NETILENO SERIJOS NESOTINTI ARBA NESOTINTI ANGLIANDENILIAI

(ALKENAI ARBA OLEFINAI)

Alkenai, arba olefinai(iš lot. olefiant – aliejus – senas pavadinimas, bet plačiai vartojamas chemijos literatūroje. Šio pavadinimo priežastis buvo etileno chloridas, gautas XVIII amžiuje, yra skysta, riebi medžiaga.) - alifatiniai nesotieji angliavandeniliai, kurių molekulėse tarp anglies atomų yra viena dviguba jungtis.

Alkenų molekulėje yra mažiau vandenilio atomų nei atitinkamų alkanų (turinčių tą patį anglies atomų skaičių), todėl tokie angliavandeniliai vadinami neribotas arba nesočiųjų.

Alkenai sudaro homologinę seriją su bendra formule CnH2n

1. Homologinė alkenų serija

Homologai:

SUH 2 = CH 2 etenas

SUH 2 = CH- CH 3 propeno

SUH2 =CH-CH2-CH3butenas-1

SUH2 =CH-CH2-CH2-CH 3 pentenas-1

2. Fizinės savybės

Etilenas (etenas) yra bespalvės dujos, turinčios labai silpną saldų kvapą, šiek tiek lengvesnės už orą, šiek tiek tirpios vandenyje.

C 2 – C 4 (dujos)

C 5 – C 17 (skysčiai)

C 18 – (kieta)

· Alkenai netirpsta vandenyje, tirpsta organiniuose tirpikliuose (benzine, benzene ir kt.)

Lengvesnis už vandenį

Didėjant Mr, didėja lydymosi ir virimo taškai

3. Paprasčiausias alkenas yra etilenas - C2H4

Struktūrinės ir elektroninės etileno formulės yra šios:

Etileno molekulėje vyksta hibridizacija s- ir du p-C atomų orbitalės ( sp 2 -hibridizacija).

Taigi kiekvienas C atomas turi tris hibridines orbitas ir vieną nehibridinę p- orbitalės. Dvi hibridinės C atomų orbitos tarpusavyje persidengia ir susidaro tarp C atomų

σ – jungtis. Likusios keturios hibridinės C atomų orbitalės persidengia toje pačioje plokštumoje su keturiomis s-H atomų orbitalės ir taip pat sudaro keturias σ - jungtis. Du ne hibridiniai p-C atomų orbitalės tarpusavyje persidengia plokštumoje, kuri yra statmena σ ryšio plokštumai, t.y. susidaro vienas P- ryšys.

Iš prigimties P- ryšys smarkiai skiriasi nuo σ - ryšys; P- ryšys silpnesnis dėl elektronų debesų persidengimo už molekulės plokštumos ribų. Reagentų įtakoje P- ryšys lengvai nutrūksta.

Etileno molekulė yra simetriška; visų atomų branduoliai yra toje pačioje plokštumoje, o ryšio kampai yra artimi 120°; atstumas tarp C atomų centrų yra 0,134 nm.

Jei atomai yra sujungti dviguba jungtimi, tai jų sukimasis neįmanomas be elektronų debesų P- ryšys nebuvo atidarytas.

4. Alkenų izomerija

Kartu su anglies skeleto struktūrinė izomerija Alkenams, pirma, būdingi kiti struktūrinės izomerijos tipai - daugialypės jungties padėties izomerija Ir tarpklasinė izomerija.

Antra, alkenų serijoje yra erdvinė izomerija , susietas su skirtingomis pakaitų padėtimis dvigubos jungties atžvilgiu, aplink kurią neįmanomas intramolekulinis sukimasis.

Struktūrinė alkenų izomerija

1. Anglies karkaso izomerija (pradedant nuo C 4 H 8):

2. Dvigubos jungties padėties izomerija (pradedant nuo C 4 H 8):

3. Tarpklasinė izomerija su cikloalkanais, pradedant C 3 H 6:

Erdvinė alkenų izomerija

Atomų sukimasis aplink dvigubą jungtį neįmanomas jos nepažeidžiant. Taip yra dėl p-jungties struktūrinių ypatybių (p-elektronų debesis koncentruojasi aukščiau ir žemiau molekulės plokštumos). Dėl standžios atomų fiksacijos sukimosi izomerija dvigubos jungties atžvilgiu neatsiranda. Bet tampa įmanoma cis-transas- izomerija.

Alkenai, turintys skirtingus pakaitus kiekviename iš dviejų anglies atomų prie dvigubos jungties, gali egzistuoti dviejų erdvinių izomerų pavidalu, kurie skiriasi pakaitų vieta p-jungties plokštumos atžvilgiu. Taigi, buteno-2 molekulėje CH3 –CH=CH–CH3 CH3 grupės gali būti vienoje dvigubos jungties pusėje cis-izomeras arba iš priešingų pusių transas- izomeras.

DĖMESIO! cis-trans- Izomerizmas neatsiranda, jei bent vienas iš C atomų prie dvigubos jungties turi 2 identiškus pakaitus.

Pavyzdžiui,

butenas-1 CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 neturi cis- Ir transas-izomerai, nes 1-asis C atomas yra prijungtas prie dviejų identiškų H atomų.

Izomerai cis- Ir transas– skiriasi ne tik fiziškai

bet ir chemines savybes, nes molekulės dalių suartinimas ar nutolimas viena nuo kitos erdvėje skatina arba trukdo cheminei sąveikai.

Kartais cis-trans-izomerija ne visai tiksliai vadinama geometrinė izomerija. Netikslumas yra tas Visi erdviniai izomerai skiriasi savo geometrija, ir ne tik cis- Ir transas-.

5. Nomenklatūra

Paprastos sandaros alkenai dažnai įvardijami pakeičiant priesagą -anas alkanuose su -ilenas: etanas - etilenas, propanas - propilenas ir kt.

