Alkének (olefinek, etilén szénhidrogének C n H 2n
Homológ sorozat.
|
etén (etilén) | |
A legegyszerűbb alkén az etilén (C 2 H 4). Az IUPAC-nómenklatúra szerint az alkének nevei a megfelelő alkánok nevéből jönnek létre az „-ane” utótag „-ene”-re cserélésével; A kettős kötés helyzetét arab szám jelzi.
Az alkénekből képződött szénhidrogén gyökök utótaggal rendelkeznek "-enil". Triviális nevek: CH 2 =CH- "vinil", CH 2 =CH-CH 2 - "allil".
A kettős kötés szénatomjai sp2 hibridizációs állapotban vannak, és kötési szögük 120°.
Az alkéneket a szénváz izomériája, a kettős kötések, az osztályok közötti és a térbeli kötések jellemzik.
Fizikai tulajdonságok
Az alkének olvadáspontja és forráspontja (egyszerűsítve) a molekulatömeggel és a szénváz hosszával nő.
Normál körülmények között a C 2 H 4 - C 4 H 8 alkének gázok; pentén C 5 H 10-től hexadekén C 17 H 34 -ig - folyadékok, és oktadecéntől C 18 H 36 - szilárd anyagok. Az alkének vízben oldhatatlanok, de szerves oldószerekben jól oldódnak.
Alkánok dehidrogénezése
Ez az egyik ipari módszer az alkének előállítására
Alkinek hidrogénezése
Az alkinok részleges hidrogénezése speciális körülményeket és katalizátor jelenlétét igényel
A kettős kötés a szigma és a pi kötések kombinációja. Szigma kötés akkor jön létre, ha az sp2 pályák tengelyirányban átfedik egymást, és pi kötés, ha oldalirányú átfedés van.
Zaicev szabálya:
A hidrogénatom eltávolítása az eliminációs reakciókban túlnyomórészt a legkevésbé hidrogénezett szénatomból történik.
13. Alkének. Szerkezet. sp 2 hibridizáció, többféle kapcsolási paraméter. Halogének, hidrogén-halogenidek, hipoklórsav elektrofil addíciós reakciói. Alkének hidratálása. Morkovnikov uralma. A reakciók mechanizmusai.
Alkének (olefinek, etilén szénhidrogének) - aciklikus telítetlen szénhidrogének, amely egy kettős kötést tartalmaz a szénatomok között, homológ sorozatot képezve az általános képlettel C n H 2n
Egy s- és 2 p-pálya keveredik és 2 ekvivalens sp2-hibrid pályát képez, amelyek ugyanabban a síkban, 120 -os szögben helyezkednek el.
Ha egy kötést egynél több elektronpár alkot, akkor ún több-.
Többszörös kötés akkor jön létre, ha túl kevés elektron és kötőatom van ahhoz, hogy a központi atom minden kötésképző vegyértékpályája átfedjen a környező atom bármely pályájával.
Elektrofil addíciós reakciók
Ezekben a reakciókban a támadó részecske egy elektrofil.
Halogénezés:
Hidrohalogénezés
A hidrogén-halogenidek elektrofil addíciója az alkénekhez Markovnikov szabálya szerint történik
Markovnikov uralom
Hipoklórsav hozzáadása klórhidrinek képzéséhez:
Hidratáció
A víz alkénekhez való hozzáadása kénsav jelenlétében történik:
Karbokáció- olyan részecske, amelyben a szénatomon egy pozitív töltés koncentrálódik, üres p-pályája van;
14. Etilén szénhidrogének. Kémiai tulajdonságok: reakciók oxidálószerekkel. Katalitikus oxidáció, reakció persavakkal, oxidációs reakció glikolokká, szén-szén kötés felhasadásával, ózonozás. Wacker folyamat. Szubsztitúciós reakciók.
Alkének (olefinek, etilén szénhidrogének) - aciklusos telítetlen szénhidrogének, amelyek szénatomok között egy kettős kötést tartalmaznak, és homológ sorozatot alkotnak az általános képlettel C n H 2n
Oxidáció
Az alkének oxidációja az oxidáló reagensek körülményeitől és típusától függően mind a kettős kötés felhasadásával, mind a szénváz megőrzésével történhet.
Levegőben égetve az olefinek szén-dioxidot és vizet termelnek.
H 2 C=CH 2 + 3O 2 => 2CO 2 + 2H 2 O
C n H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O – általános képlet
Katalitikus oxidáció
Palládiumsók jelenlétében az etilén acetaldehiddé oxidálódik. A propénből ugyanígy képződik aceton.
