IDROCARBURI INSATURI O INSATURI DELLA SERIE ETILENE

(ALCHENI O OLEFINE)

Alcheni, o olefine(dal latino olefiant - olio - un nome antico, ma ampiamente utilizzato nella letteratura chimica. La ragione di questo nome era il cloruro di etilene, ottenuto nel 18° secolo, è una sostanza oleosa liquida.) - idrocarburi alifatici insaturi, nelle cui molecole esiste un doppio legame tra atomi di carbonio.

Gli alcheni contengono nella loro molecola meno atomi di idrogeno rispetto ai loro corrispondenti alcani (con lo stesso numero di atomi di carbonio), quindi tali idrocarburi sono chiamati illimitato o insaturo.

Gli alcheni formano una serie omologa con la formula generale C n H 2 n

1. Serie omologhe di alcheni

DA nH2n alchene	Nomi, suffisso IT, ILEN
C 2 H 4	questo it, questo ilene
C 3 H 6	propene
C 4 H 8	butene
C 5 H 10	pentene
C 6 H 12	esene

Omologhi:

DAH 2 = CH 2 etene

DAH 2 = CH- CH 3 propene

DAH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3butene-1

DAH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 pentene-1

2. Proprietà fisiche

L'etilene (etene) è un gas incolore con un odore dolce molto debole, leggermente più leggero dell'aria e leggermente solubile in acqua.

C 2 - C 4 (gas)

C 5 - C 17 (liquidi)

Da 18 - (duro)

Gli alcheni sono insolubili in acqua, solubili in solventi organici (benzina, benzene, ecc.)

Più leggero dell'acqua

Con un aumento di Mr, i punti di fusione e di ebollizione aumentano

3. L'alchene più semplice è etilene - C 2 H 4

Le formule strutturali ed elettroniche dell'etilene sono:

Nella molecola di etilene, uno S- e due p-orbitali di atomi C ( sp 2 - ibridazione).

Pertanto, ogni atomo di C ha tre orbitali ibridi e un orbitale non ibrido. p-orbitali. Due degli orbitali ibridi di atomi di C si sovrappongono e si formano tra gli atomi di C

σ - connessione. I restanti quattro orbitali ibridi di atomi di C si sovrappongono sullo stesso piano con quattro S-orbitali di atomi H e formano anche quattro legami σ. Due non ibridi p-orbitali di atomi di C si sovrappongono in un piano che è perpendicolare al piano σ - legame, cioè uno è formato P- connessione.

Per sua natura P- la connessione differisce nettamente da σ - connessione; P- il legame è meno forte a causa della sovrapposizione di nubi di elettroni al di fuori del piano della molecola. Sotto l'influenza dei reagenti P- la connessione si interrompe facilmente.

La molecola di etilene è simmetrica; i nuclei di tutti gli atomi si trovano sullo stesso piano e gli angoli di legame sono prossimi a 120°; la distanza tra i centri degli atomi di C è 0,134 nm.

Se gli atomi sono collegati da un doppio legame, la loro rotazione è impossibile senza nuvole di elettroni P- la connessione non viene aperta.

4. Isomeria degli alcheni

Insieme a isomeria strutturale dello scheletro di carbonio gli alcheni sono caratterizzati, in primo luogo, da altri tipi di isomeria strutturale - isomeria di posizioni multiple di legame e isomeria interclasse.

In secondo luogo, nella serie degli alcheni, isomeria spaziale associata alla diversa posizione dei sostituenti rispetto a doppio legame attorno al quale è impossibile la rotazione intramolecolare.

Isomeria strutturale degli alcheni

1. Isomeria dello scheletro di carbonio (a partire da C 4 H 8):

2. Isomeria della posizione del doppio legame (a partire da C 4 H 8):

3. Isomeria interclasse con cicloalcani, a partire da C 3 H 6:

Isomeria spaziale degli alcheni

La rotazione degli atomi attorno a un doppio legame è impossibile senza romperlo. Ciò è dovuto alle caratteristiche strutturali del legame p (la nuvola di elettroni p è concentrata sopra e sotto il piano della molecola). A causa del rigido attaccamento degli atomi, non compare l'isomerismo rotazionale rispetto al doppio legame. Ma diventa possibile cis-trance-isomeria.

Gli alcheni che hanno sostituenti diversi su ciascuno dei due atomi di carbonio nel doppio legame possono esistere come due isomeri spaziali che differiscono nella disposizione dei sostituenti rispetto al piano del legame p. Quindi, nella molecola del butene-2 CH 3 -CH \u003d CH - CH 3 I gruppi CH 3 possono trovarsi su un lato del doppio legame cis-isomero, o su lati opposti in trance-isomero.

