Hipermarket de cunoștințe >>Chimie >>Chimie clasa a X-a >> Chimie: alchene
Nesaturatele includ hidrocarburile care conțin legături multiple între atomi de carbon în moleculele lor. Nesaturate sunt alchenele, alchinele, alcadienele (poliene). Hidrocarburile ciclice care conțin o dublă legătură în ciclu (cicloalchene), precum și cicloalcanii cu un număr mic de atomi de carbon în ciclu (trei sau patru atomi) au și ele un caracter nesaturat. Proprietatea „nesaturației” este asociată cu capacitatea acestor substanțe de a intra în reacții de adiție, în principal hidrogen, cu formarea de hidrocarburi saturate sau saturate - alcani.
Structura
Alchenele sunt aciclice, conținând în moleculă, pe lângă legăturile simple, o legătură dublă între atomi de carbon și corespunzătoare formulei generale C n H 2n.
Alchenele și-au primit al doilea nume - „olefine” prin analogie cu acizii grași nesaturați (oleic, linoleic), ale căror rămășițe fac parte din grăsimi lichide - uleiuri (din engleză ulei - ulei).
Atomii de carbon care au o legătură dublă între ei, după cum știți, sunt într-o stare de hibridizare sp 2. Aceasta înseamnă că un orbital s și doi p sunt implicați în hibridizare, iar un orbital p rămâne nehibridat. Suprapunerea orbitalilor hibrizi duce la formarea unei legături a și, datorită orbitalilor nehibridați ai atomilor de carbon vecini ai moleculei de etilenă, se formează un al doilea, P-conexiune. Astfel, o legătură dublă constă dintr-o legătură Þ și o legătură p.
Orbitalii hibrizi ai atomilor care formează o legătură dublă sunt în același plan, iar orbitalii care formează o legătură n sunt situați perpendicular pe planul moleculei (vezi Fig. 5).
Legătura dublă (0,132 nm) este mai scurtă decât legătura simplă, iar energia sa este mai mare, adică este mai puternică. Cu toate acestea, prezența unei legături 7g mobile, ușor polarizabile, duce la faptul că alchenele sunt mai active din punct de vedere chimic decât alcanii și sunt capabile să sufere reacții de adiție.
Seria omologă de etenă
Alchenele cu catenă dreaptă formează seria omoloagă de etenă (etilenă).
C2H4 - etenă, C3H6 - propenă, C4H8 - butenă, C5H10 - pentenă, C6H12 - hexenă etc.
Izomerie și nomenclatură
Alchenele, ca și alcanii, se caracterizează prin izomerie structurală. Izomerii structurali, după cum vă amintiți, diferă unul de celălalt în structura scheletului de carbon. Cea mai simplă alchenă, caracterizată prin izomeri structurali, este butena.
CH3-CH2-CH=CH2CH3-C=CH2
l
CH3
buten-1 metilpropenă
Un tip special de izomerie structurală este izomeria pozițională. legătură dublă:
CH3-CH2-CH=CH2CH3-CH=CH-CH3
buten-1 buten-2
Rotația aproape liberă a atomilor de carbon este posibilă în jurul unei singure legături carbon-carbon, astfel încât moleculele de alcani pot lua o mare varietate de forme. Rotația în jurul legăturii duble este imposibilă, ceea ce duce la apariția unui alt tip de izomerie în alchene - geometrice sau izomerie cis-trans.
Izomerii cis diferă de izomerii toracelui în aranjarea spațială a fragmentelor moleculare (în acest caz, grupări metil) în raport cu planul P-conexiuni, și deci proprietăți.
Alchenele sunt izomeri la cicloalcani (izomerie interclasă), de exemplu:
CH2 = CH-CH2-CH2-CH2-CH3
hexen-1 ciclohexan
Nomenclatură alchene, dezvoltat de IUPAC, este similar cu nomenclatura alcanilor.
1. Selectarea circuitului principal
Formarea numelui unei hidrocarburi începe cu definirea lanțului principal - cel mai lung lanț de atomi de carbon din moleculă. În cazul alchenelor, lanțul principal trebuie să conțină o legătură dublă.
2. Numerotarea atomilor din lanțul principal
Numerotarea atomilor lanțului principal începe de la capătul de care este cea mai apropiată legătură dublă. De exemplu, nume corect conexiuni
dn3-dn-dn2-dn=dn-dn3 dn3
5-metilhexen-2, nu 2-metilhexen-4, așa cum s-ar putea aștepta.
Dacă poziția dublei legături nu poate determina începutul numerotării atomilor din lanț, atunci aceasta este determinată de poziția substituenților în același mod ca și pentru hidrocarburile saturate.
CH3-CH2-CH=CH-CH-CH3
l
CH3
2-metilhexen-3
3. Formarea numelui
Denumirile alchenelor sunt formate în același mod ca și numele alcanilor. La sfârșitul numelui, indicați numărul atomului de carbon de la care începe legătura dublă și sufixul care indică faptul că compusul aparține clasei alchenelor, -ene.
Chitanță
1. Cracarea produselor petroliere. În procesul de cracare termică a hidrocarburilor saturate, odată cu formarea de alcani, are loc formarea de alchene.
2. Dehidrogenarea hidrocarburilor saturate. Când alcanii sunt trecuți peste un catalizator la temperaturi ridicate (400-600 °C), o moleculă de hidrogen este eliminată și se formează o alchenă:
3. Deshidratarea alcoolilor (eliminarea apei). Efectul agenților de îndepărtare a apei (H2804, Al203) asupra alcoolilor monohidroxilici la temperaturi ridicate duce la eliminarea unei molecule de apă și formarea unei duble legături:
Această reacție se numește deshidratare intramoleculară (spre deosebire de deshidratarea intermoleculară, care duce la formarea de eteri și va fi studiată în § 16 „Alcooli”).
4. Dehidrohalogenarea (eliminarea halogenurilor de hidrogen).
Când un haloalcan reacţionează cu un alcali într-o soluţie de alcool, se formează o legătură dublă ca urmare a eliminării unei molecule de halogenură de hidrogen.
Rețineți că această reacție produce predominant buten-2, mai degrabă decât buten-1, ceea ce corespunde Regula lui Zaitsev:
Când o halogenură de hidrogen este eliminată din haloalcanii secundari și terțiari, un atom de hidrogen este eliminat din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat.
5. Dehalogenarea. Când zincul acționează asupra unui derivat dibrom al unui alcan, atomii de halogen situati la atomii de carbon vecini sunt eliminați și se formează o legătură dublă:
Proprietăți fizice
Primii trei reprezentanți ai seriei omoloage de alchene sunt gaze, substanțe din compoziția C5H10-C16H32 - lichide, alchene superioare - solide.
Punctele de fierbere și de topire cresc în mod natural odată cu creșterea greutății moleculare a compușilor.
Proprietăți chimice
Reacții de adaos
Să vă reamintim că trăsătură distinctivă reprezentanți ai hidrocarburilor nesaturate - alchene este capacitatea de a intra în reacții de adiție. Majoritatea acestor reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.
1. Hidrogenarea alchenelor. Alchenele sunt capabile să adauge hidrogen în prezența catalizatorilor de hidrogenare - metale - platină, paladiu, nichel:
CH3-CH2-CH=CH2 + H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3
Această reacție are loc atât la presiune atmosferică, cât și la presiune ridicată și nu necesită temperatură ridicată, deoarece este exotermă. Când temperatura crește, aceiași catalizatori pot provoca o reacție inversă - dehidrogenare.
2. Halogenare (adăugarea de halogeni). Interacțiunea unei alchene cu apa de brom sau o soluție de brom într-un solvent organic (CCl4) duce la decolorarea rapidă a acestor soluții ca urmare a adăugării unei molecule de halogen la alchenă și a formării dihaloalcanilor.