Ha az alkének erős oxidálószereknek vannak kitéve (KMnO 4 vagy K 2 Cr 2 O 7 H 2 SO 4-ben), a kettős kötés felszakad hevítés közben:
Amikor az alkéneket kálium-permanganát híg oldatával oxidálják, kétatomos alkoholok képződnek - glikolok (E.E. Wagner-reakció). A reakció hidegben megy végbe.
Az aciklusos és gyűrűs alkének a persavakkal RCOOOH nem poláris környezetben reagálva epoxidokat (oxiránokat) képeznek, ezért magát a reakciót epoxidációs reakciónak nevezzük.
Alkének ózonozása.
Amikor az alkének kölcsönhatásba lépnek az ózonnal, peroxidvegyületek képződnek, amelyeket ózonidoknak neveznek. Az alkének ózonnal való reakciója a legfontosabb módszer az alkének oxidatív hasítására a kettős kötésnél
Az alkének nem mennek át szubsztitúciós reakciókon.
Wacker folyamat- az acetaldehid előállításának folyamata az etilén közvetlen oxidációjával.
A wacker eljárás az etilén palládium-dikloriddal történő oxidációján alapul:
CH 2 = CH 2 + PdCl 2 + H 2 O = CH 3 CHO + Pd + 2HCl
15. Alkének: kémiai tulajdonságok. Hidrogénezés. Lebegyev uralma. Alkének izomerizációja és oligomerizációja. Gyökös és ionos polimerizáció. A polimer, oligomer, monomer, elemi egység, polimerizációs fok fogalma. Telomerizáció és kopolimerizáció.
Hidrogénezés
Az alkének közvetlenül hidrogénnel történő hidrogénezése csak katalizátor jelenlétében megy végbe. A hidrogénező katalizátorok közé tartozik a platina, palládium és nikkel.
A hidrogénezés folyékony fázisban is végrehajtható homogén katalizátorokkal
Izomerizációs reakciók
Melegítéskor lehetséges az alkénmolekulák izomerizációja, amely
kettős kötés mozgásához és csontváz elváltozásokhoz is vezethet
szénhidrogén.
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3
Polimerizációs reakciók
Ez az addíciós reakció egy fajtája. A polimerizáció az azonos molekulák nagyobb molekulákká történő egymás utáni kombinációjának reakciója kis molekulatömegű termék izolálása nélkül. A polimerizáció során a kettős kötésnél található leginkább hidrogénezett szénatomhoz egy hidrogénatomot, a másik szénatomhoz pedig a molekula többi részét adják.
CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...
vagy n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polietilén)
Az olyan anyagot, amelynek molekulái polimerizációs reakción mennek keresztül, ún monomer. A monomer molekulának legalább egy kettős kötéssel kell rendelkeznie. A kapott polimerek nagyszámú ismétlődő, azonos szerkezetű láncból állnak ( elemi egységek). Azt a számot nevezzük, amely megmutatja, hogy egy szerkezeti (elemi) egység hányszor ismétlődik meg egy polimerben polimerizációs fok(n).
A polimerizáció során képződő köztes részecskék típusától függően 3 polimerizációs mechanizmus létezik: a) gyök; b) kationos; c) anionos.
Az első módszerrel nagy sűrűségű polietilént állítanak elő:
A reakciókatalizátor a peroxid.
A második és harmadik módszer savak (kationos polimerizáció) és fémorganikus vegyületek katalizátorként történő felhasználását foglalja magában.
A kémiában oligomer) - egy molekula lánc formájában kicsi azonos alkotó linkek száma.
Telomerizáció
A telomerizáció az alkének oligomerizációja láncátvivő szerek (telogének) jelenlétében. A reakció eredményeként oligomerek (telomerek) keveréke képződik, melynek végcsoportjai a telogén részei. Például a CCl 4 etilénnel való reakciójában a telogén a CCl 4 .
CCl 4 + nCH 2 =CH 2 => Cl(CH 2 CH 2) n CCl 3
Ezek a reakciók radikális iniciátorokkal vagy g-sugárzással indíthatók el.
16. Alkének. Halogének és hidrogén-halogenidek gyökös addíciós reakciói (mechanizmus). Karbének hozzáadása olefinekhez. Etilén, propilén, butilének. Ipari források és főbb felhasználások.
Az alkének könnyen hozzáadnak halogéneket, különösen klórt és brómot (halogénezés).
