ETİLEN SERİSİNİN DOYMAMIŞ VEYA DOYMAMIŞ HİDROKARBONLARI

(ALKENLER VEYA OLEFİNLER)

Alkenler, veya olefinler(Latince olefiant - yağ - eski bir isimdir, ancak kimya literatüründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ismin nedeni 18. yüzyılda elde edilen etilen klorür sıvı, yağlı bir maddedir.) - Moleküllerinde karbon atomları arasında bir çift bağ bulunan alifatik doymamış hidrokarbonlar.

Alkenler, moleküllerinde karşılık gelen alkanlardan (aynı sayıda karbon atomuna sahip) daha az hidrojen atomu içerir, bu nedenle bu tür hidrokarbonlara denir. sınırsız veya doymamış.

Alkenler genel formülle homolog bir seri oluşturur CnH2n

1. Homolog alken serileri

Homologlar:

İLEH 2 = CH 2 eten

İLEH 2 = CH- CH 3 propen

İLEH2 =CH-CH2-CH3büten-1

İLEH2 =CH-CH2-CH2 -CH 3 penten-1

2. Fiziksel özellikler

Etilen (eten), çok zayıf tatlı bir kokuya sahip, havadan biraz daha hafif, suda az çözünür, renksiz bir gazdır.

C 2 – C 4 (gazlar)

C 5 – C 17 (sıvılar)

C 18 – (katı)

· Alkenler suda çözünmez, organik çözücülerde (benzin, benzen vb.) çözünür.

Sudan daha hafif

Mr arttıkça erime ve kaynama noktaları artar

3. En basit alken etilen - C2H4

Etilenin yapısal ve elektronik formülleri şunlardır:

Etilen molekülünde hibridizasyona uğrar S- ve iki P-C atomlarının yörüngeleri ( sp 2 -hibridizasyon).

Böylece, her C atomunun üç hibrit yörüngesi ve bir hibrit olmayan yörüngesi vardır. P-orbitaller. C atomlarının hibrit yörüngelerinden ikisi karşılıklı olarak örtüşür ve C atomları arasında oluşur

σ - bağ. C atomlarının geri kalan dört hibrit yörüngesi aynı düzlemde dört ile örtüşmektedir. S H atomlarının -orbitalleri ve ayrıca dört σ - bağı oluşturur. Hibrit olmayan iki P C atomlarının -orbitalleri, σ-bağ düzlemine dik olarak konumlandırılmış bir düzlemde karşılıklı olarak örtüşür; bir tane oluştu P- bağlantı.

Doğası gereği P- bağlantı σ - bağlantıdan oldukça farklıdır; P- Molekül düzleminin dışındaki elektron bulutlarının örtüşmesi nedeniyle bağ daha az güçlüdür. Reaktiflerin etkisi altında P- bağlantı kolayca kopar.

Etilen molekülü simetriktir; tüm atomların çekirdekleri aynı düzlemde bulunur ve bağ açıları 120°'ye yakındır; C atomlarının merkezleri arasındaki mesafe 0,134 nm'dir.

Atomlar çift bağla bağlıysa, elektron bulutları olmadan dönmeleri imkansızdır. P- bağlantı açılmadı.

4. Alkenlerin izomerizmi

İle birlikte karbon iskeletinin yapısal izomerizmi Alkenler öncelikle diğer yapısal izomerizm türleri ile karakterize edilir - çoklu bağ pozisyonu izomerizmi Ve sınıflar arası izomerizm.

İkincisi, alken dizisinde uzaysal izomerizm , etrafında molekül içi dönmenin imkansız olduğu çift bağa göre ikame edicilerin farklı konumlarıyla ilişkilidir.

Alkenlerin yapısal izomerizmi

1. Karbon iskeletinin izomerizmi (C 4 H 8'den başlayarak):

2. Çift bağın pozisyonunun izomerizmi (C4H8'den başlayarak):

3. C3H6 ile başlayan sikloalkanlarla sınıflar arası izomerizm:

Alkenlerin uzaysal izomerizmi

Atomların bir çift bağ etrafında dönmesi, onu kırmadan mümkün değildir. Bunun nedeni, p-bağının yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır (p-elektron bulutu, molekül düzleminin üstünde ve altında yoğunlaşmıştır). Atomların katı sabitlenmesi nedeniyle çift bağa göre dönme izomerliği görülmez. Ama mümkün oluyor cis-trans-izomerizm.

