuH2=CH-CH2-CH2-CH3 pentene-1

2. Proprietăți fizice

Etilena (etena) este un gaz incolor cu un miros dulce foarte slab, puțin mai ușor decât aerul, ușor solubil în apă.

C2 - C4 (gaze)

C5 - C17 (lichide)

С18 - (solid)

Alchenele sunt insolubile în apă, solubile în solvenți organici (benzină, benzen etc.)

Mai ușor decât apa

Odată cu creșterea Mr, cresc punctele de topire și de fierbere

3. Cea mai simplă alchenă este etilena - C2H4

Formulele structurale și electronice ale etilenei sunt:

În molecula de etilenă, unul s- si doi p-orbitalii atomilor de C ( sp 2-hibridare).

Astfel, fiecare atom de C are trei orbitali hibrizi și un orbital nehibrid. p-orbitali. Doi dintre orbitalii hibrizi ai atomilor de C se suprapun reciproc și se formează între atomii de C

σ - conexiune. Cei patru orbitali hibrizi rămași ai atomilor de C se suprapun în același plan cu patru s-orbitalii atomilor de H și formează, de asemenea, patru legături σ. Două non-hibride p-orbitalii atomilor de C se suprapun reciproc intr-un plan care este perpendicular pe planul legat σ -, i.e. se formează unul P- conexiune.

Prin natura ei P- conexiunea diferă brusc de σ - conexiune; P- legatura este mai putin puternica datorita suprapunerii norilor de electroni in afara planului moleculei. Sub influența reactivilor P- conexiunea se rupe usor.

Molecula de etilenă este simetrică; nucleele tuturor atomilor sunt situate în același plan și unghiurile de legătură sunt apropiate de 120°; distanța dintre centrele atomilor de C este de 0,134 nm.

Dacă atomii sunt legați printr-o legătură dublă, atunci rotația lor este imposibilă fără nori de electroni P- conexiunea nu este deschisă.

4. Izomeria alchenelor

Impreuna cu izomeria structurală a scheletului de carbon alchenele sunt caracterizate, în primul rând, de alte tipuri de izomerie structurală - izomerie de poziție a legăturilor multipleși izomerie interclasă.

În al doilea rând, în seria alchenelor, izomerie spațială , asociată cu poziţia diferită a substituenţilor faţă de legătura dublă, în jurul căreia rotaţia intramoleculară este imposibilă.

Izomeria structurală a alchenelor

1. Izomeria scheletului de carbon (începând de la C4H8):

2. Izomeria poziției dublei legături (începând de la С4Н8):

3. Izomerie interclasă cu cicloalcani, începând cu C3H6:

Izomeria spațială a alchenelor

Rotația atomilor în jurul unei legături duble este imposibilă fără a o rupe. Acest lucru se datorează caracteristicilor structurale ale legăturii p (norul de electroni p este concentrat deasupra și sub planul moleculei). Datorită atașării rigide a atomilor, nu apare izomeria rotațională față de legătura dublă. Dar devine posibil cis-transă-izomerie.

Alchenele care au substituenți diferiți pe fiecare dintre cei doi atomi de carbon din legătura dublă pot exista ca doi izomeri spațiali care diferă în aranjarea substituenților în raport cu planul legăturii p. Deci, în molecula butenă-2 CH3-CH=CH-CH3 Grupările CH3 pot fi fie pe o parte a dublei legături în cis-izomer, sau pe laturile opuse in transă-izomer.

ATENŢIE! cis-trans- Izomeria nu apare dacă cel puțin unul dintre atomii de C din legătura dublă are 2 substituenți identici.

De exemplu,

butenă-1 CH2=CH-CH2-CH3 nu are cis- și transă-izomeri, deoarece Primul atom de C este legat de doi atomi de H identici.

Izomerii cis- și transă- diferă nu numai fizic

,

dar și proprietăți chimice, tk. apropierea sau îndepărtarea unor părți ale moleculei una de cealaltă în spațiu favorizează sau împiedică interacțiunea chimică.

Uneori cis-trans izomeria nu se numește tocmai izomerie geometrică. Inexactitatea este că toate izomerii spațiali diferă în geometria lor și nu numai cis- și transă-.