Markovnikov Vladimir Vasilievici
(1837-1904)
chimist organic rus. A formulat (1869) reguli privind direcția de substituție, eliminare, adăugare la o legătură dublă și reacții de izomerizare în funcție de structura chimică. A studiat (din 1880) compoziția petrolului și a pus bazele petrochimiei ca știință independentă. Deschis (1883) noua clasa materie organică- ciclo-parafine (naftene).
3. Hidrohalogenare (adaos de halogenură de hidrogen).
Reacția de adiție cu halogenură de hidrogen va fi discutată mai detaliat mai jos. Această reacție se supune regulii lui Markovnikov:
Când o halogenură de hidrogen se leagă de o alchenă, hidrogenul se atașează de atomul de carbon mai hidrogenat, adică atomul la care există mai mulți atomi de hidrogen, iar halogenul de cel mai puțin hidrogenat.
4. Hidratarea (adăugarea de apă). Hidratarea alchenelor duce la formarea de alcooli. De exemplu, adăugarea de apă la etenă stă la baza uneia dintre metodele industriale de obținere Alcool etilic:
CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2OH
eten etanol
Rețineți că un alcool primar (cu o grupare hidroxi pe carbonul primar) se formează numai atunci când etena este hidratată. Când propena sau alte alchene sunt hidratate, se formează alcooli secundari.
Această reacție se desfășoară, de asemenea, în conformitate cu regula lui Markovnikov - un cation de hidrogen se atașează la un atom de carbon mai hidrogenat, iar o grupare hidroxi se atașează la unul mai puțin hidrogenat.
5. Polimerizare. Un caz special de adiție este reacția de polimerizare a alchenelor:
Această reacție de adiție are loc printr-un mecanism de radicali liberi.
Reacții de oxidare
Ca orice compuși organici, alchenele ard în oxigen pentru a forma CO2 și H20.
Spre deosebire de alcani, care sunt rezistenți la oxidare în soluții, alchenele sunt ușor oxidate prin acțiunea soluțiilor apoase de permanganat de potasiu. În soluții neutre sau ușor alcaline are loc oxidarea alchenelor la dioli (alcooli dihidroxilici), iar la atomii dintre care a existat o dublă legătură înainte de oxidare se adaugă grupări hidroxil.
După cum știți deja, hidrocarburile nesaturate - alchene sunt capabile să intre în reacții de adiție. Majoritatea acestor reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.
Conexiune electrofilă
Reacțiile electrofile sunt reacții care apar sub influența electrofililor - particule care au o lipsă de densitate electronică, de exemplu, un orbital neumplut. Cea mai simplă particulă electrofilă este cationul hidrogen. Se știe că atomul de hidrogen are un electron în al treilea orbital. Un cation de hidrogen se formează atunci când un atom pierde acest electron, astfel că cationul de hidrogen nu are deloc electroni:
Н· - 1е - -> Н +
În acest caz, cationul are o afinitate electronică destul de mare. Combinația acestor factori face ca cationul de hidrogen să fie o particulă electrofilă destul de puternică.
Formarea unui cation de hidrogen este posibilă când disociere electrolitică acizi:
НВr -> Н + + Вr -
Din acest motiv, multe reacții electrofile apar în prezența și participarea acizilor.
Particulele electrofile, așa cum am menționat mai devreme, acționează asupra sistemelor care conțin zone cu densitate electronică crescută. Un exemplu de astfel de sistem este o legătură multiplă (dublă sau triplă) carbon-carbon.
Știți deja că atomii de carbon între care se formează o legătură dublă sunt în stare de hibridizare sp 2. Orbitalii p nehibridați ai atomilor de carbon vecini aflați în același plan se suprapun, formându-se P-legatura, care este mai putin puternica decat legatura Þ si, cel mai important, se polarizeaza usor sub influenta influentei externe câmp electric. Aceasta înseamnă că atunci când o particulă încărcată pozitiv se apropie, electronii legăturii CS se deplasează spre ea și așa-numita P- complex.
Se dovedește P-complex și la adăugarea unui cation de hidrogen la P- conexiuni. Cationul de hidrogen pare să se lovească de densitatea electronică care iese din planul moleculei P-conectare și se alătură acesteia.
În etapa următoare, are loc o deplasare completă a perechii de electroni P-legarea la unul dintre atomii de carbon, ceea ce duce la apariția unei perechi de electroni singuratice pe acesta. Orbitul atomului de carbon pe care se află această pereche și orbitalul neocupat al cationului de hidrogen se suprapun, ceea ce duce la formarea unei legături covalente prin mecanismul donor-acceptor. Al doilea atom de carbon are încă un orbital neumplut, adică o sarcină pozitivă.
Particula rezultată se numește carbocation deoarece conține o sarcină pozitivă asupra atomului de carbon. Această particulă se poate combina cu orice anion, o particulă care are o pereche de electroni singuratică, adică un nucleofil.
Să luăm în considerare mecanismul reacției de adiție electrofilă folosind exemplul de bromhidratare (adăugarea de bromură de hidrogen) a etenei:
СН2= СН2 + НВг --> СНВr-СН3
Reacția începe cu formarea unei particule electrofile - un cation de hidrogen, care are loc ca urmare a disocierii unei molecule de bromură de hidrogen.
Atacuri de cationi de hidrogen P- legătură, formare P- un complex care se transformă rapid într-un carbocation:
Acum să ne uităm la un caz mai complex.
Reacția de adăugare a bromurii de hidrogen la etenă are loc fără ambiguitate, iar interacțiunea bromurii de hidrogen cu propenă poate da teoretic doi produși: 1-brompropan și 2-brompropan. Datele experimentale arată că 2-bromopropanul este produs în principal.
Pentru a explica acest lucru, va trebui să luăm în considerare particula intermediară - carbocationul.
Adăugarea unui cation de hidrogen la propenă poate duce la formarea a doi carbocationi: dacă un cation de hidrogen se unește cu primul atom de carbon, atomul situat la capătul lanțului, atunci al doilea va avea o sarcină pozitivă, adică în centrul moleculei (1); dacă se alătură celui de-al doilea, atunci primul atom va avea o sarcină pozitivă (2).
Direcția preferențială a reacției va depinde de care carbocation este mai abundent în mediul de reacție, care, la rândul său, este determinat de stabilitatea carbocationului. Experimentul arată formarea predominantă a 2-bromopropanului. Aceasta înseamnă că formarea carbocationului (1) cu sarcină pozitivă pe atomul central are loc într-o măsură mai mare.
Stabilitatea mai mare a acestui carbocation se explică prin faptul că sarcina pozitivă asupra atomului de carbon central este compensată de efectul inductiv pozitiv al două grupări metil, al căror efect total este mai mare decât efectul +/- al unei grupări etil:
Legile reacțiilor de hidrohalogenare a alchenelor au fost studiate de celebrul chimist rus V.V. Markovnikov, un student al lui A.M. Butlerov, care, după cum am menționat mai sus, a formulat regula care îi poartă numele.
Această regulă a fost stabilită empiric, adică experimental. În prezent, putem oferi o explicație complet convingătoare pentru aceasta.
Interesant este că și alte reacții de adiție electrofile se supun regulii lui Markovnikov, așa că ar fi corect să o formulăm într-un mod mai vedere generala.
În reacțiile de adiție electrofile, un electrofil (o particulă cu un orbital neumplut) se adaugă la un atom de carbon mai hidrogenat, iar un nucleofil (o particulă cu o pereche de electroni singură) se adaugă la unul mai puțin hidrogenat.
Polimerizare
Un caz special de reacție de adiție este reacția de polimerizare a alchenelor și a derivaților acestora. Această reacție are loc prin mecanismul de adăugare a radicalilor liberi:
Polimerizarea se realizează în prezența inițiatorilor - compuși peroxidici, care sunt o sursă de radicali liberi. Compușii peroxidici sunt substanțe ale căror molecule includ grupa -O-O-. Cel mai simplu compus cu peroxid este peroxidul de hidrogen HOOH.
