NETILĒNA SĒRIJAS NEPIESTINĀTIE VAI NEPIESTINĀTI OGĻŪDEŅRAŽI

(ALKĒNI VAI OLEFĪNI)

Alkēni, vai olefīni(no latīņu olefiant - eļļa - sens nosaukums, bet plaši izmantots ķīmiskajā literatūrā. Šī nosaukuma iemesls bija etilēnhlorīds, kas iegūts 18. gadsimtā, ir šķidra eļļaina viela.) - alifātiskie nepiesātinātie ogļūdeņraži, kuru molekulās starp oglekļa atomiem ir viena dubultsaite.

Alkēnu molekulā ir mazāk ūdeņraža atomu nekā to atbilstošie alkāni (ar tādu pašu oglekļa atomu skaitu), tāpēc šos ogļūdeņražus sauc neierobežots vai nepiesātināts.

Alkēni veido homologu sēriju ar vispārīgo formulu C n H 2n

1. Alkēnu homologās sērijas

AR nH2n alkēns	Vārdi, piedēklis LV, ILEN
C2H4	šis lv, šis ilene
C3H6	propēns
C4H8	butēns
C5H10	pentēns
C6H12	heksēns

Homologi:

ARH 2 = CH 2 etēns

ARH 2 = CH- CH 3 propēns

ARH2 \u003d CH-CH2-CH3butēns-1

ARH2 \u003d CH-CH2-CH2-CH 3 pentēns-1

2. Fizikālās īpašības

Etilēns (etēns) ir bezkrāsaina gāze ar ļoti vāju saldu smaržu, nedaudz vieglāka par gaisu un nedaudz šķīst ūdenī.

C 2 - C 4 (gāzes)

C5-C17 (šķidrumi)

No 18 — (grūti)

Alkēni nešķīst ūdenī, šķīst organiskajos šķīdinātājos (benzīnā, benzolā utt.)

Vieglāks par ūdeni

Palielinoties Mr, palielinās kušanas un viršanas temperatūra

3. Vienkāršākais alkēns ir etilēns - C2H4

Etilēna strukturālās un elektroniskās formulas ir:

Etilēna molekulā viens s- un divi lpp-C atomu orbitāles ( sp 2 - hibridizācija).

Tādējādi katram C atomam ir trīs hibrīda orbitāles un viena nehibrīda orbitāle. lpp- orbitāles. Divas no C atomu hibrīdajām orbitālēm savstarpēji pārklājas un veidojas starp C atomiem

σ - savienojums. Atlikušās četras C atomu hibrīdās orbitāles pārklājas vienā plaknē ar četrām s-H atomu orbitāles un arī veido četras σ-saites. Divi nehibrīdi lpp-C atomu orbitāles savstarpēji pārklājas plaknē, kas ir perpendikulāra plaknei σ - saite, t.i. veidojas viens P- savienojums.

Pēc savas dabas P- savienojums krasi atšķiras no σ - savienojums; P- saite ir mazāk spēcīga elektronu mākoņu pārklāšanās dēļ ārpus molekulas plaknes. Reaģentu ietekmē P- savienojums viegli pārtrūkst.

Etilēna molekula ir simetriska; visu atomu kodoli atrodas vienā plaknē un saites leņķi ir tuvu 120°; attālums starp C atomu centriem ir 0,134 nm.

Ja atomi ir savienoti ar dubultsaiti, tad to rotācija nav iespējama bez elektronu mākoņiem P- savienojums nav atvērts.

4. Alkēnu izomērija

Kopā ar oglekļa skeleta strukturālā izomērija alkēnus raksturo, pirmkārt, citi strukturālās izomērijas veidi - vairāku saišu pozīcijas izomērija un starpklases izomerisms.

Otrkārt, alkēnu sērijā telpiskā izomērija kas saistīti ar aizvietotāju atšķirīgo pozīciju attiecībā pret dubultā saite ap kuru nav iespējama intramolekulārā rotācija.

Alkēnu strukturālā izomērija

1. Oglekļa karkasa izomerisms (sākot ar C 4 H 8):

2. Divkāršās saites pozīcijas izomērija (sākot no C 4 H 8):

3. Starpklases izomērija ar cikloalkāniem, sākot no C 3 H 6:

Alkēnu telpiskā izomērija

Atomu rotācija ap dubultsaiti nav iespējama, to nesalaužot. Tas ir saistīts ar p-saites strukturālajām iezīmēm (p-elektronu mākonis ir koncentrēts virs un zem molekulas plaknes). Sakarā ar stingru atomu piesaisti rotācijas izomērija attiecībā pret dubultsaiti neparādās. Bet tas kļūst iespējams cis-transs- izomerisms.

Alēni, kuriem ir dažādi aizvietotāji uz katra no diviem oglekļa atomiem dubultsaitē, var pastāvēt kā divi telpiski izomēri, kas atšķiras pēc aizvietotāju izvietojuma attiecībā pret p-saites plakni. Tātad, butēna-2 molekulā CH 3 - CH \u003d CH - CH 3 CH 3 grupas var atrasties vienā dubultsaites pusē cis-izomērs vai pretējās pusēs iekšā transs-izomērs.