5. Nomenclator

Alchenele simple sunt adesea denumite prin înlocuirea sufixului -an în alcani cu -ilenă: etan - etilenă, propan - propilenă etc.

Conform nomenclaturii sistematice, denumirile de hidrocarburi de etilenă se produc prin înlocuirea sufixului -an în alcanii corespunzători cu sufixul -enă (alcan - alchenă, etan - etenă, propan - propenă etc.). Alegerea lanțului principal și ordinea numelui este aceeași ca și pentru alcani. Cu toate acestea, lanțul trebuie să includă în mod necesar o legătură dublă. Numerotarea lanțului începe de la capătul de care această legătură este mai apropiată. De exemplu:

Radicalii nesaturați (alchene) sunt numiți denumiri banale sau conform nomenclaturii sistematice:

(H2C=CH-) vinil sau etenil

(Н2С=CH—CH2) alil

Hidrocarburile alchenice (olefine) sunt una dintre clasele de substanțe organice care au propriile lor. Tipurile de izomerie ale alchenelor la reprezentanții acestei clase nu se repetă cu izomeria altor substanțe organice.

In contact cu

Trăsături caracteristice ale clasei

Se numesc etilen olefine una dintre clasele de hidrocarburi nesaturate care conțin o legătură dublă.

În funcție de proprietățile fizice, reprezentanții acestei categorii de compuși nesaturați sunt:

• gaze,
• lichide,
• compuși solizi.

În compoziția moleculelor există nu numai o legătură „sigma”, ci și o legătură „pi”. Motivul pentru aceasta este prezența în formula structurală a hibridizării " sp2”, care se caracterizează prin aranjarea atomilor compusului în același plan.

În același timp, între ele se formează un unghi de cel puțin o sută douăzeci de grade. orbitali nehibridați" R» este caracteristică locaţiei atât deasupra planului molecular cât şi sub acesta.

Această caracteristică a structurii duce la formarea de legături suplimentare - "pi" sau " π ».

Conexiunea descrisă este mai puțin puternică în comparație cu legăturile „sigma”, deoarece suprapunerea laterală are o aderență slabă. Distribuția totală a densităților de electroni ale legăturilor formate este caracterizată de neomogenitate. Când se rotește în apropierea legăturii carbon-carbon, există o încălcare a suprapunerii orbitalilor „p”. Pentru fiecare alchenă (olefină), un astfel de model este o trăsătură distinctivă.

Aproape toți compușii de etilenă au puncte ridicate de fierbere și de topire, care nu sunt caracteristice tuturor substanțelor organice. Reprezentanții acestei clase de carbohidrați nesaturați se dizolvă rapid în alți solvenți organici.

Atenţie! Compușii nesaturați aciclici hidrocarburile de etilenă au formula generală - C n H 2n.

Omologie

Pe baza faptului că formula generală a alchenelor este C n H 2n, acestea au o anumită omologie. Seria omoloagă de alchene începe cu prima etilenă sau etenă reprezentativă. Această substanță în condiții normale este un gaz și conține doi atomi de carbon și patru atomi de hidrogen -C2H4. În spatele etenei, seria omoloagă de alchene continuă cu propenă și butenă. Formulele lor sunt următoarele: „C 3 H 6” și „C 4 H 8”. În condiții normale, sunt și gaze mai grele, ceea ce înseamnă că trebuie colectate cu o eprubetă întoarsă cu susul în jos.

Formula generală a alchenelor vă permite să calculați următorul reprezentant al acestei clase, având cel puțin cinci atomi de carbon în lanțul structural. Aceasta este o pentenă cu formula „C 5 H 10”.

După caracteristicile fizice, substanța indicată aparține lichidelor, precum și următorilor doisprezece compuși ai liniei omoloage.

Printre alchenele cu aceste caracteristici, există și solide care încep cu formula C 18 H 36 . Hidrocarburile lichide și solide de etilenă nu au tendința de a se dizolva în apă, dar atunci când intră în solvenți organici, reacţionează cu ei.