Pagal sisteminę nomenklatūrą etileno angliavandenilių pavadinimai daromi atitinkamuose alkanuose priesagą -anas pakeičiant galūne -enas (alkanas - alkenas, etanas - etenas, propanas - propenas ir kt.). Pagrindinės grandinės pasirinkimas ir pavadinimo tvarka yra tokia pati kaip alkanų. Tačiau grandinėje būtinai turi būti dviguba jungtis. Grandinės numeracija prasideda nuo galo, prie kurio ši jungtis yra arčiausiai. Pavyzdžiui:

Nesotieji (alkeniniai) radikalai vadinami trivialiais vardais arba sistemine nomenklatūra:

(H2C=CH-)vinilas arba etenilas

(H2C=CH-CH2) alilas

Alkenų fizinės savybės yra panašios į alkanų, nors jų visų lydymosi ir virimo temperatūra yra šiek tiek žemesnė nei atitinkamų alkanų. Pavyzdžiui, pentano virimo temperatūra yra 36 °C, o penteno-1 – 30 °C. Normaliomis sąlygomis alkenai C 2 - C 4 yra dujos. C 5 – C 15 yra skysčiai, pradedant nuo C 16 – kietos medžiagos. Alkenai netirpsta vandenyje, bet gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose.

Alkenai gamtoje yra reti. Kadangi alkenai yra vertingos pramoninės organinės sintezės žaliavos, buvo sukurta daug jų paruošimo būdų.

1. Pagrindinis pramoninis alkenų šaltinis yra alkanų, kurie yra naftos dalis, krekingas:

3. Laboratorinėmis sąlygomis alkenai gaunami šalinimo reakcijomis, kurių metu iš gretimų anglies atomų eliminuojami du atomai arba dvi atomų grupės ir susidaro papildoma p-jungtis. Tokios reakcijos apima šias reakcijas.

1) Alkoholiai dehidratuojami, kai jie kaitinami vandenį šalinančiomis medžiagomis, pavyzdžiui, sieros rūgštimi aukštesnėje nei 150 °C temperatūroje:

Kai H 2 O pašalinamas iš alkoholių, HBr ir HCl iš alkilhalogenidų, vandenilio atomas pirmiausia pašalinamas iš gretimų anglies atomų, kurie yra prijungti prie mažiausio vandenilio atomų skaičiaus (iš mažiausiai hidrinto anglies atomo). Šis modelis vadinamas Zaicevo taisykle.

3) Dehalogeninimas įvyksta, kai dihalogenidai, kurių gretimuose anglies atomuose yra halogeno atomai, kaitinami aktyviais metalais:

CH 2 Br - CHBr - CH 3 + Mg → CH 2 = CH-CH 3 + Mg Br 2.

Alkenų chemines savybes lemia dvigubos jungties buvimas jų molekulėse. P-jungties elektronų tankis yra gana judrus ir lengvai reaguoja su elektrofilinėmis dalelėmis. Todėl daugelis alkenų reakcijų vyksta pagal mechanizmą elektrofilinis papildymas, žymimas simboliu A E (iš anglų kalbos, add electrophilic). Elektrofilinės prisijungimo reakcijos yra joniniai procesai, vykstantys keliais etapais.

Pirmajame etape elektrofilinė dalelė (dažniausiai tai yra H + protonas) sąveikauja su dvigubos jungties p-elektronais ir sudaro p-kompleksą, kuris vėliau paverčiamas karbokacija, sudarydamas kovalentinę s-jungtį tarp elektrofilinė dalelė ir vienas iš anglies atomų:

alkeno p komplekso karbokatacija

Antrajame etape karbokationas reaguoja su X - anijonu, sudarydamas antrą s-jungtį dėl anijono elektronų poros:

Elektrofilinėse sudėjimo reakcijose vandenilio jonas prisijungia prie anglies atomo prie dvigubos jungties, kuri turi didesnį neigiamą krūvį. Krūvio pasiskirstymą lemia p-elektronų tankio poslinkis, veikiant pakaitams: .

Elektronus dovanojantys pakaitalai, turintys +I efektą, perkelia p-elektronų tankį į labiau hidrintą anglies atomą ir sukuria dalinį neigiamą krūvį. Tai paaiškina Markovnikovo valdymas: kai prie nesimetrinių alkenų pridedamos polinės molekulės, pvz., HX (X = Hal, OH, CN ir kt.), vandenilis pirmiausia prisijungia prie labiau hidrinto anglies atomo prie dvigubos jungties.

Pažvelkime į konkrečius sudėjimo reakcijų pavyzdžius.

1) Hidrohalogeninimas. Kai alkenai sąveikauja su vandenilio halogenidais (HCl, HBr), susidaro alkilhalogenidai:

CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Reakcijos produktai nustatomi pagal Markovnikovo taisyklę.

Tačiau reikia pabrėžti, kad esant bet kokiam organiniam peroksidui, polinės HX molekulės nereaguoja su alkenais pagal Markovnikovo taisyklę:

Taip yra dėl to, kad peroksido buvimas lemia radikalinį, o ne joninį reakcijos mechanizmą.

2) Drėkinimas. Alkenams reaguojant su vandeniu, dalyvaujant mineralinėms rūgštims (sieros, fosforo), susidaro alkoholiai. Mineralinės rūgštys veikia kaip katalizatoriai ir yra protonų šaltiniai. Vandens įpylimas taip pat atitinka Markovnikovo taisyklę:

CH3-CH=CH2 + HOH® CH3-CH(OH)-CH3.

3) Halogeninimas. Alkenai keičia bromo vandens spalvą:

CH2 = CH2 + Br2® B-CH2-CH2Br.

Ši reakcija yra kokybiška dvigubam ryšiui.