UZMANĪBU! cis-trans- Izomērija neparādās, ja vismaz vienam no C atomiem dubultsaitē ir 2 identiski aizvietotāji.

Piemēram,

butēns-1 CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH 3 nav cis- un transs-izomēri, jo Pirmais C atoms ir saistīts ar diviem identiskiem H atomiem.

Izomēri cis- un transs- atšķiras ne tikai fiziskā ziņā

,

bet arī ķīmiskās īpašības, tk. molekulas daļu tuvošanās vai atdalīšana viena no otras telpā veicina vai kavē ķīmisko mijiedarbību.

Dažkārt cis-trans izomerismu precīzi nesauc ģeometriskā izomērija. Neprecizitāte ir tāda visi telpiskie izomēri atšķiras pēc savas ģeometrijas, un ne tikai cis- un transs-.

5. Nomenklatūra

Vienkāršos alkēnus bieži nosauc, aizstājot piedēkli -an alkānos ar -ilēns: etāns - etilēns, propāns - propilēns utt.

Autors sistemātiskā nomenklatūra etilēna ogļūdeņražu nosaukumus iegūst, aizstājot sufiksu -an attiecīgajos alkānos ar sufiksu -ēns (alkāns - alkēns, etāns - etēns, propāns - propēns utt.). Galvenās ķēdes izvēle un nosaukuma secība ir tāda pati kā alkāniem. Tomēr ķēdē obligāti jāietver dubultā saite. Ķēdes numerācija sākas no gala, kuram šis savienojums ir tuvāks. Piemēram:

Nepiesātinātos (alkēnu) radikāļus sauc par triviāliem nosaukumiem vai saskaņā ar sistemātisku nomenklatūru:

(H 2 C \u003d CH-) vinils vai etenils

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

Turpinājums. Sākumam sk № 15, 16, 17, 18, 19/2004

9. nodarbība
Alkēnu ķīmiskās īpašības

Alkēnu (etilēna un tā homologu) ķīmiskās īpašības lielā mērā nosaka d ... saišu klātbūtne to molekulās. Alkēni iesaistās visu trīs veidu reakcijās, un raksturīgākās no tām ir reakcijas p .... Apsveriet tos, kā piemēru izmantojot propilēnu C 3 H 6.
Visas pievienošanas reakcijas notiek caur dubultsaiti un sastāv no alkēna α-saites sadalīšanas un divu jaunu α-saišu veidošanās pārrāvuma vietā.

Halogēnu pievienošana:

Ūdeņraža pievienošana(hidrogenēšanas reakcija):

Ūdens pieslēgums(hidratācijas reakcija):

Ūdeņraža halogenīdu (HHal) un ūdens pievienošana uz nesimetriskiem alkēniem saskaņā ar V.V.Markovņikova likumu (1869). Ūdeņražskābe Hhal pie dubultās saites pievienojas visvairāk hidrogenētajam oglekļa atomam. Attiecīgi Hal atlikums saistās ar C atomu, kurā ir mazāks ūdeņraža atomu skaits.

Alkēnu sadegšana gaisā.
Aizdedzinot alkēni sadeg gaisā:

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

Gāzveida alkēni veido sprādzienbīstamus maisījumus ar atmosfēras skābekli.
Alkēnus oksidē kālija permanganāts ūdens vidē, ko pavada KMnO 4 šķīduma krāsas maiņa un glikolu (savienojumu ar divām hidroksilgrupām blakus esošajos C atomos) veidošanās. Šis process - alkēnu hidroksilēšana:

Alkēnus oksidē atmosfēras skābeklis līdz epoksīdiem. karsējot sudraba katalizatoru klātbūtnē:

Alkēnu polimerizācija- daudzu alkēna molekulu saistīšanās viena ar otru. Reakcijas apstākļi: karsēšana, katalizatoru klātbūtne. Molekulu savienošana notiek, sadalot intramolekulāras saites un veidojot jaunas starpmolekulāras saites:

Šajā reakcijā vērtību diapazons n = 10 3 –10 4 .

Vingrinājumi.

1. Uzrakstiet butēna-1 reakcijas vienādojumus ar: a) Br2; b) HBr; v) H2O; G) H2. Nosauciet reakcijas produktus.

2. Ir zināmi apstākļi, kādos ūdens un ūdeņraža halogenīdu pievienošana alkēnu dubultsaitei notiek pret Markovņikova likumu. Uzrakstiet reakciju vienādojumus
3-brompropilēns saskaņā ar anti-Markovņikovu ar: a) ūdeni; b) ūdeņraža bromīds.

3. Uzrakstiet polimerizācijas reakciju vienādojumus: a) butēns-1; b) vinilhlorīds CH2=CHCl;
c) 1,2-difluoretilēns.

4. Izveidojiet vienādojumus etilēna reakcijām ar skābekli šādiem procesiem: a) sadegšana gaisā; b) hidroksilēšana ar ūdeni KMnO4; c) epoksidēšana (250 °C, Ag ).