Formula generală descrisă pentru alchene implică înlocuirea sufixului anterior „an” cu „en”. Acest lucru este consacrat în regulile IUPAC. Indiferent de reprezentantul acestei categorii de compuși pe care îl luăm, toți au sufixul descris.

În numele compușilor de etilenă, există întotdeauna un anumit număr care indică locația dublei legături în formulă. Exemple în acest sens sunt: ​​„butenă-1” sau „pentenă-2”. Numerotarea atomică începe de la marginea cea mai apropiată de configurația dublă. Această regulă este „de fier” în toate cazurile.

izomerie

În funcție de tipul existent de hibridizare a alchenelor, acestea au anumite tipuri de izomerie, fiecare dintre ele având propriile caracteristici și structură. Luați în considerare principalele tipuri de izomerie ale alchenelor.

tip structural

Izomeria structurală este împărțită în izomeri după:

• schelet de carbon;
• localizarea dublei legături.

Izomerii structurali ai scheletului de carbon apar în cazul apariției radicalilor (ramuri din lanțul principal).

Izomerii alchenelor cu izomeria indicată vor fi:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH 3.

2-metilpropen-1:

CH2=C — CH 3

│

Compușii prezentați au un număr total de atomi de carbon și hidrogen (C 4 H 8), dar o structură diferită a scheletului de hidrocarburi. Aceștia sunt izomeri structurali, deși proprietățile lor nu sunt aceleași. Butena-1 (butilena) are un miros caracteristic și proprietăți narcotice care irită tractul respirator. Aceste caracteristici nu au 2-metilpropen-1.

În acest caz, etilena (C 2 H 4) nu are izomeri, deoarece este formată din doar doi atomi de carbon, unde radicalii nu pot fi înlocuiți.

Sfat! Radicalul este lăsat să fie plasat pe atomii de carbon din mijloc și penultimul, dar nu este permis să le plaseze lângă substituenții extremi. Această regulă funcționează pentru toate hidrocarburile nesaturate.

În ceea ce privește localizarea dublei legături, se disting izomerii:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH2-CH3.

CH3-CH = CH — CH2-CH3.

Formula generală pentru alchene din exemplele prezentate este:C5H10,, dar locația unei legături duble este diferită. Proprietățile acestor compuși vor varia. Aceasta este izomerie structurală.

izomerie

Tipul spațial

Izomeria spațială a alchenelor este asociată cu natura aranjamentului substituenților hidrocarburi.

Pe baza acesteia, se disting izomerii:

• „cis”;
• "Transă".

Formula generală a alchenelor permite crearea de „izomeri trans” și „izomeri cis” ai aceluiași compus. Luați, de exemplu, butilena (butenă). Pentru aceasta, este posibil să se creeze izomeri ai structurii spațiale prin aranjarea substituenților în moduri diferite față de legătura dublă. Cu exemple, izomeria alchenelor ar arăta astfel:

„izomer cis” „izomer trans”

Butene-2 ​​​​Butene-2

Din acest exemplu, se poate observa că „izomerii cis” au doi radicali identici pe o parte a planului dublei legături. Pentru „izomerii trans” această regulă nu funcționează, deoarece au doi substituenți diferiți în raport cu lanțul de carbon „C \u003d C”. Având în vedere această regularitate, este posibil să se construiască izomeri „cis” și „trans” pentru diferite hidrocarburi aciclice de etilenă.

„Izomerul cis” și „izomerul trans” prezentat pentru buten-2 nu pot fi transformați unul în altul, deoarece aceasta necesită rotație în jurul lanțului dublu de carbon existent (C=C). Pentru a efectua această rotație, este necesară o anumită cantitate de energie pentru a rupe „legătura p” existentă.

Pe baza celor de mai sus, se poate concluziona că izomerii „trans” și „cis” ai speciei sunt compuși individuali cu un anumit set de proprietăți chimice și fizice.

Care alchenă nu are izomeri. Etilena nu are izomeri spațiali din cauza aceluiași aranjament al substituenților de hidrogen în raport cu lanțul dublu.