4) Hidrinimas. Vandenilio pridėjimas vyksta veikiant metaliniams katalizatoriams:

kur R = H, CH3, Cl, C6H5 ir kt. CH 2 =CHR molekulė vadinama monomeru, gautas junginys vadinamas polimeru, skaičius n yra polimerizacijos laipsnis.

Polimerizuojant įvairius alkeno darinius, gaunami vertingi pramonės produktai: polietilenas, polipropilenas, polivinilchloridas ir kt.

Be to, alkenai taip pat patiria oksidacijos reakcijas. Lengvai oksiduojant alkenus vandeniniu kalio permanganato tirpalu (Vagnerio reakcija), susidaro dvihidroksiliai alkoholiai:

ZSN 2 =CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOSN 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

Dėl šios reakcijos purpurinis kalio permanganato tirpalas greitai pakeičia spalvą ir nusėda rudos mangano (IV) oksido nuosėdos. Ši reakcija, kaip ir bromo vandens spalvos pašalinimo reakcija, yra kokybiška dvigubam ryšiui. Stipriai oksiduojant alkenus verdančiu kalio permanganato tirpalu rūgščioje aplinkoje, dviguba jungtis visiškai nutrūksta, susidaro ketonai, karboksirūgštys arba CO 2, pavyzdžiui:

Remiantis oksidacijos produktais, galima nustatyti dvigubos jungties padėtį pradiniame alkene.

Kaip ir visi kiti angliavandeniliai, alkenai dega ir, esant dideliam oro kiekiui, sudaro anglies dioksidą ir vandenį:

C n H 2 n + Zn /2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Kai oras yra ribotas, alkenų degimas gali sukelti anglies monoksido ir vandens susidarymą:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Jei sumaišysite alkeną su deguonimi ir perleisite šį mišinį per sidabro katalizatorių, įkaitintą iki 200 °C, susidaro alkeno oksidas (epoksialkanas), pvz.:

Bet kurioje temperatūroje alkenai oksiduojami ozono (ozonas yra stipresnis oksidatorius nei deguonis). Jei ozono dujos praleidžiamos per alkeno tirpalą metano tetrachloride žemesnėje nei kambario temperatūroje, įvyksta prisijungimo reakcija ir susidaro atitinkami ozonidai (cikliniai peroksidai). Ozonidai yra labai nestabilūs ir gali lengvai sprogti. Todėl dažniausiai jie nėra izoliuojami, o iš karto po gamybos suskaidomi vandeniu – taip susidaro karbonilo junginiai (aldehidai arba ketonai), kurių struktūra rodo alkeno, kuris buvo ozonuojamas, struktūrą.

Žemesni alkenai yra svarbios pradinės medžiagos pramoninei organinei sintezei. Iš etileno gaminamas etilo alkoholis, polietilenas ir polistirenas. Propenas naudojamas polipropileno, fenolio, acetono ir glicerino sintezei.

NETILENO SERIJOS NESOTINTI ARBA NESOTINTI ANGLIANDENILIAI (ALKENAI ARBA OLEFINAI)

Alkenai, arba olefinai(iš lot. olefiant – aliejus – senas pavadinimas, bet plačiai vartojamas chemijos literatūroje. Šio pavadinimo priežastis buvo etileno chloridas, gautas XVIII amžiuje, yra skysta, riebi medžiaga.) - alifatiniai nesotieji angliavandeniliai, kurių molekulėse tarp anglies atomų yra viena dviguba jungtis.

Alkenai sudaro homologinę eilutę su bendra formule CnH2n

1. Homologinė alkenų serija

Homologai:

SUH2 = CH2 etenas

SUH2 = CH- CH3 propeno

SUH2=CH-CH2-CH3butenas-1

SUH2=CH-CH2-CH2-CH3 pentenas-1

2. Fizinės savybės

Etilenas (etenas) yra bespalvės dujos, turinčios labai silpną saldų kvapą, šiek tiek lengvesnės už orą, šiek tiek tirpios vandenyje.

C2 - C4 (dujos)

C5–C17 (skysčiai)

C18 – (kietas)

· Alkenai netirpsta vandenyje, tirpsta organiniuose tirpikliuose (benzine, benzene ir kt.)

Lengvesnis už vandenį

Didėjant Mr, didėja lydymosi ir virimo taškai

3. Paprasčiausias alkenas yra etilenas - C2H4

Struktūrinės ir elektroninės etileno formulės yra šios:

Etileno molekulėje vyksta hibridizacija s- ir du p-C atomų orbitalės ( sp 2-hibridizacija).

Taigi kiekvienas C atomas turi tris hibridines orbitas ir vieną nehibridinę p- orbitalės. Dvi hibridinės C atomų orbitos tarpusavyje persidengia ir susidaro tarp C atomų

σ – jungtis. Likusios keturios hibridinės C atomų orbitalės persidengia toje pačioje plokštumoje su keturiomis s-H atomų orbitalės ir taip pat sudaro keturias σ - jungtis. Du ne hibridiniai p-C atomų orbitalės tarpusavyje persidengia plokštumoje, kuri yra statmena σ ryšio plokštumai, t.y. susidaro vienas P- ryšys.

Iš prigimties P- ryšys smarkiai skiriasi nuo σ - ryšys; P- ryšys silpnesnis dėl elektronų debesų persidengimo už molekulės plokštumos ribų. Reagentų įtakoje P- ryšys lengvai nutrūksta.

Etileno molekulė yra simetriška; visų atomų branduoliai yra toje pačioje plokštumoje, o ryšio kampai yra artimi 120°; atstumas tarp C atomų centrų yra 0,134 nm.

Jei atomai yra sujungti dviguba jungtimi, tai jų sukimasis neįmanomas be elektronų debesų P- ryšys nebuvo atidarytas.

4. Alkenų izomerija

Kartu su anglies skeleto struktūrinė izomerija Alkenams, pirma, būdingi kiti struktūrinės izomerijos tipai - daugialypės jungties padėties izomerija Ir tarpklasinė izomerija.