Ennek a típusnak egy tipikus reakciója a brómos víz elszíneződése
CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br (1,2-dibróm-etán)
A hidrogén-halogenidek elektrofil addíciója az alkénekhez Markovnikov szabálya szerint történik:
Markovnikov uralom: Protikus savak vagy víz hozzáadásakor aszimmetrikus alkénekhez vagy alkinemátokhoz hidrogént adnak a leginkább hidrogénezett szénatomhoz
Hidrogénezett szénatom az, amelyhez hidrogén kapcsolódik. A legtöbb hidrogénezett – ahol a legtöbb H
Karbén addíciós reakciók
CR 2 karbének: - nagyon reaktív, rövid életű fajok, amelyek könnyen hozzáadódnak az alkének kettős kötéséhez. A karbén addíciós reakció eredményeként ciklopropán származékok keletkeznek
Az etilén egy szerves vegyi anyag, amelyet a C 2 H 4 képlet ír le. A legegyszerűbb alkén ( olefin)összetett. at normál körülmények között- enyhe szagú, színtelen gyúlékony gáz. Vízben részben oldódik. Kettős kötést tartalmaz, ezért a telítetlen vagy telítetlen szénhidrogénekhez tartozik. Rendkívül fontos szerepet játszik az iparban. Az etilén a legtöbbet előállított szerves vegyület a világon: etilén-oxid; polietilén, ecetsav, etil-alkohol.
Alapvető kémiai tulajdonságok(ne taníts, csak hadd legyenek ott, hátha leírják)
Az etilén kémiailag aktív anyag. Mivel a molekulában kettős kötés van a szénatomok között, az egyik, kevésbé erős, könnyen felszakad, és a kötésszakadás helyén megtörténik a molekulák kötődése, oxidációja, polimerizációja.
Halogénezés:
CH2=CH2+Br2 →CH2Br-CH2Br
A brómos víz elszíneződése következik be. Ez egy minőségi reakció a telítetlen vegyületekre.
Hidrogénezés:
CH 2 =CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (Ni hatása alatt)
Hidrohalogénezés:
CH2=CH2+HBr →CH3-CH2Br
Hidratáció:
CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (katalizátor hatására)
Ezt a reakciót A.M. fedezte fel. Butlerov, és etil-alkohol ipari előállítására használják.
Oxidáció:
Az etilén könnyen oxidálódik. Ha etilént engedünk át kálium-permanganát oldaton, az elszíneződik. Ezt a reakciót a telített és telítetlen vegyületek megkülönböztetésére használják. Az etilén-oxid sérülékeny anyag, az oxigénhíd megszakad, és víz csatlakozik, ami etilénglikol képződéséhez vezet. Reakció egyenlet:
3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2OH + 2MnO 2 + 2KOH
C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
Polimerizálás (polietilén gyártása):
nCH2=CH2 → (-CH2-CH2-) n
Propilén(propén) CH 2 = CH-CH 3 - telítetlen (telítetlen) szénhidrogén az etilén sorozatból, gyúlékony gáz. A propilén gáz halmazállapotú anyag, alacsony forráspontú t forráspont = –47,6 °C
A propilént jellemzően olajfinomító gázokból (a kőolaj krakkolása, a benzinfrakciók pirolízise során) vagy a kapcsolódó gázokból, valamint a szén kokszoló gázaiból izolálják.
A telítetlenek közé tartoznak azok a szénhidrogének, amelyek molekuláiban több kötést tartalmaznak a szénatomok között. Korlátlan alkének, alkinek, alkadiének (poliének). A gyűrűben kettős kötést tartalmazó ciklusos szénhidrogének (cikloalkének), valamint a gyűrűben kevés szénatomot tartalmazó cikloalkánok (három vagy négy atom) szintén telítetlenek. A „telítetlenség” tulajdonsága ezen anyagok bejutási képességéhez kapcsolódik addíciós reakciók telített vagy telített szénhidrogének - alkánok - képződésével.
Az alkének szerkezete
Aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyes kötéseken kívül egy kettős kötést is tartalmaznak szénatomok között, és amelyek megfelelnek az általános képletnek C n H 2n.
A második neve olefinek- az alkéneket a telítetlen zsírsavak (olajsav, linolsav) analógiájával nyerték, amelyek maradványai folyékony zsírok - olajok (az angol olaj - olajból) részét képezik.
Azok a szénatomok, amelyek között kettős kötés van, állapotban vannak sp 2 -hibridizáció. Ez azt jelenti, hogy egy s és két p orbitál vesz részt a hibridizációban, és egy p orbitál hibridizálatlan marad.
A hibrid pályák átfedése σ kötés kialakulásához vezet, és a szomszédos szénatomok nem hibridizált p pályái miatt egy második, π kötés jön létre. Így a kettős kötés egyből áll σ- és egy π-kötés.
A kettős kötést alkotó atomok hibrid pályái ugyanabban a síkban, a π kötést alkotó pályák pedig merőlegesek a molekula síkjára.
A kettős kötés (0,132 nm) rövidebb, mint az egyszeres kötés, energiája nagyobb, mert erősebb. A mozgékony, könnyen polarizálható π kötés jelenléte azonban azt a tényt eredményezi, hogy az alkének kémiailag aktívabbak, mint az alkánok, és addíciós reakciókon mennek keresztül.