La o temperatură de 100 °C și o presiune de 100 MPa are loc omoliza legăturii instabile oxigen-oxigen și formarea de radicali - inițiatori de polimerizare. Sub influența radicalilor KO- se inițiază polimerizarea, care se dezvoltă ca o reacție de adiție a radicalilor liberi. Creșterea lanțului se oprește atunci când are loc recombinarea radicalilor în amestecul de reacție - lanțul polimeric și radicalii sau COCH2CH2-.
Folosind reacția de polimerizare prin radicali liberi a substanțelor care conțin o legătură dublă, se obțin un număr mare de compuși cu greutate moleculară mare:
Utilizarea alchenelor cu diverși substituenți face posibilă sintetizarea unei game largi de materiale polimerice cu o gamă largă de proprietăți.
Toți acești compuși polimerici se găsesc aplicare largăîntr-o varietate de domenii ale activității umane - industrie, medicină, sunt utilizați pentru fabricarea de echipamente pentru laboratoare biochimice, unii sunt intermediari pentru sinteza altor compuși cu molecul mare.
Oxidare
Știți deja că în soluții neutre sau ușor alcaline are loc oxidarea alchenelor în dioli (alcooli dihidroxilici). Într-un mediu acid (o soluție acidulată cu acid sulfuric), legătura dublă este complet distrusă, iar atomii de carbon între care a existat legătura dublă sunt transformați în atomi de carbon din grupa carboxil:
Oxidarea distructivă a alchenelor poate fi utilizată pentru a determina structura lor. Deci, de exemplu, dacă se obțin acizi acetic și propionic în timpul oxidării unei anumite alchene, aceasta înseamnă că pentena-2 a suferit oxidare, iar dacă se obțin acid butiric și dioxid de carbon, atunci hidrocarbura originală este pentena-1 .
Aplicație
Alchenele sunt utilizate pe scară largă în industria chimica ca materie primă pentru producerea diverselor substanţe şi materiale organice.
De exemplu, etena este materia primă pentru producerea de etanol, etilen glicol, epoxizi și dicloroetan.
O cantitate mare de etenă este procesată în polietilenă, care este folosită pentru a face folii de ambalare, veselă, țevi și materiale electrice izolante.
Din propenă se obțin glicerina, acetona, izopropanolul și solvenții. Prin polimerizarea propenei se obtine polipropilena, care este superioara polietilenei in multe privinte: are un punct de topire mai mare si rezistenta chimica.
În prezent, fibrele sunt produse din polimeri - analogi ai polietilenei, care au proprietăți unice. De exemplu, fibra de polipropilenă este mai puternică decât toate fibrele sintetice cunoscute.
Materialele realizate din aceste fibre sunt promițătoare și sunt din ce în ce mai utilizate în diverse domenii ale activității umane.
1. Ce tipuri de izomerie sunt caracteristice alchenelor? Scrieți formulele pentru posibilii izomeri ai pentenei-1.
2. Din ce compuşi se pot obţine: a) izobutenă (2-metilpropenă); b) buten-2; c) buten-1? Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
3. Descifrează următorul lanț de transformări. Numiți compușii A, B, C. 4. Propuneți o metodă de obținere a 2-cloropropanului din 1-cloropropan. Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
5. Sugerați o metodă pentru purificarea etanului de impuritățile de etilenă. Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
6. Dați exemple de reacții care pot fi folosite pentru a face distincția între hidrocarburile saturate și nesaturate.
7. Pentru hidrogenarea completă a 2,8 g de alchenă s-au consumat 0,896 litri de hidrogen (n.e.). Care este greutatea moleculară și formula structurală a acestui compus, care are un lanț normal de atomi de carbon?
8. Ce gaz se află în cilindru (etenă sau propenă), dacă se știe că arderea completă a 20 cm3 din acest gaz a necesitat 90 cm3 (n.s.) de oxigen?
9*. Când o alchenă reacţionează cu clorul în întuneric, se formează 25,4 g de diclorură, iar când această alchenă de aceeaşi masă reacţionează cu bromul în tetraclorura de carbon, se formează 43,2 g de dibromură. Determinați toate formulele structurale posibile ale alchenei inițiale.
Istoria descoperirii
Din materialul de mai sus, am înțeles deja că etilena este strămoșul serii omoloage de hidrocarburi nesaturate, care are o dublă legătură. Formula lor este C n H 2n și se numesc alchene.
În 1669, medicul și chimistul german Becher a fost primul care a obținut etilenă prin reacția acidului sulfuric cu alcoolul etilic. Becher a descoperit că etilena este mai activă din punct de vedere chimic decât metanul. Dar, din păcate, la acel moment, omul de știință nu a putut identifica gazul rezultat și, prin urmare, nu i-a atribuit niciun nume.
Puțin mai târziu, chimiștii olandezi au folosit aceeași metodă pentru producerea etilenei. Și deoarece, atunci când interacționa cu clorul, acesta tindea să formeze un lichid uleios, a primit, în consecință, numele de „gaz petrolier”. Mai târziu s-a cunoscut că acest lichid era dicloroetan.
În franceză, termenul „ulei” este oléfiant. Și după ce au fost descoperite alte hidrocarburi de acest tip, Antoine Fourcroix, un chimist și om de știință francez, a introdus un nou termen care a devenit comun întregii clase de olefine sau alchene.
Dar deja la începutul secolului al XIX-lea, chimistul francez J. Gay-Lussac a descoperit că etanolul constă nu numai din gaz „petrol”, ci și din apă. În plus, același gaz a fost descoperit în clorură de etil.
Și deși chimiștii au stabilit că etilena constă din hidrogen și carbon și cunoșteau deja compoziția substanțelor, ei nu au putut găsi formula reală pentru o lungă perioadă de timp. Și abia în 1862 E. Erlenmeyer a reușit să demonstreze prezența unei duble legături în molecula de etilenă. Acest lucru a fost recunoscut și de omul de știință rus A.M. Butlerov și a confirmat experimental corectitudinea acestui punct de vedere.
Apariția în natură și rolul fiziologic al alchenelor
Mulți oameni sunt interesați de problema unde pot fi găsite alchenele în natură. Deci, se dovedește că practic nu apar în natură, deoarece cel mai simplu reprezentant al său, etilena, este un hormon pentru plante și este sintetizat în ele doar în cantități mici.
Este adevărat că în natură există o astfel de alchenă ca muskalur. Aceasta dintre alchenele naturale este un atractant sexual al muștei de casă femele.
Merită să acordați atenție faptului că, având o concentrație mare, alchenele inferioare au un efect narcotic care poate provoca convulsii și iritații ale mucoaselor.
Aplicații ale alchenelor
Viaţă societate modernă Astăzi este dificil de imaginat fără utilizarea materialelor polimerice. Din moment ce, spre deosebire de materiale naturale, polimerii au proprietăți variate, sunt ușor de prelucrat, iar dacă te uiți la preț, sunt relativ ieftini. Mai mult aspect important Avantajul polimerilor este că mulți dintre ei pot fi reciclați.
Alchenele și-au găsit utilizarea în producția de materiale plastice, cauciucuri, filme, teflon, alcool etilic, acetaldehidă și alți compuși organici.
ÎN agricultură este folosit ca mijloc care accelerează procesul de coacere a fructelor. Propilena și butilena sunt folosite pentru a produce diferiți polimeri și alcooli. Dar în producția de cauciuc sintetic, se folosește izobutilenă. Prin urmare, putem concluziona că este imposibil să faceți fără alchene, deoarece acestea sunt cele mai importante materii prime chimice.
Utilizări industriale ale etilenei
ÎN scara industriala propilena este de obicei folosită pentru sinteza polipropilenei și pentru producerea de izopropanol, glicerol, butiraldehide etc. În fiecare an, cererea de propilenă crește.
Continuare. Vezi începutul în № 15, 16, 17, 18, 19/2004
Lecția 9.
