Chemické vlastnosti alkánov

Alkány (parafíny) sú necyklické uhľovodíky, v molekulách ktorých sú všetky atómy uhlíka spojené len jednoduchými väzbami. Inými slovami, v molekulách alkánov nie sú žiadne viacnásobné, dvojité alebo trojité väzby. V skutočnosti sú alkány uhľovodíky obsahujúce maximálny možný počet atómov vodíka, a preto sa nazývajú limitujúce (nasýtené).

V dôsledku nasýtenia nemôžu alkány vstúpiť do adičných reakcií.

Keďže atómy uhlíka a vodíka majú dosť blízku elektronegativitu, vedie to k tomu, že väzby CH v ich molekulách majú extrémne nízku polaritu. V tomto ohľade sú pre alkány charakteristickejšie reakcie prebiehajúce podľa mechanizmu radikálovej substitúcie, označené symbolom SR.

1. Substitučné reakcie

Pri reakciách tohto typu dochádza k prerušeniu väzieb uhlík-vodík.

RH + XY → RX + HY

Halogenácia

Alkány reagujú s halogénmi (chlór a bróm) pôsobením ultrafialového svetla alebo silného tepla. V tomto prípade vzniká zmes halogénderivátov s rôznym stupňom substitúcie atómov vodíka - mono-, di-tri- atď. halogénom substituované alkány.

Na príklade metánu to vyzerá takto:

Zmenou pomeru halogén/metán v reakčnej zmesi je možné zabezpečiť, aby v zložení produktov prevládal akýkoľvek konkrétny metánhalogénový derivát.

2. Oxidačné reakcie

Za normálnych podmienok sú alkány inertné voči takým silným oxidačným činidlám, akými sú koncentrovaná kyselina sírová a dusičná, manganistan a dvojchróman draselný (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).

Spaľovanie v kyslíku

A) úplné spaľovanie s prebytkom kyslíka. Vedie k tvorbe oxidu uhličitého a vody:

CH4 + 202 \u003d CO2 + 2H20

B) nedokonalé spaľovanie s nedostatkom kyslíka:

2CH4 + 302 \u003d 2CO + 4H20

CH4+02 \u003d C + 2H20

Katalytická oxidácia kyslíkom

V dôsledku zahrievania alkánov kyslíkom (~200 o C) v prítomnosti katalyzátorov z nich možno získať širokú škálu organických produktov: aldehydy, ketóny, alkoholy, karboxylové kyseliny.

Napríklad metán môže byť v závislosti od povahy katalyzátora oxidovaný na metylalkohol, formaldehyd alebo kyselinu mravčiu:

3. Tepelné premeny alkánov

Praskanie

Cracking (z angl. prasknúť - roztrhnúť) je chemický proces prebiehajúci pri vysokej teplote, v dôsledku ktorého sa uhlíkový skelet molekúl alkánov láme za vzniku molekúl alkénov a alkánov s nižšou molekulovou hmotnosťou v porovnaní s pôvodnými alkánmi. Napríklad:

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

Krakovanie môže byť tepelné alebo katalytické. Na realizáciu katalytického krakovania sa v dôsledku použitia katalyzátorov používajú výrazne nižšie teploty v porovnaní s tepelným krakovaním.

Dehydrogenácia

K eliminácii vodíka dochádza v dôsledku prerušenia väzieb C-H; uskutočňované v prítomnosti katalyzátorov pri zvýšených teplotách. Dehydrogenáciou metánu vzniká acetylén:

2CH4 -> C2H2 + 3H2

Zahriatie metánu na 1200 ° C vedie k jeho rozkladu na jednoduché látky:

CH4 -> C + 2H 2

Dehydrogenáciou iných alkánov vznikajú alkény:

C2H6 -> C2H4 + H2

Pri dehydrogenácii n- vzniká bután, butén alebo butén-2 (zmes cis- a tranz-izoméry):

Dehydrocyklizácia

Izomerizácia

Chemické vlastnosti cykloalkánov

Chemické vlastnosti cykloalkánov s viac ako štyrmi atómami uhlíka v cykloch sú vo všeobecnosti takmer totožné s vlastnosťami alkánov. Pre cyklopropán a cyklobután sú napodiv charakteristické adičné reakcie. Je to spôsobené vysokým napätím v rámci cyklu, čo vedie k tomu, že tieto cykly majú tendenciu sa lámať. Takže cyklopropán a cyklobután ľahko pridávajú bróm, vodík alebo chlorovodík:

Chemické vlastnosti alkénov

1. Adičné reakcie

Pretože dvojitá väzba v molekulách alkénu pozostáva z jednej silnej sigma väzby a jednej slabej väzby pi, ide o pomerne aktívne zlúčeniny, ktoré ľahko vstupujú do adičných reakcií. Alkény často vstupujú do takýchto reakcií aj za miernych podmienok - v chlade, vo vodných roztokoch a organických rozpúšťadlách.

Hydrogenácia alkénov

Alkény sú schopné pridávať vodík v prítomnosti katalyzátorov (platina, paládium, nikel):

CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3

Hydrogenácia alkénov prebieha ľahko aj pri normálnom tlaku a miernom zahriatí. Zaujímavosťou je, že rovnaké katalyzátory možno použiť na dehydrogenáciu alkánov na alkény, len proces dehydrogenácie prebieha pri vyššej teplote a nižšom tlaku.

Halogenácia

Alkény ľahko vstupujú do adičnej reakcie s brómom vo vodnom roztoku aj v organických rozpúšťadlách. V dôsledku interakcie spočiatku žlté roztoky brómu strácajú farbu, t.j. odfarbiť.

CH2 \u003d CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Hydrohalogenácia

Je ľahké vidieť, že pridanie halogenovodíka k nesymetrickej molekule alkénu by teoreticky malo viesť k zmesi dvoch izomérov. Napríklad, keď sa bromovodík pridá do propénu, mali by sa získať tieto produkty:

Napriek tomu, ak neexistujú špecifické podmienky (napríklad prítomnosť peroxidov v reakčnej zmesi), pridanie molekuly halogenovodíka sa uskutoční prísne selektívne v súlade s Markovnikovovým pravidlom:

Pridanie halogenovodíka k alkénu prebieha tak, že vodík je pripojený k atómu uhlíka s veľkým počtom atómov vodíka (viac hydrogenovaný) a halogén je pripojený k atómu uhlíka s menším počtom atómov vodíka. (menej hydrogenované).

Hydratácia

Táto reakcia vedie k tvorbe alkoholov a tiež prebieha v súlade s Markovnikovovým pravidlom:

Ako by ste mohli hádať, vzhľadom na skutočnosť, že pridávanie vody k molekule alkénu prebieha podľa Markovnikovovho pravidla, tvorba primárneho alkoholu je možná iba v prípade hydratácie etylénu:

CH2 \u003d CH2 + H20 -> CH3-CH2-OH

Touto reakciou sa vyrába hlavné množstvo etylalkoholu vo veľkokapacitnom priemysle.

Polymerizácia

Špecifickým prípadom adičnej reakcie je polymerizačná reakcia, ktorá na rozdiel od halogenácie, hydrohalogenácie a hydratácie prebieha mechanizmom voľných radikálov:

Oxidačné reakcie

Ako všetky ostatné uhľovodíky, aj alkény ľahko horia v kyslíku za vzniku oxidu uhličitého a vody. Rovnica pre spaľovanie alkénov v prebytku kyslíka má tvar:

CnH2n+2 + O2 → nC02 + (n+1)H20

Na rozdiel od alkánov sa alkény ľahko oxidujú. Pôsobením vodného roztoku KMnO 4 na alkény dochádza k odfarbeniu, čo je kvalitatívna reakcia na dvojité a trojité väzby CC v molekulách organických látok.