Alkének homológ sorozata
Az alkének homológ sorozatának első három tagja gáz, C 5 H 10-től C 17 H 34-ig folyékony, C 18 H 36-tól szilárd halmazállapotú. A folyékony és szilárd alkének gyakorlatilag nem oldódnak vízben, de jól oldódnak szerves oldószerekben.
Az IUPAC-szabályoknak megfelelően az -ene utótag számos alkén homológjának nevében használatos. A kettős kötés helyzetét egy szám jelzi, amely a kötés helyét jelzi. A szám a főlánc neve után kötőjellel elválasztva kerül elhelyezésre. Az alkénmolekulában az atomok számozása attól a végtől kezdődik, amelyhez a kötés legközelebb van, például a CH 3 −CH 2 −CH=CH−CH 3 képletnek megfelelő alként penten-2-nek kell nevezni, mivel a kötést a második szénatomnál kezdődik, a végláncoktól kezdve.
Az el nem ágazó alkének alkotják az etén (etilén) homológ sorozatát: C 2 H 4 - etén, C 3 H 6 - propén, C 4 H 8 - butén, C 5 H 10 - pentén, C 6 H 12 - hexén stb.
Az alkének izomerizmusa és nómenklatúrája
Az alkénekre, valamint az alkánokra jellemző szerkezeti izoméria. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. A szerkezeti izomerekkel jellemezhető legegyszerűbb alkén a butén.
A szerkezeti izoméria speciális típusa a kettős kötés helyzetének izomériája:
A szénatomok szinte szabad forgása lehetséges egyetlen szén-szén kötés körül, így az alkánmolekulák nagyon sokféle formát ölthetnek. A kettős kötés körüli forgás lehetetlen, ami egy másik típusú izoméria megjelenéséhez vezet az alkénekben - geometriai, vagy cisz-transz izoméria.
A cisz-izomerek a molekuláris fragmensek (jelen esetben metilcsoportok) térbeli elrendeződésében különböznek a π-kötés síkjához képest, és ebből következően tulajdonságaikban is.
Az alkének izomerek a cikloalkánokkal szemben (osztályközi izoméria), például:
Az alkének IUPAC-nómenklatúrája hasonló az alkánokéhoz.
1. Főáramkör kiválasztása. A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca. Alkének esetében a főláncnak kettős kötést kell tartalmaznia.
2. A főlánc atomjainak számozása. A főlánc atomjainak számozása attól a végtől kezdődik, amelyhez a kettős kötés a legközelebb van. Például a kapcsolat helyes neve:
5-metil-hexén-2, nem 2-metil-hexén-4, ahogyan azt várnánk.
Ha a kettős kötés helyzete nem tudja meghatározni az atomok számozásának kezdetét a láncban, akkor azt ugyanúgy a szubsztituensek helyzete határozza meg, mint a telített szénhidrogéneknél.
3. A név kialakulása. Az alkének nevei ugyanúgy keletkeznek, mint az alkánok. A név végén tüntesse fel annak a szénatomnak a számát, amelynél a kettős kötés kezdődik, és az -én utótagot, jelezve, hogy a vegyület az alkének osztályába tartozik. Például:
Az alkének fizikai tulajdonságai
Első az alkének homológ sorozatának három képviselője- gázok; C 5 H 10 - C 16 H 32 összetételű anyagok - folyadékok; A magasabb alkének szilárd anyagok.
A forráspont és az olvadáspont természetesen növekszik a növekedéssel molekulatömeg kapcsolatokat.
Az alkének kémiai tulajdonságai
Addíciós reakciók. Emlékezzünk vissza, hogy a telítetlen szénhidrogének - alkének képviselőinek megkülönböztető jellemzője az addíciós reakciókba való belépés. A legtöbb ilyen reakció a mechanizmus szerint megy végbe elektrofil addíció.
1. Alkének hidrogénezése. Az alkének képesek hidrogént hozzáadni hidrogénező katalizátorok, fémek - platina, palládium, nikkel - jelenlétében:
Ez a reakció atmoszférikus és megemelt nyomáson megy végbe, és nem igényel magas hőmérsékletet, mivel exoterm. Amikor a hőmérséklet emelkedik, ugyanazok a katalizátorok fordított reakciót - dehidrogénezést - okozhatnak.
2. Halogénezés(halogének hozzáadása). Egy alkén kölcsönhatása brómos vízzel vagy bróm szerves oldószerben (CCl 4) készült oldatával ezeknek az oldatoknak a gyors elszíneződéséhez vezet az alkénhez halogénmolekula hozzáadása és dihalogén-alkánok képződése következtében:
3. Hidrohalogénezés(hidrogén-halogenid hozzáadása).
Ez a reakció engedelmeskedik Markovnyikov uralma:
Amikor egy hidrogén-halogenid egy alkénhez kapcsolódik, a hidrogén a jobban hidrogénezett szénatomhoz kapcsolódik, azaz ahhoz az atomhoz, amelynél több hidrogénatom van, és a halogén a kevésbé hidrogénezetthez.