ATTENZIONE! cis-trans- L'isomeria non compare se almeno uno degli atomi di C nel doppio legame ha 2 sostituenti identici.

Per esempio,

butene-1 CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH 3 non ha cis- e trance-isomeri, perché Il primo atomo di C è legato a due atomi di H identici.

isomeri cis- e trance- differiscono non solo nel fisico

,

ma anche proprietà chimiche, tk. l'avvicinamento o la rimozione di parti della molecola l'una dall'altra nello spazio promuove o ostacola l'interazione chimica.

Qualche volta cis-trans isomeria non si chiama esattamente isomeria geometrica. L'imprecisione è quella tutto gli isomeri spaziali differiscono nella loro geometria, e non solo cis- e trance-.

5. Nomenclatura

Gli alcheni semplici sono spesso denominati sostituendo il suffisso -an negli alcani con -ilene: etano - etilene, propano - propilene, ecc.

Di nomenclatura sistematica le denominazioni degli idrocarburi etilenici si ottengono sostituendo il suffisso -an negli alcani corrispondenti con il suffisso -ene (alcano - alchene, etano - etene, propano - propene, ecc.). La scelta della catena principale e l'ordine dei nomi è la stessa degli alcani. Tuttavia, la catena deve necessariamente comprendere un doppio legame. La numerazione della catena parte dalla fine a cui questa connessione è più stretta. Per esempio:

I radicali insaturi (alcheni) sono chiamati nomi banali o secondo la nomenclatura sistematica:

(H 2 C \u003d CH-) vinile o etenile

(H 2 C \u003d CH-CH 2) allile

Continuazione. Per l'inizio, vedi № 15, 16, 17, 18, 19/2004

Lezione 9
Proprietà chimiche degli alcheni

Le proprietà chimiche degli alcheni (etilene e suoi omologhi) sono in gran parte determinate dalla presenza di legami d ... nelle loro molecole. Gli alcheni entrano in reazioni di tutti e tre i tipi e le più caratteristiche sono le reazioni p .... Considerali usando il propilene C 3 H 6 come esempio.
Tutte le reazioni di addizione procedono attraverso un doppio legame e consistono nella scissione del legame α dell'alchene e nella formazione di due nuovi legami α nel sito di rottura.

Aggiunta di alogeni:

Aggiunta di idrogeno(reazione di idrogenazione):

Collegamento acqua(reazione di idratazione):

Aggiunta di alogenuri di idrogeno (HHal) e acqua ad alcheni asimmetrici secondo la regola di V.V. Markovnikov (1869). Acido idrogeno Hal si attacca all'atomo di carbonio più idrogenato al doppio legame. Di conseguenza, il residuo Hal si lega all'atomo C, che ha un numero minore di atomi di idrogeno.

Combustione di alcheni in aria.
Quando accesi, gli alcheni bruciano nell'aria:

2CH 2 \u003d CHCH 3 + 9O 2 6CO 2 + 6H 2 O.

Gli alcheni gassosi formano miscele esplosive con l'ossigeno atmosferico.
Gli alcheni vengono ossidati dal permanganato di potassio in un mezzo acquoso, che è accompagnato dallo scolorimento della soluzione di KMnO 4 e dalla formazione di glicoli (composti con due gruppi ossidrile in atomi di C adiacenti). Questo processo - idrossilazione degli alcheni:

Gli alcheni sono ossidati dall'ossigeno atmosferico in epossidi. se riscaldato in presenza di catalizzatori d'argento:

Polimerizzazione degli alcheni- il legame di molte molecole di alcheni tra loro. Condizioni di reazione: riscaldamento, presenza di catalizzatori. La connessione delle molecole avviene mediante la scissione di legami intramolecolari e la formazione di nuovi legami intermolecolari:

In questa reazione, l'intervallo di valori n = 10 3 –10 4 .

Esercizi.

1. Scrivi le equazioni di reazione per il butene-1 con: a) Br2; b) HBr; in) H2O; G) H2. Assegna un nome ai prodotti di reazione.

2. Sono note condizioni in cui l'aggiunta di acqua e alogenuri di idrogeno al doppio legame degli alcheni procede contro la regola di Markovnikov. Scrivi equazioni di reazione
3-bromopropilene secondo anti-Markovnikov con: a) acqua; b) acido bromidrico.

3. Scrivi le equazioni per le reazioni di polimerizzazione: a) butene-1; b) cloruro di vinile CH 2 =CHCl;
c) 1,2-difluoroetilene.

4. Fare le equazioni per le reazioni dell'etilene con l'ossigeno per i seguenti processi: a) combustione in aria; b) idrossilazione con acqua KMnO 4 ; c) epossidazione (250 °C, Ag ).