Interclasă

Izomeria interclaselor în hidrocarburile alchenice este larg răspândită. Motivul pentru aceasta este asemănarea formulei generale a reprezentanților acestei clase cu formula cicloparafinelor (cicloalcani). Aceste categorii de substanțe au același număr de atomi de carbon și hidrogen, multiplu al compoziției (C n H 2n).

Izomerii interclaselor ar arăta astfel:

CH 2 \u003d CH — CH 3.

Ciclopropan:

Se pare că formulaC3H6doi compuși sunt responsabili: propen-1 și ciclopropan. Din structura structurală se poate vedea aranjamentul diferit al carbonului unul față de celălalt. Proprietățile acestor compuși sunt, de asemenea, diferite. Propene-1 (propilena) este un compus gazos cu un punct de fierbere scăzut. Ciclopropanul se caracterizează printr-o stare gazoasă cu un miros înțepător și un gust înțepător. Proprietățile chimice ale acestor substanțe diferă, de asemenea, dar compoziția lor este identică. În organic, acest tip de izomer se numește interclasă.

Alchenele. Izomeria alchenelor. UTILIZARE. Chimie organica.

Alchene: Structură, nomenclatură, izomerie

Concluzie

Izomerismul alchenic este caracteristica lor importantă, datorită căreia apar noi compuși cu alte proprietăți în natură, care sunt utilizați în industrie și viața de zi cu zi.

Cea mai simplă alchenă este etena C 2 H 4. Conform nomenclaturii IUPAC, denumirile alchenelor se formează din denumirile alcanilor corespunzători prin înlocuirea sufixului „-an” cu „-ene”; poziţia dublei legături este indicată printr-o cifră arabă.

Structura spațială a etilenei

După numele primului reprezentant al acestei serii - etilena - astfel de hidrocarburi se numesc etilenă.

Nomenclatură și izomerie

Nomenclatură

Alchenele de structură simplă sunt adesea numite prin înlocuirea sufixului -an în alcani cu -ilenă: etan - etilenă, propan - propilenă etc.

Conform nomenclaturii sistematice, denumirile de hidrocarburi de etilenă se produc prin înlocuirea sufixului -an în alcanii corespunzători cu sufixul -enă (alcan - alchenă, etan - etenă, propan - propenă etc.). Alegerea lanțului principal și ordinea numelui este aceeași ca și pentru alcani. Cu toate acestea, lanțul trebuie să includă în mod necesar o legătură dublă. Numerotarea lanțului începe de la capătul de care această legătură este mai apropiată. De exemplu:

Uneori sunt folosite și nume raționale. În acest caz, toate hidrocarburile alchenice sunt considerate etilenă substituită:

Radicalii nesaturați (alchene) sunt numiți denumiri banale sau conform nomenclaturii sistematice:

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

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

izomerie

Alchenele sunt caracterizate de două tipuri de izomerie structurală. Pe lângă izomeria asociată cu structura scheletului de carbon (ca la alcani), există o izomerie care depinde de poziția dublei legături în lanț. Aceasta duce la o creștere a numărului de izomeri din seria alchene.

Primii doi membri ai seriei omoloage de alchene - (etilenă și propilenă) - nu au izomeri și structura lor poate fi exprimată după cum urmează:

H 2 C \u003d CH 2 etilenă (etenă)

H 2 C \u003d CH - CH 3 propilenă (propenă)

Izomerie de poziție a legăturilor multiple

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

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

Izomerie geometrică - cis-, trans-izomerie.

Această izomerie este caracteristică compușilor cu o legătură dublă.

Dacă o simplă legătură σ permite rotația liberă a legăturilor individuale ale lanțului de carbon în jurul axei sale, atunci o astfel de rotație nu are loc în jurul unei duble legături. Acesta este motivul apariției geometrice ( cis-, trans-) izomeri.

Izomeria geometrică este unul dintre tipurile de izomerie spațială.

Izomerii în care aceiași substituenți (la atomi de carbon diferiți) sunt localizați pe o parte a dublei legături se numesc izomeri cis și în moduri diferite - izomeri trans:

cis-și transă- izomerii diferă nu numai în structura spațială, ci și în multe proprietăți fizice și chimice. Transă- izomerii sunt mai stabili decât cis- izomerii.