4. Hidratáció(víz csatlakozás). Az alkének hidratálása alkoholok képződéséhez vezet. Például az etil-alkohol előállításának egyik ipari módszere a víz eténhez való hozzáadása az alapja:
Kérjük, vegye figyelembe elsődleges alkohol(az elsődleges szénnél hidroxocsoporttal) csak az etén hidratálásakor keletkezik. Amikor propént vagy más alkéneket hidratálnak, szekunder alkoholok képződnek.
Ez a reakció is a szerint megy végbe Markovnyikov uralma- egy hidrogénkation kapcsolódik egy jobban hidrogénezett szénatomhoz, és egy hidroxocsoport a kevésbé hidrogénezetthez.
5. Polimerizáció. Az addíció speciális esete az alkének polimerizációs reakciója:
Ez az addíciós reakció szabad gyökös mechanizmuson keresztül megy végbe.
Oxidációs reakciók.
1. Égés. Mint minden szerves vegyület, az alkének is égnek oxigénben CO 2 és H 2 O keletkezése közben:
2. Oxidáció oldatokban. Az alkánokkal ellentétben az alkének könnyen oxidálódnak kálium-permanganát oldatokkal. Semlegesben ill lúgos oldatok Az alkének diolokká (kétértékű alkoholokká) oxidálódnak, és hidroxilcsoportokat adnak azokhoz az atomokhoz, amelyek között az oxidáció előtt kettős kötés létezett:
Az alkének esetében a legjellemzőbb reakciók egy gyengébb π-kötés felnyílása miatt következnek be. Ebben az esetben a π kötés (az eredeti alkénben) a reakciótermékben σ kötéssé alakul. Az eredeti telítetlen vegyület telítetté alakul anélkül, hogy más termékek képződnének, pl. történikaddíciós reakció.
Mi az alkének addíciós reakciójának mechanizmusa?
1. A π kötés elektronjai miatt az alkén molekuláknak van egy megnövekedett elektronsűrűségű tartománya (π elektronfelhő a molekula síkja felett és alatt):
Ezért a kettős kötés hajlamos arra, hogy elektrofil (elektronhiányos) reagens támadja meg. Ebben az esetben a π kötés heterolitikus hasítása következik be, és a reakció továbbhalad ión mechanizmus, mint elektrofil addíció.
Az elektrofil addíció mechanizmusát a szimbólum jelzi E hirdetés
(első betűkkel angol kifejezések: Hirdetés – kiegészítés [melléklet],
E - elektrofil [elektrofil]).
2. Másrészt a szén-szén π kötés, mivel nem poláris, homolitikusan felszakadhat, majd a reakció továbbhalad. radikális mechanizmus.
A gyökök hozzáadásának mechanizmusát a szimbólum jelzi Ad R
(R – gyök – gyök).
Az adagolás mechanizmusa a reakciókörülményektől függ.
Ezenkívül az alkéneket reakciók jellemzik izomerizációÉs oxidáció(beleértve a reakciót is égés minden szénhidrogénre jellemző).
Addíciós reakciók alkénekhez
Az alkének különféle addíciós reakciókon mennek keresztül.
1. Hidrogénezés (hidrogén hozzáadása)
Az alkének reakcióba lépnek a hidrogénnel hevítéskor és megemelt nyomáson katalizátorok (Pt, Pd, Ni stb.) jelenlétében, és alkánokat képeznek:
Alkének hidrogénezése - fordított reakció alkánok dehidrogénezése. Szerint Le Chatelier elve, a hidrogénezésnek kedvez a fokozott nyomás, mert ez a reakció a rendszer térfogatának csökkenésével jár együtt.
A hidrogén hozzáadása az alkének szénatomjaihoz az oxidációs állapotuk csökkenéséhez vezet:
Ezért az alkének hidrogénezése redukciós reakciónak minősül. Ezt a reakciót iparilag nagy oktánszámú üzemanyag előállítására használják.
2. Halogénezés (halogének hozzáadása)
A halogének hozzáadása a C=C kettős kötésnél normál körülmények között (szobahőmérsékleten, katalizátor nélkül) könnyen megtörténik. Például a bróm vizes oldatának (brómos víz) vörösesbarna színének gyors elszíneződése szolgál. kvalitatív reakció kettős kötés jelenlétére:
Így a HCl és a propilén reakciójában két lehetséges szerkezeti izomerből, az 1-klór-propánból és a 2-klór-propánból az utóbbi keletkezik:
Ezt a mintát kezdetben empirikusan állapították meg. A modern szerves kémiában Markovnyikov uralmának elméleti indoklása a befolyási pozíció alapján történik. elektronikus szerkezet molekulák reakcióképességére.