5. Uzrakstiet alkēna strukturālo formulu, zinot, ka 0,21 g šī savienojuma var pievienot 0,8 g broma.

6. Dedzinot 1 litru gāzveida ogļūdeņraža, kas atkrāso aveņu kālija permanganāta šķīdumu, tiek patērēti 4,5 litri skābekļa un iegūti 3 litri. CO2. Uzrakstiet šī ogļūdeņraža strukturālo formulu.

10. nodarbība
Alkēnu iegūšana un izmantošana

Reakcijas alkēnu iegūšanai tiek reducētas līdz reprezentatīvo reakciju apvērsumam Ķīmiskās īpašības alkēni (plūstot tos no labās puses uz kreiso, skat. 9. nodarbību). Jums tikai jāatrod piemēroti apstākļi.
Divu halogēna atomu eliminācija no dihaloalkāniem satur halogēnus blakus esošajos C atomos. Reakcija notiek metālu (Zn uc) iedarbībā:

Piesātināto ogļūdeņražu krekinga. Tātad etāna krekinga laikā (sk. 7. nodarbību) veidojas etilēna un ūdeņraža maisījums:

Alkoholu dehidratācija. Apstrādājot spirtus ar ūdeni atdalošiem līdzekļiem (koncentrētu sērskābi) vai karsējot līdz 350 ° C katalizatoru klātbūtnē, ūdens tiek atdalīts un veidojas alkēni:

Tādā veidā laboratorijā tiek iegūts etilēns.
Rūpnieciska metode propilēna iegūšanai kopā ar krekinga procesu ir propanola dehidratācija virs alumīnija oksīda:

Hloralkānu dehidrohlorēšanu veic spirta sārma šķīduma iedarbībā, jo Ūdenī reakcijas produkti nav alkēni, bet gan spirti.

Etilēna un tā homologu izmantošana pamatojoties uz to ķīmiskajām īpašībām, t.i., spēju pārvērsties dažādās derīgās vielās.

Motoru degvielas, ar augstu oktānskaitli, iegūst, hidrogenējot sazarotus alkēnus:

Dzeltena broma šķīduma krāsa inertā šķīdinātājā (CCl 4) notiek, kad tam pievieno pilienu alkēna vai šķīdumam izlaiž gāzveida alkēnu. Mijiedarbība ar bromu - raksturīga kvalitatīva reakcija uz dubultsaiti:

Tiek izmantots etilēna hidrohlorēšanas produkts hloretāns ķīmiskā sintēze lai molekulā ievadītu C 2 H 5 grupu:

Hloretānam ir arī lokāls anestēzijas (sāpes mazinošs) efekts, ko izmanto ķirurģiskās operācijās.

Spirtus iegūst, hidratējot alkēnus, piemēram, etanols:

Spirtu C 2 H 5 OH izmanto kā šķīdinātāju, dezinfekcijai, jaunu vielu sintēzē.

Etilēna hidratācija oksidētāja [O] klātbūtnē noved pie etilēnglikola - antifrīzs un ķīmiskās sintēzes starpprodukts:

Etilēns tiek oksidēts, lai iegūtu etilēnoksīdu un acetaldehīdu. izejvielas ķīmiskajā rūpniecībā:

Polimēri un plastmasa- alkēnu polimerizācijas produkti, piemēram, politetrafluoretilēns (teflons):

Vingrinājumi.

1. Aizpildiet eliminācijas (šķelšanās) reakciju vienādojumus, nosauciet iegūtos alkēnus:

2. Izveidojiet vienādojumus hidrogenēšanas reakcijām: a) 3,3-dimetilbutēns-1;
b) 2,3,3-trimetilbutēns-1. Šīs reakcijas rada alkānus, ko izmanto kā motordegvielu, piešķiriet tiem nosaukumus.

3. Caur cauruli, kas pildīta ar sakarsētu alumīnija oksīdu, tika izlaisti 100 g etilspirta. C 2 H 5 OH. Tā rezultātā iegūti 33,6 litri ogļūdeņraža (n.o.s.). Cik daudz alkohola (%) reaģēja?

4. Cik gramu broma reaģēs ar 2,8 litriem (n.o.s.) etilēna?

5. Uzrakstiet trifluorhloretilēna polimerizācijas vienādojumu. (Iegūtā plastmasa ir izturīga pret karstu sērskābi, metālisku nātriju utt.)

Atbildes uz uzdevumiem 1. tēmai

9. nodarbība

5. Alkēna C reakcija n H2 n ar bromu iekšā vispārējs skats:

Molārā masa alkēns M(AR n H2 n) = 0,21 160/0,8 = 42 g/mol.
Tas ir propilēns.
Atbilde. Alkēna formula ir CH 2 \u003d CHCH 3 (propilēns).

6. Tā kā visas reakcijā iesaistītās vielas ir gāzes, stehiometriskie koeficienti reakcijas vienādojumā ir proporcionāli to tilpuma attiecībām. Uzrakstīsim reakcijas vienādojumu:

AR a H v+ 4,5O 2 3CO 2 + 3H 2 O.