Antra, alkenų serijoje yra erdvinė izomerija , susietas su skirtingomis pakaitų padėtimis dvigubos jungties atžvilgiu, aplink kurią neįmanomas intramolekulinis sukimasis.

Struktūrinė alkenų izomerija

1. Anglies karkaso izomerija (pradedant nuo C4H8):

2. Dvigubos jungties padėties izomerija (pradedant nuo C4H8):

3. Tarpklasinė izomerija su cikloalkanais, pradedant nuo C3H6:

Erdvinė alkenų izomerija

Atomų sukimasis aplink dvigubą jungtį neįmanomas jos nepažeidžiant. Taip yra dėl p-jungties struktūrinių ypatybių (p-elektronų debesis koncentruojasi aukščiau ir žemiau molekulės plokštumos). Dėl standžios atomų fiksacijos sukimosi izomerija dvigubos jungties atžvilgiu neatsiranda. Bet tampa įmanoma cis-transas- izomerija.

Alkenai, turintys skirtingus pakaitus kiekviename iš dviejų anglies atomų prie dvigubos jungties, gali egzistuoti dviejų erdvinių izomerų pavidalu, kurie skiriasi pakaitų vieta p-jungties plokštumos atžvilgiu. Taigi, buteno-2 molekulėje CH3-CH=CH-CH3 CH3 grupės gali būti vienoje dvigubos jungties pusėje cis-izomeras arba iš priešingų pusių transas- izomeras.

DĖMESIO! cis-trans- Izomerizmas neatsiranda, jei bent vienas iš C atomų prie dvigubos jungties turi 2 identiškus pakaitus.

Pavyzdžiui,

butenas-1 CH2=CH-CH2-CH3 neturi cis- Ir transas-izomerai, nes 1-asis C atomas yra prijungtas prie dviejų identiškų H atomų.

Izomerai cis- Ir transas– skiriasi ne tik fiziškai

,

bet ir chemines savybes, nes molekulės dalių suartinimas ar nutolimas viena nuo kitos erdvėje skatina arba trukdo cheminei sąveikai.

Kartais cis-trans-izomerija ne visai tiksliai vadinama geometrinė izomerija. Netikslumas yra tas Visi erdviniai izomerai skiriasi savo geometrija, ir ne tik cis- Ir transas-.

5. Nomenklatūra

Paprastos sandaros alkenai dažnai įvardijami pakeičiant priesagą -anas alkanuose su -ilenas: etanas - etilenas, propanas - propilenas ir kt.

Pagal sisteminę nomenklatūrą etileno angliavandenilių pavadinimai daromi atitinkamuose alkanuose priesagą -anas pakeičiant galūne -enas (alkanas - alkenas, etanas - etenas, propanas - propenas ir kt.). Pagrindinės grandinės pasirinkimas ir pavadinimo tvarka yra tokia pati kaip alkanų. Tačiau grandinėje būtinai turi būti dviguba jungtis. Grandinės numeracija prasideda nuo galo, prie kurio ši jungtis yra arčiausiai. Pavyzdžiui:

Nesotieji (alkeniniai) radikalai vadinami trivialiais vardais arba sistemine nomenklatūra:

(H2C=CH—) vinilo arba etenilo

(H2C=CH-CH2) alilas

Paprasčiausias alkenas yra etenas C 2 H 4. Pagal IUPAC nomenklatūrą alkenų pavadinimai formuojami iš atitinkamų alkanų pavadinimų, priesagą „-ane“ pakeičiant „-ene“; Dvigubos jungties padėtis žymima arabišku skaitmeniu.

Etileno erdvinė struktūra

Pirmojo šios serijos atstovo vardu - etilenas - tokie angliavandeniliai vadinami etilenu.

Nomenklatūra ir izomerizmas

Nomenklatūra

Paprastos sandaros alkenai dažnai įvardijami, alkanuose priesagą -anas pakeičiant -ilenu: etanas - etilenas, propanas - propilenas ir kt.

Pagal sisteminę nomenklatūrą etileno angliavandenilių pavadinimai daromi atitinkamuose alkanuose priesagą -anas pakeičiant galūne -enas (alkanas - alkenas, etanas - etenas, propanas - propenas ir kt.). Pagrindinės grandinės pasirinkimas ir pavadinimo tvarka yra tokia pati kaip alkanų. Tačiau grandinėje būtinai turi būti dviguba jungtis. Grandinės numeracija prasideda nuo galo, prie kurio ši jungtis yra arčiausiai. Pavyzdžiui:

Kartais vartojami ir racionalūs pavadinimai. Šiuo atveju visi alkeno angliavandeniliai laikomi pakeistu etilenu:

Nesotieji (alkeniniai) radikalai vadinami trivialiais vardais arba sistemine nomenklatūra:

H 2 C = CH - - vinilas (etenilas)

H 2 C = CH - CH 2 - -alilas (propenil-2)

Izomerizmas

Alkenams būdinga dviejų tipų struktūrinė izomerija. Be izomerijos, susijusios su anglies skeleto struktūra (kaip alkanuose), izomerija atsiranda priklausomai nuo dvigubos jungties padėties grandinėje. Dėl to alkenų serijoje padidėja izomerų skaičius.

Pirmieji du homologinės alkenų serijos nariai (etilenas ir propilenas) neturi izomerų ir jų struktūra gali būti išreikšta taip:

H 2 C = CH 2 etilenas (etenas)

H 2 C = CH - CH 3 propilenas (propenas)

Daugialypės jungties padėties izomerija

H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 butenas-1

H 3 C - CH = CH - CH 3 butenas-2

Geometrinė izomerija – cis-, trans-izomerija.

Ši izomerija būdinga junginiams su dviguba jungtimi.