Meg kell jegyezni, hogy Markovnikov szabálya a klasszikus megfogalmazásban csak maguknak az alkéneknek az elektrofil reakcióira vonatkozik. Egyes alkénszármazékok esetén, vagy ha a reakciómechanizmus megváltozik, szabály ellen Markovnyikova.
4. Hidratálás(víz csatlakozás)
A hidratáció ásványi savak jelenlétében elektrofil addíciós mechanizmussal történik:
Aszimmetrikus alkének reakcióiban Markovnikov szabálya érvényesül.
1. Polimerizáció– nagy molekulatömegű vegyület (polimer) képződésének reakciója kis molekulatömegű anyag (monomer) molekuláinak egymás utáni hozzáadásával a séma szerint:
n M M n
Szám n a polimer képletben ( M n ) polimerizációs foknak nevezzük. Az alkének polimerizációs reakciói több kötésen keresztül történő addíció következtében lépnek fel:
2. Dimerizációalkének - dimer (kettős molekula) képződése addíciós reakció eredményeként. Ásványi sav jelenlétében (protondonor H + ) protont adunk az alkénmolekula kettős kötéséhez. Ez karbokációt eredményez:
A "dimer karbokációt" egy proton felszabadulása stabilizálja, amely alkén dimerizációs termékekhez vezet - izomer diizobutilének (2,4,4-trimetil-pentén-2 és 2,4,4-trimetilpentén-1) keveréke. :
Ez a folyamat akkor következik be, amikor az izobutilént (2-metilpropént) 60%-os kénsavval kezelik 70°C-on. A kapott diizobutilének keveréket hidrogénezve "izooktánt" (2,2,4-trimetil-pentánt) állítanak elő, amelyet a benzin kopogásgátló képességének javítására használnak (az "izooktán" egy szabványos 100 oktánszámú motorüzemanyag).
Az alkének különféle reakciókon mennek keresztül, amelyek során más osztályokba tartozó vegyületek keletkeznek. Ezért az alkének fontos intermedierek a szerves szintézisben. Sokféle anyag szintézisénél hasznos lehet először alként nyerni, majd a kívánt vegyületté alakítani.
Az alkének minden reakciója két csoportra osztható. Az egyik két szakaszban lezajló elektrofil addíciós reakcióval, a másik az összes többi reakcióval jön létre. Vizsgálatunkat az alábbiakban a reakciók második csoportjával kezdjük.
Hidrogénezés
Az alkének reakcióba lépnek hidrogéngázzal katalizátorok (általában nemesfémek) jelenlétében. Két hidrogénatomot adunk az alkén kettős kötéséhez, hogy alkánt képezzenek. Ezt a reakciót részletesen tárgyaltuk a fejezetben. 3. Mondjunk még két példát:
Ozonolízis
Ez a reakció abban szokatlan, hogy teljesen felbontja a szén-szén kettős kötést, és két részre hasítja a molekula szénvázát. Az alként ózonnal, majd cinkporral kezelik. Ennek eredményeként az alkén molekula a kettős kötésnél felhasad, és két aldehid és (vagy) keton molekula képződik. A cikloalkénekből két aldehid (vagy keton) csoporttal rendelkező aciklusos vegyületek képződnek:
Például:
Megjegyezzük, hogy az utolsó két példában, amikor a cikloalkéngyűrű kinyílik, egy aciklusos molekula képződik, és nem kettő, mint az aciklusos alkéneknél.
Az ozonolízis reakciót aldehidek és ketonok szintézisére, valamint alkének szerkezetének meghatározására egyaránt alkalmazzák. Például hagyjuk, hogy egy ismeretlen alkén ozonolízise két aldehid keverékét hozza létre:
Ebben az esetben az alkén szerkezete logikusan a következőképpen állapítható meg. Az aldehidmolekulákban az oxigénatomokkal kettős kötéssel összekapcsolt szénatomok kettős kötéssel kapcsolódnak egymáshoz az eredeti alkén molekulájában:
Egy másik példa:
Az alkén szerkezetének ciklikusnak kell lennie, mert ugyanannak a molekulának két végét kell összekötnünk:
Oxidáció
Hígított vizes oldat A kálium-permanganát az alkéneket diolokká (glikolokká) alakítja. A reakció eredményeként a kettős kötés egyik oldalához két hidroxilcsoport adódik (cisz vagy syn addíció).