Oxidácia alkénov manganistanom draselným v neutrálnom alebo mierne alkalickom roztoku vedie k tvorbe diolov (dvojsýtnych alkoholov):

C2H4 + 2KMnO4 + 2H20 → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (chladenie)

V kyslom prostredí dochádza k úplnému štiepeniu dvojitej väzby s transformáciou atómov uhlíka, ktoré vytvorili dvojitú väzbu, na karboxylové skupiny:

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 (zahrievanie)

Ak je dvojitá väzba C=C na konci molekuly alkénu, potom vzniká oxid uhličitý ako produkt oxidácie extrémneho atómu uhlíka na dvojitej väzbe. Je to spôsobené tým, že medziprodukt oxidácie, kyselina mravčia, sa ľahko sám oxiduje v nadbytku oxidačného činidla:

5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15 H 2 SO 4 → 5 CH 3 COOH + 5 CO 2 + 10 MnSO 4 + 5 K 2 SO 4 + 20 H 2 O (zahrievanie)

Pri oxidácii alkénov, pri ktorej atóm C na dvojitej väzbe obsahuje dva uhľovodíkové substituenty, vzniká ketón. Napríklad oxidáciou 2-metylbuténu-2 vzniká acetón a kyselina octová.

Na vytvorenie ich štruktúry sa používa oxidácia alkénov, ktorá narušuje uhlíkový skelet na dvojitej väzbe.

Chemické vlastnosti alkadiénov

Adičné reakcie

Napríklad pridanie halogénov:

Brómová voda sa stáva bezfarebnou.

Za normálnych podmienok dochádza k adícii atómov halogénu na koncoch molekuly butadién-1,3, zatiaľ čo väzby π sú prerušené, atómy brómu sú pripojené k extrémnym atómom uhlíka a voľné valencie vytvárajú novú väzbu π. Teda akoby došlo k „pohybu“ dvojitej väzby. S nadbytkom brómu sa môže na miesto vytvorenej dvojitej väzby pridať ešte jedna molekula brómu.

polymerizačné reakcie

Chemické vlastnosti alkínov

Alkíny sú nenasýtené (nenasýtené) uhľovodíky, a preto sú schopné vstupovať do adičných reakcií. Spomedzi adičných reakcií pre alkíny je najbežnejšia elektrofilná adícia.

Halogenácia

Keďže trojitá väzba alkínových molekúl pozostáva z jednej silnejšej sigma väzby a dvoch slabších pi väzieb, sú schopné pripojiť buď jednu alebo dve molekuly halogénu. Adícia dvoch molekúl halogénu jednou molekulou alkínu prebieha elektrofilným mechanizmom postupne v dvoch fázach:

Hydrohalogenácia

Pridávanie molekúl halogenovodíka tiež prebieha elektrofilným mechanizmom a v dvoch stupňoch. V oboch fázach pridávanie prebieha v súlade s Markovnikovovým pravidlom:

Hydratácia

Pridávanie vody k alkínom prebieha v prítomnosti solí rutia v kyslom prostredí a nazýva sa Kucherovova reakcia.

V dôsledku hydratácie pridania vody do acetylénu vzniká acetaldehyd (acetický aldehyd):

V prípade homológov acetylénu vedie pridanie vody k tvorbe ketónov:

Hydrogenácia alkínu

Alkíny reagujú s vodíkom v dvoch krokoch. Ako katalyzátory sa používajú kovy ako platina, paládium, nikel:

Alkínová trimerizácia

Keď acetylén prechádza cez aktívne uhlie pri vysokej teplote, vzniká z neho zmes rôznych produktov, z ktorých hlavným je benzén, produkt trimerizácie acetylénu:

Dimerizácia alkínov

Acetylén tiež vstupuje do dimerizačnej reakcie. Proces prebieha v prítomnosti solí medi ako katalyzátorov:

Alkínová oxidácia

Alkíny horia v kyslíku:

CnH2n-2 + (3n-1) / 202 → nC02 + (n-1) H20

Interakcia alkínov so zásadami

Alkíny s trojitým C≡C na konci molekuly sú na rozdiel od iných alkínov schopné vstupovať do reakcií, pri ktorých je atóm vodíka v trojitej väzbe nahradený kovom. Napríklad acetylén reaguje s amidom sodným v kvapalnom amoniaku:

HC≡CH + NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3,

a tiež s roztokom amoniaku oxidu strieborného, ​​čím sa vytvárajú nerozpustné látky podobné soli nazývané acetylénidy:

Vďaka tejto reakcii je možné rozpoznať alkíny s koncovou trojitou väzbou, ako aj izolovať takýto alkín zo zmesi s inými alkínmi.

Je potrebné poznamenať, že všetky acetylenidy striebra a medi sú výbušné látky.

Acetylidy sú schopné reagovať s halogénovými derivátmi, čo sa používa pri syntéze zložitejších organických zlúčenín s trojitou väzbou:

CH3-C≡CH + NaNH2 → CH3-C≡CNa + NH3

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

Chemické vlastnosti aromatických uhľovodíkov

Aromatický charakter väzby ovplyvňuje chemické vlastnosti benzénov a iných aromatických uhľovodíkov.

Jediný 6pi elektrónový systém je oveľa stabilnejší ako bežné pí väzby. Preto sú pre aromatické uhľovodíky charakteristické substitučné reakcie ako adičné reakcie. Arény vstupujú do substitučných reakcií elektrofilným mechanizmom.

Substitučné reakcie

Halogenácia

Nitrácia

Nitračná reakcia prebieha najlepšie za pôsobenia nie čistej kyseliny dusičnej, ale jej zmesi s koncentrovanou kyselinou sírovou, takzvanej nitračnej zmesi:

Alkylácia

Reakcia, pri ktorej je jeden z atómov vodíka na aromatickom jadre nahradený uhľovodíkovým radikálom:

Namiesto halogénovaných alkánov sa môžu použiť aj alkény. Ako katalyzátory sa môžu použiť halogenidy hliníka, halogenidy železitého železa alebo anorganické kyseliny.<

Adičné reakcie

hydrogenácia

Prírastok chlóru

Pri intenzívnom ožiarení ultrafialovým svetlom prebieha radikálnym mechanizmom:

Podobne môže reakcia prebiehať len s chlórom.

Oxidačné reakcie

Spaľovanie

2C6H6 + 15O2 \u003d 12CO2 + 6H20 + Q

neúplná oxidácia

Benzénový kruh je odolný voči oxidačným činidlám, ako je KMnO4 a K2Cr207. Reakcia nejde.

Rozdelenie substituentov v benzénovom kruhu na dva typy:

Zvážte chemické vlastnosti homológov benzénu s použitím toluénu ako príkladu.

Chemické vlastnosti toluénu

Halogenácia

Molekula toluénu sa môže považovať za pozostávajúcu z fragmentov molekúl benzénu a metánu. Preto je logické predpokladať, že chemické vlastnosti toluénu by mali do určitej miery spájať chemické vlastnosti týchto dvoch látok braných oddelene. Najmä to je presne to, čo sa pozoruje pri jeho halogenácii. Už vieme, že benzén vstupuje do substitučnej reakcie s chlórom elektrofilným mechanizmom a na uskutočnenie tejto reakcie je potrebné použiť katalyzátory (halogenidy hliníka alebo železa). Zároveň je metán schopný reagovať aj s chlórom, ale mechanizmom voľných radikálov, čo si vyžaduje ožiarenie východiskovej reakčnej zmesi UV svetlom. Toluén, v závislosti od podmienok, za ktorých prechádza chloráciou, je schopný poskytnúť buď substitučné produkty atómov vodíka v benzénovom kruhu - na to je potrebné použiť rovnaké podmienky ako pri chlorácii benzénu, alebo substitučné produkty atómov vodíka v metylový radikál, ak je na ňom, ako pôsobiť na metán s chlórom pri ožiarení ultrafialovým svetlom:

Ako vidíte, chlorácia toluénu v prítomnosti chloridu hlinitého viedla k dvom rôznym produktom - orto- a para-chlórtoluénu. Je to spôsobené tým, že metylový radikál je substituentom prvého druhu.