Jei paprastas σ ryšys leidžia laisvai suktis atskiroms anglies grandinės grandims aplink savo ašį, tai toks sukimasis nevyksta aplink dvigubą jungtį. Tai yra geometrinių ( cis-, trans-) izomerai.

Geometrinė izomerija yra viena iš erdvinės izomerijos rūšių.

Izomerai, kuriuose tie patys pakaitai (skirtinguose anglies atomuose) yra vienoje dvigubos jungties pusėje, vadinami cis-izomerais, o priešingoje pusėje - trans-izomerai:

Cis- Ir transas - izomerai skiriasi ne tik savo erdvine struktūra, bet ir daugeliu fizinių bei cheminių savybių. Transas- izomerai yra stabilesni nei cis- izomerai.

Alkenų paruošimas

Alkenai gamtoje yra reti. Paprastai dujiniai alkenai (etilenas, propilenas, butilenai) yra išskiriami iš naftos perdirbimo dujų (krekingo metu) arba susijusių dujų, taip pat iš anglies koksavimo dujų.

Pramonėje alkenai gaunami dehidrogenuojant alkanus, esant katalizatoriui (Cr 2 O 3).

Alkanų dehidrogenavimas

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (butenas-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH = CH - CH 3 + H 2 (butenas-2)

Tarp laboratorinių gamybos metodų galima išskirti:

1. Vandenilio halogenidų pašalinimas iš alkilhalogenidų, juos veikiant alkoholio šarmo tirpalu:

2. Acetileno hidrinimas esant katalizatoriui (Pd):

H-C ≡ C-H + H2 → H2 C = CH 2

3. Alkoholių dehidratacija (vandens pašalinimas).
Rūgštys (sieros arba fosforo) arba Al 2 O 3 naudojamos kaip katalizatorius:

Tokiose reakcijose vandenilis atsiskiria nuo mažiausiai hidrinto (turinčio mažiausią vandenilio atomų skaičių) anglies atomo (A. M. Zaicevo taisyklė):

Fizinės savybės

Kai kurių alkenų fizinės savybės parodytos žemiau esančioje lentelėje. Pirmieji trys homologinės alkenų serijos atstovai (etilenas, propilenas ir butilenas) yra dujos, pradedant C 5 H 10 (amilenas arba pentenas-1), yra skysčiai, o su C 18 H 36 yra kietos medžiagos. Didėjant molekulinei masei, didėja lydymosi ir virimo taškai. Normalios struktūros alkenai verda aukštesnėje temperatūroje nei jų izomerai, turintys izo struktūrą. Virimo taškai cis-izomerai didesni nei transas-izomerai, o lydymosi temperatūra yra priešinga.

Alkenai blogai tirpsta vandenyje (tačiau geriau nei atitinkami alkanai), bet gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Etilenas ir propilenas dega dūmine liepsna.

Kai kurių alkenų fizinės savybės

Alkenai yra šiek tiek poliniai, bet lengvai poliarizuojami.

Cheminės savybės

Alkenai yra labai reaktyvūs. Jų chemines savybes daugiausia lemia dviguba anglis-anglis jungtis.

π-jungtis, būdama mažiausiai stipri ir lengviau pasiekiama, yra nutrūkusi veikiant reagentui, o išsilaisvinę anglies atomų valentai išleidžiami prijungiant atomus, sudarančius reagento molekulę. Tai galima pavaizduoti kaip diagramą:

Taigi sudėjimo reakcijų metu dviguba jungtis nutrūksta tarsi per pusę (liekant σ ryšiui).

Be to, alkenams taip pat būdingos oksidacijos ir polimerizacijos reakcijos.

Papildymo reakcijos

Dažniau adityvinės reakcijos vyksta pagal heterolitinį tipą, tai yra elektrofilinės prisijungimo reakcijos.

1. Hidrinimas (vandenilio pridėjimas). Alkenai, pridedant vandenilio esant katalizatoriams (Pt, Pd, Ni), virsta sočiaisiais angliavandeniliais – alkanais:

H 2 C = CH 2 + H 2 → H3C – CH3 (etanas)

2. Halogeninimas (halogenų pridėjimas). Halogenai lengvai pridedami dvigubos jungties skilimo vietoje, kad susidarytų dihalogeno dariniai:

H 2 C = CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dichloretanas)

Chloro ir bromo pridėti lengviau, o jodo – sunkiau. Fluoras su alkenais, taip pat su alkanais reaguoja sprogiai.

Palyginkite: alkenuose halogeninimo reakcija yra pridėjimo, o ne pakeitimo procesas (kaip alkanuose).

Halogeninimo reakcija paprastai atliekama tirpiklyje įprastoje temperatūroje.

Bromo ir chloro pridėjimas prie alkenų vyksta joniniu, o ne radikaliu mechanizmu. Ši išvada išplaukia iš to, kad halogeno pridėjimo greitis nepriklauso nuo švitinimo, deguonies ir kitų reagentų, kurie inicijuoja arba slopina radikalius procesus. Remiantis daugybe eksperimentinių duomenų, buvo pasiūlytas šios reakcijos mechanizmas, apimantis keletą nuoseklių etapų. Pirmajame etape halogeno molekulės poliarizacija vyksta veikiant π-jungties elektronams. Halogeno atomas, įgyjantis tam tikrą dalinį teigiamą krūvį, su π jungties elektronais sudaro nestabilų tarpinį junginį, vadinamą π kompleksu arba krūvio perdavimo kompleksu. Pažymėtina, kad π komplekse halogenas nesudaro kryptingo ryšio su kokiu nors konkrečiu anglies atomu; Šiame komplekse tiesiog realizuojama π ryšio elektronų poros, kaip donoro, ir halogeno, kaip akceptoriaus, sąveika.

Tada π kompleksas virsta cikliniu bromonio jonu. Susidarant šiam cikliniam katijonui, įvyksta heterolitinis Br-Br jungties skilimas ir tuščias r-hibridizuoto anglies atomo sp 2 orbitalė persidengia su r- halogeno atomo elektronų „vienišos poros“ orbitalė, sudaranti ciklinį bromonio joną.