5. Scrivi la formula strutturale di un alchene, sapendo che 0,21 g di questo composto possono aggiungere 0,8 g di bromo.

6. Quando si brucia 1 litro di idrocarburo gassoso, che decolora la soluzione di lampone di permanganato di potassio, vengono consumati 4,5 litri di ossigeno e si ottengono 3 litri. CO2. Scrivi la formula strutturale per questo idrocarburo.

Lezione 10
Ottenere e utilizzare alcheni

Le reazioni per ottenere alcheni sono ridotte all'inversione delle reazioni che rappresentano Proprietà chimiche alkenes (che scorre da destra a sinistra, vedi lezione 9). Devi solo trovare le condizioni giuste.
Eliminazione di due atomi di alogeno dai dialogani contenente alogeni negli atomi vicini C. La reazione procede sotto l'azione dei metalli (Zn, ecc.):

Cracking di idrocarburi saturi. Quindi, durante il cracking (vedi lezione 7) dell'etano, si forma una miscela di etilene e idrogeno:

Disidratazione degli alcoli. Quando gli alcoli vengono trattati con agenti di rimozione dell'acqua (acido solforico concentrato) o riscaldati a 350 ° C in presenza di catalizzatori, l'acqua viene scissa e si formano alcheni:

In questo modo si ottiene l'etilene in laboratorio.
Un metodo industriale per la produzione di propilene, insieme al cracking, è la disidratazione del propanolo sull'allumina:

La deidroclorurazione dei cloroalcani viene effettuata sotto l'azione di una soluzione alcalina in alcool, perché Nell'acqua, i prodotti di reazione non sono alcheni, ma alcoli.

L'uso dell'etilene e dei suoi omologhi in base alle loro proprietà chimiche, cioè la capacità di trasformarsi in varie sostanze utili.

Carburanti per motori, ad alto numero di ottano, si ottengono per idrogenazione di alcheni ramificati:

Lo scolorimento di una soluzione gialla di bromo in un solvente inerte (CCl 4) si verifica quando si aggiunge una goccia di alchene o si fa passare un alchene gassoso attraverso la soluzione. Interazione con bromo - caratteristica reazione qualitativa al doppio legame:

Il prodotto della clorurazione dell'etilene, il cloroetano, viene utilizzato in sintesi chimica per introdurre il gruppo C 2 H 5 nella molecola:

Il cloroetano ha anche un effetto anestetico locale (allevia il dolore), che viene utilizzato nelle operazioni chirurgiche.

Gli alcoli sono ottenuti dall'idratazione degli alcheni, ad esempio, etanolo:

L'alcol C 2 H 5 OH viene utilizzato come solvente, per la disinfezione, nella sintesi di nuove sostanze.

L'idratazione dell'etilene in presenza di un agente ossidante [O] porta a glicole etilenico - antigelo e prodotto intermedio di sintesi chimica:

L'etilene viene ossidato per produrre ossido di etilene e acetaldeide. materie prime nell'industria chimica:

Polimeri e plastiche- prodotti di polimerizzazione di alcheni, ad esempio politetrafluoroetilene (Teflon):

Esercizi.

1. Completare le equazioni per le reazioni di eliminazione (clivaggio), nominare gli alcheni risultanti:

2. Fare le equazioni per le reazioni di idrogenazione: a) 3,3-dimetilbutene-1;
b) 2,3,3-trimetilbutene-1. Queste reazioni producono alcani usati come carburanti, dai loro nomi.

3. 100 g di alcol etilico sono stati fatti passare attraverso un tubo riempito di allumina riscaldata. C 2 H 5 OH. Ciò ha comportato 33,6 litri di idrocarburi (n.a.s.). Quanto alcol (in%) ha reagito?

4. Quanti grammi di bromo reagiranno con 2,8 litri (n.a.s.) di etilene?

5. Scrivere un'equazione per la polimerizzazione del trifluorocloroetilene. (La plastica risultante è resistente all'acido solforico caldo, al sodio metallico, ecc.)

Risposte agli esercizi per l'argomento 1

Lezione 9

5. Reazione dell'alchene C n H2 n con bromo dentro vista generale:

Massa molare alchene M(DA n H2 n) = 0,21 160/0,8 = 42 g/mol.
Questo è propilene.
Risposta. La formula dell'alchene è CH 2 \u003d CHCH 3 (propilene).

6. Poiché tutte le sostanze coinvolte nella reazione sono gas, i coefficienti stechiometrici nell'equazione di reazione sono proporzionali ai loro rapporti di volume. Scriviamo l'equazione di reazione:

DA un H in+ 4,5O 2 3CO 2 + 3H 2 O.

