Этиленовые углеводороды (алкены)

Углеводороды, содержащие в углеродной цепи одну двойную связь, называют алкенами или олефинами. Общая формула гомологического ряда алкенов С_n H_2n.

Номенклатура и изомерия алкенов

Названия этиленовых углеводородов образуются от названий соответствующих предельных углеводородов заменой окончания – ан на – ен .

Как и для насыщенных углеводородов, для алкенов характерна изомерияскелета, наряду с ней появляется изомерия положения двойной связи. В этом случае при составлении названия соединения за основу берется название насыщенного углеводорода и указывается наименьший номер атома углерода, при котором находится двойная связь:

_{1 2 3 4 5 1 2 3 4 5}

СН₃− СН=СН− СН₂− СН₃ СН₂=СН− СН₂− СН₂− СН₃

пентен-2 пентен-1

В связи с отсутствием вращения вокруг двойной связи в алкенах появляется еще один вид изомерии - геометрическая изомерия .Этот вид изомерии характерен для алкенов, в молекулах которых с каждым из углеродных атомов, образующих двойную связь, связаны два разных заместителя.

Различают цис- и транс- изомеры. В цис-изомере заместители располагаются по одну сторону плоскости двойной связи. В транс-изомере − по разные стороны (cis − (лат.) по эту сторону; trans − по ту сторону, через):

 

H H H₃C H

C = C C = C

H₃C Cl H Cl

цис-1-хлорпропен-1 транс-1-хлорпропен-1

 

Способы получения алкенов

В природе алкены встречаются редко. Основные методы получения – синтетические. Как правило, образование двойной связи происходит в результате реакций элиминирования – отщепления атомов или групп от двух соседних атомов углерода в насыщенной углеродной цепи. Отщепление фрагментов типа НХ происходит по правилу Зайцева: водород отщепляется от атома углерода, связанного с наименьшим количеством атомов водорода. Наиболее распространенными способами получения алкенов являются

1. Дегидрирование алканов:

Cr₂O₃, t

С_n H_2n+2 C_n H_2n + H₂

2. Дегалогенирование дигалогенопроизводных:

 

R− CH(Hal)− CH₂− Hal + Zn R− CH=CH₂ + ZnHal₂

3. Дегидрогалогенирование галогенопроизводных:

спирт

R− CH₂− CH₂− Hal + KOH R− CH=CH₂ + KHal + H₂O

4. Дегидратация спиртов:

t, H₂SO₄(к)

R− CH₂− CH₂− OH R− CH=CH₂ + H₂O

 

Химические свойства алкенов

В противоположность алканам алкены – очень реакционноспособные вещества. Х имические свойства алкенов связаны прежде всего с реакционной способностью двойной связи. Характерная особенность двойной связи – концентрация электронной плотности над- и под плоскостью расположения σ -связей (рис. 3). Распределение электронной плотности неравномерно, поэтому алкены склонны к реакциям электрофильного присоединения по двойной связи с восстановлением термодинамически более выгодной sp³-конфигурации углеродных атомов:

| |

C = C + A — B — C — C —

ê ê

А В

Повышенная электронная плотность у атомов углерода при двойной связи притягивает соединения или частицы с дефицитом электронной плотности − электрофильные частицы.

2.3.1. Реакция галогенирования

При взаимодействии алкенов с галогенами образуются дигалогеналканы:

CH₂=CH₂ + Br₂ Br− CH₂− CH₂− Br

1, 2-дибромэтан

В этой реакции роль электрофильной частицы выполняет молекула галогена, поляризованная под воздействием повышенной электронной плотности двойной связи:

δ + δ −

Br — Br Br — Br

Далее поляризованная молекула брома ориентируется около электронной плотности p-связи положительным полюсом, образуя p- комплекс :

p- комплекс

На следующей стадии происходит разрыв связи Вr—Br и p-комплекс превращается в σ - комплекс − карбокатион:

Реакция завершается присоединением аниона брома с получением 1, 2-дибромэтана.

Аналогично бромируются и другие алкены:

СН₃− СН=СН₂ + Br₂ CH₃− CH− CH₂

ê ê

Br Br 1, 2-дибромпропан

Реакция бромирования алкенов сопровождается обесцвечиванием бромной воды и является качественной на двойную связь.

2.3.2. Реакция гидрогалогенирования

По электрофильному механизму протекает и присоединение по двойной связи галогеноводородов. Так, этилен при взаимодействии с хлороводородом превращается в хлорэтан:

CH₂=CH₂ + HCl CH₃− CH₂Cl

В случае несимметричных алкенов реакция гидрогалогенирования может протекать по двум направлениям:

CH₂Br− CH₂− CH₃

1-бромпропан

CH₂=CH− CH₃ + HBr

 

CH₃− CHBr− CH₃

2-бромпропан

В реакции в значительной степени преобладает один из двух возможных продуктов, а именно 2-бромпропан.

Присоединение по двойной связи происходит по правилу Марковникова: водород присоединяется к атому углерода, связанному с наибольшим количеством водородных атомов.

2.3.3. Реакция гидратации ( присоединение воды)

Реакция протекает в присутствии катализатора − серной кислоты. При этом в результате реакции из алкенов получают спирты. Например, из этилена реакцией гидратации получают этиловый спирт:

CH₂=CH₂ + HOH CH₃− CH₂− OH

В случае несимметричных алкенов гидратация протекает по правилу Марковникова

CH₂ = CH− CH₃ + HOH CH₃− CH− CH₃

пропен ê пропанол-2

OH

2.3.4. Реакция гидрирования

Реакция присоединения водорода по двойной связи протекает в присутствии катализатора (Ni, Pd, Pt) с образованием насыщенных соединений:

CH₂=CH₂ + H₂ CH₃− CH₃

этен этан

2.3.5. Реакция полимеризации

Разновидностью реакций присоединения являются и реакции полимеризации:

n CH₂=CHR (− CH₂− CHR− )_n

Полимеризацией называется процесс, при котором небольшие молекулы реагируют друг с другом с образованием высокомолекулярного соединения. Число n называют степенью полимеризации.

Полимеризацией тетрафторэтилена получают тефлон :

n CF₂=CF₂ (− CF₂− CF₂ − ) _n

тетрафторэтилен тефлон

Поливинилхлорид получают полимеризацией хлорэтена (хлористого винила):

n CH₂=CHCl (− CH₂− CH − ) _n

^{хлорэтен} | ^{поливинилхлорид}

Сl

2.3.6. Реакции окисления алкенов

Реакции окисления также затрагивают в первую очередь двойную связь. При мягком окислении алкенов водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) образуются двухатомные спирты:

3 CH₂=CH₂ + 2 KMnO₄ + 4 H₂O 3 HOCH₂− CH₂OH + 2 MnO₂ + 2 KOH

этандиол-1, 2 (этиленгликоль)

В результате реакции фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается; эта реакция, как и реакция обесцвечивания бромной воды, является качественной на двойную связь.

Как и все другие углеводороды, алкены горят:

C_nH_2n + 3n/2 O₂ n CO₂↑ + n H₂O

Применение алкенов

Низшие алкены – важные исходные вещества для промышленного органического синтеза. Из них получают полимеры, присадки к моторному топливу, растворители и другие продукты.

 

Диены

Углеводороды, содержащие две двойные связи, называются диенами. Они имеют общую формулу С_nH_2n-2 и классифицируются по принципу взаимного расположения двойных связей:

1. Соединения с изолированными двойными связями, например

СН₂=СН− СН₂− СН=СН₂

пентадиен-1, 4

В этих соединениях двойные связи находятся достаточно далеко друг от друга и не оказывают взаимного влияния. Свойства диенов с изолированными двойными связями аналогичны свойствам алкенов:

 

СН₂=СН− СН₂− СН=СН₂ + 2 HBr СН₃− СНBr− СН₂− СНBr− СН₃

2, 4-дибромпентан

2. Соединения с кумулированными двойными связями (1, 2-диены). Такие соединения называют алленами. Простейший представитель алленов − пропандиен-1, 2: СН₂=С=СН₂. Аллены менее стабильны, чем другие представители диенов. Для них также характерны реакции присоединения по двойной связи.

3. Соединения с сопряженными двойными связями (1, 3-диены), в которых двойные связи разделены одной простой. Представители этой группы:

 

СН₂=С− СН=СН₂

СН₂=СН− СН=СН₂ ê 2-метилбутадиен-1, 3

бутадиен -1, 3 ( дивинил) СН₃ (изопрен)

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. МОДУЛЬ 3. Углеводороды нефти и газа
2. Непредельные углеводороды, образующиеся при переработке нефти
3. Углеводороды нефти, газа, твердых горючих ископаемых.