Paskutiniame, trečiame etape, bromo anijonas, kaip nukleofilinis agentas, atakuoja vieną iš bromonio jonų anglies atomų. Nukleofilinė bromido jonų ataka veda prie trijų narių žiedo atsivėrimo ir aplinkinio dibromido susidarymo. vic- šalia). Šis žingsnis formaliai gali būti laikomas nukleofiliniu SN 2 pakeitimu anglies atome, kur paliekanti grupė yra Br +.

Šios reakcijos rezultatą nesunku nuspėti: bromo anijonas atakuoja karbokationą, sudarydamas dibrometaną.

Greitas bromo tirpalo spalvos pašalinimas CCl4 yra vienas iš paprasčiausių nesotumo testų, nes alkenai, alkinai ir dienai greitai reaguoja su bromu.

Bromo pridėjimas prie alkenų (brominimo reakcija) yra kokybinė reakcija į sočiuosius angliavandenilius.

Nesočiuosius angliavandenilius praleidžiant per bromo vandenį (bromo tirpalą vandenyje), geltona spalva išnyksta (sočiųjų angliavandenilių atveju ji išlieka).

3. Hidrohalogeninimas (vandenilio halogenidų pridėjimas). Alkenai lengvai prideda vandenilio halogenidų:

H 2 C = CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

Vandenilio halogenidai pridedami prie etileno homologų pagal V. V. Markovnikovo (1837 - 1904) taisyklę: normaliomis sąlygomis vandenilio halogenido vandenilis pridedamas prie labiausiai hidrinto anglies atomo, o halogenas. mažiau hidrintas:

Markovnikovo taisyklę galima paaiškinti tuo, kad nesimetriškuose alkenuose (pavyzdžiui, propilene) elektronų tankis pasiskirsto netolygiai. Veikiant metilo grupei, tiesiogiai sujungtai su dviguba jungtimi, elektronų tankis pasislenka link šios jungties (iki tolimiausio anglies atomo).

Dėl šio poslinkio p-jungtis yra poliarizuota ir anglies atomuose atsiranda daliniai krūviai. Nesunku įsivaizduoti, kad teigiamai įkrautas vandenilio jonas (protonas) prisijungs prie anglies atomo (elektrofilinis priedas), kuris turi dalinį neigiamą krūvį, o bromo anijonas prisijungs prie anglies, turinčios dalinį teigiamą krūvį.

Šis papildymas yra abipusės atomų įtakos organinėje molekulėje pasekmė. Kaip žinote, anglies atomo elektronegatyvumas yra šiek tiek didesnis nei vandenilio.

Todėl metilo grupėje yra tam tikra C-H σ ryšių poliarizacija, susijusi su elektronų tankio poslinkiu iš vandenilio atomų į anglies atomą. Savo ruožtu tai padidina elektronų tankį dvigubos jungties srityje ir ypač atokiausiame jo atome. Taigi metilo grupė, kaip ir kitos alkilo grupės, veikia kaip elektronų donorė. Tačiau esant peroksido junginiams arba O 2 (kai reakcija yra radikali), ši reakcija taip pat gali prieštarauti Markovnikovo taisyklei.

Dėl tų pačių priežasčių Markovnikovo taisyklė laikomasi, kai į nesimetrinius alkenus pridedama ne tik vandenilio halogenidų, bet ir kitų elektrofilinių reagentų (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl ir kt.).

4. Drėkinimas (vandens papildymas). Esant katalizatoriams, vanduo prideda prie alkenų, sudarydamas alkoholius. Pavyzdžiui:

H 3 C - CH = CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (izopropilo alkoholis)

Alkenai oksiduojasi lengviau nei alkanai. Alkenų oksidacijos metu susidarantys produktai ir jų struktūra priklauso nuo alkenų sandaros ir nuo šios reakcijos sąlygų.

1. Degimas

H 2 C = CH 2 + 3O 2 → 2СO 2 + 2H 2 O

2. Nebaigta katalizinė oksidacija

3. Oksidacija įprastoje temperatūroje.

Kai etilenas yra veikiamas vandeniniu KMnO4 tirpalu (normaliomis sąlygomis, neutralioje ar šarminėje aplinkoje - Wagnerio reakcija), susidaro dvihidroksis alkoholis - etilenglikolis:

3H 2 C = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (etilenglikolis) + 2MnO 2 + KOH

Ši reakcija yra kokybinė: purpurinė kalio permanganato tirpalo spalva pasikeičia, kai į jį pridedamas nesočiasis junginys.

Esant sunkesnėms sąlygoms (oksiduojant KMnO4, esant sieros rūgščiai arba chromo mišiniui), dviguba jungtis alkene nutrūksta ir susidaro deguonies turintys produktai:

H 3 C - CH = CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (acto rūgštis)

Izomerizacijos reakcija

Kaitinant arba esant katalizatoriams, alkenai gali izomerizuotis – juda dviguba jungtis arba susidaro izostruktūra.

Polimerizacijos reakcijos

Nutraukus π ryšius, alkeno molekulės gali jungtis viena su kita, sudarydamos ilgos grandinės molekules.

Alkenų atsiradimas gamtoje ir fiziologinis vaidmuo

Acikliniai alkenai gamtoje praktiškai nerandami. Paprasčiausias šios klasės organinių junginių atstovas – etilenas C 2 H 4 – yra augalų hormonas ir juose sintetinamas nedideliais kiekiais. cis- Vienas iš nedaugelio natūralių alkenų yra muskalur ( trikozenas-9) yra moteriškos naminės musės seksualinis patrauklumas.