Ūdens molekulu skaitu nosaka reakcijas vienādojums: 4,5 2 = 9 O atomi reaģēja, 6 O atomi ir saistīti ar CO 2, atlikušie 3 O atomi ir daļa no trim H 2 O molekulām.Tāpēc indeksi ir vienādi: a = 3, v\u003d 6. Vēlamais ogļūdeņradis ir propilēns C 3 H 6.
Atbilde. Propilēna strukturālā formula ir CH 2 = CHCH 3.

10. nodarbība

1. Eliminācijas (šķelšanās) reakcijas vienādojumi - alkēnu sintēze:

2. Alkēnu hidrogenēšanas reakcijas, karsējot zem spiediena katalizatora klātbūtnē:

3. Etilspirta dehidratācijas reakcijai ir šāda forma:

Šeit cauri X norādīta spirta masa, kas pārvērsta etilēnā.
Atradīsim vērtību X: X\u003d 46 33,6 / 22,4 \u003d 69 g.
Reaģējušā spirta īpatsvars bija: 69/100 = 0,69 jeb 69%.
Atbilde. 69% alkohola reaģēja.

4.

Tā kā stehiometriskie koeficienti reaģentu (C 2 H 4 un Br 2) formulu priekšā ir vienādi ar vienu, tad sakarība ir spēkā:
2,8/22,4 = X/160. No šejienes X= 20 g Br2.
Atbilde. 20 g Br 2 .

Tie, kas satur pi saiti, ir nepiesātināti ogļūdeņraži. Tie ir alkānu atvasinājumi, kuru molekulās ir atdalīti divi ūdeņraža atomi. Rezultātā veidojas brīvās valences jauns veids saite, kas ir perpendikulāra molekulas plaknei. Tā rodas jauna savienojumu grupa – alkēni. Šajā rakstā mēs aplūkosim šīs klases vielu fizikālās īpašības, sagatavošanu un izmantošanu ikdienas dzīvē un rūpniecībā.

Homologa etilēna sērija

Vispārīgā formula visiem savienojumiem, ko sauc par alkēniem, atspoguļojot to kvalitatīvo un kvantitatīvo sastāvu, ir C n H 2 n. Ogļūdeņražu nosaukumi pēc sistemātiskās nomenklatūras ir šādi: atbilstošā alkāna terminā piedēklis mainās no -an uz -ēnu, piemēram: etāns - etēns, propāns - propēns utt. Dažos avotos varat atrodiet citu nosaukumu šīs klases savienojumiem - olefīniem. Tālāk mēs pētīsim dubultsaišu veidošanās procesu un alkēnu fizikālās īpašības, kā arī noteiksim to atkarību no molekulas struktūras.

Kā veidojas dubultsaite?

Pi saites elektronisko raksturu, izmantojot etilēna piemēru, var attēlot šādi: oglekļa atomi tās molekulā ir sp 2 hibridizācijas formā. Šajā gadījumā veidojas sigma saite. Vēl divas hibrīdas orbitāles, katra no oglekļa atomiem, veido vienkāršas sigma saites ar ūdeņraža atomiem. Divi atlikušie brīvie oglekļa atomu hibrīdmākoņi pārklājas virs un zem molekulas plaknes – veidojas pi saite. Tā ir viņa, kas nosaka alkēnu fizikālās un ķīmiskās īpašības, kas tiks apspriestas vēlāk.

Telpiskā izomērija

Savienojumus, kuriem ir vienāds molekulu kvantitatīvais un kvalitatīvais sastāvs, bet atšķirīga telpiskā struktūra, sauc par izomēriem. Izomerisms rodas vielu grupā, ko sauc par organisko. Olefīnu raksturošanai liela ietekme uzrāda optisko izomēriju. Tas izpaužas kā fakts, ka etilēna homologi, kas satur dažādus radikāļus vai aizvietotājus katrā no diviem oglekļa atomiem dubultsaitē, var rasties divu optisko izomēru veidā. Tie atšķiras viens no otra ar aizvietotāju novietojumu telpā attiecībā pret dubultās saites plakni. Arī alkēnu fizikālās īpašības šajā gadījumā būs atšķirīgas. Piemēram, tas attiecas uz vielu viršanas un kušanas temperatūru. Tādējādi taisnās ķēdes olefīniem ir augstāka viršanas temperatūra nekā izomēru savienojumiem. Arī alkēnu cis izomēru viršanas temperatūra ir augstāka nekā trans izomēru viršanas temperatūra. Attiecībā uz kušanas temperatūru aina ir pretēja.

Etilēna un tā homologu fizikālo īpašību salīdzinošās īpašības

Pirmie trīs olefīnu pārstāvji ir gāzveida savienojumi, tad, sākot no pentēna C 5 H 10 un līdz alkēnam ar formulu C 17 H 34, tie ir šķidrumi, un pēc tam ir cietas vielas. Etēna homologi parāda šādu tendenci: savienojumu viršanas temperatūras samazinās. Piemēram, etilēnam šis rādītājs ir -169,1°C, bet propilēnam -187,6°C. Bet viršanas temperatūra palielinās, palielinoties molekulmasai. Tātad etilēnam tas ir -103,7°C, bet propēnam -47,7°C. Apkopojot teikto, varam secināt, ka alkēnu fizikālās īpašības ir atkarīgas no to molekulmasas. Palielinoties, tas mainās agregācijas stāvoklis savienojumi virzienā: gāze - šķidrums - ciets, un kušanas temperatūra samazinās, un viršanas temperatūra palielinās.