Proprietățile chimice ale alchenelor
Proprietățile chimice ale alchenelor (etilena și omologii săi) sunt determinate în mare măsură de prezența legăturilor d... în moleculele lor. Alchenele suferă toate cele trei tipuri de reacții, cele mai tipice reacții fiind p…. Să le luăm în considerare folosind exemplul propilenei C 3 H 6.
Toate reacțiile de adiție au loc de-a lungul unei duble legături și constau în scindarea legăturii alchenei și formarea a două noi legături la locul ruperii.
Adaos de halogen:
Adaos de hidrogen(reacție de hidrogenare):
Conexiune la apă(reacție de hidratare):
Adăugarea de halogenuri de hidrogen (HHal) și apă la alchene nesimetrice apare conform regulii lui V.V.Markovnikov (1869). Acid hidrogen Hhal se leagă de atomul de carbon cel mai hidrogenat la dubla legătură.În consecință, restul Hal se leagă de atomul de C, care are un număr mai mic de atomi de hidrogen.
Arderea alchenelor în aer.
Când sunt aprinse, alchenele ard în aer:
2CH 2 = CHCH 3 + 9O 2 6CO 2 + 6H 2 O.
Alchenele gazoase formează amestecuri explozive cu oxigenul atmosferic.
Alchenele sunt oxidate de permanganat de potasiu într-un mediu apos, care este însoțit de decolorarea soluției de KMnO 4 și formarea de glicoli (compuși cu două grupări hidroxil la atomi de C adiacenți). Acest proces - hidroxilarea alchenelor:
Alchenele sunt oxidate de oxigenul atmosferic în epoxizi când este încălzit în prezența catalizatorilor de argint:
Polimerizarea alchenelor– legarea multor molecule de alchenă între ele. Condiții de reacție: încălzire, prezența catalizatorilor. Unirea moleculelor are loc prin scindarea legăturilor intramoleculare și formarea de noi legături intermoleculare:
În această reacție intervalul de valori n = 10 3 –10 4 .
Exerciții.
1. Scrieți ecuațiile de reacție pentru buten-1 cu: a) Br2; b) HBr; V) H2O; G) H2. Numiți produșii de reacție.
2.
Sunt cunoscute condiții în care adăugarea de apă și halogenuri de hidrogen la legătura dublă a alchenelor are loc contrar regulii lui Markovnikov. Scrieți ecuațiile de reacție
3-bromopropilenă conform anti-Markovnikov cu: a) apă; b) bromură de hidrogen.
3.
Scrieţi ecuaţiile pentru reacţiile de polimerizare: a) buten-1; b) clorură de vinil CH2 =CHCI;
c) 1,2-difluoretilenă.
4. Creați ecuații pentru reacțiile etilenei cu oxigenul pentru următoarele procese: a) ardere în aer; b) hidroxilarea cu soluţie apoasă KMnO4; c) epoxidare (250 °C, Ag ).
5. Scrieți formula structurală a alchenei, știind că 0,21 g din acest compus pot adăuga 0,8 g brom.
6. Când se arde 1 litru de hidrocarbură gazoasă, decolorând soluția purpurie de permanganat de potasiu, se consumă 4,5 litri de oxigen și se obțin 3 litri. CO2. Scrieți formula structurală a acestei hidrocarburi.
Lecția 10.
Prepararea și utilizarea alchenelor
Reacțiile pentru producerea alchenelor se reduc la inversarea reacțiilor reprezentând proprietățile chimice ale alchenelor (acestea se desfășoară de la dreapta la stânga, vezi lecția 9). Trebuie doar să găsiți condițiile potrivite.
Eliminarea a doi atomi de halogen din dihaloalcani conţinând halogeni la atomii vecini de C. Reacţia are loc sub influenţa metalelor (Zn etc.):
Cracarea hidrocarburilor saturate. Deci, la crăparea (vezi lecția 7) etan, se formează un amestec de etilenă și hidrogen:
Deshidratarea alcoolilor. Când alcoolii sunt expuși la agenți de îndepărtare a apei (acid sulfuric concentrat) sau când sunt încălziți la 350 °C în prezența catalizatorilor, apa este desprinsă și se formează alchene:
În acest fel, etilena este produsă în laborator.
O metodă industrială pentru producerea propilenei, împreună cu cracarea, este deshidratarea propanolului peste oxid de aluminiu:
Dehidroclorurarea cloroalcanilor se realizează sub acțiunea unei soluții alcaline în alcool, deoarece în apă, produșii de reacție nu sunt alchene, ci alcooli.
Aplicarea etilenei și a omologilor săi pe baza proprietăților lor chimice, adică a capacității de a se transforma în diferite substanțe utile.
Combustibili pentru motoare, având cifre octanice mari, se obțin prin hidrogenarea alchenelor ramificate:
Decolorarea unei soluții galbene de brom într-un solvent inert (CCl 4) are loc atunci când se adaugă o picătură de alchenă sau se trece un gaz alchenic prin soluție. Interacțiunea cu bromul – caracteristică reacție calitativă la o legătură dublă:
Produsul clorhidratării etilenei, cloretanul, este utilizat în sinteza chimica pentru a introduce gruparea C 2 H 5 în moleculă:
Cloroetanul are, de asemenea, un efect de anestezie locală (calmarea durerii), care este utilizat în timpul operațiilor chirurgicale.
Prin hidratarea alchenelor se obțin alcooli, de exemplu, etanol:
Alcoolul C 2 H 5 OH este folosit ca solvent, pentru dezinfecție și în sinteza de noi substanțe.
Hidratarea etilenei în prezența agentului de oxidare [O] duce la etilenglicol – antigel și produs intermediar al sintezei chimice:
Oxidarea etilenei produce oxid de etilenă și acetaldehidă - materii prime in industria chimica:
Polimeri și materiale plastice– produse de polimerizare ai alchenelor, de exemplu, politetrafluoretilena (Teflon):
Exerciții.
1. Completați ecuațiile pentru reacțiile de eliminare (eliminare), numiți alchenele rezultate:
2.
Scrieți ecuațiile reacțiilor de hidrogenare ale: a) 3,3-dimetilbuten-1;
b) 2,3,3-trimetilbuten-1. Aceste reacții produc alcani folosiți ca combustibili pentru motoare, dați-le nume.
3. 100 g de alcool etilic au fost trecute printr-un tub care conține oxid de aluminiu încălzit. C2H5OH. Ca urmare, s-au obținut 33,6 litri de hidrocarbură (nr.). Cât de mult alcool (%) a reacționat?
4. Câte grame de brom vor reacționa cu 2,8 litri (N.S.) de etilenă?
5. Scrieți o ecuație pentru reacția de polimerizare a trifluorcloretilenei. (Plasticul rezultat este rezistent la acid sulfuric fierbinte, sodiu metalic etc.)
Răspunsuri la exercițiile pentru subiectul 1
Lecția 9
5. Reacția alchenei C n H 2 n cu brom în formă generală:
Masă molară alchenă M(CU n H 2 n) = 0,21 160/0,8 = 42 g/mol.
Aceasta este propilenă.
Răspuns.
Formula alchenei este CH2 = CHCH3 (propilenă).
6. Deoarece toate substanțele care participă la reacție sunt gaze, coeficienții stoichiometrici din ecuația de reacție sunt proporționali cu rapoartele lor volumetrice. Să scriem ecuația reacției:
CU A H V+ 4,5O23C02 + 3H2O.
Numărul de molecule de apă este determinat de ecuația reacției: 4,5 2 = 9 atomi de O reacționați, 6 atomi de O sunt legați în CO 2, restul de 3 atomi de O fac parte din trei molecule de H 2 O. Prin urmare, indicii sunt egali: A = 3, V= 6. Hidrocarbura dorită este propilena C3H6.
Răspuns.
Formula structurală a propilenei este CH2 = CHCH3.