Ak sa chlorácia toluénu v prítomnosti AlCl3 vykonáva v nadbytku chlóru, je možná tvorba trichlórom substituovaného toluénu:

Podobne, keď sa toluén chlóruje na svetle pri vyššom pomere chlór/toluén, možno získať dichlórmetylbenzén alebo trichlórmetylbenzén:

Nitrácia

Substitúcia atómov vodíka za nitroskupinu počas nitrácie toluénu zmesou koncentrovanej kyseliny dusičnej a sírovej vedie k substitučným produktom v aromatickom jadre, a nie v metylovom radikále:

Alkylácia

Ako už bolo uvedené, metylový radikál je orientantom prvého druhu, preto jeho Friedel-Craftsova alkylácia vedie k substitučným produktom v orto a para polohách:

Adičné reakcie

Toluén môže byť hydrogenovaný na metylcyklohexán pomocou kovových katalyzátorov (Pt, Pd, Ni):

C6H5CH3 + 902 → 7CO2 + 4H20

neúplná oxidácia

Pôsobením takého oxidačného činidla, akým je vodný roztok manganistanu draselného, ​​podlieha bočný reťazec oxidácii. Za takýchto podmienok sa aromatické jadro nemôže oxidovať. V tomto prípade sa v závislosti od pH roztoku vytvorí buď karboxylová kyselina alebo jej soľ.

ALKENY

Uhľovodíky, v molekule ktorých sú okrem jednoduchých σ-väzieb uhlík-uhlík a uhlík-vodík σ-väzby uhlík-uhlík, tzv. neobmedzené. Pretože tvorba väzby π je formálne ekvivalentná strate dvoch atómov vodíka molekulou, nenasýtené uhľovodíky obsahujú 2p menej atómov vodíka ako je limit, kde P - počet π-väzieb:

Rad, ktorého členy sa navzájom líšia o (2H) n, sa nazýva izoologická stránka. Takže vo vyššie uvedenej schéme sú izológy hexány, hexény, hexadiény, hexíny, hexatriény atď.

Uhľovodíky obsahujúce jednu π-väzbu (t.j. dvojitú väzbu) sa nazývajú alkény (olefíny) alebo podľa prvého člena série - etylén, etylénové uhľovodíky. Všeobecný vzorec pre ich homologický rad C p H 2n.

1. Názvoslovie

V súlade s pravidlami IUPAC pri konštrukcii názvov alkénov dostane najdlhší uhlíkový reťazec obsahujúci dvojitú väzbu názov zodpovedajúceho alkánu, ktorého koncovka -sk zmenil na -sk. Tento reťazec je očíslovaný tak, že atómy uhlíka, ktoré sa podieľajú na tvorbe dvojitej väzby, dostanú najmenší možný počet:

Radikály sú pomenované a očíslované ako v prípade alkánov.

Pre alkény relatívne jednoduchej štruktúry sú povolené jednoduchšie názvy. Niektoré z najbežnejších alkénov sa teda nazývajú pridaním prípony -sk k názvu uhľovodíkového radikálu s rovnakým uhlíkovým skeletom:

Uhľovodíkové radikály vytvorené z alkénov dostávajú príponu -enyl.Číslovanie v radikále začína od atómu uhlíka, ktorý má voľnú valenciu. V prípade najjednoduchších alkenylových radikálov je však možné namiesto systematických názvov používať triviálne:

Atómy vodíka priamo viazané na nenasýtené atómy uhlíka tvoriace dvojitú väzbu sa často označujú ako vinylové atómy vodíka,

2. Izomizmus

Okrem izomérie uhlíkového skeletu sa v rade alkénov vyskytuje aj izoméria polohy dvojitej väzby. Vo všeobecnosti izoméria tohto typu - izoméria polohy substituenta (funkcie)- pozoruje sa vo všetkých prípadoch, keď sú v molekule nejaké funkčné skupiny. Pre alkán C4H10 sú možné dva štruktúrne izoméry:

Pre alkén C4H8 (butén) sú možné tri izoméry:

Butén-1 a butén-2 ​​sú izoméry polohy funkcie (v tomto prípade jej úlohu zohráva dvojitá väzba).

Priestorové izoméry sa navzájom líšia priestorovým usporiadaním substituentov a nazývajú sa tzv cis izoméry, ak sú substituenty na tej istej strane dvojitej väzby, a trans izoméry, ak na opačných stranách:

3. Štruktúra dvojitej väzby

Energia rozpadu molekuly na dvojitej väzbe C=C je 611 kJ/mol; keďže energia σ-väzby C-C je 339 kJ / mol, energia prerušenia väzby π je len 611-339 = 272 kJ / mol. π-elektróny sú oveľa ľahšie ovplyvniteľné ako σ-elektróny, napríklad polarizačnými rozpúšťadlami alebo akýmikoľvek útočnými činidlami. Vysvetľuje sa to rozdielom v symetrii rozloženia elektrónového oblaku σ- a π-elektrónov. Maximálne prekrytie p-orbitálov a následne minimálna voľná energia molekuly sa realizuje len pri rovinnej štruktúre vinylového fragmentu a so skrátenou C-C vzdialenosťou rovnou 0,134 nm, t.j. oveľa menšia ako vzdialenosť medzi atómami uhlíka spojenými jednoduchou väzbou (0,154 nm). S rotáciou „polovičiek“ molekuly voči sebe navzájom pozdĺž osi dvojitej väzby miera prekrytia orbitálov klesá, čo je spojené s výdajom energie. Dôsledkom toho je absencia voľnej rotácie pozdĺž osi dvojitej väzby a existencia geometrických izomérov so zodpovedajúcou substitúciou na atómoch uhlíka.

4. Fyzikálne vlastnosti

Podobne ako alkány sú nižšími homológmi mnohých najjednoduchších alkénov za normálnych podmienok plyny a od C 5 sú to nízkovriace kvapaliny.

Všetky alkény, podobne ako alkány, sú prakticky nerozpustné vo vode a ľahko rozpustné v iných organických rozpúšťadlách, s výnimkou metylalkoholu; všetky majú nižšiu hustotu ako voda.

5. Chemické vlastnosti

Pri zvažovaní reaktivity komplexných organických zlúčenín platí všeobecný princíp. Vo väčšine reakcií nie je zahrnutý "inertný" uhľovodíkový radikál, ale existujúce funkčné skupiny a ich bezprostredné prostredie. Je to prirodzené, pretože väčšina väzieb je menej silná ako väzby C-C a C-H a navyše väzby vo funkčnej skupine a v jej blízkosti sú najviac polarizované.

Je prirodzené očakávať, že reakcie alkénov budú prechádzať cez dvojitú väzbu, ktorú možno tiež považovať za funkčnú skupinu, a teda pôjde o adičné reakcie, a nie o substitučné reakcie, charakteristické pre predtým uvažované alkány.

Pridávanie vodíka

Pridanie vodíka k alkénom vedie k tvorbe alkánov:

K pridávaniu vodíka k etylénovým zlúčeninám v neprítomnosti katalyzátorov dochádza len pri vysokých teplotách, pri ktorých často začína rozklad organických látok. Pridávanie vodíka je oveľa jednoduchšie v prítomnosti katalyzátorov. Katalyzátory sú kovy platinovej skupiny v jemne dispergovanom stave, samotná platina a najmä paládium - už pri bežnej teplote. Veľký praktický význam mal objav Sabatiera, ktorý použil špeciálne pripravený jemne mletý nikel pri teplote 150-300°C a v početných prácach ukázal všestrannosť tohto katalyzátora pre množstvo redukčných reakcií.