Etēna īpašības

Pirmais homologās alkēnu sērijas pārstāvis ir etilēns. Tā ir bezkrāsaina gāze, nedaudz šķīst ūdenī, bet labi šķīst organiskajos šķīdinātājos. Molekulmasa - 28, etēns ir nedaudz vieglāks par gaisu, ar smalku saldu smaržu. Tas viegli reaģē ar halogēniem, ūdeņradi un ūdeņraža halogenīdiem. Tomēr alkēnu un parafīnu fizikālās īpašības ir diezgan tuvas. Piemēram, agregācijas stāvoklis, metāna un etilēna spēja stipri oksidēties utt. Kā var atšķirt alkēnus? Kā atklāt olefīna nepiesātināto raksturu? Šim nolūkam ir kvalitatīvas reakcijas, pie kurām mēs pakavēsimies sīkāk. Atgādiniet, kāda iezīme molekulas struktūrā ir alkēniem. Šo vielu fizikālās un ķīmiskās īpašības nosaka dubultsaites klātbūtne to sastāvā. Lai pierādītu tā klātbūtni, gāzveida ogļūdeņradis tiek izvadīts caur purpursarkanu kālija permanganāta vai broma ūdens šķīdumu. Ja tie ir mainījuši krāsu, tad savienojums satur pi saites molekulu sastāvā. Etilēns iesaistās oksidācijas reakcijā un atkrāso KMnO 4 un Br 2 šķīdumus.

Pievienošanās reakciju mehānisms

Divkāršās saites pārraušana beidzas ar citu atomu pievienošanu brīvajām oglekļa valencēm. ķīmiskie elementi. Piemēram, etilēna reakcija ar ūdeņradi, ko sauc par hidrogenēšanu, rada etānu. Nepieciešams katalizators, piemēram, pulverveida niķelis, pallādijs vai platīns. Reakcija ar HCl beidzas ar hloretāna veidošanos. Alkēni, kuru molekulās ir vairāk nekā divi oglekļa atomi, tiek pakļauti ūdeņraža halogenīdu pievienošanas reakcijai, ņemot vērā V. Markovņikova likumu.

Kā etēna homologi mijiedarbojas ar ūdeņraža halogenīdiem

Ja mēs saskaramies ar uzdevumu "Raksturot alkēnu fizikālās īpašības un to sagatavošanu", mums sīkāk jāapsver V. Markovņikova noteikums. Praksē ir konstatēts, ka etilēna homologi reaģē ar hlorūdeņradi un citiem savienojumiem dubultsaites pārrāvuma vietā, pakļaujoties noteiktam modelim. Tas sastāv no tā, ka ūdeņraža atoms ir piesaistīts visvairāk hidrogenētajam oglekļa atomam, bet hlora, broma vai joda jons ir saistīts ar oglekļa atomu, kurā ir vismazākais ūdeņraža atomu skaits. Šo pievienošanas reakciju norises pazīmi sauc par V. Markovņikova likumu.

Hidratēšana un polimerizācija

Turpināsim apsvērt alkēnu fizikālās īpašības un pielietojumu, izmantojot pirmā homologās sērijas pārstāvja - etēna piemēru. Tā reakcija ar ūdeni tiek izmantota organiskās sintēzes rūpniecībā, un tai ir svarīga nozīme praktiskā vērtība. Pirmo reizi procesu 19. gadsimtā veica A.M. Butlerovs. Reakcijai ir jāizpilda vairāki nosacījumi. Tas, pirmkārt, ir koncentrētas sērskābes vai oleuma izmantošana kā etēna katalizators un šķīdinātājs ar spiedienu aptuveni 10 atm un temperatūru 70 ° robežās. Hidratācijas process notiek divās fāzēs. Sākumā etēnam pi saites pārrāvuma vietā pievieno sulfātu molekulas un veidojas etilsērskābe. Tad iegūtā viela reaģē ar ūdeni, iegūst etilspirtu. Etanols ir svarīgs produkts, ko izmanto Pārtikas rūpniecība plastmasas, sintētisko kaučuku, laku un citu izstrādājumu ražošanai organiskā ķīmija.

Olefīna bāzes polimēri

Turpinot pētīt jautājumu par alkēnu klasei piederošu vielu izmantošanu, pētīsim to polimerizācijas procesu, kurā savienojumi satur nepiesātinātos. ķīmiskās saites savās molekulās. Ir zināmi vairāki polimerizācijas reakciju veidi, saskaņā ar kuriem veidojas lielmolekulārie produkti - polimēri, piemēram, polietilēns, polipropilēns, polistirols uc Brīvo radikāļu mehānisms noved pie augstspiediena polietilēna ražošanas. Tas ir viens no rūpniecībā visplašāk izmantotajiem savienojumiem. Katjonu-jonu tips nodrošina polimēru ar stereoregulāru struktūru, piemēram, polistirolu. Tas tiek uzskatīts par vienu no drošākajiem un ērtākajiem lietošanai polimēriem. Izstrādājumi no polistirola ir izturīgi pret agresīvām vielām: skābēm un sārmiem, nedegoši, viegli krāsojami. Cits polimerizācijas mehānisma veids ir dimerizācija, kuras rezultātā tiek ražots izobutēns, ko izmanto kā benzīna pretdetonācijas piedevu.