Lecția 10
1. Ecuații pentru reacțiile de eliminare (eliminare) – sinteza alchenelor:
2. Reacții de hidrogenare ale alchenelor când sunt încălzite sub presiune în prezența unui catalizator:
3. Reacția de deshidratare a alcoolului etilic are forma:
Aici prin X indică masa de alcool transformată în etilenă.
Să găsim valoarea X: X= 46 33,6/22,4 = 69 g.
Proporția de alcool reacționat a fost: 69/100 = 0,69, sau 69%.
Răspuns.
69% alcool a reacţionat.
4.
Deoarece coeficienții stoichiometrici din fața formulelor substanțelor care reacţionează (C 2 H 4 și Br 2) sunt egali cu unitatea, este valabilă următoarea relație:
2,8/22,4 = X/160. De aici X= 20 g Br 2.
Răspuns.
20 g Br 2.
Nesaturatele includ hidrocarburile care conțin legături multiple între atomi de carbon în moleculele lor. Sunt nelimitate alchene, alchine, alcadiene (poliene). Hidrocarburile ciclice care conțin o dublă legătură în ciclu (cicloalchene), precum și cicloalcanii cu un număr mic de atomi de carbon în ciclu (trei sau patru atomi) au și ele un caracter nesaturat. Proprietatea de „nesaturare” este asociată cu capacitatea acestor substanțe de a intra reacții de adiție, în principal hidrogen, cu formarea de hidrocarburi saturate sau saturate - alcani.
Structura alchenelor
Hidrocarburi aciclice care conțin în moleculă, pe lângă legăturile simple, o legătură dublă între atomi de carbon și corespunzătoare formulei generale CnH2n.
Al doilea nume este olefine- alchenele au fost obținute prin analogie cu acizii grași nesaturați (oleic, linoleic), ale căror resturi fac parte din grăsimi lichide - uleiuri (din engleză ulei - ulei).
Atomii de carbon care au o dublă legătură între ei sunt într-o stare sp 2 -hibridare. Aceasta înseamnă că un orbital s și doi p sunt implicați în hibridizare, iar un orbital p rămâne nehibridat.
Suprapunerea orbitalilor hibrizi duce la formarea unei legături σ, iar datorită orbitalilor p nehibridați ai atomilor de carbon vecini, se formează o a doua legătură π. Astfel, o legătură dublă constă dintr-un singur σ- și o legătură π.
Orbitalii hibrizi ai atomilor care formează o legătură dublă sunt în același plan, iar orbitalii care formează o legătură π sunt perpendiculari pe planul moleculei.
Legătura dublă (0,132 nm) este mai scurtă decât legătura simplă, iar energia ei este mai mare, deoarece este mai puternică. Cu toate acestea, prezența unei legături π mobile, ușor polarizabile, duce la faptul că alchenele sunt mai active din punct de vedere chimic decât alcanii și sunt capabile să sufere reacții de adiție.
Serii omoloage de alchene
Primii trei membri ai seriei omoloage de alchene sunt gaze, de la C 5 H 10 la C 17 H 34 sunt lichide, iar de la C 18 H 36 sunt solide. Alchenele lichide și solide sunt practic insolubile în apă, dar sunt foarte solubile în solvenți organici.
În conformitate cu regulile IUPAC, sufixul -ene este folosit în numele omologilor unui număr de alchene. Poziția dublei legături este indicată de un număr care indică locația legăturii. Numărul este plasat după numele lanțului principal, separat printr-o cratimă. Numerotarea atomilor dintr-o moleculă de alchenă începe de la capătul de care este cea mai apropiată legătură, de exemplu, o alchenă care corespunde formulei CH 3 −CH 2 −CH=CH−CH 3 ar trebui numită penten-2, deoarece legătura începe de la al doilea atom de carbon, pornind de la lanțurile terminale.
Alchenele neramificate alcătuiesc seria omoloagă de etenă (etilenă): C 2 H 4 - etenă, C 3 H 6 - propenă, C 4 H 8 - butenă, C 5 H 10 - pentenă, C 6 H 12 - hexenă etc.
Izomeria și nomenclatura alchenelor
Pentru alchene, precum și pentru alcani, este caracteristic izomerie structurală. Izomerii structurali diferă între ei în structura scheletului de carbon. Cea mai simplă alchenă, caracterizată prin izomeri structurali, este butena.
Un tip special de izomerie structurală este izomeria poziției dublei legături:
Rotația aproape liberă a atomilor de carbon este posibilă în jurul unei singure legături carbon-carbon, astfel încât moleculele de alcani pot lua o mare varietate de forme. Rotația în jurul legăturii duble este imposibilă, ceea ce duce la apariția unui alt tip de izomerie în alchene - geometric, sau izomerie cis-trans.
Izomerii cis diferă de izomerii trans în aranjarea spațială a fragmentelor moleculare (în acest caz, grupări metil) în raport cu planul legăturii π și, în consecință, în proprietățile lor.
Alchenele sunt izomeri la cicloalcani (izomerie interclasă), de exemplu:
Nomenclatura IUPAC pentru alchene este similară cu cea pentru alcani.
1. Selectarea circuitului principal. Formarea numelui unei hidrocarburi începe cu definirea lanțului principal - cel mai lung lanț de atomi de carbon din moleculă. În cazul alchenelor, lanțul principal trebuie să conțină o legătură dublă.
2. Numerotarea atomilor din lanțul principal. Numerotarea atomilor lanțului principal începe de la capătul de care este cea mai apropiată legătură dublă. De exemplu, numele corect al conexiunii este:
5-metilhexen-2, nu 2-metilhexen-4, așa cum s-ar putea aștepta.
Dacă poziția dublei legături nu poate determina începutul numerotării atomilor din lanț, atunci aceasta este determinată de poziția substituenților în același mod ca și pentru hidrocarburile saturate.
3. Formarea numelui. Denumirile alchenelor sunt formate în același mod ca și numele alcanilor. La sfârșitul denumirii, indicați numărul atomului de carbon la care începe legătura dublă și sufixul -enă, indicând faptul că compusul aparține clasei alchenelor. De exemplu:
Proprietățile fizice ale alchenelor
Primul trei reprezentanţi ai seriei omoloage de alchene- gaze; substanțe din compoziția C 5 H 10 - C 16 H 32 - lichide; Alchenele superioare sunt solide.
Punctele de fierbere și de topire cresc în mod natural odată cu creșterea greutății moleculare a compușilor.
Proprietățile chimice ale alchenelor
Reacții de adaos. Să ne amintim că o trăsătură distinctivă a reprezentanților hidrocarburilor nesaturate - alchene este capacitatea de a intra în reacții de adiție. Cele mai multe dintre aceste reacții au loc în funcție de mecanism adiție electrofilă.
1. Hidrogenarea alchenelor. Alchenele sunt capabile să adauge hidrogen în prezența catalizatorilor de hidrogenare, metale - platină, paladiu, nichel:
Această reacție are loc la presiune atmosferică și ridicată și nu necesită temperatură ridicată, deoarece este exotermă. Când temperatura crește, aceiași catalizatori pot provoca o reacție inversă - dehidrogenare.
2. Halogenare(adăugarea de halogeni). Interacțiunea unei alchene cu apa de brom sau o soluție de brom într-un solvent organic (CCl 4) duce la decolorarea rapidă a acestor soluții ca urmare a adăugării unei molecule de halogen la alchenă și a formării dihaloalcanilor:
3. Hidrohalogenare(adăugarea de halogenură de hidrogen).
Această reacție se supune regula lui Markovnikov:
Când o halogenură de hidrogen se leagă de o alchenă, hidrogenul se atașează de atomul de carbon mai hidrogenat, adică atomul la care există mai mulți atomi de hidrogen, iar halogenul de cel mai puțin hidrogenat.