Prídavok halogénov

Halogény sa pridávajú k alkénom za vzniku dihalogénových derivátov obsahujúcich atómy halogénu na susedných atómoch uhlíka:

V prvom štádiu tejto reakcie dochádza k interakcii medzi π-elektrónmi dvojitej väzby a elektrofilnou halogénovou časticou za vzniku π-komplexu (I). Ďalej sa π-komplex preskupuje na óniový (brómiový) ión (II) s elimináciou halogénového aniónu, ktorý je v rovnováhe s karbokationom (III). Anión potom útočí na óniový ión za vzniku adičného produktu (IV):

Aniónový útok brómiového iónu (II) s tvorbou dibromidu (IV) prebieha v trans polohe. V prípade adície Br2 k cyklopenténu sa teda vytvorí iba trans-1,2-dibrómdiklopentán:

Dôkazom dvojstupňovej adície halogénu na alkény je skutočnosť, že po pridaní Br 2 k cyklohexénu v prítomnosti MaCl vzniká nielen trans-1,2-dibrómcyklohexán, ale aj trans-1-bróm-2. -chlórcyklohexán:

Radikálová halogenácia

V drsných podmienkach (plynná fáza, 500 °C) sa halogény nepridávajú k dvojitej väzbe, ale poloha α je halogénovaná:

V tomto prípade reakcia prebieha radikálnym mechanizmom.

Pridanie halogenovodíkov

Halogenidy vodíka sa pridávajú k alkénom za vzniku halogénalkylov. Pripojenie v prípade asymetrických molekúl sa riadi Markovnikovovým pravidlom, t.j. vodík je pripojený k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka (s najväčším počtom atómov vodíka):

Táto reakcia, podobne ako pridanie brómu k etylénu, prebieha po vytvorení π-komplexu cez štádium tvorby protónového iónu:

V prítomnosti peroxidov sa bromovodík nepridáva podľa Markovnikovovho pravidla (Harash efekt):

V prítomnosti peroxidov reakcia prebieha nie podľa mechanizmu elektrofilnej adície, ako je uvedené vyššie, ale podľa radikálového mechanizmu. Prvým stupňom je útok peroxidového radikálu na molekulu HBr:

Výsledný brómový radikál sa pridá k propylénu za vzniku nového radikálu:

Ten sa stabilizuje vytiahnutím vodíka z novej molekuly HBr s regeneráciou nového radikálu brómu atď.:

Aj v tomto prípade je smer procesu určený stabilitou brómpropánových radikálov: tvorí sa prevažne stabilnejší, čo vedie k 1-brómpropánu.

Pridanie vody a kyseliny sírovej

V prítomnosti kyselín sa na dvojitú väzbu pridáva voda podľa Markovnikovovho pravidla:

Rovnaká reakcia prebieha s kyselinou sírovou:

Oxidácia manganistanom draselným v neutrálnom alebo mierne alkalickom prostredí (Wagnerova reakcia)

V prvej fáze sa podľa cis-adičného mechanizmu pridá ión MnO 4 k násobnej väzbe, nasleduje hydrolytické štiepenie nestabilného adičného produktu a uvoľnenie iónu MnO 3 -

Reakcia prebieha podľa cis-adičnej schémy:

Kyslé roztoky manganistanu oxidujú alkény s prerušením reťazca na väzbe C=C a tvorbou kyselín alebo ketónov:

Vplyv ozónu na alkény

Táto reakcia vedie k vysoko výbušným kryštalickým ozonidom, ktoré pri hydrolýze tvoria aldehydy alebo ketóny:

Reakcia sa často používa na určenie polohy dvojitej väzby v molekule, pretože štruktúru východiskového alkénu si možno predstaviť aj z výsledných karbonylových zlúčenín.

Reakcia prebieha cis-cykloadíciou cez štádium nestabilného molozonidu, ktorý podlieha disociácii a následnej rekombinácii:

Polymerizácia alkénov

Zvlášť dôležitá je polymerizácia etylénu a propylénu na polyméry s molekulovou hmotnosťou asi 105. Do roku 1953 sa používala hlavne radikálová (voľnými radikálmi iniciovaná) polymerizácia, hoci v princípe sa používala aniónová, ako aj katiónová iniciácia procesu.

Po práci Zieglera a Nutta, ktorí za tieto štúdie dostali Nobelovu cenu, tzv koordinačná polymerizácia. Najjednoduchší "Ziegler" katalyzátor tohto typu pozostáva zo zlúčenín trietylhliníka a titánu (IV). To vedie k tvorbe polymérov s vysokým stupňom stereoregularity. Napríklad pri polymerizácii propylénu vzniká izotaktický polypropylén - polymér, v ktorom všetky bočné skupiny CH3 zaujímajú rovnakú priestorovú polohu:

To dáva polyméru väčšiu pevnosť a môže byť dokonca použitý na výrobu syntetických vlákien.

Polyetylén vyrobený týmto spôsobom je nasýtený uhľovodík s priamym reťazcom. Je menej elastický ako vysokotlakový polyetylén, ale má väčšiu tvrdosť a je schopný odolávať vyšším teplotám.

Vďaka kombinácii mnohých cenných vlastností má polyetylén veľmi široké uplatnenie. Je to jeden z najlepších materiálov na izoláciu káblov, pre použitie v radarovej technike, rádiotechnike, poľnohospodárstve atď. Vyrábajú sa z neho rúry, hadice, nádoby, nádoby na poľnohospodárske produkty a hnojivá, fólie rôznych hrúbok a mnohé predmety pre domácnosť. Odolné polyetylénové fólie sa dokonca začali používať ako kryt na dno umelých kanálov, aby boli vodotesné.

Telomerizácia

Zaujímavou priemyselnou aplikáciou je proces kopolymerizácie etylénu s tetrachlórmetánom, tzv telomerizácia. Ak sa do zmesi etylénu s CC1 4 pridá benzoylperoxid alebo iný iniciátor, ktorý sa rozkladá za tvorby voľných radikálov, nastáva nasledujúci proces:

Radikály СС1 3 "iniciujú reťazovú polymerizáciu etylénu:

Pri stretnutí s inou molekulou CC1 4 sa rast reťazca zastaví:

Radikálny CC1 3 - dáva vznik novej reťazi.

Výsledné produkty polymerizácie s nízkou molekulovou hmotnosťou obsahujúce atómy halogénu na koncoch reťazca sa nazývajú teloméry. Teloméry získané s hodnotami n = 2,3, 4, ..., 15.

Pri hydrolýze produktov telomerizácie vznikajú ω-chlór-substituované karboxylové kyseliny, ktoré sú cennými chemickými produktmi.

NENAsýtené alebo nenasýtené uhľovodíky ETYLÉNOVÉHO RADU (ALKENY ALEBO OLEFÍNY)

alkény, alebo olefíny(z lat. olefiant – olej – starý názov, no v chemickej literatúre hojne používaný. Dôvodom tohto názvu bolo etylénchlorid, získaný v 18. storočí, je tekutá olejovitá látka.) - alifatické nenasýtené uhľovodíky, v molekulách ktorých je medzi atómami uhlíka jedna dvojitá väzba.

Alkény tvoria homológny rad so všeobecným vzorcom CnH2n

1. Homológny rad alkénov

Homológy:

SH2 = CH2 etén

SH2 = CH- CH3 propén

SH2=CH-CH2-CH3butén-1

SH2=CH-CH2-CH2-CH3 pentén-1

2. Fyzikálne vlastnosti

Etylén (etén) je bezfarebný plyn s veľmi slabým sladkým zápachom, mierne ľahší ako vzduch, mierne rozpustný vo vode.

C2 - C4 (plyny)

C5 - C17 (kvapaliny)

С18 - (plné)

Alkény sú nerozpustné vo vode, rozpustné v organických rozpúšťadlách (benzín, benzén atď.)

Ľahšie ako voda

So zvýšením Mr sa zvýšia body topenia a varu

3. Najjednoduchší alkén je etylén - C2H4

Štruktúrne a elektronické vzorce etylénu sú:

V molekule etylénu je jeden s- a dve p-orbitály atómov C ( sp 2-hybridizácia).

Každý atóm uhlíka má teda tri hybridné orbitály a jeden nehybridný orbitál. p-orbitály. Dva z hybridných orbitálov atómov uhlíka sa vzájomne prekrývajú a tvoria medzi atómami uhlíka

σ - spojenie. Zostávajúce štyri hybridné orbitály atómov C sa prekrývajú v rovnakej rovine so štyrmi s-orbitály atómov H a tvoria aj štyri σ-väzby. Dve nehybridné p-orbitály atómov C sa vzájomne prekrývajú v rovine, ktorá je kolmá na rovinu σ - väzba, t.j. jeden sa tvorí P- spojenie.

Zo svojej podstaty P- spojenie sa výrazne líši od σ - spojenie; P- väzba je menej pevná v dôsledku prekrývania elektrónových oblakov mimo rovinu molekuly. Pod vplyvom činidiel P- spojenie sa ľahko preruší.

Molekula etylénu je symetrická; jadrá všetkých atómov sú umiestnené v rovnakej rovine a väzbové uhly sú blízke 120°; vzdialenosť medzi centrami atómov C je 0,134 nm.

Ak sú atómy spojené dvojitou väzbou, potom je ich rotácia nemožná bez elektrónových oblakov P- spojenie nie je otvorené.

4. Izoméria alkénov

Spolu s štruktúrna izoméria uhlíkového skeletu alkény sa vyznačujú predovšetkým inými typmi štruktúrnej izomérie - viacnásobná väzbová pozičná izoméria a medzitriedna izoméria.

Po druhé, v sérii alkénov, priestorová izoméria spojené s odlišnou polohou substituentov vzhľadom na dvojitú väzbu, okolo ktorej nie je možná intramolekulárna rotácia.

Štrukturálna izoméria alkénov

1. Izoméria uhlíkového skeletu (začínajúc od C4H8):

2. Izoméria polohy dvojitej väzby (začínajúc od С4Н8):

3. Medzitriedna izoméria s cykloalkánmi, počnúc C3H6:

Priestorová izoméria alkénov

Rotácia atómov okolo dvojitej väzby nie je možná bez jej porušenia. Je to spôsobené štrukturálnymi vlastnosťami p-väzby (oblak p-elektrónov je sústredený nad a pod rovinou molekuly). V dôsledku tuhého pripojenia atómov sa neobjavuje rotačná izoméria vzhľadom na dvojitú väzbu. Ale stáva sa to možným cis-tranz- izoméria.

Alkény, ktoré majú rôzne substituenty na každom z dvoch atómov uhlíka v dvojitej väzbe, môžu existovať ako dva priestorové izoméry, ktoré sa líšia usporiadaním substituentov vzhľadom na rovinu p-väzby. Takže v molekule buténu-2 CH3-CH=CH-CH3 CH3 skupiny môžu byť buď na jednej strane dvojitej väzby cis-izomér, alebo na opačných stranách v tranz-izomér.

POZOR! cis-trans- Izoméria sa neprejaví, ak aspoň jeden z atómov C v dvojitej väzbe má 2 rovnaké substituenty.

Napríklad,

butén-1 CH2=CH-CH2-CH3 nemá cis- a tranz-izoméry, pretože Prvý atóm uhlíka je naviazaný na dva rovnaké atómy H.

izoméry cis- a tranz- líšia sa nielen fyzickými

,

ale aj chemické vlastnosti, tk. približovanie alebo odstraňovanie častí molekuly od seba v priestore podporuje alebo bráni chemickej interakcii.

Niekedy cis-trans izoméria sa presne nenazýva geometrická izoméria. Nepresnosť je v tom všetky priestorové izoméry sa líšia nielen svojou geometriou cis- a tranz-.

5. Názvoslovie

Jednoduché alkény sú často pomenované nahradením prípony -an v alkánoch za -ylén: etán - etylén, propán - propylén atď.

Podľa systematického názvoslovia sa názvy etylénových uhľovodíkov vyrábajú nahradením prípony -an v príslušných alkánoch príponou -én (alkán - alkén, etán - etén, propán - propén atď.). Výber hlavného reťazca a poradie názvov je rovnaké ako u alkánov. Reťazec však musí nevyhnutne obsahovať dvojitú väzbu. Číslovanie reťaze začína od konca, ku ktorému je toto spojenie bližšie. Napríklad:

Nenasýtené (alkénové) radikály sa nazývajú triviálne názvy alebo podľa systematickej nomenklatúry:

(H2C=CH-) vinyl alebo etenyl

(N20=CH-CH2) alyl

Alkénové uhľovodíky (olefíny) sú jednou z tried organických látok, ktoré majú svoje vlastné. Typy izomérie alkénov v predstaviteľoch tejto triedy sa neopakujú s izomériou iných organických látok.

V kontakte s

Charakteristické črty triedy

Etylénové olefíny sú tzv jedna z tried nenasýtených uhľovodíkov obsahujúcich jednu dvojitú väzbu.

Podľa fyzikálnych vlastností sú zástupcami tejto kategórie nenasýtených zlúčenín:

• plyny,
• tekutiny,
• tuhé zlúčeniny.

V zložení molekúl nie je len väzba "sigma", ale aj väzba "pí". Dôvodom je prítomnosť hybridizácie v štruktúrnom vzorci " sp2“, ktorý sa vyznačuje usporiadaním atómov zlúčeniny v rovnakej rovine.

Súčasne je medzi nimi vytvorený uhol najmenej stodvadsať stupňov. nehybridizované orbitály" R» je charakteristické pre umiestnenie nad molekulárnou rovinou aj pod ňou.

Táto vlastnosť štruktúry vedie k vytvoreniu ďalších väzieb - "pi" alebo " π ».

Popísané spojenie je menej pevné v porovnaní s väzbami "sigma", pretože bočné prekrytie má slabú priľnavosť. Celková distribúcia elektrónových hustôt vytvorených väzieb je charakterizovaná nehomogenitou. Pri rotácii v blízkosti väzby uhlík-uhlík dochádza k porušeniu prekrytia „p“ orbitálov. Pre každý alkén (olefín) je takýto vzor charakteristickou črtou.

Takmer všetky zlúčeniny etylénu majú vysoké teploty varu a topenia, ktoré nie sú charakteristické pre všetky organické látky. Zástupcovia tejto triedy nenasýtených sacharidov sa rýchlo rozpúšťajú v iných organických rozpúšťadlách.

Pozor! Acyklické nenasýtené zlúčeniny etylénové uhľovodíky majú všeobecný vzorec - C n H 2n.

Homológia

Na základe skutočnosti, že všeobecný vzorec alkénov je C n H 2n, majú určitú homológiu. Homológny rad alkénov začína prvým zástupcom etylénu alebo eténu. Táto látka je za normálnych podmienok plyn a obsahuje dva atómy uhlíka a štyri atómy vodíka -C2H4. Za eténom pokračuje homologická séria alkénov s propénom a buténom. Ich vzorce sú nasledovné: "C3H6" a "C4H8". Za normálnych podmienok sú to aj plyny, ktoré sú ťažšie, čo znamená, že ich treba zbierať skúmavkou otočenou hore dnom.

Všeobecný vzorec alkénov vám umožňuje vypočítať ďalšieho zástupcu tejto triedy, ktorý má v štruktúrnom reťazci najmenej päť atómov uhlíka. Ide o pentén so vzorcom "C 5 H 10".

Podľa fyzikálnych vlastností patrí uvedená látka medzi kvapaliny, ako aj dvanásť nasledujúcich zlúčenín homologickej línie.

Medzi alkénmi s týmito vlastnosťami sú tiež pevné látky, ktoré začínajú vzorcom C18H36. Kvapalné a pevné etylénové uhľovodíky nemajú tendenciu sa rozpúšťať vo vode, ale keď sa dostanú do organických rozpúšťadiel, reagujú s nimi.

Opísaný všeobecný vzorec pre alkény zahŕňa nahradenie predtým platnej prípony „an“ za „en“. Toto je zakotvené v pravidlách IUPAC. Bez ohľadu na to, ktorý zástupca tejto kategórie zlúčenín vezmeme, všetky majú opísanú príponu.

V názve etylénových zlúčenín je vždy určité číslo, ktoré označuje umiestnenie dvojitej väzby vo vzorci. Príklady sú: "butén-1" alebo "pentén-2". Atómové číslovanie začína od okraja najbližšie k dvojitej konfigurácii. Toto pravidlo je vo všetkých prípadoch „železné“.

izoméria

V závislosti od existujúceho typu hybridizácie alkénov majú určité typy izomérie, z ktorých každá má svoje vlastné charakteristiky a štruktúru. Zvážte hlavné typy izomérie alkénov.

konštrukčný typ

Štrukturálna izoméria sa ďalej delí na izoméry podľa:

• uhlíková kostra;
• umiestnenie dvojitej väzby.

Štrukturálne izoméry uhlíkového skeletu vznikajú v prípade výskytu radikálov (vetvy z hlavného reťazca).

Izoméry alkénov uvedenej izomérie budú:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH 3.

2-metylpropén-1:

CH2=C — CH 3

│

Prezentované zlúčeniny majú celkový počet atómov uhlíka a vodíka (C 4 H 8), ale odlišnú štruktúru uhľovodíkového skeletu. Ide o štruktúrne izoméry, aj keď ich vlastnosti nie sú rovnaké. Butén-1 (butylén) má charakteristický zápach a narkotické vlastnosti, ktoré dráždia dýchacie cesty. Tieto vlastnosti nemajú 2-metylpropén-1.

V tomto prípade etylén (C2H4) nemá žiadne izoméry, pretože pozostáva iba z dvoch atómov uhlíka, kde radikály nemôžu byť substituované.

Poradte! Radikál môže byť umiestnený na strednom a predposlednom uhlíkovom atóme, ale nie je povolené umiestniť ich blízko krajných substituentov. Toto pravidlo platí pre všetky nenasýtené uhľovodíky.

Pokiaľ ide o umiestnenie dvojitej väzby, izoméry sa rozlišujú:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH2-CH3.

CH3-CH = CH — CH2-CH3.

Všeobecný vzorec pre alkény v uvedených príkladoch je:C5H10,, ale umiestnenie jednej dvojitej väzby je iné. Vlastnosti týchto zlúčenín sa budú líšiť. Toto je štrukturálna izoméria.

izoméria

Priestorový typ

Priestorová izoméria alkénov je spojená s povahou usporiadania uhľovodíkových substituentov.

Na základe toho sa rozlišujú izoméry:

• "cis";
• "Trance".

Všeobecný vzorec alkénov umožňuje tvorbu "trans-izomérov" a "cis-izomérov" tej istej zlúčeniny. Vezmite si napríklad butylén (butén). Pre ňu je možné vytvoriť izoméry priestorovej štruktúry usporiadaním substituentov rôznym spôsobom vzhľadom na dvojitú väzbu. S príkladmi by izoméria alkénov vyzerala takto:

"cis-izomér" "trans-izomér"

Butén-2 Butén-2

Z tohto príkladu je možné vidieť, že "cis-izoméry" majú dva identické radikály na jednej strane roviny dvojitej väzby. Pre "trans-izoméry" toto pravidlo nefunguje, pretože majú dva odlišné substituenty v porovnaní s uhlíkovým reťazcom "C \u003d C". Vzhľadom na túto pravidelnosť je možné vytvoriť "cis" a "trans" izoméry pre rôzne acyklické etylénové uhľovodíky.

Prezentovaný "cis-izomér" a "trans-izomér" pre butén-2 sa nedajú navzájom premeniť, pretože to vyžaduje rotáciu okolo existujúceho uhlíkového dvojitého reťazca (C=C). Na uskutočnenie tejto rotácie je potrebné určité množstvo energie na prerušenie existujúcej „p-väzby“.

Na základe vyššie uvedeného možno konštatovať, že "trans" a "cis" izoméry tohto druhu sú jednotlivé zlúčeniny s určitým súborom chemických a fyzikálnych vlastností.

Ktorý alkén nemá žiadne izoméry. Etylén nemá žiadne priestorové izoméry v dôsledku rovnakého usporiadania vodíkových substituentov vzhľadom na dvojitý reťazec.

Medzitrieda

Medzitriedna izoméria v alkénových uhľovodíkoch je rozšírená. Dôvodom je podobnosť všeobecného vzorca zástupcov tejto triedy so vzorcom cykloparafínov (cykloalkánov). Tieto kategórie látok majú rovnaký počet atómov uhlíka a vodíka, násobok zloženia (C n H 2n).

Medzitriedne izoméry by vyzerali takto:

CH 2 \u003d CH — CH 3.

cyklopropán:

Ukazuje sa, že vzorecC3H6sú zodpovedné dve zlúčeniny: propén-1 a cyklopropán. Zo štruktúrnej štruktúry je vidieť rozdielne vzájomné usporiadanie uhlíka. Vlastnosti týchto zlúčenín sú tiež odlišné. Propén-1 (propylén) je plynná zlúčenina s nízkou teplotou varu. Cyklopropán sa vyznačuje plynným stavom s štipľavým zápachom a štipľavou chuťou. Chemické vlastnosti týchto látok sa tiež líšia, ale ich zloženie je identické. V organickej forme sa tento typ izoméru nazýva interclass.

alkény. Izoméria alkénov. POUŽÍVAŤ. Organická chémia.

Alkény: Štruktúra, nomenklatúra, izoméria

Záver

Ich dôležitou vlastnosťou je alkénová izoméria, vďaka ktorej sa v prírode objavujú nové zlúčeniny s inými vlastnosťami, ktoré sa využívajú v priemysle a každodennom živote.

Najjednoduchším alkénom je etén C 2 H 4. Podľa nomenklatúry IUPAC sa názvy alkénov tvoria z názvov zodpovedajúcich alkánov nahradením prípony „-an“ za „-én“; poloha dvojitej väzby je označená arabskou číslicou.

Priestorová štruktúra etylénu

Podľa názvu prvého zástupcu tejto série - etylénu - sa takéto uhľovodíky nazývajú etylén.

Nomenklatúra a izoméria

Nomenklatúra

Alkény jednoduchej štruktúry sa často nazývajú nahradením prípony -an v alkánoch za -ylén: etán - etylén, propán - propylén atď.

Podľa systematického názvoslovia sa názvy etylénových uhľovodíkov vyrábajú nahradením prípony -an v príslušných alkánoch príponou -én (alkán - alkén, etán - etén, propán - propén atď.). Výber hlavného reťazca a poradie názvov je rovnaké ako u alkánov. Reťazec však musí nevyhnutne obsahovať dvojitú väzbu. Číslovanie reťaze začína od konca, ku ktorému je toto spojenie bližšie. Napríklad:

Niekedy sa používajú aj racionálne názvy. V tomto prípade sa všetky alkénové uhľovodíky považujú za substituovaný etylén:

Nenasýtené (alkénové) radikály sa nazývajú triviálne názvy alebo podľa systematickej nomenklatúry:

H2C \u003d CH - - vinyl (etenyl)

H2C \u003d CH - CH2 - alyl (propenyl-2)

izoméria

Alkény sa vyznačujú dvoma typmi štruktúrnej izomérie. Okrem izomérie spojenej so štruktúrou uhlíkového skeletu (ako u alkánov) existuje izoméria, ktorá závisí od polohy dvojitej väzby v reťazci. To vedie k zvýšeniu počtu izomérov v alkénovom rade.

Prvé dva členy homologickej série alkénov - (etylén a propylén) - nemajú izoméry a ich štruktúra môže byť vyjadrená nasledovne:

H2C \u003d CH2etylén (etén)

H2C \u003d CH - CH3 propylén (propén)

Viacnásobná väzbová pozičná izoméria

H2C \u003d CH - CH2 - CH3 butén-1

H3C - CH \u003d CH - CH3 butén-2

Geometrická izoméria - cis-, trans-izoméria.

Táto izoméria je charakteristická pre zlúčeniny s dvojitou väzbou.

Ak jednoduchá σ-väzba umožňuje voľnú rotáciu jednotlivých článkov uhlíkového reťazca okolo svojej osi, potom takáto rotácia okolo dvojitej väzby nenastáva. To je dôvod, prečo sa objavujú geometrické ( cis-, trans-) izoméry.

Geometrická izoméria je jedným z typov priestorovej izomérie.

Izoméry, v ktorých sú rovnaké substituenty (na rôznych atómoch uhlíka) umiestnené na jednej strane dvojitej väzby, sa nazývajú cis-izoméry a rôznymi spôsobmi - trans-izoméry:

cis- a tranz- izoméry sa líšia nielen priestorovou štruktúrou, ale aj mnohými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. trance- izoméry sú stabilnejšie ako cis- izoméry.

Získanie alkénov

Alkény sú v prírode zriedkavé. Zvyčajne sa plynné alkény (etylén, propylén, butylény) izolujú z rafinérskych plynov (počas krakovania) alebo súvisiacich plynov, ako aj z koksovacích plynov uhlia.

V priemysle sa alkény získavajú dehydrogenáciou alkánov v prítomnosti katalyzátora (Cr 2 O 3).

Dehydrogenácia alkánov

H3C - CH2 - CH2 - CH3 → H2C \u003d CH - CH2 - CH3 + H2 (1-butén)

H3C - CH2 - CH2 - CH3 → H3C - CH \u003d CH - CH3 + H2 (butén-2)

Z laboratórnych metód získavania možno poznamenať:

1. Štiepenie halogenovodíka z halogénovaných alkylov pôsobením alkoholového roztoku zásady na ne:

2. Hydrogenácia acetylénu v prítomnosti katalyzátora (Pd):

H-C ≡ C-H + H2 → H2C \u003d CH2

3. Dehydratácia alkoholov (štiepenie vody).
Ako katalyzátor sa používajú kyseliny (sírová alebo fosforečná) alebo Al 2 O 3:

Pri takýchto reakciách sa vodík oddeľuje od najmenej hydrogenovaného (s najmenším počtom atómov vodíka) atómu uhlíka (pravidlo A. M. Zaitseva):

Fyzikálne vlastnosti

Fyzikálne vlastnosti niektorých alkénov sú uvedené v tabuľke nižšie. Prví traja zástupcovia homologického radu alkénov (etylén, propylén a butylén) sú plyny, počnúc C 5 H 10 (amylén, resp. pentén-1) sú kvapaliny a C 18 H 36 sú tuhé látky. So zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou sa zvyšuje bod topenia a bodu varu. Normálne alkény vrú pri vyššej teplote ako ich izoméry. Body varu cis-izoméry vyššie ako tranz-izoméry a teploty topenia - naopak.

Alkény sú slabo rozpustné vo vode (avšak lepšie ako zodpovedajúce alkány), ale dobre - v organických rozpúšťadlách. Etylén a propylén horia dymovým plameňom.

Fyzikálne vlastnosti niektorých alkénov

Alkény majú nízku polaritu, ale ľahko sa polarizujú.

Chemické vlastnosti

Alkény sú vysoko reaktívne. Ich chemické vlastnosti sú určené najmä dvojitou väzbou uhlík-uhlík.

π-väzba, ako najmenej silná a dostupnejšia, sa pôsobením činidla rozbije a uvoľnené valencie atómov uhlíka sa vynaložia na adíciu atómov, ktoré tvoria molekulu činidla. Dá sa to znázorniť ako diagram:

Pri dodatočných reakciách sa teda dvojitá väzba preruší akoby na polovicu (pri zachovaní σ-väzby).

Pre alkény sú okrem adície charakteristické aj oxidačné a polymerizačné reakcie.

Adičné reakcie

Častejšie adičné reakcie prebiehajú podľa heterolytického typu, pričom ide o elektrofilné adičné reakcie.

1. Hydrogenácia (pridávanie vodíka). Alkény pridaním vodíka v prítomnosti katalyzátorov (Pt, Pd, Ni) prechádzajú na nasýtené uhľovodíky - alkány:

H2C \u003d CH2 + H2 → H3C - CH3 (etán)

2. Halogenácia (adícia halogénov). Halogény sa ľahko pridávajú v mieste pretrhnutia dvojitej väzby za vzniku dihalogénových derivátov:

H2C \u003d CH2 + Cl2 → ClH2C - CH2CI (1,2-dichlóretán)

Pridávanie chlóru a brómu je jednoduchšie a jódu ťažšie. Fluór s alkénmi, rovnako ako s alkánmi, interaguje s výbuchom.

Porovnaj: v alkénoch je halogenačná reakcia procesom adície, nie substitúcie (ako u alkánov).

Halogenačná reakcia sa zvyčajne uskutočňuje v rozpúšťadle pri bežnej teplote.

K adícii brómu a chlóru k alkénom dochádza skôr iónovým ako radikálnym mechanizmom. Tento záver vyplýva zo skutočnosti, že rýchlosť pridávania halogénu nezávisí od ožiarenia, prítomnosti kyslíka a iných činidiel, ktoré iniciujú alebo inhibujú radikálové procesy. Na základe veľkého množstva experimentálnych údajov bol navrhnutý mechanizmus pre túto reakciu, ktorý zahŕňa niekoľko po sebe nasledujúcich stupňov. V prvom štádiu dochádza k polarizácii molekuly halogénu pôsobením elektrónov π-väzby. Atóm halogénu, ktorý získa určitý zlomkový kladný náboj, tvorí s elektrónmi väzby π nestabilný medziprodukt, ktorý sa nazýva π komplex alebo komplex prenosu náboja. Treba poznamenať, že v π-komplexe halogén netvorí smerovanú väzbu so žiadnym konkrétnym atómom uhlíka; v tomto komplexe sa jednoducho realizuje interakcia donor-akceptor elektrónového páru π-väzby ako donoru a halogénu ako akceptora.

Ďalej sa π-komplex mení na cyklický brómiový ión. V procese tvorby tohto cyklického katiónu dochádza k heterolytickému štiepeniu väzby Br-Br a k vyprázdneniu R-orbital sp 2 -hybridizovaný atóm uhlíka sa prekrýva s R-orbitál "osamelého páru" elektrónov atómu halogénu, tvoriaci cyklický brómiový ión.

V poslednom, treťom stupni, brómový anión ako nukleofilné činidlo napadne jeden z uhlíkových atómov brómiového iónu. Nukleofilný útok bromidovým iónom vedie k otvoreniu trojčlenného kruhu a vytvoreniu vicinálneho dibromidu ( vic- blízko). Tento krok možno formálne považovať za nukleofilnú substitúciu SN2 na atóme uhlíka, kde odstupujúcou skupinou je Br+.

Výsledok tejto reakcie nie je ťažké predpovedať: anión brómu napáda karbokation za vzniku dibrómetánu.

Rýchle odfarbenie roztoku brómu v CCl4 je jedným z najjednoduchších testov nenasýtenia, pretože alkény, alkíny a diény rýchlo reagujú s brómom.

Pridanie brómu k alkénom (bromačná reakcia) je kvalitatívna reakcia na nasýtené uhľovodíky. Pri prechode nenasýtených uhľovodíkov cez brómovú vodu (roztok brómu vo vode) žltá farba zmizne (v prípade obmedzujúcich uhľovodíkov zostáva).

3. Hydrohalogenácia (prídavok halogenovodíkov). Alkény ľahko pridávajú halogenovodík:

H2C \u003d CH2 + HBr → H3C - CH2Br

Pridávanie halogenovodíkov k homológom etylénu sa riadi pravidlom V. V. Markovnikova (1837 - 1904): za normálnych podmienok je vodík halogenovodíka viazaný v mieste dvojitej väzby k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka a halogén k menej hydrogenovanému atómu uhlíka. hydrogenovaný:

Markovnikovovo pravidlo možno vysvetliť tým, že v nesymetrických alkénoch (napríklad v propyléne) je hustota elektrónov rozložená nerovnomerne. Vplyvom metylovej skupiny naviazanej priamo na dvojitú väzbu sa elektrónová hustota posúva smerom k tejto väzbe (do krajného atómu uhlíka).

V dôsledku tohto posunu sa p-väzba polarizuje a na atómoch uhlíka sa objavujú čiastočné náboje. Je ľahké si predstaviť, že kladne nabitý vodíkový ión (protón) spojí atóm uhlíka (elektrofilná adícia), ktorý má čiastočne záporný náboj, a anión brómu s uhlíkom s čiastočne kladným nábojom.

Takéto pripojenie je dôsledkom vzájomného vplyvu atómov v organickej molekule. Ako viete, elektronegativita atómu uhlíka je o niečo vyššia ako elektronegativita vodíka.

Preto sa v metylovej skupine pozoruje určitá polarizácia σ-väzieb C-H spojená s posunom elektrónovej hustoty z atómov vodíka na uhlík. To zase spôsobuje zvýšenie hustoty elektrónov v oblasti dvojitej väzby a najmä na jej extrémnom atóme. Metylová skupina, podobne ako iné alkylové skupiny, teda pôsobí ako donor elektrónov. Avšak v prítomnosti peroxidových zlúčenín alebo O 2 (keď je reakcia radikálna) môže byť táto reakcia aj v rozpore s Markovnikovovým pravidlom.

Z rovnakých dôvodov sa dodržiava Markovnikovovo pravidlo, keď sa k nesymetrickým alkénom pridávajú nielen halogenovodíky, ale aj iné elektrofilné činidlá (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl atď.).

4. Hydratácia (pridávanie vody). V prítomnosti katalyzátorov sa k alkénom pridáva voda za vzniku alkoholov. Napríklad:

H3C - CH \u003d CH2 + H - OH → H3C - CHOH - CH3 (izopropylalkohol)

Oxidačné reakcie

Alkény sa oxidujú ľahšie ako alkány. Produkty vznikajúce pri oxidácii alkénov a ich štruktúra závisí od štruktúry alkénov a od podmienok pre túto reakciu.

1. Spaľovanie

H2C \u003d CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H20

2. Neúplná katalytická oxidácia

3. Oxidácia pri normálnej teplote. Pri pôsobení vodného roztoku KMnO 4 na etylén (za normálnych podmienok, v neutrálnom alebo alkalickom prostredí - Wagnerova reakcia) vzniká dvojsýtny alkohol - etylénglykol:

3H2C \u003d CH2 + 2KMnO4 + 4H20 → 3HOCH2 - CH2OH (etylénglykol) + 2MnO2 + KOH

Táto reakcia je kvalitatívna: fialová farba roztoku manganistanu draselného sa zmení, keď sa k nemu pridá nenasýtená zlúčenina.

V ťažších podmienkach (oxidácia KMnO 4 v prítomnosti kyseliny sírovej alebo zmesi chrómu) sa dvojitá väzba v alkéne rozpadá za vzniku produktov obsahujúcich kyslík:

H3C - CH \u003d CH - CH3 + 2O2 → 2H3C - COOH (kyselina octová)

Izomerizačná reakcia

Pri zahrievaní alebo v prítomnosti katalyzátorov sú alkény schopné izomerizovať - ​​dvojitá väzba sa pohybuje alebo sa vytvára izoštruktúra.

polymerizačné reakcie

V dôsledku rozbitia π-väzieb sa molekuly alkénov môžu navzájom spájať a vytvárať molekuly s dlhým reťazcom.

Nález v prírode a fyziologická úloha alkénov

V prírode sa acyklické alkény prakticky nenachádzajú. Najjednoduchší zástupca tejto triedy organických zlúčenín - etylén C 2 H 4 - je hormónom pre rastliny a je v nich syntetizovaný v malých množstvách.

Jedným z mála prirodzene sa vyskytujúcich alkénov je muscalur ( cis- tricosen-9) je sexuálny atraktant samičky muchy domácej (Musca domestica).

Nižšie alkény vo vysokých koncentráciách majú narkotický účinok. Vyšší členovia radu spôsobujú aj kŕče a podráždenie slizníc dýchacích ciest.

Jednotliví zástupcovia

Etylén (etén) je organická chemická zlúčenina opísaná vzorcom C2H4. Je to najjednoduchší alkén. Obsahuje dvojitú väzbu, a preto sa vzťahuje na nenasýtené alebo nenasýtené uhľovodíky. Hrá mimoriadne dôležitú úlohu v priemysle a je tiež fytohormónom (nízkomolekulárne organické látky produkované rastlinami a majúce regulačné funkcie).

Etylén – spôsobuje anestéziu, pôsobí dráždivo a mutagénne.

Etylén je najviac vyrábaná organická zlúčenina na svete; celková svetová produkcia etylénu v roku 2008 predstavovala 113 miliónov ton a naďalej rastie o 2-3% ročne.

Etylén je popredným produktom hlavnej organickej syntézy a používa sa na výrobu polyetylénu (1. miesto, až 60 % z celkového objemu).

Polyetylén je termoplastický polymér etylénu. Najbežnejší plast na svete.

Je to voskovitá hmota bielej farby (tenké priehľadné pláty sú bezfarebné). Je chemicky a mrazuvzdorný, izolant, necitlivý na otrasy (tlmič), pri zahriatí mäkne (80-120°C), pri ochladení zamrzne, priľnavosť (priľnavosť povrchov rôznych pevných a/alebo tekutých telies) je extrémne nízka. Niekedy sa v ľudovej mysli stotožňuje s celofánom - podobným materiálom rastlinného pôvodu.

Propylén – spôsobuje anestéziu (silnejšia ako etylén), má celkový toxický a mutagénny účinok.

Odoláva vode, nereaguje s alkáliami akejkoľvek koncentrácie, s roztokmi neutrálnych, kyslých a zásaditých solí, organických a anorganických kyselín, dokonca aj koncentrovanej kyseliny sírovej, ale rozkladá sa pôsobením 50% kyseliny dusičnej pri izbovej teplote a pod vplyvom kvapalného a plynného chlóru a fluóru. Postupom času dochádza k tepelnému starnutiu.

Polyetylénová fólia (najmä obaly, ako je bublinková fólia alebo páska).

Nádoby (fľaše, poháre, škatule, kanistre, záhradné napájadlá, črepníky na sadenice.

Polymérové ​​rúry pre kanalizáciu, kanalizáciu, vodovod a plyn.

elektroizolačný materiál.

Polyetylénový prášok sa používa ako tavné lepidlo.

Butén-2 ​​- spôsobuje anestéziu, má dráždivé účinky.