Kā nokļūt

Alkēni, kuru fizikālās īpašības mēs pētām, tiek iegūti laboratorijas apstākļi un rūpniecība dažādos veidos. Eksperimentos iekšā skolas kurss Organiskajā ķīmijā tiek izmantots etilspirta dehidratācijas process ar dehidratējošu līdzekļu, piemēram, fosfora pentoksīda vai sulfātskābes, palīdzību. Reakcija tiek veikta karsējot, un tā ir pretēja etanola iegūšanas procesam. Vēl viena izplatīta metode alkēnu iegūšanai ir atradusi savu pielietojumu rūpniecībā, proti: piesātināto ogļūdeņražu halogēna atvasinājumus, piemēram, hlorpropānu, karsējot ar koncentrētiem spirta sārmu šķīdumiem - nātrija vai kālija hidroksīdu. Reakcijā tiek atdalīta ūdeņraža hlorīda molekula, vietā, kur rodas oglekļa atomu brīvās valences, veidojas dubultsaite. gala produkts ķīmiskais process būs olefīns - propēns. Turpinot apsvērt alkēnu fizikālās īpašības, pakavēsimies pie galvenā olefīnu iegūšanas procesa - pirolīzes.

Etilēna sērijas nepiesātināto ogļūdeņražu rūpnieciskā ražošana

Lētas izejvielas - gāzes, kas veidojas naftas plaisāšanas procesā, kalpo kā olefīnu avots ķīmiskajā rūpniecībā. Lai to izdarītu, izmantojiet pirolīzes tehnoloģisko shēmu - gāzu maisījuma sadalīšanu, kas notiek ar oglekļa saišu pārrāvumu un etilēna, propēna un citu alkēnu veidošanos. Pirolīzi veic īpašās krāsnīs, kas sastāv no atsevišķām pirospirālēm. Tie rada 750-1150°C temperatūru un kā šķīdinātāju ir ūdens tvaiki. Reakcijas notiek ar ķēdes mehānismu, kas notiek, veidojot starpposma radikāļus. Galaprodukts ir etilēns vai propēns, un tos ražo lielos apjomos.

Mēs detalizēti pētījām fizikālās īpašības, kā arī pielietojumu un metodes alkēnu iegūšanai.

NETILĒNA SĒRIJAS NEPIESTINĀTIE VAI NEPIESTINĀTI OGĻŪDEŅRAŽI (ALKĒNI VAI OLEFĪNI)

Alkēni, vai olefīni(no lat. olefiant - eļļa - sens nosaukums, bet plaši izmantots ķīmijas literatūrā. Šī nosaukuma iemesls bija etilēnhlorīds, kas iegūts 18. gadsimtā, ir šķidra eļļaina viela.) - alifātiskie nepiesātinātie ogļūdeņraži, kuru molekulās starp oglekļa atomiem ir viena dubultsaite.

Alkēni veido homologu sēriju ar vispārīgo formulu CnH2n

1. Alkēnu homologās sērijas

Homologi:

ARH2 = CH2 etēns

ARH2 = CH- CH3 propēns

ARH2=CH-CH2-CH3butēns-1

ARH2=CH-CH2-CH2-CH3 pentēns-1

2. Fizikālās īpašības

Etilēns (etēns) ir bezkrāsaina gāze ar ļoti vāju saldu smaržu, nedaudz vieglāka par gaisu, nedaudz šķīst ūdenī.

C2 - C4 (gāzes)

C5–C17 (šķidrie)

С18 — (cieta)

Alkēni nešķīst ūdenī, šķīst organiskajos šķīdinātājos (benzīnā, benzolā utt.)

Vieglāks par ūdeni

Palielinoties Mr, palielinās kušanas un viršanas temperatūra

3. Vienkāršākais alkēns ir etilēns - C2H4

Etilēna strukturālās un elektroniskās formulas ir:

Etilēna molekulā viens s- un divi lpp-C atomu orbitāles ( sp 2-hibridizācija).

Tādējādi katram C atomam ir trīs hibrīda orbitāles un viena nehibrīda orbitāle. lpp- orbitāles. Divas no C atomu hibrīdajām orbitālēm savstarpēji pārklājas un veidojas starp C atomiem

σ - savienojums. Atlikušās četras C atomu hibrīdās orbitāles pārklājas vienā plaknē ar četrām s-H atomu orbitāles un arī veido četras σ-saites. Divi nehibrīdi lpp-C atomu orbitāles savstarpēji pārklājas plaknē, kas ir perpendikulāra plaknei σ - saite, t.i. veidojas viens P- savienojums.