4. Hidratarea(racord la apă). Hidratarea alchenelor duce la formarea de alcooli. De exemplu, adăugarea de apă la etenă stă la baza uneia dintre metodele industriale de producere a alcoolului etilic:
Rețineți că un alcool primar (cu o grupare hidroxo pe carbonul primar) se formează numai atunci când etena este hidratată. Când propena sau alte alchene sunt hidratate, se formează alcooli secundari.
Această reacție decurge, de asemenea, conform regula lui Markovnikov- un cation de hidrogen este atașat unui atom de carbon mai hidrogenat, iar la unul mai puțin hidrogenat se adaugă o grupare hidroxo.
5. Polimerizare. Un caz special de adiție este reacția de polimerizare a alchenelor:
Această reacție de adiție are loc printr-un mecanism de radicali liberi.
Reacții de oxidare.
1. Combustie. Ca orice compuși organici, alchenele ard în oxigen pentru a forma CO 2 și H 2 O:
2. Oxidarea în soluții. Spre deosebire de alcani, alchenele sunt ușor oxidate de soluții de permanganat de potasiu. În soluții neutre sau alcaline, alchenele sunt oxidate în dioli (alcooli dihidroxilici) și grupările hidroxil sunt adăugate acelor atomi între care a existat o legătură dublă înainte de oxidare:
Să aflăm care este reacția de hidratare a alchenei. Pentru asta vom da descriere scurta această clasă de hidrocarburi.
Formula generala
Alchenele sunt compuși organici nesaturați cu formula generală SpH2n, ale căror molecule au o legătură dublă și conțin, de asemenea, legături simple (simple). Atomii de carbon sunt în stare hibrid sp2. Reprezentanții acestei clase sunt numiți etilenă, deoarece strămoșul acestei serii este etilena.
Caracteristicile nomenclaturii
Pentru a înțelege mecanismul hidratării alchenelor, este necesar să evidențiem trăsăturile denumirilor lor. Conform nomenclaturii sistematice, la denumirea unei alchene se folosește un anumit algoritm de acțiuni.
În primul rând, trebuie să determinați cel mai lung lanț de carbon care include o legătură dublă. Numerele indică locația radicalilor de hidrocarburi, începând cu cel mai mic din alfabetul rus.
Dacă există mai mulți radicali identici în moleculă, prefixele de calificare di-, tri- și tetra sunt adăugate la nume.
Abia după aceasta se denumește însuși lanțul de atomi de carbon, adăugând la sfârșit sufixul -ene. Pentru a clarifica locația unei legături nesaturate (duble) într-o moleculă, aceasta este indicată printr-un număr. De exemplu, 2metilpenten-2.
Hibridarea în alchene
Pentru a face față unei sarcini de următorul tip: „Stabiliți formula moleculară a unei alchene, a cărei hidratare a produs un alcool secundar”, este necesar să aflați caracteristicile structurale ale reprezentanților acestei clase de hidrocarburi. Prezența unei duble legături explică capacitatea CxHy de a intra în reacții de adiție. Unghiul dintre legăturile duble este de 120 de grade. Nu se observă rotație în legătura nesaturată, astfel încât reprezentanții acestei clase sunt caracterizați prin izomerie geometrică. Principalul loc de reacție în moleculele de alchenă este legătura dublă.
Proprietăți fizice
Sunt similare cu hidrocarburile saturate. Reprezentanții inferiori ai acestei clase de hidrocarburi organice sunt substanțele gazoase în condiții normale. În continuare, se observă o tranziție treptată la lichide, iar alchenele, ale căror molecule conțin mai mult de șaptesprezece atomi de carbon, se caracterizează printr-o stare solidă. Toți compușii din această clasă au o solubilitate nesemnificativă în apă, în timp ce sunt perfect solubili în solvenți organici polari.
Caracteristicile izomeriei
Prezența compușilor de etilenă în molecule explică diversitatea formulelor structurale ale acestora. În plus față de izomerizarea scheletului de carbon, care este caracteristică reprezentanților tuturor claselor de compuși organici, au izomeri interclase. Sunt cicloparafine. De exemplu, pentru propenă, izomerul interclaselor este ciclopropanul.
Prezența unei duble legături în moleculele din această clasă explică posibilitatea izomeriei geometrice cis și trans. Astfel de structuri sunt posibile numai pentru hidrocarburile nesaturate simetrice care conțin o legătură dublă.
Existența acestei variante de izomerie este determinată de imposibilitatea rotației libere a atomilor de carbon de-a lungul dublei legături.
Specificul proprietăților chimice
Mecanismul de hidratare al alchenelor are anumite caracteristici. Această reacție se referă la adiție electrofilă.
Cum decurge reacția de hidratare a unei alchene? Pentru a răspunde la această întrebare, luați în considerare regula lui Markovnikov. Esența sa este că hidratarea alchenelor cu structură asimetrică se realizează într-un anumit mod. Atomul de hidrogen se va atașa de carbonul care este mai hidrogenat. Gruparea hidroxil este atașată la un atom de carbon care are mai puțin H. Hidratarea alchenelor duce la formarea de alcooli monohidroxilici secundari.
Pentru ca reacția să se desfășoare pe deplin, acizii minerali sunt utilizați ca catalizatori. Acestea garantează introducerea în amestecul de reacție cantitatea necesară cationi de hidrogen.
Este imposibil să se obțină alcooli monohidric primari prin hidratarea alchenelor, deoarece regula lui Markovnikov nu va fi respectată. Această caracteristică utilizat în sinteza organică a alcoolilor secundari. Orice hidratare a alchenelor se realizează fără utilizarea condițiilor dure, astfel încât procesul și-a găsit utilizarea practică.
Dacă etilena este luată ca reprezentant inițial al clasei SpH2n, regula lui Markovnikov nu funcționează. Ce alcooli nu se pot obține prin hidratarea alchenelor? Este imposibil să se obțină alcooli primari din alchene nesimetrice ca urmare a unui astfel de proces chimic. Cum se utilizează hidratarea alchenelor? Producția de alcooli secundari se realizează exact în acest mod. Dacă un reprezentant al seriei de acetilenă (alchine) este ales ca hidrocarbură, hidratarea duce la producerea de cetone și aldehide.
Conform regulii lui Markovnikov, se realizează hidratarea alchenelor. Reacția are un mecanism de adiție electrofilă, a cărui esență este bine studiată.
Iată câteva exemple concrete transformări similare. La ce duce hidratarea alchenelor? Exemplele oferite într-un curs de chimie școlar indică faptul că propanol-2 poate fi obținut din propenă prin reacția cu apă, iar butanol-2 poate fi obținut din buten-1.
Hidratarea cu alchene este utilizată comercial. În acest fel se obțin alcooli secundari.
Halogenare
Interacțiunea hidrocarburilor nesaturate cu moleculele de halogen este considerată o reacție calitativă la o legătură dublă. Am analizat deja cum are loc hidratarea alchenelor. Mecanismul de halogenare este similar.
Moleculele de halogen au o legătură chimică covalentă nepolară. Când apar fluctuații temporare, fiecare moleculă devine electrofilă. Ca urmare, probabilitatea de adăugare crește, însoțită de distrugerea dublei legături din moleculele de hidrocarburi nesaturate. După terminarea procesului, produsul de reacție este un derivat dihalogen al alcanului. Bromurarea este considerată o reacție calitativă la hidrocarburile nesaturate, deoarece culoarea maro a halogenului dispare treptat.
Hidrohalogenare
Ne-am uitat deja la care este formula pentru hidratarea alchenelor. Reacțiile cu bromură de hidrogen au o opțiune similară. Acest compus anorganic are o legătură chimică polară covalentă, deci există o schimbare a densității electronilor către atomul de brom mai electronegativ. Hidrogenul capătă o sarcină parțială pozitivă, dând un electron halogenului și atacă molecula de alchenă.
Dacă o hidrocarbură nesaturată are o structură asimetrică, atunci când reacţionează cu o halogenură de hidrogen, se formează doi produşi. Astfel, din propenă în timpul hidrohalogenării se obțin 1-bromoproan și 2-bromopropan.