(Musca domestica)

Didelės koncentracijos žemesni alkenai turi narkotinį poveikį. Aukštesni serijos nariai taip pat sukelia traukulius ir kvėpavimo takų gleivinių dirginimą

Atskiri atstovai

Etilenas (etenas) yra organinis cheminis junginys, apibūdinamas formule C 2 H 4. Tai paprasčiausias alkenas. Turi dvigubą jungtį, todėl priklauso nesočiųjų arba nesočiųjų angliavandenilių grupei. Jis atlieka nepaprastai svarbų vaidmenį pramonėje, taip pat yra fitohormonas (mažos molekulinės masės organinės medžiagos, kurias gamina augalai ir atlieka reguliavimo funkcijas).

Etilenas – sukelia anesteziją, turi dirginantį ir mutageninį poveikį.

Etilenas yra pagrindinis pagrindinės organinės sintezės produktas ir naudojamas polietilenui gaminti (1 vieta, iki 60% bendro tūrio).

Polietilenas yra termoplastinis etileno polimeras. Labiausiai paplitęs plastikas pasaulyje.

Tai baltos spalvos vaškinė masė (ploni lakštai skaidrūs ir bespalviai). Atsparus chemikalams ir šalčiui, izoliuojantis, nejautrus smūgiams (amortizatorius), kaitinant minkštėja (80-120°C), kietėja vėsdamas, sukibimas (nepanašių kietų ir/ar skystų kūnų paviršių sukibimas) itin mažas. Kartais liaudies sąmonėje jis tapatinamas su celofanu – panašia augalinės kilmės medžiaga.

Propilenas – sukelia anesteziją (galingiau nei etilenas), turi bendrą toksinį ir mutageninį poveikį.

Atsparus vandeniui, nereaguoja su bet kokios koncentracijos šarmais, su neutralių, rūgščių ir bazinių druskų tirpalais, organinėmis ir neorganinėmis rūgštimis, net koncentruota sieros rūgštimi, tačiau suyra veikiant 50% azoto rūgšties kambario temperatūroje ir veikiant skysto ir dujinio chloro ir fluoro. Laikui bėgant vyksta terminis senėjimas.

Plastikinė plėvelė (ypač pakavimo plėvelė, pvz., burbulinė plėvelė ar juosta).

Tara (buteliai, stiklainiai, dėžės, kanistrai, sodo laistytuvai, vazonai sodinukams.

Polimeriniai vamzdžiai kanalizacijai, kanalizacijai, vandens ir dujų tiekimui.

Elektros izoliacinė medžiaga.

Polietileno milteliai naudojami kaip karšto lydalo klijai.

Butenas-2 - sukelia anesteziją ir turi dirginantį poveikį.

Nesotieji apima angliavandenilius, kurių molekulėse yra daug jungčių tarp anglies atomų. Yra neribotas alkenai, alkinai, alkadienai (polienai). Cikliniai angliavandeniliai, kurių žiede yra dviguba jungtis (cikloalkenai), taip pat cikloalkanai, kurių žiede yra nedidelis anglies atomų skaičius (tris ar keturis atomus), taip pat yra nesotieji. „Nesotumo“ savybė yra susijusi su šių medžiagų gebėjimu patekti į papildymo reakcijos, pirmiausia vandenilis, susidarant sočiųjų arba sočiųjų angliavandenilių – alkanų.

Alkenų sandara

Acikliniai angliavandeniliai, kurių molekulėje be pavienių jungčių yra viena dviguba jungtis tarp anglies atomų ir atitinkanti bendrąją formulę C n H 2n.

Antrasis jo pavadinimas yra olefinai- alkenai buvo gauti pagal analogiją su nesočiosiomis riebalų rūgštimis (oleino, linolo), kurių likučiai yra skystų riebalų dalis - aliejus (iš anglų kalbos aliejus - aliejus).

Anglies atomai, tarp kurių yra dviguba jungtis, yra būsenoje sp 2 -hibridizacija. Tai reiškia, kad hibridizacijoje dalyvauja viena s ir dvi p orbitalės, o viena p orbitalė lieka nehibridizuota.

Hibridinių orbitalių persidengimas lemia σ jungties susidarymą, o dėl nehibridizuotų gretimų anglies atomų p orbitalių susidaro antrasis, π ryšys. Taigi dviguba jungtis susideda iš vienos σ- ir viena π-jungtis.

Atomų, sudarančių dvigubą ryšį, hibridinės orbitos yra toje pačioje plokštumoje, o orbitalės, sudarančios π ryšį, yra statmenos molekulės plokštumai.

Dvigubas ryšys (0,132 nm) yra trumpesnis nei viengubas, o jo energija yra didesnė, nes yra stipresnė. Tačiau mobilus, lengvai poliarizuojamas π ryšys lemia tai, kad alkenai yra chemiškai aktyvesni už alkanus ir gali atlikti sudėjimo reakcijas.

Homologinė alkenų serija

Pirmieji trys homologinės alkenų serijos nariai yra dujos, nuo C 5 H 10 iki C 17 H 34 yra skysčiai, o nuo C 18 H 36 – kietosios medžiagos. Skysti ir kieti alkenai praktiškai netirpsta vandenyje, bet gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose.

Pagal IUPAC taisykles priesaga -ene naudojama daugelio alkenų homologų pavadinimuose. Dvigubos jungties padėtis nurodoma skaičiumi, rodančiu ryšio vietą. Skaičius dedamas po pagrindinės grandinės pavadinimo, atskirtas brūkšneliu. Atomų numeracija alkeno molekulėje prasideda nuo galo, prie kurio yra arčiausiai jungtis, pavyzdžiui, alkenas, atitinkantis formulę CH 3 −CH 2 −CH=CH−CH 3, turėtų būti vadinamas penten-2, nes ryšys prasideda nuo antrojo anglies atomo, pradedant nuo galinių grandinių.