Pēc savas dabas P- savienojums krasi atšķiras no σ - savienojums; P- saite ir mazāk spēcīga elektronu mākoņu pārklāšanās dēļ ārpus molekulas plaknes. Reaģentu ietekmē P- savienojums viegli pārtrūkst.

Etilēna molekula ir simetriska; visu atomu kodoli atrodas vienā plaknē un saites leņķi ir tuvu 120°; attālums starp C atomu centriem ir 0,134 nm.

Ja atomi ir savienoti ar dubultsaiti, tad to rotācija nav iespējama bez elektronu mākoņiem P- savienojums nav atvērts.

4. Alkēnu izomērija

Kopā ar oglekļa skeleta strukturālā izomērija alkēnus raksturo, pirmkārt, citi strukturālās izomērijas veidi - vairāku saišu pozīcijas izomērija un starpklases izomerisms.

Otrkārt, alkēnu sērijā telpiskā izomērija , kas saistīts ar aizvietotāju atšķirīgo pozīciju attiecībā pret dubultsaiti, ap kuru nav iespējama intramolekulāra rotācija.

Alkēnu strukturālā izomērija

1. Oglekļa karkasa izomerisms (sākot ar C4H8):

2. Divkāršās saites pozīcijas izomērisms (sākot no С4Н8):

3. Starpklases izomērija ar cikloalkāniem, sākot ar C3H6:

Alkēnu telpiskā izomērija

Atomu rotācija ap dubultsaiti nav iespējama, to nesalaužot. Tas ir saistīts ar p-saites strukturālajām iezīmēm (p-elektronu mākonis ir koncentrēts virs un zem molekulas plaknes). Sakarā ar stingru atomu piesaisti rotācijas izomērija attiecībā pret dubultsaiti neparādās. Bet tas kļūst iespējams cis-transs- izomerisms.

Alēni, kuriem ir dažādi aizvietotāji uz katra no diviem oglekļa atomiem dubultsaitē, var pastāvēt kā divi telpiski izomēri, kas atšķiras pēc aizvietotāju izvietojuma attiecībā pret p-saites plakni. Tātad, butēna-2 molekulā CH3-CH=CH-CH3 CH3 grupas var atrasties vienā dubultsaites pusē cis-izomērs vai pretējās pusēs iekšā transs-izomērs.

UZMANĪBU! cis-trans- Izomērija neparādās, ja vismaz vienam no C atomiem dubultsaitē ir 2 identiski aizvietotāji.

Piemēram,

butēns-1 CH2=CH-CH2-CH3 nav cis- un transs-izomēri, jo Pirmais C atoms ir saistīts ar diviem identiskiem H atomiem.

Izomēri cis- un transs- atšķiras ne tikai fiziskā ziņā

,

bet arī ķīmiskās īpašības, tk. molekulas daļu tuvošanās vai atdalīšana viena no otras telpā veicina vai kavē ķīmisko mijiedarbību.

Dažkārt cis-trans izomerismu precīzi nesauc ģeometriskā izomērija. Neprecizitāte ir tāda visi telpiskie izomēri atšķiras pēc savas ģeometrijas, un ne tikai cis- un transs-.

5. Nomenklatūra

Vienkāršos alkēnus bieži nosauc, aizstājot piedēkli -an alkānos ar -ilēns: etāns - etilēns, propāns - propilēns utt.

Saskaņā ar sistemātisko nomenklatūru etilēna ogļūdeņražu nosaukumus iegūst, aizstājot sufiksu -an atbilstošajos alkānos ar sufiksu -ēns (alkāns - alkēns, etāns - etēns, propāns - propēns u.c.). Galvenās ķēdes izvēle un nosaukuma secība ir tāda pati kā alkāniem. Tomēr ķēdē obligāti jāietver dubultā saite. Ķēdes numerācija sākas no gala, kuram šis savienojums ir tuvāks. Piemēram:

Nepiesātinātos (alkēnu) radikāļus sauc par triviāliem nosaukumiem vai saskaņā ar sistemātisku nomenklatūru:

(H2C=CH-)vinils vai etenils

(Н2С=CH—CH2) alilgrupa

Alkēni ir ķīmiski aktīvi. To ķīmiskās īpašības lielā mērā nosaka dubultsaites klātbūtne. Alkāniem raksturīgākās ir elektrofīlās pievienošanās reakcijas un radikāļu pievienošanas reakcijas. Nukleofīlajām pievienošanas reakcijām parasti ir nepieciešams spēcīgs nukleofils, un tās nav raksturīgas alkēniem. Alkēni viegli nonāk oksidācijas, pievienošanas reakcijās, kā arī spēj aizvietot alilradikālus.

Papildinājuma reakcijas

Hidrogenēšana Ūdeņraža pievienošana (hidrogenēšanas reakcija) alkēniem tiek veikta katalizatoru klātbūtnē. Visbiežāk tiek izmantoti smalcināti metāli - platīns, niķelis, pallādijs uc Rezultātā veidojas attiecīgie alkāni (piesātinātie ogļūdeņraži).