Il numero di molecole d'acqua è determinato dall'equazione di reazione: 4,5 2 = 9 O atomi hanno reagito, 6 O atomi sono legati in CO 2, i restanti 3 O atomi fanno parte di tre molecole di H 2 O. Pertanto, gli indici sono uguali: un = 3, in\u003d 6. L'idrocarburo desiderato è propilene C 3 H 6.
Risposta. La formula strutturale del propilene è CH 2 = CHCH 3.

Lezione 10

1. Equazioni di reazione di eliminazione (scissione) - sintesi di alcheni:

2. Reazioni di idrogenazione degli alcheni quando riscaldati sotto pressione in presenza di un catalizzatore:

3. La reazione di disidratazione dell'alcol etilico ha la forma:

Qui attraverso Xè indicata la massa di alcol convertita in etilene.
Troviamo il valore X: X\u003d 46 33,6 / 22,4 \u003d 69 g.
La proporzione di alcol reagito era: 69/100 = 0,69 o 69%.
Risposta. Il 69% di alcol ha reagito.

4.

Poiché i coefficienti stechiometrici davanti alle formule dei reagenti (C 2 H 4 e Br 2) sono uguali a uno, vale la relazione:
2,8/22,4 = X/160. Da qui X= 20 g Br 2 .
Risposta. 20 g Br 2 .

Quelli che contengono un legame pi sono idrocarburi insaturi. Sono derivati ​​degli alcani, nelle cui molecole sono stati scissi due atomi di idrogeno. Si formano le valenze libere risultanti nuovo tipo legame perpendicolare al piano della molecola. È così che nasce un nuovo gruppo di composti: gli alcheni. In questo articolo considereremo le proprietà fisiche, la preparazione e l'uso delle sostanze di questa classe nella vita quotidiana e nell'industria.

Serie omologa dell'etilene

La formula generale per tutti i composti chiamati alcheni, che riflette la loro composizione qualitativa e quantitativa, è C n H 2 n. I nomi degli idrocarburi secondo la nomenclatura sistematica sono i seguenti: nel termine del corrispondente alcano, il suffisso cambia da -an a -ene, ad esempio: etano - etene, propano - propene, ecc. In alcune fonti è possibile trova un altro nome per i composti di questa classe: olefine. Successivamente, studieremo il processo di formazione del doppio legame e le proprietà fisiche degli alcheni e determineremo anche la loro dipendenza dalla struttura della molecola.

Come si forma un doppio legame?

La natura elettronica del legame pi usando l'esempio dell'etilene può essere rappresentata come segue: gli atomi di carbonio nella sua molecola sono sotto forma di ibridazione sp 2. In questo caso si forma un legame sigma. Altri due orbitali ibridi, uno ciascuno da atomi di carbonio, formano semplici legami sigma con atomi di idrogeno. Le due restanti nubi ibride libere di atomi di carbonio si sovrappongono sopra e sotto il piano della molecola: si forma un legame pi. È lei che determina le proprietà fisiche e chimiche degli alcheni, di cui parleremo più avanti.

Isomeria spaziale

I composti che hanno la stessa composizione quantitativa e qualitativa delle molecole, ma una diversa struttura spaziale, sono chiamati isomeri. L'isomeria si verifica in un gruppo di sostanze chiamate organiche. Per la caratterizzazione delle olefine grande influenza presenta isomeria ottica. Si esprime nel fatto che gli omologhi dell'etilene contenenti diversi radicali o sostituenti in ciascuno dei due atomi di carbonio nel doppio legame possono presentarsi sotto forma di due isomeri ottici. Differiscono tra loro per la posizione dei sostituenti nello spazio rispetto al piano del doppio legame. Anche le proprietà fisiche degli alcheni in questo caso saranno diverse. Ad esempio, questo vale per i punti di ebollizione e di fusione delle sostanze. Pertanto, le olefine a catena lineare hanno punti di ebollizione più elevati rispetto ai composti isomerici. Inoltre, i punti di ebollizione degli isomeri cis degli alcheni sono superiori a quelli degli isomeri trans. Per quanto riguarda le temperature di fusione, il quadro è opposto.

Caratteristiche comparative delle proprietà fisiche dell'etilene e dei suoi omologhi

I primi tre rappresentanti delle olefine sono composti gassosi, quindi, a partire dal pentene C 5 H 10 e fino all'alchene con la formula C 17 H 34, sono liquidi e quindi ci sono solidi. Gli omologhi dell'etene mostrano il seguente andamento: i punti di ebollizione dei composti diminuiscono. Ad esempio, per l'etilene questo indicatore è -169,1°C e per il propilene -187,6°C. Ma i punti di ebollizione aumentano con l'aumentare del peso molecolare. Quindi, per l'etilene è -103,7°C e per il propene -47,7°C. Riassumendo quanto detto, possiamo concludere che le proprietà fisiche degli alcheni dipendono dal loro peso molecolare. Man mano che aumenta, cambia stato di aggregazione composti nella direzione: gas - liquido - solido e il punto di fusione diminuisce e il punto di ebollizione aumenta.