Obținerea alchenelor

Alchenele sunt rare în natură. De obicei, alchenele gazoase (etilenă, propilenă, butilene) sunt izolate din gazele de rafinărie (în timpul cracării) sau din gazele asociate, precum și din gazele de cocsificare de cărbune.

În industrie, alchenele se obțin prin dehidrogenarea alcanilor în prezența unui catalizator (Cr 2 O 3).

Dehidrogenarea alcanilor

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

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

Dintre metodele de laborator de obținere, se pot remarca următoarele:

1. Scindarea halogenurilor de hidrogen din alchilii halogenați sub acțiunea unei soluții de alcool de alcali asupra acestora:

2. Hidrogenarea acetilenei în prezența unui catalizator (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Deshidratarea alcoolilor (clivajul apei).
Ca catalizator se folosesc acizii (sulfurici sau fosforici) sau Al2O3:

În astfel de reacții, hidrogenul este separat de atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat (cu cel mai mic număr de atomi de hidrogen) (regula lui A.M. Zaitsev):

Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale unor alchene sunt prezentate în tabelul de mai jos. Primii trei reprezentanți ai seriei omoloage de alchene (etilenă, propilenă și butilenă) sunt gaze, începând cu C 5 H 10 (amilen sau pentenă-1) sunt lichide, iar cu C 18 H 36 sunt solide. Pe măsură ce greutatea moleculară crește, punctele de topire și de fierbere cresc. Alchenele normale fierb la o temperatură mai mare decât izomerii lor. Puncte de fierbere cis-izomeri mai mari decât transă-izomeri, iar punctele de topire - invers.

Alchenele sunt slab solubile în apă (cu toate acestea, mai bune decât alcanii corespunzători), dar bine - în solvenți organici. Etilena și propilena ard cu o flacără fumurie.

Proprietățile fizice ale unor alchene

Alchenele au polaritate scăzută, dar sunt ușor de polarizat.

Proprietăți chimice

Alchenele sunt foarte reactive. Proprietățile lor chimice sunt determinate în principal de dubla legătură carbon-carbon.

Legătura π, ca fiind cea mai puțin puternică și mai accesibilă, se rupe sub acțiunea reactivului, iar valențele eliberate ale atomilor de carbon sunt cheltuite pentru atașarea atomilor care alcătuiesc molecula de reactiv. Aceasta poate fi reprezentată sub formă de diagramă:

Astfel, pe lângă reacțiile suplimentare, legătura dublă este ruptă, parcă, la jumătate (cu păstrarea legăturii σ).

Pentru alchene, pe lângă adiție, sunt caracteristice și reacțiile de oxidare și polimerizare.

Reacții de adaos

Mai des, reacțiile de adiție se desfășoară în funcție de tipul heterolitic, fiind reacții de adiție electrofile.

1. Hidrogenarea (adaos de hidrogen). Alchenele, adăugând hidrogen în prezența catalizatorilor (Pt, Pd, Ni), trec în hidrocarburi saturate - alcani:

H 2 C \u003d CH 2 + H 2 → H3C - CH3 (etan)

2. Halogenare (adăugarea de halogeni). Halogenii se adaugă cu ușurință la locul rupturii dublei legături pentru a forma derivați dihalogen:

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

Adăugarea de clor și brom este mai ușoară, iar iodul este mai dificil. Fluorul cu alchene, ca și cu alcanii, interacționează cu o explozie.

Comparați: în alchene, reacția de halogenare este un proces de adăugare, nu de substituție (ca la alcani).

Reacția de halogenare este de obicei efectuată într-un solvent la temperatura obișnuită.

Adăugarea de brom și clor la alchene are loc mai degrabă printr-un mecanism ionic decât radical. Această concluzie rezultă din faptul că viteza de adăugare a halogenului nu depinde de iradiere, de prezența oxigenului și de alți reactivi care inițiază sau inhibă procesele radicalice. Pe baza unui număr mare de date experimentale, a fost propus un mecanism pentru această reacție, care include mai multe etape succesive. În prima etapă, polarizarea moleculei de halogen are loc sub acțiunea electronilor de legătură π. Atomul de halogen, care capătă o sarcină pozitivă fracțională, formează un intermediar instabil cu electronii legăturii π, numit complex π sau complex de transfer de sarcină. Trebuie remarcat că în complexul π, halogenul nu formează o legătură direcționată cu niciun atom de carbon anume; în acest complex, interacțiunea donor-acceptor a perechii de electroni a legăturii π ca donor și halogenul ca acceptor este pur și simplu realizată.