$CH_2=CH_2 + H2 → CH_3–CH_3$

halogēnu pievienošana. Alkēni normālos apstākļos viegli reaģē ar hloru un bromu, veidojot atbilstošus dihalogēnalkānus, kuros halogēna atomi atrodas blakus esošajos oglekļa atomos.

1. piezīme

Kad alkēni mijiedarbojas ar bromu, broma dzeltenbrūnā krāsa mainās. Šī ir viena no vecākajām un vienkāršākajām nepiesātināto ogļūdeņražu kvalitatīvajām reakcijām, jo ​​arī alkīni un alkadiēni reaģē līdzīgi.

$CH_2=CH_2 + Br_2 → CH_2Br–CH_2Br$

ūdeņraža halogenīdu pievienošana. Etilēna ogļūdeņražiem reaģējot ar ūdeņraža halogenīdiem ($HCl$, $HBr$), veidojas halogenalkāni, reakcijas virziens ir atkarīgs no alkēnu struktūras.

Etilēna vai simetrisku alkēnu gadījumā pievienošanas reakcija notiek nepārprotami un noved pie tikai viena produkta veidošanās:

$CH_2=CH_2 + HBr → CH_3–CH_2Br$

Nesimetrisku alkēnu gadījumā ir iespējama divu dažādu pievienošanās reakcijas produktu veidošanās:

2. piezīme

Faktiski pamatā veidojas tikai viens reakcijas produkts. Šādu reakciju virziena regularitāti noteica krievu ķīmiķis V.V. Markovņikovs 1869. gadā To sauc par Markovņikova valdīšanu. Ūdeņraža halogenīdu mijiedarbībā ar nesimetriskiem alkēniem ūdeņraža atoms savienojas vietā, kur tiek pārrauta dubultsaite visvairāk hidrogenētajā oglekļa atomā, tas ir, pirms tā ir savienota ar lielu skaitu ūdeņraža atomu.

Markovņikovs formulēja šo noteikumu, pamatojoties uz eksperimentāliem datiem, un tikai daudz vēlāk tas saņēma teorētisku pamatojumu. Apsveriet propilēna reakciju ar hlorūdeņradi.

Viena no $p$ saites iezīmēm ir tās spēja viegli polarizēt. Metilgrupas (pozitīvs induktīvā efekts + $I$) ietekmē propēna molekulā $p$ saites elektronu blīvums tiek nobīdīts uz vienu no oglekļa atomiem (= $CH_2$). Rezultātā uz tā parādās daļējs negatīvs lādiņš ($\delta -$). Uz otra dubultsaites oglekļa atoma rodas daļējs pozitīvs lādiņš ($\delta +$).

Šis elektronu blīvuma sadalījums propilēna molekulā nosaka turpmākā protona uzbrukuma vietu. Šis ir metilēngrupas oglekļa atoms (= $CH_2$), kam ir daļējs negatīvs lādiņš $\delta-$. Un hlors attiecīgi uzbrūk oglekļa atomam ar daļēju pozitīvs lādiņš$\delta+$.

Tā rezultātā galvenais propilēna reakcijas produkts ar hlorūdeņradi ir 2-hlorpropāns.

Hidratācija

Alkēnu hidratācija notiek minerālskābju klātbūtnē un atbilst Markovņikova likumam. Reakcijas produkti ir spirti

$CH_2=CH_2 + H_2O → CH_3–CH_2–OH$

Alkilēšana

Alkānu pievienošana alkēniem skābes katalizatora ($HF$ vai $H_2SO_4$) klātbūtnē plkst. zemas temperatūras izraisa ogļūdeņražu veidošanos ar lielāku molekulmasu, un to bieži izmanto rūpniecībā, lai ražotu motordegvielu

$R–CH_2=CH_2 + R’–H → R–CH_2–CH_2–R’$

Oksidācijas reakcijas

Alkēnu oksidēšanās var notikt atkarībā no oksidējošo reaģentu apstākļiem un veidiem, gan pārraujot dubulto saiti, gan saglabājot oglekļa karkasu:

polimerizācijas reakcijas

Alkēnu molekulas noteiktos apstākļos spēj pievienoties viena otrai ar $\pi$-saišu atvēršanos un dimēru, trimeru vai lielmolekulāru savienojumu - polimēru veidošanos. Alkēnu polimerizācija var notikt gan ar brīvo radikāļu, gan katjonu-anjonu mehānismiem. Kā polimerizācijas iniciatori tiek izmantotas skābes, peroksīdi, metāli uc Polimerizācijas reakcija notiek arī temperatūras, apstarošanas un spiediena ietekmē. Tipisks piemērs ir etilēna polimerizācija, veidojot polietilēnu

$nCH_2=CH_2 → (–CH_2–CH_(2^–))_n$

Aizvietošanas reakcijas

Alkēnu aizstāšanas reakcijas nav raksturīgas. Tomēr augstā temperatūrā (virs 400 °C) tiek nomāktas radikāļu pievienošanās reakcijas, kas ir atgriezeniskas. Šajā gadījumā kļūst iespējams veikt ūdeņraža atoma aizstāšanu alila pozīcijā, vienlaikus saglabājot dubultsaiti

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