Caratteristiche dell'etene

Il primo rappresentante della serie omologa di alcheni è l'etilene. È un gas incolore, leggermente solubile in acqua, ma altamente solubile in solventi organici. Peso molecolare - 28, l'etene è leggermente più leggero dell'aria, ha un sottile odore dolce. Reagisce facilmente con alogeni, idrogeno e alogenuri di idrogeno. Le proprietà fisiche di alcheni e paraffine, tuttavia, sono abbastanza vicine. Ad esempio lo stato di aggregazione, la capacità di metano ed etilene di subire una forte ossidazione, ecc. Come si distinguono gli alcheni? Come rivelare il carattere insaturo di un'olefina? Per questo, ci sono reazioni qualitative, sulle quali ci soffermeremo più in dettaglio. Ricorda quale caratteristica hanno nella struttura della molecola gli alcheni. Le proprietà fisiche e chimiche di queste sostanze sono determinate dalla presenza di un doppio legame nella loro composizione. Per provare la sua presenza, l'idrocarburo gassoso viene fatto passare attraverso una soluzione viola di permanganato di potassio o acqua di bromo. Se sono scoloriti, il composto contiene legami pi nella composizione delle molecole. L'etilene entra in una reazione di ossidazione e decolora soluzioni di KMnO 4 e Br 2 .

Meccanismo di reazioni di addizione

La rottura del doppio legame termina con l'aggiunta di altri atomi alle valenze di carbonio libero. elementi chimici. Ad esempio, la reazione dell'etilene con l'idrogeno, chiamata idrogenazione, produce etano. È necessario un catalizzatore, come nichel in polvere, palladio o platino. La reazione con HCl termina con la formazione di cloroetano. Gli alcheni contenenti più di due atomi di carbonio nelle loro molecole subiscono la reazione di addizione degli alogenuri di idrogeno, tenendo conto della regola di V. Markovnikov.

Come interagiscono gli omologhi dell'etene con gli alogenuri di idrogeno

Se ci troviamo di fronte al compito "Caratterizzazione delle proprietà fisiche degli alcheni e della loro preparazione", dobbiamo considerare più in dettaglio la regola di V. Markovnikov. È stato stabilito in pratica che gli omologhi dell'etilene reagiscono con acido cloridrico e altri composti nel sito di rottura del doppio legame, obbedendo a un certo schema. Consiste nel fatto che l'atomo di idrogeno è attaccato all'atomo di carbonio più idrogenato e lo ione cloro, bromo o iodio è attaccato all'atomo di carbonio contenente il minor numero di atomi di idrogeno. Questa caratteristica del corso delle reazioni di addizione è chiamata regola di V. Markovnikov.

Idratazione e polimerizzazione

Continuiamo a considerare le proprietà fisiche e l'applicazione degli alcheni usando l'esempio del primo rappresentante della serie omologa: l'etene. La sua reazione con l'acqua è utilizzata nell'industria della sintesi organica e ha un'importanza importante valore pratico. Il processo fu eseguito per la prima volta nel XIX secolo da A.M. Butlerov. La reazione richiede il rispetto di un certo numero di condizioni. Si tratta, innanzitutto, dell'uso di acido solforico concentrato o oleum come catalizzatore e solvente per l'etene, una pressione di circa 10 atm e una temperatura entro i 70°. Il processo di idratazione avviene in due fasi. In primo luogo, le molecole di solfato vengono aggiunte all'etene nel punto di rottura del legame pi e si forma acido etilsolforico. Quindi la sostanza risultante reagisce con l'acqua, si ottiene alcol etilico. L'etanolo è un prodotto importante utilizzato in Industria alimentare per la produzione di materie plastiche, gomme sintetiche, vernici e altri prodotti chimica organica.

Polimeri a base di olefine

Continuando a studiare il problema dell'uso di sostanze appartenenti alla classe degli alcheni, studieremo il processo della loro polimerizzazione, in cui composti contenenti insaturi legami chimici all'interno delle loro molecole. Sono noti diversi tipi di reazioni di polimerizzazione, in base alle quali si formano prodotti ad alta molecola: polimeri, come polietilene, polipropilene, polistirene, ecc. Il meccanismo dei radicali liberi porta alla produzione di polietilene ad alta pressione. È uno dei composti più utilizzati nell'industria. Il tipo cationico-ionico fornisce un polimero con una struttura stereoregolare, come il polistirene. È considerato uno dei polimeri più sicuri e convenienti da utilizzare. I prodotti in polistirene sono resistenti alle sostanze aggressive: acidi e alcali, non infiammabili, facilmente verniciabili. Un altro tipo di meccanismo di polimerizzazione è la dimerizzazione, che porta alla produzione di isobutene, che viene utilizzato come additivo antidetonante per la benzina.