Ezért cikloalkénekből cisz-diolok keletkeznek. IN általános nézet A reakcióegyenlet így néz ki:
Például:
A diolok szintézise enyhén lúgos közegben és enyhe körülmények között (alacsony hőmérsékleten és híg kálium-permanganát oldatban) megy végbe a legjobban. Súlyosabb körülmények között (savas katalízis, melegítés) a molekula a kettős kötésnél felhasad és karbonsavak keletkeznek.
A kálium-permanganáttal végzett reakciót nem csak diolok előállítására használják, hanem egyszerű tesztként is szolgál, amely lehetővé teszi az alkének egyszerű meghatározását. A permanganát oldat intenzív lila színű. Ha a vizsgált minta alként tartalmaz, akkor néhány csepp permanganát oldat hozzáadásával az utóbbi lila színe azonnal megbarnul. Csak az alkinek és az aldehidek okozzák ugyanazt a színváltozást. A legtöbb más osztályba tartozó vegyület ilyen körülmények között nem reagál. A fent leírt eljárást Bayer-tesztnek nevezik. A különböző osztályokba tartozó vegyületek aránya a Bayer-teszthez képest az alábbiakban látható: pozitív minta (a lila szín eltűnik), negatív minta (lila szín megmarad).
Allil halogénezés
Ha az alkéneket szabad gyökös halogénezésnek vetjük alá, a kettős kötéssel szomszédos szénatom hidrogénatomjait legkönnyebben halogénnel helyettesítjük. Az alkénmolekulában ezt a pozíciót allilnek nevezik:
Az allil-brómozás speciális reagense a -bróm-szukcinimid. Ez egy szilárd anyag
Ezzel kényelmesen lehet dolgozni a laboratóriumban, míg a molekuláris bróm illékony, nagyon mérgező és veszélyes folyadék, amelyet hevítve (néha peroxidok általi katalízisre van szükség), az N-bróm-szukcinimid bróm atomok forrásává válik.
A halogénezés allil helyzetbe megy át, mivel a közbenső allil gyök stabilabb, mint bármely más szabad gyök, amely egy alkén molekulából nyerhető. Ezért ez a gyök könnyebben képződik, mint mások. Az allil gyök megnövekedett stabilitását a rezonancia stabilizációja magyarázza, melynek eredményeként a párosítatlan elektron két szénatom felett delokalizálódik. Az allil-klórozás mechanizmusa az alábbiakban látható:
Az alkének az ózon hatására aldehidekké és ketonokká bomlanak le, ami lehetővé teszi az alkének szerkezetének meghatározását. Az alkének hidrogénezésen mennek keresztül alkánokká, és oxidáción keresztül diolokká. A kettős kötést magában foglaló reakciókon kívül az alkéneket a kettős kötéssel szomszédos helyzetbe történő szelektív halogénezés jellemzi. Magát a kettős kötést ez nem érinti.
Elektrofil addíció alkénekhez
Az elektrofil addíciós reakciók, amelyek a kettős kötésnél hozzáadott csoportok jellegében különböznek egymástól, ugyanazt a kétlépcsős mechanizmust tartalmazzák. Az első szakaszban egy elektrofil (elektronaffinitással rendelkező) részecskét (például kationt) vonz az elektronfelhő, és kettős kötésen keresztül csatlakozik.
TELETETLEN VAGY TELITETLEN SZÉNhidrogén AZ ETILÉN SOROZATBÓL (ALKÉNEK VAGY OLEFINEK)
Alkének, vagy olefinek(a latin olefiant - olajból - régi név, de a kémiai irodalomban elterjedt. Ennek az elnevezésnek az oka az volt, hogy ben nyert etilén-klorid XVIII század, - folyékony olajos anyag.) - alifás telítetlen szénhidrogének, amelyek molekuláiban egy kettős kötés van a szénatomok között.
Az alkének homológ sorozatot alkotnak általános képlet CnH2n
1. Alkének homológ sorozata
Homológok:
VELH2 = CH2 etén
VELH2 = CH- CH3 propén
VELH2=CH-CH2-CH3butén-1
VELH2=CH-CH2-CH2-CH3 penten-1
Az etilén (etén) színtelen gáz, nagyon halvány édeskés szagú, a levegőnél kissé könnyebb, vízben gyengén oldódik.
C2-C4 (gázok)
C5 - C17 (folyadékok)
C18 - (szilárd)
· Az alkének vízben oldhatatlanok, szerves oldószerekben (benzin, benzol stb.) oldódnak.
Könnyebb, mint a víz
Az Mr növelésével az olvadáspont és a forráspont növekszik
3. A legegyszerűbb alkén az etilén - C2H4
Szerkezeti és elektronikus képlet Az etilénnek a következő formája van:
Az etilén molekulában az egyik hibridizáción megy keresztül s- és kettő p-C atomok pályái ( sp 2-hibridizáció).
Így minden C atomnak három hibrid pályája és egy nem hibrid pályája van p-pályák. A C atomok hibrid pályái közül kettő kölcsönösen átfedi egymást, és a C atomok között létrejön
σ - kötés. A C atomok maradék négy hibrid pályája ugyanabban a síkban fedi át négyet s H atomok -pályái és négy σ - kötést is képeznek. Két nem hibrid p A C atomok -pályái átfedik egymást egy olyan síkban, amely merőleges a σ-kötés síkjára, azaz. kialakul egy P- kapcsolat.
Természeténél fogva P- kapcsolat élesen különbözik σ - kapcsolattól; P- a kötés kevésbé erős a molekula síkján kívüli elektronfelhők átfedése miatt. Reagensek hatására P- a kapcsolat könnyen megszakad.
Az etilén molekula szimmetrikus; az összes atom magja ugyanabban a síkban helyezkedik el, és a kötésszögek közel 120°-hoz vannak; a C atomok középpontjai közötti távolság 0,134 nm.
Ha az atomokat kettős kötéssel kötik össze, akkor a forgásuk lehetetlen elektronfelhők nélkül P- a kapcsolat nem nyílt meg.
4. Alkének izomerizmusa
Együtt a szénváz szerkezeti izomériája Az alkéneket egyrészt más típusú szerkezeti izoméria jellemzi - többszörös kötéshelyzet izomériaÉs osztályközi izoméria.
Másodszor, az alkének sorozatában megjelenik térbeli izoméria , amely a kettős kötéshez képest a szubsztituensek különböző pozícióihoz kapcsolódik, amelyek körül az intramolekuláris forgás lehetetlen.
Strukturális izoméria alkének
1. A szénváz izomerizmusa (C4H8-ból kiindulva):
2. A kettős kötés helyzetének izomerizmusa (C4H8-ból kiindulva):
3. Osztályok közötti izoméria cikloalkánokkal, C3H6-tal kezdve:
Alkének térbeli izomériája
Az atomok forgása a kettős kötés körül lehetetlen megszakítás nélkül. Ez a p-kötés szerkezeti jellemzőiből adódik ( p-elektron felhő a molekula síkja felett és alatt koncentrálódnak). Az atomok merev rögzítése miatt a kettős kötésre vonatkozó rotációs izoméria nem jelenik meg. De lehetségessé válik cisz-transz-izoméria.
Az alkének, amelyek a kettős kötésnél a két szénatomon különböző szubsztituenseket tartalmaznak, két térbeli izomer formájában létezhetnek, amelyek a szubsztituensek elhelyezkedésében különböznek a p-kötés síkjához képest. Tehát a butén-2 molekulában CH3-CH=CH-CH3 A CH3 csoportok a kettős kötés egyik oldalán helyezkedhetnek el cisz-izomer, vagy az ellenkező oldalakon transz-izomer.
FIGYELEM! cisz-transz- Az izomerizmus nem jelenik meg, ha a kettős kötésnél legalább az egyik szénatom 2 azonos szubsztituenst tartalmaz.
Például,
butén-1 CH2=CH-CH2-CH3 nincs cisz- És transz-izomerek, mert Az 1. szénatom két azonos H atomhoz kapcsolódik.
Izomerek cisz- És transz- nemcsak fizikailag különböznek
,
hanem a kémiai tulajdonságokat is, mert a molekula részeinek közelebb vagy távolabb hozása egymástól a térben elősegíti vagy akadályozza a kémiai kölcsönhatást.
Néha cisz-transz- Az izomériát nem egészen pontosan nevezik geometriai izoméria. A pontatlanság az Minden a térbeli izomerek geometriájukban különböznek, és nem csak cisz- És transz-.
5. Nómenklatúra
Alkének egyszerű szerkezet gyakran úgy hívják, hogy az alkánokban az -ane utótagot -ra cserélik -ilén: etán - etilén, propán - propilén stb.
Által szisztematikus nómenklatúra Az etilén-szénhidrogének elnevezése úgy keletkezik, hogy a megfelelő alkánokban az -án utótagot -én utótaggal helyettesítjük (alkán - alkén, etán - etén, propán - propén stb.). A főlánc kiválasztása és az elnevezési sorrend ugyanaz, mint az alkánoknál. A láncnak azonban szükségszerűen kettős kötést kell tartalmaznia. A lánc számozása attól a végtől kezdődik, amelyhez ez a kapcsolat a legközelebb található. Például:
A telítetlen (alkén) gyököket triviális nevekkel vagy szisztematikus nómenklatúrával nevezik:
(H2C=CH—) vinil vagy etenil
(H2C=CH-CH2) allil