În plus, complexul π se transformă într-un ion de bromoniu ciclic. În procesul de formare a acestui cation ciclic, are loc o scindare heterolitică a legăturii Br-Br și un gol. R-orbital sp 2 -atomul de carbon hibridizat se suprapune cu R-orbital „perechii singure” de electroni a atomului de halogen, formând un ion de bromoniu ciclic.

La ultima, a treia etapă, anionul brom, ca agent nucleofil, atacă unul dintre atomii de carbon ai ionului de bromoniu. Atacul nucleofil al ionului bromură duce la deschiderea inelului cu trei membri și formarea unei dibromură vicinală ( vic-aproape). Această etapă poate fi considerată în mod formal ca o substituție nucleofilă a S N 2 la atomul de carbon, în care gruparea scindabilă este Br + .

Rezultatul acestei reacții nu este greu de prezis: anionul de brom atacă carbocationul pentru a forma dibrometan.

Decolorarea rapidă a unei soluții de brom în CCl 4 este unul dintre cele mai simple teste de nesaturare, deoarece alchenele, alchinele și dienele reacţionează rapid cu bromul.

Adăugarea de brom la alchene (reacție de bromurare) este o reacție calitativă la hidrocarburile saturate. Când hidrocarburile nesaturate sunt trecute prin apă cu brom (o soluție de brom în apă), culoarea galbenă dispare (în cazul hidrocarburilor limitatoare, rămâne).

3. Hidrohalogenare (adaos de halogenuri de hidrogen). Alchenele adaugă ușor halogenuri de hidrogen:

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

Adăugarea de halogenuri de hidrogen la omologii de etilenă urmează regula lui V.V. Markovnikov (1837 - 1904): în condiții normale, hidrogenul halogenurilor de hidrogen este atașat la locul dublei legături la atomul de carbon cel mai hidrogenat, iar halogenul la cel mai puțin hidrogenat:

Regula lui Markovnikov poate fi explicată prin faptul că în alchenele nesimetrice (de exemplu, în propilenă), densitatea electronilor este distribuită neuniform. Sub influența grupării metil legate direct de legătura dublă, densitatea electronilor se deplasează către această legătură (până la atomul de carbon extrem).

Datorită acestei schimbări, legătura p este polarizată și pe atomii de carbon apar sarcini parțiale. Este ușor de imaginat că un ion de hidrogen încărcat pozitiv (proton) va uni un atom de carbon (adăugare electrofilă), care are o sarcină negativă parțială și un anion de brom, cu carbonul cu o sarcină parțială pozitivă.

O astfel de atașare este o consecință a influenței reciproce a atomilor dintr-o moleculă organică. După cum știți, electronegativitatea atomului de carbon este puțin mai mare decât cea a hidrogenului.

Prin urmare, în grupul metil, se observă o oarecare polarizare a legăturilor σ C-H, asociată cu o schimbare a densității electronilor de la atomii de hidrogen la carbon. La rândul său, acest lucru determină o creștere a densității electronilor în regiunea dublei legături și, în special, în atomul său extrem. Astfel, gruparea metil, ca și alte grupări alchil, acționează ca un donor de electroni. Cu toate acestea, în prezența compușilor peroxid sau a O 2 (când reacția este radicală), această reacție poate merge și împotriva regulii Markovnikov.

Din aceleași motive, regula lui Markovnikov este respectată atunci când la alchenele nesimetrice se adaugă nu numai halogenuri de hidrogen, ci și alți reactivi electrofili (H 2 O, H 2 SO 4 , HOCl, ICl etc.).