Come ottenere

Gli alcheni, le proprietà fisiche di cui studiamo, si ottengono condizioni di laboratorio e l'industria in vari modi. Negli esperimenti in corso scolastico la chimica organica utilizza il processo di disidratazione dell'alcol etilico utilizzando agenti di rimozione dell'acqua, come l'anidride fosforica o l'acido solfato. La reazione viene eseguita quando riscaldata ed è l'inverso del processo per ottenere l'etanolo. Un altro metodo comune per ottenere alcheni ha trovato la sua applicazione nell'industria, vale a dire: riscaldare derivati ​​alogeni di idrocarburi saturi, come il cloropropano con soluzioni alcoliche concentrate di alcali - idrossido di sodio o potassio. Nella reazione, una molecola di acido cloridrico viene scissa, si forma un doppio legame nel punto in cui compaiono le valenze libere degli atomi di carbonio. prodotto finale processo chimico sarà olefina - propene. Continuando a considerare le proprietà fisiche degli alcheni, soffermiamoci sul processo principale per ottenere le olefine: la pirolisi.

Produzione industriale di idrocarburi insaturi della serie dell'etilene

Materie prime economiche: i gas formati durante il processo di cracking del petrolio servono come fonte di olefine nell'industria chimica. Per fare ciò, utilizzare lo schema tecnologico della pirolisi: la scissione della miscela di gas, che va con la rottura dei legami di carbonio e la formazione di etilene, propene e altri alcheni. La pirolisi viene effettuata in forni speciali, costituiti da singole bobine pirotecniche. Creano una temperatura dell'ordine di 750-1150°C e c'è vapore acqueo come diluente. Le reazioni procedono attraverso un meccanismo a catena che procede con la formazione di radicali intermedi. Il prodotto finale è etilene o propene e vengono prodotti in grandi volumi.

Abbiamo studiato in dettaglio le proprietà fisiche, nonché l'applicazione e i metodi per ottenere gli alcheni.

IDROCARBURI INSATURI O INSATURI DELLA SERIE ETILENE (ALCHENI O OLEFINE)

Alcheni, o olefine(dal lat. olefiant - olio - un nome antico, ma ampiamente utilizzato nella letteratura chimica. La ragione di questo nome era il cloruro di etilene, ottenuto nel 18° secolo, è una sostanza oleosa liquida.) - idrocarburi alifatici insaturi, nelle cui molecole esiste un doppio legame tra atomi di carbonio.

Gli alcheni formano una serie omologa con la formula generale CnH2n

1. Serie omologhe di alcheni

Omologhi:

DAH2 = CH2 etene

DAH2 = CH- CH3 propene

DAH2=CH-CH2-CH3butene-1

DAH2=CH-CH2-CH2-CH3 pentene-1

2. Proprietà fisiche

L'etilene (etene) è un gas incolore con un odore dolce molto tenue, leggermente più leggero dell'aria, leggermente solubile in acqua.

C2 - C4 (gas)

C5 - C17 (liquidi)

С18 - (solido)

Gli alcheni sono insolubili in acqua, solubili in solventi organici (benzina, benzene, ecc.)

Più leggero dell'acqua

Con un aumento di Mr, i punti di fusione e di ebollizione aumentano

3. L'alchene più semplice è etilene - C2H4

Le formule strutturali ed elettroniche dell'etilene sono:

Nella molecola di etilene, uno S- e due p-orbitali di atomi C ( sp 2-ibridazione).

Pertanto, ogni atomo di C ha tre orbitali ibridi e un orbitale non ibrido. p-orbitali. Due degli orbitali ibridi di atomi di C si sovrappongono e si formano tra gli atomi di C

σ - connessione. I restanti quattro orbitali ibridi di atomi di C si sovrappongono sullo stesso piano con quattro S-orbitali di atomi H e formano anche quattro legami σ. Due non ibridi p-orbitali di atomi di C si sovrappongono in un piano che è perpendicolare al piano σ - legame, cioè uno è formato P- connessione.

Per sua natura P- la connessione differisce nettamente da σ - connessione; P- il legame è meno forte a causa della sovrapposizione di nubi di elettroni al di fuori del piano della molecola. Sotto l'influenza dei reagenti P- la connessione si interrompe facilmente.

La molecola di etilene è simmetrica; i nuclei di tutti gli atomi si trovano sullo stesso piano e gli angoli di legame sono prossimi a 120°; la distanza tra i centri degli atomi di C è 0,134 nm.

Se gli atomi sono collegati da un doppio legame, la loro rotazione è impossibile senza nuvole di elettroni P- la connessione non viene aperta.

4. Isomeria degli alcheni

Insieme a isomeria strutturale dello scheletro di carbonio gli alcheni sono caratterizzati, in primo luogo, da altri tipi di isomeria strutturale - isomeria di posizioni multiple di legame e isomeria interclasse.

In secondo luogo, nella serie degli alcheni, isomeria spaziale , associato alla diversa posizione dei sostituenti rispetto al doppio legame, attorno al quale è impossibile la rotazione intramolecolare.

Isomeria strutturale degli alcheni

1. Isomeria dello scheletro di carbonio (a partire da C4H8):

2. Isomeria della posizione del doppio legame (a partire da С4Н8):

3. Isomeria interclasse con cicloalcani, a partire da C3H6:

Isomeria spaziale degli alcheni

La rotazione degli atomi attorno a un doppio legame è impossibile senza romperlo. Ciò è dovuto alle caratteristiche strutturali del legame p (la nuvola di elettroni p è concentrata sopra e sotto il piano della molecola). A causa del rigido attaccamento degli atomi, non compare l'isomerismo rotazionale rispetto al doppio legame. Ma diventa possibile cis-trance-isomeria.

Gli alcheni che hanno sostituenti diversi su ciascuno dei due atomi di carbonio nel doppio legame possono esistere come due isomeri spaziali che differiscono nella disposizione dei sostituenti rispetto al piano del legame p. Quindi, nella molecola del butene-2 CH3-CH=CH-CH3 I gruppi CH3 possono trovarsi su un lato del doppio legame cis-isomero, o su lati opposti in trance-isomero.

ATTENZIONE! cis-trans- L'isomeria non compare se almeno uno degli atomi di C nel doppio legame ha 2 sostituenti identici.

Per esempio,

butene-1 CH2=CH-CH2-CH3 non ha cis- e trance-isomeri, perché Il primo atomo di C è legato a due atomi di H identici.

isomeri cis- e trance- differiscono non solo nel fisico

,

ma anche proprietà chimiche, tk. l'avvicinamento o la rimozione di parti della molecola l'una dall'altra nello spazio promuove o ostacola l'interazione chimica.

Qualche volta cis-trans isomeria non si chiama esattamente isomeria geometrica. L'imprecisione è quella tutto gli isomeri spaziali differiscono nella loro geometria, e non solo cis- e trance-.

5. Nomenclatura

Gli alcheni semplici sono spesso denominati sostituendo il suffisso -an negli alcani con -ilene: etano - etilene, propano - propilene, ecc.

Secondo la nomenclatura sistematica, i nomi degli idrocarburi etilenici sono prodotti sostituendo il suffisso -an nei corrispondenti alcani con il suffisso -ene (alcano - alchene, etano - etene, propano - propene, ecc.). La scelta della catena principale e l'ordine dei nomi è la stessa degli alcani. Tuttavia, la catena deve necessariamente comprendere un doppio legame. La numerazione della catena parte dalla fine a cui questa connessione è più stretta. Per esempio:

I radicali insaturi (alcheni) sono chiamati nomi banali o secondo la nomenclatura sistematica:

(H2C=CH-) vinile o etilene

(Н2С=CH—CH2) allile

Gli alcheni sono chimicamente attivi. Le loro proprietà chimiche sono in gran parte determinate dalla presenza di un doppio legame. Per gli alcheni, le reazioni di addizione elettrofila e le reazioni di addizione radicalica sono le più caratteristiche. Le reazioni di addizione nucleofila di solito richiedono un nucleofilo forte e non sono tipiche degli alcheni. Gli alcheni entrano facilmente in reazioni di ossidazione, addizione e sono anche in grado di sostituire i radicali allilici.

Reazioni di addizione

Idrogenazione L'aggiunta di idrogeno (reazione di idrogenazione) agli alcheni viene effettuata in presenza di catalizzatori. Molto spesso vengono utilizzati metalli frantumati: platino, nichel, palladio, ecc. Di conseguenza, si formano gli alcani corrispondenti (idrocarburi saturi).

$CH_2=CH_2 + H2 → CH_3–CH_3$

aggiunta di alogeni. Gli alcheni reagiscono facilmente in condizioni normali con cloro e bromo per formare i dialogani corrispondenti, in cui gli atomi di alogeno si trovano in atomi di carbonio vicini.

Nota 1

Quando gli alcheni interagiscono con il bromo, il colore giallo-marrone del bromo è scolorito. Questa è una delle reazioni qualitative più antiche e semplici per gli idrocarburi insaturi, poiché anche gli alchini e gli alcadieni reagiscono in modo simile.

$CH_2=CH_2 + Br_2 → CH_2Br–CH_2Br$

aggiunta di alogenuri di idrogeno. Quando gli idrocarburi etilenici reagiscono con gli alogenuri di idrogeno ($HCl$, $HBr$), si formano aloalcani, la direzione della reazione dipende dalla struttura degli alcheni.

Nel caso dell'etilene o degli alcheni simmetrici, la reazione di addizione avviene inequivocabilmente e porta alla formazione di un solo prodotto:

$CH_2=CH_2 + HBr → CH_3–CH_2Br$

Nel caso di alcheni asimmetrici è possibile la formazione di due diversi prodotti di reazione di addizione:

Nota 2

In effetti, si forma sostanzialmente un solo prodotto di reazione. Lo schema della direzione di passaggio di tali reazioni è stato stabilito dal chimico russo V.V. Markovnikov nel 1869 Si chiama governo di Markovnikov. Durante l'interazione degli alogenuri di idrogeno con alcheni asimmetrici, l'atomo di idrogeno si unisce nel punto in cui si rompe il doppio legame nell'atomo di carbonio più idrogenato, cioè prima che sia collegato a un gran numero di atomi di idrogeno.

Markovnikov ha formulato questa regola sulla base di dati sperimentali e solo molto più tardi ha ricevuto una giustificazione teorica. Considera la reazione del propilene con acido cloridrico.

Una delle caratteristiche del legame $p$ è la sua capacità di essere facilmente polarizzato. Sotto l'influenza del gruppo metilico (effetto induttivo positivo + $I$) nella molecola di propene, la densità elettronica del legame $p$ viene spostata su uno degli atomi di carbonio (= $CH_2$). Di conseguenza, su di esso appare una carica negativa parziale ($\delta -$). Sull'altro atomo di carbonio del doppio legame si forma una carica positiva parziale ($\delta +$).

Questa distribuzione della densità elettronica nella molecola di propilene determina la posizione del futuro attacco del protone. Questo è l'atomo di carbonio del gruppo metilenico (= $CH_2$), che porta una carica negativa parziale $\delta-$. E il cloro, rispettivamente, attacca l'atomo di carbonio con un parziale Carica positiva$\delta+$.

Di conseguenza, il principale prodotto di reazione del propilene con acido cloridrico è il 2-cloropropano.

Idratazione

L'idratazione degli alcheni avviene in presenza di acidi minerali e obbedisce alla regola di Markovnikov. I prodotti di reazione sono alcoli

$CH_2=CH_2 + H_2O → CH_3–CH_2–OH$

Alchilazione

Aggiunta di alcani ad alcheni in presenza di un catalizzatore acido ($HF$ o $H_2SO_4$) a basse temperature porta alla formazione di idrocarburi con un peso molecolare più elevato e viene spesso utilizzato nell'industria per produrre carburanti

$R–CH_2=CH_2 + R'–H → R–CH_2–CH_2–R'$

Reazioni di ossidazione

L'ossidazione degli alcheni può avvenire, a seconda delle condizioni e dei tipi di reagenti ossidanti, sia con la rottura del doppio legame che con la conservazione dello scheletro di carbonio:

reazioni di polimerizzazione

Le molecole di alchene sono in grado di sommarsi tra loro in determinate condizioni con l'apertura di legami $\pi$ e la formazione di dimeri, trimeri o composti ad alto peso molecolare - polimeri. La polimerizzazione degli alcheni può avvenire sia per meccanismi di radicali liberi che di cationi-anioni. Come iniziatori di polimerizzazione vengono utilizzati acidi, perossidi, metalli, ecc.. La reazione di polimerizzazione viene eseguita anche sotto l'influenza della temperatura, dell'irradiazione e della pressione. Un tipico esempio è la polimerizzazione dell'etilene per formare polietilene

$nCH_2=CH_2 → (–CH_2–CH_(2^–))_n$

Reazioni di sostituzione

Le reazioni di sostituzione degli alcheni non sono tipiche. Tuttavia, a temperature elevate (sopra i 400 °C), le reazioni di addizione radicalica, che sono reversibili, vengono soppresse. In questo caso diventa possibile effettuare la sostituzione dell'atomo di idrogeno in posizione allile mantenendo il doppio legame

$CH_2=CH–CH_3 + Cl_2 – CH_2=CH–CH_2Cl + HCl$