Nešakotieji alkenai sudaro homologinę eteno (etileno) seriją: C 2 H 4 - etenas, C 3 H 6 - propenas, C 4 H 8 - butenas, C 5 H 10 - pentenas, C 6 H 12 - heksenas ir kt.

Alkenų izomerizmas ir nomenklatūra

Alkenams, taip pat alkanams, tai būdinga struktūrinė izomerija. Struktūriniai izomerai skiriasi vienas nuo kito anglies skeleto struktūra. Paprasčiausias alkenas, kuriam būdingi struktūriniai izomerai, yra butenas.

Ypatingas struktūrinės izomerijos tipas yra dvigubos jungties padėties izomerija:

Beveik laisvas anglies atomų sukimasis aplink vieną anglies-anglies ryšį galimas, todėl alkano molekulės gali įgauti pačių įvairiausių formų. Sukimasis aplink dvigubą jungtį neįmanomas, todėl alkenuose atsiranda kitokio tipo izomerija - geometrinis, arba cis-trans izomerija.

Cis-izomerai skiriasi nuo trans-izomerų molekulinių fragmentų (šiuo atveju metilo grupių) erdviniu išsidėstymu π-jungties plokštumos atžvilgiu, taigi ir savybėmis.

Alkenai yra izomeriniai cikloalkanams (tarpklasių izomerija), pavyzdžiui:

IUPAC alkenų nomenklatūra yra panaši į alkanų nomenklatūrą.

1. Pagrindinės grandinės pasirinkimas. Angliavandenilio pavadinimo formavimas prasideda nuo pagrindinės grandinės apibrėžimo - ilgiausios anglies atomų grandinės molekulėje. Alkenų atveju pagrindinėje grandinėje turi būti dviguba jungtis.

2. Pagrindinės grandinės atomų numeracija. Pagrindinės grandinės atomų numeracija prasideda nuo galo, prie kurio yra arčiausiai dviguba jungtis. Pavyzdžiui, teisingas ryšio pavadinimas yra:

5-metilheksenas-2, o ne 2-metilheksenas-4, kaip galima tikėtis.

Jei dvigubos jungties padėtis negali nustatyti grandinės atomų numeracijos pradžios, tai ji nustatoma pagal pakaitų padėtį taip pat, kaip ir sočiųjų angliavandenilių atveju.

3. Vardo formavimas. Alkenų pavadinimai susidaro taip pat, kaip ir alkanų pavadinimai. Pavadinimo pabaigoje nurodykite anglies atomo, nuo kurio prasideda dviguba jungtis, skaičių ir priesagą -ene, nurodantį, kad junginys priklauso alkenų klasei. Pavyzdžiui:

Alkenų fizinės savybės

Pirma trys homologinės alkenų serijos atstovai- dujos; C 5 H 10 - C 16 H 32 sudėties medžiagos - skysčiai; Aukštesni alkenai yra kietos medžiagos.

Virimo ir lydymosi temperatūra natūraliai didėja didėjant junginių molekulinei masei.

Cheminės alkenų savybės

Papildymo reakcijos. Prisiminkime, kad išskirtinis nesočiųjų angliavandenilių - alkenų - atstovų bruožas yra galimybė įsitraukti į sudėjimo reakcijas. Dauguma šių reakcijų vyksta pagal mechanizmą elektrofilinis papildymas.

1. Alkenų hidrinimas. Alkenai gali pridėti vandenilio esant hidrinimo katalizatoriams, metalai - platina, paladis, nikelis:

Ši reakcija vyksta esant atmosferiniam ir padidintam slėgiui ir nereikalauja aukštos temperatūros, nes ji yra egzoterminė. Kai temperatūra pakyla, tie patys katalizatoriai gali sukelti atvirkštinę reakciją – dehidrogenaciją.

2. Halogeninimas(halogenų pridėjimas). Alkeno sąveika su bromo vandeniu arba bromo tirpalu organiniame tirpiklyje (CCl 4) sukelia greitą šių tirpalų spalvos pasikeitimą dėl to, kad į alkeną pridedama halogeno molekulė ir susidaro dihalogeniniai alkanai:

3. Hidrohalogeninimas(vandenilio halogenido pridėjimas).

Ši reakcija paklūsta Markovnikovo valdymas:

Kai vandenilio halogenidas prisijungia prie alkeno, vandenilis prisijungia prie labiau hidrinto anglies atomo, t. y. atomo, kuriame yra daugiau vandenilio atomų, o halogenas - prie mažiau hidrinto.

4. Hidratacija(vandens pajungimas). Dėl alkenų hidratacijos susidaro alkoholiai. Pavyzdžiui, vandens įdėjimas į eteną yra vienas iš pramoninių etilo alkoholio gamybos būdų:

Atkreipkite dėmesį, kad pirminis alkoholis (su hidrokso grupe ant pirminės anglies) susidaro tik tada, kai etenas yra hidratuotas. Kai propenas ar kiti alkenai hidratuojami, susidaro antriniai alkoholiai.

Ši reakcija taip pat vyksta pagal Markovnikovo valdymas- vandenilio katijonas yra prijungtas prie labiau hidrinto anglies atomo, o hidrokso grupė pridedama prie mažiau hidrinto.

5. Polimerizacija. Ypatingas pridėjimo atvejis yra alkenų polimerizacijos reakcija:

Ši prisijungimo reakcija vyksta per laisvųjų radikalų mechanizmą.

Oksidacijos reakcijos.

1. Degimas. Kaip ir bet kurie organiniai junginiai, alkenai dega deguonyje, sudarydami CO 2 ir H 2 O:

2. Oksidacija tirpaluose. Skirtingai nuo alkanų, alkenai lengvai oksiduojami kalio permanganato tirpalais. Neutraliuose arba šarminiuose tirpaluose alkenai oksiduojami į diolius (dihidroksilius alkoholius), o prie tų atomų, tarp kurių prieš oksidaciją buvo dviguba jungtis, pridedamos hidroksilo grupės: