Kemijske lastnosti alkanov

Alkani (parafini) so neciklični ogljikovodiki, v molekulah katerih so vsi ogljikovi atomi povezani le z enojnimi vezmi. Z drugimi besedami, v molekulah alkanov ni večkratnih, dvojnih ali trojnih vezi. Pravzaprav so alkani ogljikovodiki, ki vsebujejo največje možno število vodikovih atomov, zato jih imenujemo omejevalni (nasičeni).

Zaradi nasičenosti alkani ne morejo vstopiti v adicijske reakcije.

Ker imajo atomi ogljika in vodika dokaj tesno elektronegativnost, to vodi v dejstvo, da imajo CH vezi v njihovih molekulah izjemno nizko polarnost. V zvezi s tem so za alkane bolj značilne reakcije, ki potekajo po mehanizmu radikalne substitucije, označene s simbolom S R.

1. Nadomestne reakcije

Pri tovrstnih reakcijah se prekinejo vezi ogljik-vodik.

RH + XY → RX + HY

Halogenacija

Alkani reagirajo s halogeni (klorom in bromom) pod vplivom ultravijolične svetlobe ali z močno toploto. V tem primeru nastane mešanica halogenskih derivatov z različnimi stopnjami substitucije vodikovih atomov - mono-, di-tri- itd. s halogenom substituirani alkani.

Na primeru metana je videti takole:

S spreminjanjem razmerja halogen/metan v reakcijski zmesi je mogoče zagotoviti, da v sestavi produktov prevladuje katerikoli določen halogen derivat metana.

2. Oksidacijske reakcije

V normalnih pogojih so alkani inertni glede na tako močna oksidanta, kot so koncentrirana žveplova in dušikova kislina, permanganat in kalijev dikromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).

Zgorevanje v kisiku

A) popolno zgorevanje s presežkom kisika. Privede do tvorbe ogljikovega dioksida in vode:

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

B) nepopolno zgorevanje s pomanjkanjem kisika:

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

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

Katalitična oksidacija s kisikom

Zaradi segrevanja alkanov s kisikom (~200 o C) v prisotnosti katalizatorjev lahko iz njih dobimo najrazličnejše organske produkte: aldehide, ketone, alkohole, karboksilne kisline.

Na primer, metan, odvisno od narave katalizatorja, se lahko oksidira v metilni alkohol, formaldehid ali mravljinčno kislino:

3. Toplotne transformacije alkanov

Pokanje

Cracking (iz angleščine to crack - trgati) je kemični proces, ki poteka pri visoki temperaturi, zaradi česar se ogljikov skelet molekul alkana zlomi s tvorbo alkena in molekul alkanov z nižjo molekulsko maso v primerjavi z originalnimi alkani. Na primer:

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

Krekiranje je lahko termično ali katalitično. Za izvedbo katalitskega krekinga se zaradi uporabe katalizatorjev uporabljajo bistveno nižje temperature v primerjavi s termičnim krekingom.

Dehidrogenacija

Izločanje vodika nastane kot posledica prekinitve C-H vezi; se izvaja v prisotnosti katalizatorjev pri povišanih temperaturah. Dehidrogenacija metana proizvaja acetilen:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Segrevanje metana na 1200 ° C vodi do njegove razgradnje na preproste snovi:

CH 4 → C + 2H 2

Dehidrogenacija drugih alkanov daje alkene:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

Pri dehidrogeniranju n- nastane butan, buten ali buten-2 (zmes cis- in trans-izomeri):

Dehidrociklizacija

Izomerizacija

Kemijske lastnosti cikloalkanov

Kemične lastnosti cikloalkanov z več kot štirimi ogljikovimi atomi v ciklih so na splošno skoraj enake kot pri alkanih. Za ciklopropan in ciklobutan so, nenavadno, značilne adicijske reakcije. To je posledica visoke napetosti znotraj cikla, kar vodi v dejstvo, da se ti cikli ponavadi zlomijo. Tako ciklopropan in ciklobutan zlahka dodata brom, vodik ali vodikov klorid:

Kemijske lastnosti alkenov

1. Reakcije seštevanja

Ker je dvojna vez v molekulah alkena sestavljena iz ene močne sigma vezi in ene šibke pi vezi, so to precej aktivne spojine, ki zlahka vstopijo v adicijske reakcije. Alkeni pogosto vstopijo v takšne reakcije tudi v blagih pogojih – na mrazu, v vodnih raztopinah in organskih topilih.

Hidrogenacija alkenov

Alkeni lahko dodajajo vodik v prisotnosti katalizatorjev (platina, paladij, nikelj):

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

Hidrogenacija alkenov poteka zlahka tudi pri normalnem tlaku in rahlem segrevanju. Zanimivo dejstvo je, da se lahko isti katalizatorji uporabljajo za dehidrogenacijo alkanov v alkene, le da proces dehidrogenacije poteka pri višji temperaturi in nižjem tlaku.

Halogenacija

Alkeni zlahka vstopijo v reakcijo adicije z bromom tako v vodni raztopini kot v organskih topilih. Zaradi interakcije sprva rumene raztopine broma izgubijo barvo, t.j. razbarvati.

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

Hidrohalogenacija

Zlahka je videti, da bi dodajanje vodikovega halogenida nesimetrični molekuli alkena teoretično vodilo do zmesi dveh izomerov. Na primer, ko propenu dodamo vodikov bromid, je treba dobiti naslednje produkte:

Kljub temu bo v odsotnosti posebnih pogojev (na primer prisotnost peroksidov v reakcijski zmesi) dodajanje molekule vodikovega halogenida potekalo strogo selektivno v skladu z Markovnikovim pravilom:

Dodatek vodikovega halogenida alkenu poteka tako, da je vodik vezan na ogljikov atom z velikim številom vodikovih atomov (bolj hidrogeniran), halogen pa na ogljikov atom z manjšim številom vodikovih atomov. (manj hidrogenirano).

Hidracija

Ta reakcija vodi do tvorbe alkoholov in poteka tudi v skladu z Markovnikovim pravilom:

Kot lahko ugibate, je zaradi dejstva, da se dodajanje vode molekuli alkena po Markovnikovem pravilu, tvorba primarnega alkohola možna le v primeru hidracije etilena:

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

S to reakcijo se glavna količina etilnega alkohola izvede v industriji velikih zmogljivosti.

Polimerizacija

Poseben primer reakcije adicije je reakcija polimerizacije, ki za razliko od halogeniranja, hidrohalogeniranja in hidratacije poteka po mehanizmu prostih radikalov:

Oksidacijske reakcije

Tako kot vsi drugi ogljikovodiki tudi alkeni zlahka gorijo v kisiku, da tvorijo ogljikov dioksid in vodo. Enačba za zgorevanje alkenov v presežku kisika ima obliko:

C n H 2n+2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O

Za razliko od alkanov se alkeni zlahka oksidirajo. Pod delovanjem vodne raztopine KMnO 4 na alkene pride do razbarvanja, ki je kvalitativna reakcija na dvojne in trojne CC vezi v molekulah organskih snovi.

Oksidacija alkenov s kalijevim permanganatom v nevtralni ali rahlo alkalni raztopini vodi do tvorbe diolov (dihidričnih alkoholov):

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

V kislem okolju pride do popolnega razpada dvojne vezi s pretvorbo ogljikovih atomov, ki so tvorili dvojno vez, v karboksilne skupine:

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 (segrevanje)

Če je dvojna vez C=C na koncu molekule alkena, potem nastane ogljikov dioksid kot oksidacijski produkt skrajnega ogljikovega atoma na dvojni vezi. To je posledica dejstva, da se vmesni oksidacijski produkt, mravljična kislina, zlahka oksidira sam od sebe v presežku oksidacijskega sredstva:

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

Pri oksidaciji alkenov, pri kateri C atom na dvojni vezi vsebuje dva ogljikovodikova substituenta, nastane keton. Na primer, oksidacija 2-metilbutena-2 proizvaja aceton in ocetno kislino.

Za vzpostavitev njihove strukture se uporablja oksidacija alkenov, ki razbije ogljikov skelet na dvojni vezi.

Kemijske lastnosti alkadienov

Reakcije seštevanja

Na primer dodajanje halogenov:

Bromova voda postane brezbarvna.

V normalnih pogojih pride do dodajanja atomov halogenov na koncih molekule butadiena-1,3, medtem ko se π vezi pretrgajo, atomi broma so vezani na skrajne atome ogljika in proste valence tvorijo novo π vez. Tako, kot da bi prišlo do "gibanja" dvojne vezi. Ob presežku broma lahko na mestu nastale dvojne vezi dodamo še eno molekulo broma.

polimerizacijske reakcije

Kemijske lastnosti alkinov

Alkini so nenasičeni (nenasičeni) ogljikovodiki in so zato sposobni vstopiti v adicijske reakcije. Med adicijskimi reakcijami za alkine je najpogostejša elektrofilna adicija.

Halogenacija

Ker je trojna vez alkinskih molekul sestavljena iz ene močnejše sigma vezi in dveh šibkejših pi vezi, lahko pritrdijo eno ali dve molekuli halogena. Dodajanje dveh molekul halogenov z eno molekulo alkina poteka po elektrofilnem mehanizmu zaporedno v dveh stopnjah:

Hidrohalogenacija

Dodajanje molekul vodikovega halogenida poteka tudi po elektrofilnem mehanizmu in v dveh stopnjah. V obeh fazah se seštevanje nadaljuje po Markovnikovem pravilu:

Hidracija

Dodajanje vode alkinom se pojavi v prisotnosti rutijevih soli v kislem mediju in se imenuje reakcija Kucherova.

Kot posledica hidratacije dodajanja vode acetilenu nastane acetaldehid (ocetni aldehid):

Za homologe acetilena dodajanje vode vodi do tvorbe ketonov:

Alkinsko hidrogeniranje

Alkini reagirajo z vodikom v dveh korakih. Kot katalizatorji se uporabljajo kovine, kot so platina, paladij, nikelj:

Alkinska trimerizacija

Ko acetilen prehajamo preko aktivnega oglja pri visoki temperaturi, se iz njega tvori mešanica različnih produktov, od katerih je glavni benzen, produkt trimerizacije acetilena:

Dimerizacija alkinov

Tudi acetilen vstopi v reakcijo dimerizacije. Postopek poteka v prisotnosti bakrovih soli kot katalizatorjev:

Alkinska oksidacija

Alkini gorijo v kisiku:

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

Interakcija alkinov z bazami

Alkini s trojnim C≡C na koncu molekule so za razliko od drugih alkinov sposobni vstopiti v reakcije, pri katerih se atom vodika v trojni vezi nadomesti s kovino. Na primer, acetilen reagira z natrijevim amidom v tekočem amoniaku:

HC≡CH + NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,

in tudi z raztopino amoniaka srebrovega oksida, ki tvori netopne soli podobne snovi, imenovane acetilenidi:

Zahvaljujoč tej reakciji je mogoče prepoznati alkine s končno trojno vezjo, pa tudi izolirati tak alkin iz zmesi z drugimi alkini.

Treba je opozoriti, da so vsi acetilenidi srebra in bakra eksplozivne snovi.

Acetilidi lahko reagirajo s halogenskimi derivati, kar se uporablja pri sintezi bolj kompleksnih organskih spojin s trojno vezjo:

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

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

Kemijske lastnosti aromatskih ogljikovodikov

Aromatična narava vezi vpliva na kemične lastnosti benzenov in drugih aromatskih ogljikovodikov.

En sam 6pi elektronski sistem je veliko bolj stabilen od običajnih pi vezi. Zato so za aromatične ogljikovodike bolj značilne substitucijske reakcije kot adicijske reakcije. Areni vstopajo v substitucijske reakcije po elektrofilnem mehanizmu.

Reakcije zamenjave

Halogenacija

Nitriranje

Reakcija nitriranja najbolje poteka pod delovanjem ne čiste dušikove kisline, temveč njene mešanice s koncentrirano žveplovo kislino, tako imenovane nitracijske zmesi:

Alkiliranje

Reakcija, pri kateri se eden od vodikovih atomov v aromatičnem jedru nadomesti z ogljikovodikovim radikalom:

Namesto halogeniranih alkanov lahko uporabimo tudi alkene. Kot katalizatorji se lahko uporabijo aluminijevi halogenidi, železo-železovi halogenidi ali anorganske kisline.<

Reakcije seštevanja

hidrogeniranje

Pristop klora

Poteka po radikalnem mehanizmu pod intenzivnim obsevanjem z ultravijolično svetlobo:

Podobno lahko reakcija poteka samo s klorom.

Oksidacijske reakcije

Zgorevanje

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

nepopolna oksidacija

Benzinski obroč je odporen proti oksidantom, kot sta KMnO 4 in K 2 Cr 2 O 7 . Reakcija ne gre.

Delitev substituentov v benzenovem obroču na dve vrsti:

Razmislite o kemijskih lastnostih homologov benzena na primeru toluena.

Kemijske lastnosti toluena

Halogenacija

Molekulo toluena lahko štejemo za sestavljeno iz fragmentov molekul benzena in metana. Zato je logično domnevati, da bi kemijske lastnosti toluena do neke mere morale združevati kemične lastnosti teh dveh snovi, vzetih ločeno. Zlasti to je tisto, kar opazimo med njegovim halogeniranjem. Že vemo, da benzen vstopi v substitucijsko reakcijo s klorom po elektrofilnem mehanizmu, za izvedbo te reakcije pa je treba uporabiti katalizatorje (aluminijev ali železov halogenidi). Hkrati je metan sposoben reagirati tudi s klorom, vendar po mehanizmu prostih radikalov, ki zahteva obsevanje začetne reakcijske mešanice z UV svetlobo. Toluen, odvisno od pogojev, pod katerimi je podvržen kloriranju, lahko daje bodisi substitucijske produkte vodikovih atomov v benzenovem obroču - za to morate uporabiti enake pogoje kot pri kloriranju benzena ali substitucijske produkte vodikovih atomov v metilni radikal, če je na njem, kako ravnati na metan s klorom pri obsevanju z ultravijoličnim sevanjem:

Kot lahko vidite, je kloriranje toluena v prisotnosti aluminijevega klorida povzročilo dva različna produkta - orto- in para-klorotoluen. To je posledica dejstva, da je metilni radikal substituent prve vrste.

Če kloriranje toluena v prisotnosti AlCl 3 izvedemo v presežku klora, je možna tvorba toluena, substituiranega s triklorom:

Podobno, ko toluen kloriramo na svetlobi pri višjem razmerju klor/toluen, lahko dobimo diklorometilbenzen ali triklorometilbenzen:

Nitriranje

Zamenjava atomov vodika za dušikovo skupino med nitriranjem toluena z mešanico koncentrirane dušikove in žveplove kisline vodi do substitucijskih produktov v aromatskem jedru in ne v metilnem ostanku:

Alkiliranje

Kot smo že omenili, je metilni radikal orientant prve vrste, zato njegova Friedel-Craftsova alkilacija vodi do substitucijskih produktov v orto in para položajih:

Reakcije seštevanja

Toluen lahko hidrogeniramo v metilcikloheksan s kovinskimi katalizatorji (Pt, Pd, Ni):

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

nepopolna oksidacija

Pod delovanjem takšnega oksidanta, kot je vodna raztopina kalijevega permanganata, se stranska veriga oksidira. Aromatičnega jedra v takih pogojih ni mogoče oksidirati. V tem primeru bo odvisno od pH raztopine nastala bodisi karboksilna kislina bodisi njena sol.

ALKENI

Ogljikovodiki, v katerih molekuli so poleg preprostih σ-vezi ogljik-ogljik in ogljik-vodik π-vezi ogljik-ogljik, se imenujejo neomejeno. Ker je tvorba π vezi formalno enakovredna izgubi dveh vodikovih atomov z molekulo, nenasičeni ogljikovodiki vsebujejo 2p manj vodikovih atomov od meje, kjer P -število π-vezi:

Imenuje se niz, katerega člani se med seboj razlikujejo za (2H) n izološka stran. Torej, v zgornji shemi so izologi heksani, hekseni, heksadieni, heksini, heksatrieni itd.

Ogljikovodiki, ki vsebujejo eno π-vez (t.j. dvojno vez), se imenujejo alkeni (olefini) ali, glede na prvi član serije - etilen, etilenski ogljikovodiki. Splošna formula za njihovo homologno serijo C p H 2n.

1. Nomenklatura

V skladu s pravili IUPAC pri konstruiranju imen alkenov najdaljša ogljikova veriga, ki vsebuje dvojno vez, prejme ime ustreznega alkana, v katerem je končnica -en spremenila v -en. Ta veriga je oštevilčena tako, da ogljikovi atomi, ki sodelujejo pri tvorbi dvojne vezi, prejmejo najmanjše možno število:

Radikali so poimenovani in oštevilčeni kot v primeru alkanov.

Za alkene sorazmerno preproste strukture so dovoljena enostavnejša imena. Torej se nekateri najpogostejši alkeni imenujejo z dodajanjem pripone -en na ime ogljikovodikovega radikala z enakim ogljikovim skeletom:

Ogljikovodični radikali, ki nastanejo iz alkenov, dobijo pripono -enil.Številčenje v radikalu se začne pri atomu ogljika, ki ima prosto valenco. Vendar pa je za najpreprostejše alkenilne radikale namesto sistematičnih imen dovoljeno uporabljati trivialne:

Vodikovi atomi, ki so neposredno vezani na nenasičene ogljikove atome, ki tvorijo dvojno vez, se pogosto imenujejo vinil vodikovi atomi,

2. Izomerija

Poleg izomerije ogljikovega skeleta je v seriji alkenov tudi izomerija položaja dvojne vezi. Na splošno je izomerija te vrste - substituentni položaj izomerija (funkcije)- opazimo v vseh primerih, ko v molekuli obstajajo funkcionalne skupine. Za alkan C 4 H 10 sta možna dva strukturna izomera:

Za alken C 4 H 8 (buten) so možni trije izomeri:

Buten-1 in buten-2 sta izomera položaja funkcije (v tem primeru njegovo vlogo igra dvojna vez).

Prostorski izomeri se med seboj razlikujejo po prostorski razporeditvi substituentov in se imenujejo cis izomeri,če so substituenti na isti strani dvojne vezi, in trans izomeri,če na nasprotnih straneh:

3. Struktura dvojne vezi

Energija preloma molekule pri dvojni vezi C=C je 611 kJ/mol; ker je energija σ-vezi C-C 339 kJ / mol, je energija prekinitve π vezi le 611-339 = 272 kJ / mol. Na π-elektrone je veliko lažje kot na σ-elektrone vplivati, na primer s polarizacijskimi topili ali kakršnimi koli napadalnimi reagenti. To je razloženo z razliko v simetriji porazdelitve elektronskega oblaka σ- in π-elektronov. Največje prekrivanje p-orbital in posledično najmanjša prosta energija molekule sta realizirana le s planarno strukturo vinilnega fragmenta in s skrajšano razdaljo C-C, ki je enaka 0,134 nm, t.j. veliko manjša od razdalje med ogljikovimi atomi, povezanimi z enojno vezjo (0,154 nm). Z vrtenjem "polovic" molekule drug glede na drugo vzdolž osi dvojne vezi se stopnja prekrivanja orbital zmanjša, kar je povezano s porabo energije. Posledica tega je odsotnost prostega vrtenja vzdolž osi dvojne vezi in obstoj geometrijskih izomerov z ustrezno substitucijo pri ogljikovih atomih.

4. Fizikalne lastnosti

Tako kot alkani so nižji homologi številnih najpreprostejših alkenov v normalnih pogojih plini, od C 5 pa so tekočine z nizkim vreliščem.

Vsi alkeni, tako kot alkani, so praktično netopni v vodi in zlahka topni v drugih organskih topilih, z izjemo metilnega alkohola; vsi imajo nižjo gostoto kot voda.

5. Kemijske lastnosti

Pri obravnavanju reaktivnosti kompleksnih organskih spojin velja splošno načelo. V večini reakcij ni vključen "inertni" ogljikovodikov radikal, temveč obstoječe funkcionalne skupine in njihovo neposredno okolje. To je naravno, saj je večina vezi manj močnih kot C-C in C-H vezi, poleg tega pa so vezi v funkcionalni skupini in blizu nje najbolj polarizirane.

Naravno je pričakovati, da bodo reakcije alkenov prešle skozi dvojno vez, ki jo lahko štejemo tudi za funkcionalno skupino, zato bodo to reakcije adicije in ne substitucijske reakcije, značilne za prej obravnavane alkane.

Dodatek vodika

Dodajanje vodika alkenom vodi do tvorbe alkanov:

Dodajanje vodika etilenskim spojinam v odsotnosti katalizatorjev se pojavi le pri visokih temperaturah, pri katerih se pogosto začne razgradnja organskih snovi. Dodajanje vodika je veliko lažje v prisotnosti katalizatorjev. Katalizatorji so kovine platinske skupine v fino razpršenem stanju, sama platina in predvsem paladij – že pri običajni temperaturi. Velikega praktičnega pomena je bilo Sabatierjevo odkritje, ki je uporabil posebej pripravljen fino razdrobljen nikelj pri temperaturi 150-300°C in v številnih delih pokazal vsestranskost tega katalizatorja za številne redukcijske reakcije.

Dodatek halogenov

Halogeni se dodajajo alkenom, da tvorijo dihalogene derivate, ki vsebujejo atome halogena pri sosednjih ogljikovih atomih:

Na prvi stopnji te reakcije pride do interakcije med π-elektroni dvojne vezi in elektrofilnim halogenim delcem s tvorbo π-kompleksa (I). Nadalje se π-kompleks preuredi v onijev (bromonijev) ion (II) z izločitvijo halogenskega aniona, ki je v ravnotežju s karbokationom (III). Anion nato napade onijev ion, da tvori adicijski produkt (IV):

Anionski napad bromonijevega iona (II) s tvorbo dibromida (IV) se pojavi v trans položaju. Tako v primeru dodajanja Br 2 ciklopentenu nastane le trans-1,2-dibromodiklopentan:

Dokaz dvostopenjskega dodajanja halogena alkenom je dejstvo, da pri dodajanju Br 2 cikloheksenu v prisotnosti MaCl ne nastane le trans-1,2-dibromocikloheksan, ampak tudi trans-1-bromo-2 -klorocikloheksan:

Radikalno halogeniranje

V težkih pogojih (plinska faza, 500 °C) se halogeni ne dodajajo dvojni vezi, ampak je položaj α halogeniran:

V tem primeru reakcija poteka po radikalnem mehanizmu.

Dodajanje vodikovih halogenidov

Vodikovi halogenidi se dodajajo alkenom, da nastanejo haloalkili. Vezava v primeru asimetričnih molekul sledi Markovnikovemu pravilu, to pomeni, da je vodik vezan na najbolj hidrogeniran ogljikov atom (z največjim številom vodikovih atomov):

Ta reakcija, tako kot dodajanje broma etilenu, poteka po tvorbi π-kompleksa skozi stopnjo tvorbe protonijevega iona:

V prisotnosti peroksidov se vodikov bromid po Markovnikovem pravilu ne dodaja (Harash učinek):

V prisotnosti peroksidov reakcija ne poteka po mehanizmu elektrofilnega dodajanja, kot je navedeno zgoraj, temveč po radikalnem mehanizmu. Prva faza je napad peroksidnega radikala na molekulo HBr:

Nastali bromov radikal se doda propilenu, da nastane nov radikal:

Slednjega stabiliziramo tako, da iz nove molekule HBr izvlečemo vodik z regeneracijo novega bromovega radikala itd.:

Tudi v tem primeru je smer procesa določena s stabilnostjo ostankov bromopropana: pretežno nastane stabilnejši, kar vodi do 1-bromopropana.

Dodatek vode in žveplove kisline

V prisotnosti kislin se pri dvojni vezi doda voda po Markovnikovem pravilu:

Ista reakcija se zgodi z žveplovo kislino:

Oksidacija s kalijevim permanganatom v nevtralnem ali rahlo alkalnem mediju (Wagnerjeva reakcija)

Na prvi stopnji se po cis-adicijskem mehanizmu večkratni vezi doda ion MnO 4, čemur sledi hidrolitična cepitev nestabilnega adicijskega produkta in sproščanje iona MnO 3 -

Reakcija poteka po shemi cis-dodatkov:

Kisle raztopine permanganata oksidirajo alkene s prelomom verige na vezi C=C in tvorbo kislin ali ketonov:

Vpliv ozona na alkene

Ta reakcija vodi do zelo eksplozivnih kristalnih ozonidov, ki po hidrolizi tvorijo aldehide ali ketone:

Reakcija se pogosto uporablja za določanje položaja dvojne vezi v molekuli, saj si lahko strukturo izhodnega alkena predstavljamo tudi iz nastalih karbonilnih spojin.

Reakcija poteka s cis-cikloadicijo skozi stopnjo nestabilnega molozonida, ki je podvržen disociaciji in naknadni rekombinaciji:

Polimerizacija alkenov

Posebno pomembna je polimerizacija etilena in propilena v polimere z molekulsko maso okoli 10 5 . Do leta 1953 se je v glavnem uporabljala radikalna (s prostih radikalov sprožena) polimerizacija, čeprav sta se načeloma uporabljala tako anionska kot kationska iniciacija procesa.

Po delu Zieglerja in Nutta, ki sta za te študije prejela Nobelovo nagrado, je nastala t.i koordinacijska polimerizacija. Najpreprostejši "Ziegler" katalizator te vrste je sestavljen iz spojin trietilaluminija in titana (IV). Posledica tega je tvorba polimerov z visoko stopnjo stereoregularnosti. Na primer, med polimerizacijo propilena nastane izotaktični polipropilen - polimer, v katerem vse stranske skupine CH 3 zasedajo enak prostorski položaj:

To daje polimeru večjo trdnost in se lahko uporablja celo za izdelavo sintetičnih vlaken.

Polietilen, proizveden s tem postopkom, je ravnoverižni nasičen ogljikovodik. Je manj elastičen od visokotlačnega polietilena, vendar ima večjo trdoto in je sposoben vzdržati višje temperature.

Zaradi kombinacije številnih dragocenih lastnosti ima polietilen zelo široko uporabo. Je eden najboljših materialov za izolacijo kablov, za uporabo v radarski tehniki, radiotehniki, kmetijstvu itd. Iz njega izdelujejo cevi, cevi, posode, posode za kmetijske pridelke in gnojila, filme različnih debelin in številne gospodinjske predmete. Trpežne polietilenske folije so se začele celo uporabljati kot prevleka za dno umetnih kanalov, da bi bile vodoodporne.

Telomerizacija

Zanimiva industrijska uporaba je postopek kopolimerizacije etilena z ogljikovim tetrakloridom, imenovan telomerizacija.Če zmesi etilena s CC1 4 dodamo benzoil peroksid ali drug iniciator, ki se razgradi s tvorbo prostih radikalov, se zgodi naslednji postopek:

Radikali СС1 3" sprožijo verižno polimerizacijo etilena:

Ko se srečate z drugo molekulo CC1 4, se rast verige ustavi:

Radikal CC1 3 - povzroči novo verigo.

Nastali polimerizacijski produkti z nizko molekulsko maso, ki vsebujejo atome halogena na koncih verige, se imenujejo telomere. Telomeri, pridobljeni z vrednostmi n = 2,3, 4, ..., 15.

Pri hidrolizi produktov telomerizacije nastanejo ω-kloro substituirane karboksilne kisline, ki so dragoceni kemični produkti.

NENASIČENI ALI NENASIČENI OGLIKOKOVIDKI IZ SERIJE ETILEN (ALKENI ALI OLEFINI)

alkeni, oz olefini(iz lat. olefiant - olje - staro ime, ki pa se pogosto uporablja v kemijski literaturi. Razlog za to ime je bil etilen klorid, pridobljen v 18. stoletju, je tekoča oljnata snov.) - alifatski nenasičeni ogljikovodiki, v molekulah katerih je ena dvojna vez med ogljikovimi atomi.

Alkeni tvorijo homologno serijo s splošno formulo CnH2n

1. Homologni niz alkenov

homologi:

ZH2 = CH2 eten

ZH2 = CH- CH3 propen

ZH2=CH-CH2-CH3buten-1

ZH2=CH-CH2-CH2-CH3 penten-1

2. Fizikalne lastnosti

Etilen (eten) je brezbarven plin z zelo rahlim sladkim vonjem, nekoliko lažji od zraka, rahlo topen v vodi.

C2 - C4 (plini)

C5 - C17 (tekočine)

С18 - (trdno)

Alkeni so netopni v vodi, topni v organskih topilih (bencin, benzen itd.)

Lažji od vode

S povečanjem Mr se povečata tališče in vrelišče

3. Najpreprostejši alken je etilen - C2H4

Strukturne in elektronske formule etilena so:

V molekuli etilena ena s- in dva str-orbitale atomov C ( sp 2-hibridizacija).

Tako ima vsak atom C tri hibridne orbitale in eno nehibridno orbitalo. str-orbitale. Dve hibridni orbitali atomov C se medsebojno prekrivata in tvorita med atomi C

σ - povezava. Preostale štiri hibridne orbitale atomov C se prekrivajo v isti ravnini s štirimi s-orbitale atomov H in tvorijo tudi štiri σ-vezi. Dva nehibridna str-orbitale atomov C se medsebojno prekrivajo v ravnini, ki je pravokotna na ravnino σ - vez, t.j. nastane ena P- povezava.

Po svoji naravi P- povezava se močno razlikuje od σ - povezave; P- vez je manj močna zaradi prekrivanja elektronskih oblakov zunaj ravnine molekule. Pod vplivom reagentov P- povezava se zlahka prekine.

Molekula etilena je simetrična; jedra vseh atomov se nahajajo v isti ravnini, vezni koti pa so blizu 120°; razdalja med središči atomov C je 0,134 nm.

Če so atomi povezani z dvojno vezjo, potem je njihovo vrtenje nemogoče brez elektronskih oblakov P- povezava ni odprta.

4. Izomerija alkenov

Skupaj z strukturna izomerija ogljikovega skeleta Za alkene so, prvič, značilne druge vrste strukturne izomerije - izomerija položaja večkratne vezi in medrazredna izomerija.

Drugič, v seriji alkenov, prostorska izomerija , ki je povezana z različnim položajem substituentov glede na dvojno vez, okoli katere je intramolekularna rotacija nemogoča.

Strukturna izomerija alkenov

1. Izomerija ogljikovega skeleta (začenši s C4H8):

2. Izomerija položaja dvojne vezi (začenši s С4Н8):

3. Medrazredna izomerija s cikloalkani, začenši s C3H6:

Prostorska izomerija alkenov

Rotacija atomov okoli dvojne vezi je nemogoča, ne da bi jo prekinili. To je posledica strukturnih značilnosti p-vezi (oblak p-elektronov je koncentriran nad in pod ravnino molekule). Zaradi toge vezave atomov se rotacijski izomerizem glede na dvojno vez ne pojavi. Vendar postane mogoče cis-trans-izomerija.

Alkeni, ki imajo različne substituente na vsakem od dveh ogljikovih atomov v dvojni vezi, lahko obstajajo kot dva prostorska izomera, ki se razlikujeta po razporeditvi substituentov glede na ravnino p-vezi. Torej, v molekuli butena-2 CH3-CH=CH-CH3 Skupine CH3 so lahko bodisi na eni strani dvojne vezi v cis-izomer, ali na nasprotnih straneh v trans-izomer.

POZOR! cis-trans- Izomerija se ne pojavi, če ima vsaj eden od atomov C v dvojni vezi 2 enaka substituenta.

na primer

buten-1 CH2=CH-CH2-CH3 nima cis- in trans-izomeri, ker 1. atom C je vezan na dva enaka atoma H.

Izomeri cis- in trans- se ne razlikujejo samo po fizičnem

,

ampak tudi kemične lastnosti, tk. približevanje ali odstranjevanje delov molekule drug od drugega v prostoru spodbuja ali ovira kemično interakcijo.

Včasih cis-trans izomerija se ne imenuje točno geometrijska izomerija. Netočnost je v tem vse prostorski izomeri se razlikujejo po svoji geometriji in ne samo cis- in trans-.

5. Nomenklatura

Enostavni alkeni se pogosto poimenujejo tako, da se končnica -an v alkanih zamenja z -ilen: etan - etilen, propan - propilen itd.

Po sistematični nomenklaturi se imena etilenskih ogljikovodikov dobijo tako, da se končnica -an v ustreznih alkanih nadomesti s končnico -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen itd.). Izbira glavne verige in vrstni red imen je enak kot pri alkanih. Vendar mora veriga nujno vsebovati dvojno vez. Številčenje verige se začne od konca, kateremu je ta povezava bližja. Na primer:

Nenasičene (alkenske) radikale imenujemo trivialna imena ali po sistematični nomenklaturi:

(H2C=CH-) vinil ali etenil

(Н2С=CH—CH2) alil

Alkenski ogljikovodiki (olefini) so eden od razredov organskih snovi, ki imajo svoje lastne. Vrste izomerizma alkenov pri predstavnikih tega razreda se ne ponavljajo z izomerijo drugih organskih snovi.

V stiku z

Značilnosti razreda

Etilenski olefini se imenujejo eden od razredov nenasičenih ogljikovodikov, ki vsebujejo eno dvojno vez.

Glede na fizikalne lastnosti so predstavniki te kategorije nenasičenih spojin:

• plini,
• tekočine,
• trdne spojine.

V sestavi molekul ni samo "sigma" vez, ampak tudi "pi" vez. Razlog za to je prisotnost v strukturni formuli hibridizacije " sp2«, za katero je značilna razporeditev atomov spojine v isti ravnini.

Hkrati se med njimi oblikuje kot najmanj sto dvajset stopinj. nehibridizirane orbitale" R» je značilen za lokacijo tako nad molekulsko ravnino kot pod njo.

Ta značilnost strukture vodi do tvorbe dodatnih vezi - "pi" ali " π ».

Opisana povezava je v primerjavi s "sigma" vezmi manj močna, saj ima stransko prekrivanje šibko oprijemljivost. Za celotno porazdelitev elektronskih gostot nastalih vezi je značilna nehomogenost. Pri vrtenju v bližini vezi ogljik-ogljik pride do kršitve prekrivanja "p" orbital. Za vsak alken (olefin) je tak vzorec posebnost.

Skoraj vse etilenske spojine imajo visoko vrelišče in tališče, kar ni značilno za vse organske snovi. Predstavniki tega razreda nenasičenih ogljikovih hidratov se hitro raztopijo v drugih organskih topilih.

Pozor! Aciklične nenasičene spojine etilenski ogljikovodiki imajo splošno formulo - C n H 2n.

Homologija

Glede na dejstvo, da je splošna formula alkenov C n H 2n, imajo določeno homologijo. Homologna serija alkenov se začne s prvim predstavnikom etilena ali etena. Ta snov je v normalnih pogojih plin in vsebuje dva ogljikova atoma in štiri vodikove atome -C 2 H 4. Za etenom se homologna serija alkenov nadaljuje s propenom in butenom. Njihove formule so naslednje: "C 3 H 6" in "C 4 H 8". V normalnih pogojih so tudi plini, ki so težji, kar pomeni, da jih je treba zbirati z epruveto, obrnjeno na glavo.

Splošna formula alkenov vam omogoča, da izračunate naslednjega predstavnika tega razreda, ki ima v strukturni verigi vsaj pet ogljikovih atomov. To je penten s formulo "C 5 H 10".

Po fizikalnih lastnostih sodi navedena snov med tekočine, pa tudi dvanajst naslednjih spojin homologne linije.

Med alkeni s temi lastnostmi so tudi trdne snovi, ki se začnejo s formulo C 18 H 36 . Tekoči in trdni etilenski ogljikovodiki se ne raztopijo v vodi, vendar ko vstopijo v organska topila, reagirajo z njimi.

Opisana splošna formula za alkene pomeni zamenjavo prej stoječe pripone "an" z "en". To je zapisano v pravilih IUPAC. Ne glede na to, katerega predstavnika te kategorije spojin vzamemo, imajo vsi opisano končnico.

V imenu etilenskih spojin je vedno določena številka, ki označuje lokacijo dvojne vezi v formuli. Primeri tega so: "buten-1" ali "penten-2". Atomsko številčenje se začne od roba, ki je najbližji dvojni konfiguraciji. To pravilo je v vseh primerih "železno".

izomerija

Glede na obstoječo vrsto hibridizacije alkenov imajo določene vrste izomerizma, od katerih ima vsaka svoje značilnosti in strukturo. Razmislite o glavnih vrstah izomerizma alkenov.

strukturni tip

Strukturna izomerija je razdeljena na izomere glede na:

• ogljikov skelet;
• lokacija dvojne vezi.

Strukturni izomeri ogljikovega skeleta nastanejo v primeru pojava radikalov (vej iz glavne verige).

Izomeri alkenov navedene izomerije bodo:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH 3.

2-metilpropen-1:

CH2=C — CH 3

│

Predstavljene spojine imajo skupno število ogljikovih in vodikovih atomov (C 4 H 8), vendar drugačno strukturo ogljikovodikovega skeleta. To so strukturni izomeri, čeprav njihove lastnosti niso enake. Buten-1 (butilen) ima značilen vonj in narkotične lastnosti, ki dražijo dihala. Te lastnosti nimajo 2-metilpropena-1.

V tem primeru etilen (C 2 H 4) nima izomerov, saj je sestavljen le iz dveh ogljikovih atomov, kjer radikalov ni mogoče nadomestiti.

Nasvet! Radikal je dovoljeno postaviti na srednje in predzadnje ogljikove atome, ni pa jih dovoljeno postaviti v bližino skrajnih substituentov. To pravilo velja za vse nenasičene ogljikovodike.

Glede na lokacijo dvojne vezi ločimo izomere:

CH 2 \u003d CH — CH 2 — CH 2 -CH 3.

CH 3 -CH = CH — CH 2 -CH 3.

Splošna formula za alkene v predstavljenih primerih je:C 5 H 10,, vendar je lokacija ene dvojne vezi drugačna. Lastnosti teh spojin se bodo razlikovale. To je strukturna izomerija.

izomerija

Prostorski tip

Prostorska izomerija alkenov je povezana z naravo razporeditve ogljikovodikovih substituentov.

Na podlagi tega ločimo izomere:

• "cis";
• "Trance".

Splošna formula alkenov omogoča ustvarjanje "trans-izomerov" in "cis-izomerov" iste spojine. Vzemimo na primer butilen (buten). Zanj je mogoče ustvariti izomere prostorske strukture z razporeditvijo substituentov na različne načine glede na dvojno vez. S primeri bi izomerija alkenov izgledala takole:

"cis-izomer" "trans-izomer"

Buten-2 Buten-2

Iz tega primera je razvidno, da imajo "cis-izomeri" dva enaka radikala na eni strani ravnine dvojne vezi. Za "trans-izomere" to pravilo ne deluje, saj imajo dva različna substituenta glede na ogljikovo verigo "C \u003d C". Glede na to pravilnost je mogoče zgraditi "cis" in "trans" izomere za različne aciklične etilenske ogljikovodike.

Predstavljeni "cis-izomer" in "trans-izomer" za buten-2 ni mogoče pretvoriti drug v drugega, saj to zahteva vrtenje okoli obstoječe dvojne verige ogljika (C=C). Za izvedbo te rotacije je potrebna določena količina energije za prekinitev obstoječe »p-vezi«.

Na podlagi zgoraj navedenega je mogoče sklepati, da sta "trans" in "cis" izomera vrste posamezne spojine z določenim naborom kemičnih in fizikalnih lastnosti.

Kateri alken nima izomerov. Etilen nima prostorskih izomerov zaradi enake razporeditve vodikovih substituentov glede na dvojno verigo.

Medrazredni

Medrazredna izomerija v alkenskih ogljikovodikih je zelo razširjena. Razlog za to je podobnost splošne formule predstavnikov tega razreda s formulo cikloparafinov (cikloalkanov). Te kategorije snovi imajo enako število ogljikovih in vodikovih atomov, večkratnik sestave (C n H 2n).

Medrazredni izomeri bi izgledali takole:

CH 2 \u003d CH — CH 3.

ciklopropan:

Izkazalo se je, da je formulaC 3 H 6odgovorni sta dve spojini: propen-1 in ciklopropan. Iz strukturne strukture lahko vidimo različno razporeditev ogljika drug glede na drugega. Tudi lastnosti teh spojin so različne. Propen-1 (propilen) je plinasta spojina z nizkim vreliščem. Za ciklopropan je značilno plinasto stanje z ostrim vonjem in ostrim okusom. Tudi kemijske lastnosti teh snovi se razlikujejo, vendar je njihova sestava enaka. V organskem okolju se ta vrsta izomerov imenuje medrazredni.

alkeni. Izomerija alkenov. UPORABA. Organska kemija.

Alkeni: struktura, nomenklatura, izomerija

Zaključek

Njihova pomembna lastnost je alkenska izomerija, zaradi katere se v naravi pojavljajo nove spojine z drugimi lastnostmi, ki se uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju.

Najpreprostejši alken je eten C 2 H 4. Po nomenklaturi IUPAC so imena alkenov tvorjena iz imen ustreznih alkanov tako, da se končnica "-an" nadomesti z "-ene"; položaj dvojne vezi je označen z arabsko številko.

Prostorska struktura etilena

Po imenu prvega predstavnika te serije - etilena - se takšni ogljikovodiki imenujejo etilen.

Nomenklatura in izomerija

Nomenklatura

Alkene preproste strukture pogosto imenujemo tako, da v alkanih zamenjamo končnico -an z -ilenom: etan - etilen, propan - propilen itd.

Po sistematični nomenklaturi se imena etilenskih ogljikovodikov dobijo tako, da se končnica -an v ustreznih alkanih nadomesti s končnico -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen itd.). Izbira glavne verige in vrstni red imen je enak kot pri alkanih. Vendar mora veriga nujno vsebovati dvojno vez. Številčenje verige se začne od konca, kateremu je ta povezava bližja. Na primer:

Včasih se uporabljajo tudi racionalna imena. V tem primeru se vsi alkenski ogljikovodiki štejejo za substituiran etilen:

Nenasičene (alkenske) radikale imenujemo trivialna imena ali po sistematični nomenklaturi:

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

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

izomerija

Za alkene sta značilni dve vrsti strukturne izomerije. Poleg izomerije, povezane s strukturo ogljikovega skeleta (kot pri alkanih), obstaja še izomerija, ki je odvisna od položaja dvojne vezi v verigi. To vodi do povečanja števila izomerov v nizu alkenov.

Prva dva člana homolognega niza alkenov - (etilen in propilen) - nimata izomerov in njuno strukturo lahko izrazimo na naslednji način:

H 2 C \u003d CH 2 etilen (eten)

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

Izomerija položaja večkratne vezi

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

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

Geometrijska izomerija - cis-, trans-izomerija.

Ta izomerija je značilna za spojine z dvojno vezjo.

Če preprosta σ-vez omogoča prosto vrtenje posameznih členov ogljikove verige okoli svoje osi, potem do takšnega vrtenja ne pride okoli dvojne vezi. To je razlog za pojav geometrijskih ( cis-, trans-) izomeri.

Geometrijska izomerija je ena od vrst prostorske izomerije.

Izomeri, v katerih se na eni strani dvojne vezi nahajajo enaki substituenti (pri različnih atomih ogljika) se imenujejo cis-izomeri, na različne načine pa trans-izomeri:

cis- in trans- izomeri se ne razlikujejo le po prostorski strukturi, temveč tudi po številnih fizikalnih in kemijskih lastnostih. trans- izomeri so bolj stabilni kot cis- izomeri.

Pridobivanje alkenov

Alkeni so v naravi redki. Običajno so plinasti alkeni (etilen, propilen, butileni) izolirani iz rafinerijskih plinov (med krekingom) ali sorodnih plinov, pa tudi iz plinov koksanja premoga.

V industriji alkene pridobivamo z dehidrogenacijo alkanov v prisotnosti katalizatorja (Cr 2 O 3).

Dehidrogenacija alkanov

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

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

Od laboratorijskih metod pridobivanja je mogoče omeniti naslednje:

1. Odcepitev vodikovega halogenida od halogeniranih alkilov pod vplivom alkoholne raztopine alkalij nanje:

2. Hidrogenacija acetilena v prisotnosti katalizatorja (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Dehidracija alkoholov (cepitev vode).
Kot katalizator se uporabljajo kisline (žveplove ali fosforjeve) ali Al 2 O 3:

V takih reakcijah se vodik odcepi od najmanj hidrogeniranega (z najmanjšim številom vodikovih atomov) ogljikovega atoma (pravilo A.M. Zaitseva):

Fizične lastnosti

Fizikalne lastnosti nekaterih alkenov so prikazane v spodnji tabeli. Prvi trije predstavniki homolognega niza alkenov (etilen, propilen in butilen) so plini, začenši s C 5 H 10 (amilen ali penten-1) so tekočine, s C 18 H 36 pa trdne snovi. Z večanjem molekulske mase se povečata tališče in vrelišče. Običajni alkeni vrejo pri višji temperaturi kot njihovi izomeri. Vrelišče cis-izomeri višji od trans-izomeri in tališča - obratno.

Alkeni so slabo topni v vodi (vendar bolje kot ustrezni alkani), vendar dobro - v organskih topilih. Etilen in propilen gorita z dimljenim plamenom.

Fizikalne lastnosti nekaterih alkenov

Alkeni imajo nizko polarnost, vendar so zlahka polarizirani.

Kemijske lastnosti

Alkeni so zelo reaktivni. Njihove kemijske lastnosti določa predvsem dvojna vez ogljik-ogljik.

π-vez kot najmanj močna in bolj dostopna se pod delovanjem reagenta pretrga, sproščene valence ogljikovih atomov pa se porabijo za dodajanje atomov, ki sestavljajo molekulo reagenta. To je mogoče predstaviti kot diagram:

Tako se pri dodatnih reakcijah dvojna vez pretrga tako rekoč za polovico (z ohranitvijo σ-vezi).

Za alkene so poleg dodajanja značilne tudi oksidacijske in polimerizacijske reakcije.

Reakcije seštevanja

Pogosteje se adicijske reakcije odvijajo po heterolitičnem tipu, ki so elektrofilne adicijske reakcije.

1. Hidrogenacija (dodajanje vodika). Alkeni z dodajanjem vodika v prisotnosti katalizatorjev (Pt, Pd, Ni) prehajajo v nasičene ogljikovodike - alkane:

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

2. Halogeniranje (dodatek halogenov). Halogeni se zlahka dodajajo na mestu pretrganja dvojne vezi, da tvorijo dihalogene derivate:

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

Dodajanje klora in broma je lažje, joda pa težje. Fluor z alkeni, tako kot z alkani, medsebojno deluje z eksplozijo.

Primerjaj: pri alkenih je reakcija halogeniranja proces dodajanja, ne substitucije (kot pri alkanih).

Reakcijo halogeniranja običajno izvajamo v topilu pri običajni temperaturi.

Dodajanje broma in klora alkenom poteka po ionskem in ne radikalnem mehanizmu. Ta sklep izhaja iz dejstva, da hitrost dodajanja halogena ni odvisna od obsevanja, prisotnosti kisika in drugih reagentov, ki sprožijo ali zavirajo radikalne procese. Na podlagi velikega števila eksperimentalnih podatkov za to reakcijo je bil predlagan mehanizem, ki vključuje več zaporednih stopenj. Na prvi stopnji pride do polarizacije molekule halogena pod delovanjem elektronov π-vezi. Atom halogena, ki pridobi nekaj delnega pozitivnega naboja, tvori nestabilen vmesni produkt z elektroni π vezi, imenovan π kompleks ali kompleks za prenos naboja. Treba je opozoriti, da v π-kompleksu halogen ne tvori usmerjene vezi z nobenim določenim atomom ogljika; v tem kompleksu se preprosto uresniči interakcija darovalec-akceptor elektronskega para π-vezi kot darovalca in halogena kot akceptorja.

Nadalje se π-kompleks spremeni v ciklični bromonijev ion. V procesu tvorbe tega cikličnega kationa pride do heterolitičnega cepitve vezi Br-Br in izprazni se R-orbitalni sp 2 -hibridizirani ogljikov atom se prekriva z R-orbitala "samotnega para" elektronov atoma halogena, ki tvori ciklični bromonijev ion.

Na zadnji, tretji stopnji, bromov anion kot nukleofilno sredstvo napade enega od ogljikovih atomov bromonijevega iona. Nukleofilni napad bromidnega iona vodi do odpiranja tričlenskega obroča in tvorbe vicinalnega dibromida ( vic- blizu). Ta korak lahko formalno obravnavamo kot nukleofilno substitucijo S N 2 pri ogljikovem atomu, kjer je odhodna skupina Br + .

Rezultata te reakcije ni težko napovedati: bromov anion napade karbokation in tvori dibromoetan.

Hitro razbarvanje raztopine broma v CCl 4 je eden najpreprostejših testov za nenasičenost, saj alkeni, alkini in dieni hitro reagirajo z bromom.

Dodajanje broma alkenom (reakcija bromiranja) je kvalitativna reakcija na nasičene ogljikovodike. Ko nenasičene ogljikovodike spustimo skozi bromovo vodo (raztopina broma v vodi), rumena barva izgine (v primeru omejevanja ogljikovodikov ostane).

3. Hidrohalogeniranje (dodajanje vodikovih halogenidov). Alkeni zlahka dodajajo vodikove halogenide:

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

Dodajanje vodikovih halogenidov etilenskim homologom sledi pravilu V. V. Markovnikova (1837 - 1904): v normalnih pogojih je vodik halogenida vodika vezan na mestu dvojne vezi na najbolj hidrogeniran ogljikov atom, halogen pa na manjšega. hidrogenirano:

Markovnikovo pravilo je mogoče razložiti z dejstvom, da je v nesimetričnih alkenih (na primer v propilenu) elektronska gostota neenakomerno porazdeljena. Pod vplivom metilne skupine, ki je vezana neposredno na dvojno vez, se elektronska gostota premakne proti tej vezi (na skrajni ogljikov atom).

Zaradi tega premika je p-vez polarizirana in na ogljikovih atomih se pojavijo delni naboji. Preprosto si je predstavljati, da bo pozitivno nabit vodikov ion (proton) pridružil atom ogljika (elektrofilna adicija), ki ima delni negativni naboj, in bromov anion ogljiku z delnim pozitivnim nabojem.

Takšna vezava je posledica medsebojnega vpliva atomov v organski molekuli. Kot veste, je elektronegativnost ogljikovega atoma nekoliko višja od elektronegativnosti vodika.

Zato je v metilni skupini opažena neka polarizacija σ-vezi C-H, povezana s premikom elektronske gostote od atomov vodika k ogljiku. To pa povzroči povečanje elektronske gostote v območju dvojne vezi, zlasti na njenem skrajnem atomu. Tako metilna skupina, tako kot druge alkilne skupine, deluje kot darovalec elektronov. Vendar pa je v prisotnosti peroksidnih spojin ali O 2 (ko je reakcija radikalna) ta reakcija lahko tudi v nasprotju z Markovnikovim pravilom.

Iz istih razlogov velja Markovnikovo pravilo, ko se nesimetričnim alkenom ne dodajajo le vodikovi halogenidi, ampak tudi drugi elektrofilni reagenti (H 2 O, H 2 SO 4 , HOCl, ICl itd.).

4. Hidracija (dodatek vode). V prisotnosti katalizatorjev se alkenom doda voda, da nastanejo alkoholi. Na primer:

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

Oksidacijske reakcije

Alkeni se lažje oksidirajo kot alkani. Produkti, ki nastanejo pri oksidaciji alkenov, in njihova struktura so odvisni od strukture alkenov in od pogojev za to reakcijo.

1. Zgorevanje

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

2. Nepopolna katalitična oksidacija

3. Oksidacija pri normalni temperaturi. Ko vodna raztopina KMnO 4 deluje na etilen (v normalnih pogojih, v nevtralnem ali alkalnem mediju - Wagnerjeva reakcija), nastane dihidrični alkohol - etilen glikol:

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

Ta reakcija je kvalitativna: vijolična barva raztopine kalijevega permanganata se spremeni, ko ji dodamo nenasičeno spojino.

V težjih pogojih (oksidacija KMnO 4 v prisotnosti žveplove kisline ali zmesi kroma) se dvojna vez v alkenu razbije in tvori produkte, ki vsebujejo kisik:

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (ocetna kislina)

Reakcija izomerizacije

Pri segrevanju ali v prisotnosti katalizatorjev se alkeni lahko izomerizirajo – premakne se dvojna vez ali se vzpostavi izostruktura.

polimerizacijske reakcije

Zaradi prekinitve π-vezi se lahko molekule alkena združijo med seboj in tvorijo dolgoverižne molekule.

Najdba v naravi in ​​fiziološka vloga alkenov

V naravi acikličnih alkenov praktično ni. Najenostavnejši predstavnik tega razreda organskih spojin - etilen C 2 H 4 - je hormon za rastline in se v njih sintetizira v majhnih količinah.

Eden redkih naravno prisotnih alkenov je muskalur ( cis- tricosen-9) je spolni atraktant samice hišne muhe (Musca domestica).

Nižji alkeni v visokih koncentracijah imajo narkotični učinek. Višji člani serije povzročajo tudi krče in draženje sluznice dihalnih poti.

Posamezni predstavniki

Etilen (eten) je organska kemična spojina, opisana s formulo C 2 H 4 . Je najpreprostejši alken. Vsebuje dvojno vez in se zato nanaša na nenasičene ali nenasičene ogljikovodike. V industriji igra izjemno pomembno vlogo, je tudi fitohormon (nizkomolekularne organske snovi, ki jih proizvajajo rastline in imajo regulacijske funkcije).

Etilen - povzroča anestezijo, ima dražilni in mutageni učinek.

Etilen je najbolj proizvedena organska spojina na svetu; skupna svetovna proizvodnja etilena je v letu 2008 znašala 113 milijonov ton in še naprej raste za 2-3 % na leto.

Etilen je vodilni produkt glavne organske sinteze in se uporablja za proizvodnjo polietilena (1. mesto, do 60 % celotne prostornine).

Polietilen je termoplastični polimer etilena. Najpogostejša plastika na svetu.

Je voskasta masa bele barve (tanke prozorne plošče so brezbarvne). Je kemično in zmrzal odporen, izolator, ni občutljiv na udarce (amortizer), se zmehča pri segrevanju (80-120 ° C), zmrzne pri hlajenju, oprijem (oprijem površin različnih trdnih in/ali tekočih teles) je izjemno nizka. Včasih se v ljudskem umu poistoveti s celofanom - podobnim materialom rastlinskega izvora.

Propilen - povzroča anestezijo (močnejši od etilena), ima splošno toksično in mutageno delovanje.

Odporen na vodo, ne reagira z alkalijami katere koli koncentracije, z raztopinami nevtralnih, kislih in bazičnih soli, organskih in anorganskih kislin, tudi koncentrirano žveplovo kislino, vendar se razgradi pod delovanjem 50% dušikove kisline pri sobni temperaturi in pod vplivom tekočega in plinastega klora in fluora. Sčasoma pride do termičnega staranja.

Polietilenska folija (zlasti embalaža, na primer folija z mehurčki ali trak).

Posode (steklenice, kozarci, škatle, kanistri, vrtne zalivalke, lonci za sadike.

Polimerne cevi za kanalizacijo, drenažo, vodo in plin.

električni izolacijski material.

Polietilenski prah se uporablja kot vroče talino lepilo.

Buten-2 - povzroča anestezijo, ima dražilni učinek.