4. Hidratarea (adăugarea de apă). În prezența catalizatorilor, apa este adăugată la alchene pentru a forma alcooli. De exemplu:

H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (alcool izopropilic)

Reacții de oxidare

Alchenele se oxidează mai ușor decât alcanii. Produșii formați în timpul oxidării alchenelor și structura lor depind de structura alchenelor și de condițiile acestei reacții.

1. Arderea

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

2. Oxidare catalitică incompletă

3. Oxidare la temperatura normala. Când o soluție apoasă de KMnO 4 acționează asupra etilenei (în condiții normale, într-un mediu neutru sau alcalin - reacția Wagner), se formează un alcool dihidroxilic - etilenglicol:

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

Această reacție este calitativă: culoarea violetă a unei soluții de permanganat de potasiu se schimbă atunci când i se adaugă un compus nesaturat.

În condiții mai severe (oxidarea KMnO 4 în prezența acidului sulfuric sau a unui amestec de crom), legătura dublă se rupe în alchenă pentru a forma produse care conțin oxigen:

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (acid acetic)

Reacția de izomerizare

Când sunt încălzite sau în prezența catalizatorilor, alchenele sunt capabile să izomerizeze - o legătură dublă se mișcă sau se stabilește o izostructură.

reacții de polimerizare

Datorită ruperii legăturilor π, moleculele de alchenă se pot combina între ele, formând molecule cu lanț lung.

Găsirea în natură și rolul fiziologic al alchenelor

În natură, alchenele aciclice practic nu se găsesc. Cel mai simplu reprezentant al acestei clase de compuși organici - etilena C 2 H 4 - este un hormon pentru plante și este sintetizat în ele în cantități mici.

Una dintre puținele alchene care apar în mod natural este muscalur ( cis- tricosen-9) este un atractant sexual al muștei de casă femele (Musca domestica).

Alchenele inferioare în concentrații mari au un efect narcotic. Membrii superiori ai seriei provoacă, de asemenea, convulsii și iritații ale membranelor mucoase ale tractului respirator.

Reprezentanți individuali

Etilena (etena) este un compus chimic organic descris prin formula C2H4. Este cea mai simplă alchenă. Conține o dublă legătură și, prin urmare, se referă la hidrocarburi nesaturate sau nesaturate. Joacă un rol extrem de important în industrie, fiind și un fitohormon (substanțe organice cu greutate moleculară mică produse de plante și având funcții de reglare).

Etilena - provoacă anestezie, are efect iritant și mutagen.

Etilena este compusul organic cel mai produs din lume; producția mondială totală de etilenă în 2008 s-a ridicat la 113 milioane de tone și continuă să crească cu 2-3% pe an.

Etilena este produsul principal al sintezei organice principale și este folosită la producerea polietilenei (locul 1, până la 60% din volumul total).

Polietilena este un polimer termoplastic al etilenei. Cel mai comun plastic din lume.

Este o masă ceroasă de culoare albă (foile subțiri transparente sunt incolore). Este rezistent chimic și la îngheț, un izolator, nesensibil la șoc (amortizor), se înmoaie la încălzire (80-120 ° C), îngheață la răcire, aderența (aderența suprafețelor de corpuri solide și/sau lichide diferite) este extrem de scăzută. Uneori, în mintea populară, este identificat cu celofanul - un material similar de origine vegetală.

Propilena - provoacă anestezie (mai puternică decât etilena), are un efect general toxic și mutagen.

Rezistent la apă, nu reacționează cu alcalii de orice concentrație, cu soluții de săruri neutre, acide și bazice, acizi organici și anorganici, chiar și acid sulfuric concentrat, dar se descompune sub acțiunea acidului azotic 50% la temperatura camerei și sub influența de clor și fluor lichid și gazos. În timp, apare îmbătrânirea termică.

Folie de polietilenă (în special ambalaje, cum ar fi folie cu bule sau bandă).

Recipiente (sticle, borcane, cutii, canistre, udatoase de gradina, ghivece pentru rasaduri.

Conducte polimerice pentru canalizare, canalizare, alimentare cu apa si gaz.

material electroizolant.

Pulberea de polietilenă este folosită ca adeziv de topire la cald.

Buten-2 ​​- provoacă anestezie, are un efect iritant.