Pentru evaluarea preliminară opțiunile de interacțiune țin cont de electronegativitatea substituentului selectat.
Oxidare
Legătura dublă inerentă moleculelor de hidrocarburi nesaturate este expusă agenților oxidanți puternici. De asemenea, sunt de natură electrofilă și sunt utilizate în industria chimică. Un interes deosebit este oxidarea alchenelor cu o soluție apoasă (sau slab alcalină) de permanganat de potasiu. Se numește reacție de hidroxilare deoarece are ca rezultat alcooli dihidroxilici.
De exemplu, atunci când moleculele de etilenă sunt oxidate cu o soluție apoasă de permanganat de potasiu, se obține etinediol-1,2 (etilen glicol). Această interacțiune este considerată o reacție calitativă la o legătură dublă, deoarece în timpul interacțiunii se observă decolorarea soluției de permanganat de potasiu.
Într-un mediu acid (în condiții dure), aldehida poate fi remarcată printre produșii de reacție.
Când interacționează cu oxigenul atmosferic, alchena corespunzătoare este oxidată la dioxid de carbon și vapori de apă. Procesul este însoțit de eliberarea de energie termică, astfel încât în industrie este folosit pentru a genera căldură.
Prezența unei duble legături într-o moleculă de alchenă indică posibilitatea ca reacții de hidrogenare să apară în această clasă. Interacțiunea SpH2n cu moleculele de hidrogen are loc atunci când platina și nichelul sunt utilizate termic ca catalizatori.
Mulți reprezentanți ai clasei de alchene sunt predispuși la ozonare. La temperaturi scăzute, reprezentanții acestei clase reacționează cu ozonul. Procesul este însoțit de scindarea dublei legături, formarea de compuși peroxidici ciclici numiți ozonide. Moleculele lor conțin Comunicații O-O, prin urmare substantele sunt explozive. Ozonidele nu sunt sintetizate în formă pură, ele sunt descompuse printr-un proces de hidroliză, apoi reduse cu zinc. Produșii acestei reacții sunt compuși carbonilici, care sunt izolați și identificați de cercetători.
Polimerizare
Această reacție implică combinarea secvențială a mai multor molecule de alchenă (monomeri) într-o macromoleculă mare (polimer). Din etena de pornire se obţine polietilena care are aplicație industrială. Un polimer este o substanță care are o greutate moleculară mare.
În interiorul macromoleculei există un anumit număr de fragmente repetate numite unități structurale. Pentru polimerizarea etilenei, gruparea - CH2—CH2- este considerată ca unitate structurală. Gradul de polimerizare indică numărul de unități repetate în structura polimerului.
Gradul de polimerizare determină proprietățile compușilor polimerici. De exemplu, polietilena cu lanț scurt este un lichid care are proprietăți lubrifiante. O macromoleculă cu lanțuri lungi se caracterizează printr-o stare solidă. Flexibilitatea și plasticitatea materialului este utilizată la fabricarea țevilor, sticlelor și foliilor. Polietilena, în care gradul de polimerizare este de cinci până la șase mii, are putere crescută, prin urmare, este utilizat în producția de fire puternice, țevi rigide și produse turnate.
Dintre produsele obținute prin polimerizarea alchenelor având semnificație practică, să evidențiem clorură de polivinil. Acest compus este obținut prin polimerizarea clorurii de vinil. Produsul rezultat are caracteristici de performanță valoroase. Se caracterizează prin rezistență crescută la influențele agresive substanțe chimice, neinflamabil, ușor de vopsit. Ce se poate face din clorură de polivinil? Serviete, haine de ploaie, pânză uleioasă, piele artificială, cabluri, izolație electrică.
Teflonul este un produs al polimerizării tetrafluoretilenei. Acest compus organic inert este rezistent la schimbări bruște de temperatură.
Polistirenul este o substanță elastică transparentă formată prin polimerizarea stirenului original. Este indispensabil în fabricarea dielectricilor în inginerie radio și electrică. În plus, polistirenul este utilizat în cantități mari pentru producția de țevi rezistente la acizi, jucării, piepteni și materiale plastice poroase.
Caracteristici ale obținerii alchenelor
Reprezentanții acestei clase sunt solicitați în industria chimică modernă, astfel încât au fost dezvoltate diferite metode pentru producția lor industrială și de laborator. Etilena și omologii săi nu există în natură.
Multe opțiuni de laborator pentru obținerea reprezentanților acestei clase de hidrocarburi implică reacții de adiție inversă numite eliminare. De exemplu, dehidrogenarea parafinelor (hidrocarburi saturate) produce alchenele corespunzătoare.
Prin reacția derivaților halogenați ai alcanilor cu magneziu metalic, este posibil să se obțină și compuși cu formula generală SpH2n. Eliminarea se realizează conform regulii lui Zaitsev, inversul regulii lui Markovnikov.
În cantități industriale, hidrocarburile nesaturate din seria etilenei sunt produse prin cracarea uleiului. Gazele de cracare și piroliza petrolului și gazelor conțin de la zece până la douăzeci la sută de hidrocarburi nesaturate. Amestecul de produse de reacție conține atât parafine, cât și alchene, care sunt separate între ele prin distilare fracțională.
Unele aplicații
Alchenele sunt o clasă importantă de compuși organici. Posibilitatea utilizării lor se explică prin reactivitatea lor excelentă, ușurința în preparare și costul rezonabil. Dintre numeroasele sectoare industriale care folosesc alchene, evidențiem industria polimerilor. O cantitate imensă de etilenă, propilenă și derivații acestora este cheltuită pentru producerea de compuși polimerici.
De aceea, întrebările referitoare la căutarea unor noi modalități de producere a hidrocarburilor alchenice sunt atât de relevante.
Clorura de polivinil este considerată unul dintre cele mai importante produse obținute din alchene. Se caracterizează prin stabilitate chimică și termică și inflamabilitate scăzută. Deoarece această substanță este insolubilă în solvenți minerali, dar solubilă în solvenți organici, poate fi utilizată în diverse sectoare industriale.
Greutatea sa moleculară este de câteva sute de mii. Când temperatura crește, substanța este capabilă de descompunere, însoțită de eliberarea de acid clorhidric.
De un interes deosebit sunt proprietățile sale dielectrice, utilizate în ingineria electrică modernă. Dintre industriile in care se foloseste clorura de polivinil, evidentiam productia de piele artificiala. Materialul rezultat caracteristici operaționale Nu este în niciun caz inferior materialului natural și, în același timp, are un cost mult mai mic. Îmbrăcămintea confecționată dintr-un astfel de material devine din ce în ce mai populară printre designerii de modă care creează colecții luminoase și colorate de îmbrăcăminte pentru tineret din clorură de polivinil în diferite culori.
Clorura de polivinil este folosită în cantități mari ca etanșant în frigidere. Datorită elasticității și elasticității sale, acesta component chimic la cerere în producția de filme și moderne plafoane suspendate. Tapetul lavabil este acoperit suplimentar cu o folie subțire din PVC. Acest lucru vă permite să le adăugați Putere mecanică. Astfel de Materiale de decorare va deveni varianta ideala pentru reparatii cosmeticeîn spații de birouri.
În plus, hidratarea alchenelor conduce la formarea de alcooli monohidroxilici primari și secundari, care sunt solvenți organici excelenți.
Hidrocarburile alchenice (olefine) sunt una dintre clasele de substanțe organice care au proprietăți proprii. Tipurile de izomerie ale alchenelor la reprezentanții acestei clase nu se repetă cu izomeria altor substanțe organice.
In contact cu
Caracteristicile clasei
Se numesc etilen olefine una dintre clasele de hidrocarburi nesaturate care conțin o legătură dublă.
De proprietăți fizice Reprezentanții acestei categorii de compuși nesaturați sunt:
- gaze,
- lichide,
- compuși solizi.
Moleculele conțin nu numai o legătură „sigma”, ci și o legătură „pi”. Motivul pentru aceasta este prezența în formula structurală a hibridizării " sp2", care se caracterizează prin dispunerea atomilor compusului în același plan.
În acest caz, între ele se formează un unghi de cel puțin o sută douăzeci de grade. Orbitali nehibridați" R» se caracterizează prin localizarea sa atât în vârful planului molecular, cât și sub acesta.
Această caracteristică structurală duce la formarea de legături suplimentare - „pi” sau „ π ».
Legătura descrisă este mai puțin puternică în comparație cu legăturile „sigma”, deoarece suprapunerea laterală are o aderență slabă. Distribuția totală a densităților de electroni a legăturilor formate este caracterizată de eterogenitate. Când se rotește în apropierea unei legături carbon-carbon, suprapunerea orbitalilor „p” este întreruptă. Pentru fiecare alchenă (olefină), acest model este o caracteristică distinctivă.
Aproape toți compușii de etilenă au temperaturi mari fierberea și topirea, care nu sunt caracteristice tuturor substanțelor organice. Reprezentanții acestei clase de carbohidrați nesaturați se dizolvă rapid în alți solvenți organici.
Atenţie! Compușii nesaturați aciclici, hidrocarburile de etilenă, au formula generală - C n H 2n.
Omologie
Pe baza faptului că formula generală a alchenelor este C n H 2n, acestea au o anumită omologie. Seria omoloagă de alchene începe cu primul reprezentant, etilena sau etena. Această substanță este în conditii normale este un gaz și conține doi atomi de carbon și patru atomi de hidrogen -C2H4. După etenă, seria omoloagă de alchene continuă cu propenă și butenă. Formulele lor sunt următoarele: „C 3 H 6” și „C 4 H 8”. În condiții normale, sunt și gaze mai grele, ceea ce înseamnă că trebuie colectate cu o eprubetă întoarsă cu susul în jos.
Formula generală a alchenelor ne permite să calculăm următorul reprezentant al acestei clase, care are cel puțin cinci atomi de carbon în lanțul structural. Aceasta este o pentenă cu formula „C 5 H 10”.
După caracteristicile fizice, substanța indicată aparține lichidelor, precum și următorilor doisprezece compuși ai liniei omoloage.
Printre alchenele cu aceste caracteristici, există și solide care încep cu formula C 18 H 36. Hidrocarburile lichide și solide de etilenă nu se dizolvă în apă, dar când intră în solvenți organici reacţionează cu acestea.
Formula generală descrisă a alchenelor implică înlocuirea sufixului „an” utilizat anterior cu „en”. Acest lucru este consacrat în regulile IUPAC. Indiferent de reprezentantul acestei categorii de compuși pe care îl luăm, toți au sufixul descris.
Numele compușilor de etilenă conțin întotdeauna un anumit număr, care indică locația dublei legături în formulă. Exemple în acest sens sunt: „butenă-1” sau „pentenă-2”. Numerotarea atomică începe de la marginea de care configurația dublă este cea mai apropiată. Această regulă este „fier” în toate cazurile.
Izomerie
În funcție de tipul de hibridizare al alchenelor, acestea se caracterizează prin anumite tipuri de izomerie, fiecare dintre ele având propriile caracteristici și structură. Să luăm în considerare principalele tipuri de izomerie ale alchenelor.
Tip structural
Izomeria structurală este împărțită în izomeri după:
- schelet de carbon;
- localizarea dublei legături.
Izomerii structurali ai scheletului de carbon apar atunci când apar radicali (ramuri din lanțul principal).
Izomerii alchenelor cu izomeria indicată vor fi:
CH2 =CH — CH 2 — CH 3.
2-metilpropen-1:
CH2 =C — CH 3
│
Compușii prezentați au un număr total de atomi de carbon și hidrogen (C 4 H 8), dar structură diferită schelet de hidrocarburi. Aceștia sunt izomeri structurali, deși proprietățile lor nu sunt aceleași. Butena-1 (butilena) are un miros caracteristic și proprietăți narcotice care irită tractul respirator. 2-metilpropen-1 nu are aceste caracteristici.
În acest caz, etilena (C 2 H 4) nu are izomeri, deoarece constă doar din doi atomi de carbon, unde radicalii nu pot fi înlocuiți.
Sfat! Radicalul este lăsat să fie plasat pe atomii de carbon mijlocii și penultimul, dar nu este permisă plasarea lor în apropierea substituenților extremi. Această regulă se aplică tuturor hidrocarburilor nesaturate.
Pe baza locației dublei legături, se disting izomerii:
CH2 =CH — CH 2 — CH2-CH3.
CH3-CH = CH — CH2-CH3.
Formula generală a alchenelor din exemplele prezentate este:C5H10,, dar locația unei legături duble este diferită. Proprietățile acestor compuși vor varia. Aceasta este izomerie structurală.
Izomerie
Tipul spațial
Izomeria spațială a alchenelor este asociată cu natura aranjamentului substituenților hidrocarburi.
Pe baza acestui fapt, se disting izomerii:
- „Cis”;
- "Transă".
Formula generală a alchenelor permite crearea de „izomeri trans” și „izomeri cis” ai aceluiași compus. Luați butilena (butenă), de exemplu. Pentru aceasta, este posibil să se creeze izomeri cu o structură spațială prin poziționarea diferită a substituenților față de legătura dublă. Cu exemple, izomeria alchenelor va arăta astfel:
„izomer cis” „izomer trans”
Butene-2 Butene-2
Din acest exemplu este clar că „izomerii cis” au doi radicali identici pe o parte a planului dublei legături. Pentru „izomeri trans” această regulă nu funcționează, deoarece au doi substituenți diferiți localizați în raport cu lanțul de carbon „C=C”. Având în vedere acest model, puteți construi singuri izomeri „cis” și „trans” pentru diferite hidrocarburi aciclice de etilenă.
„Izomerul cis” și „izomerul trans” prezentat pentru buten-2 nu pot fi transformați unul în altul, deoarece aceasta necesită rotație în jurul lanțului dublu de carbon existent (C=C). Pentru a efectua această rotație, este necesară o anumită cantitate de energie pentru a rupe „legătura p” existentă.
Pe baza tuturor celor de mai sus, putem concluziona că izomerii „trans” și „cis” sunt compuși individuali cu un set specific de proprietăți chimice și fizice.
Care alchenă nu are izomeri? Etilena nu are izomeri spațiali din cauza aranjamentului identic al substituenților de hidrogen în raport cu lanțul dublu.
Interclasă
Izomeria interclaselor în hidrocarburile alchenice este larg răspândită. Motivul pentru aceasta este asemănarea formulei generale a reprezentanților acestei clase cu formula cicloparafinelor (cicloalcani). Aceste categorii de substanțe au același număr de atomi de carbon și hidrogen, multiplu al compoziției (C n H 2n).
Izomerii interclaselor vor arăta astfel:
CH2 =CH — CH 3.
Ciclopropan:
Se pare că formulaC3H6Doi compuși răspund: propen-1 și ciclopropan. Structura structurală arată aranjamentul diferit al carbonului unul față de celălalt. Proprietățile acestor compuși sunt, de asemenea, diferite. Propene-1 (propilena) este un compus gazos cu un punct de fierbere scăzut. Ciclopropanul se caracterizează printr-o stare gazoasă cu miros înțepător și gust înțepător. Proprietățile chimice ale acestor substanțe diferă, de asemenea, dar compoziția lor este identică. În organic acest tip izomerii se numesc interclase.
Alchenele. Izomeria alchenelor. Examenul de stat unificat. Chimie organica.
Alchene: Structură, nomenclatură, izomerie
Concluzie
Izomerismul alchenic este lor caracteristică importantă, datorită cărora apar noi compuși cu proprietăți diferite în natură, care își găsesc aplicare în industrie și viața de zi cu zi.