Çift bağdaki iki karbon atomunun her birinde farklı ikame edicilere sahip olan alkenler, ikame edicilerin p-bağ düzlemine göre konumu farklı olan iki uzaysal izomer formunda mevcut olabilir. Yani, buten-2 ​​molekülünde CH3 –CH=CH–CH3 CH3 grupları çift bağın bir tarafında bulunabilir. cis-izomer veya zıt taraflarda trans-izomer.

DİKKAT! cis-trans- Çift bağdaki C atomlarından en az birinin 2 aynı ikame ediciye sahip olması durumunda izomerizm ortaya çıkmaz.

Örneğin,

buten-1 CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 sahip değil cis- Ve trans-izomerler, çünkü 1. C atomu iki özdeş H atomuna bağlanır.

İzomerler cis- Ve trans- sadece fiziksel olarak farklı değil

ama aynı zamanda kimyasal özellikler, çünkü Bir molekülün parçalarının uzayda birbirine yakınlaştırılması veya uzaklaştırılması kimyasal etkileşimi teşvik eder veya engeller.

Bazen cis-trans-izomerizm tam olarak doğru bir şekilde adlandırılmamıştır geometrik izomerizm. Yanlışlık şudur Tüm uzaysal izomerler geometrileri bakımından farklılık gösterir ve yalnızca cis- Ve trans-.

5. İsimlendirme

Basit yapıya sahip alkenler genellikle alkanlardaki -an ekinin yerine son ek getirilerek adlandırılır. -ilen: etan - etilen, propan - propilen vb.

Sistematik isimlendirmeye göre, etilen hidrokarbonların isimleri, karşılık gelen alkanlardaki -an ekinin -en ekiyle değiştirilmesiyle yapılır (alkan - alken, etan - eten, propan - propen, vb.). Ana zincirin seçimi ve adlandırma sırası alkanlarla aynıdır. Ancak zincirin mutlaka bir çift bağ içermesi gerekir. Zincirin numaralandırılması bu bağlantının en yakın olduğu uçtan başlar. Örneğin:

Doymamış (alken) radikaller önemsiz isimlerle veya sistematik isimlendirmeyle adlandırılır:

(H2C=CH-)vinil veya etenil

(H2C=CH-CH2) alil

Alkenlerin fiziksel özellikleri alkanlarınkine benzer, ancak hepsi karşılık gelen alkanlardan biraz daha düşük erime ve kaynama noktalarına sahiptir. Örneğin pentanın kaynama noktası 36 °C, penten-1 - 30 °C'dir. Normal koşullar altında alkenler C2 - C4 gazlardır. C5 – C15 sıvıdır, C16'dan başlayarak katıdır. Alkenler suda çözünmezler ancak organik çözücülerde yüksek oranda çözünürler.

Alkenler doğada nadirdir. Alkenler endüstriyel organik sentezler için değerli hammaddeler olduğundan, bunların hazırlanmasına yönelik birçok yöntem geliştirilmiştir.

1. Alkenlerin ana endüstriyel kaynağı, petrolün bir parçası olan alkanların parçalanmasıdır:

3. Laboratuvar koşullarında alkenler, iki atomun veya iki atom grubunun komşu karbon atomlarından elimine edildiği ve ek bir p-bağının oluşturulduğu eliminasyon reaksiyonları ile elde edilir. Bu tür reaksiyonlar aşağıdakileri içerir.

1) Alkollerin dehidrasyonu, su giderici maddelerle, örneğin sülfürik asitle, 150 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ısıtıldıklarında meydana gelir:

H2O alkollerden, HBr ve HCl alkil halojenürlerden elimine edildiğinde, hidrojen atomu tercihen en az sayıda hidrojen atomuna (en az hidrojenlenmiş karbon atomundan) bağlı olan komşu karbon atomlarından elimine edilir. Bu modele Zaitsev kuralı denir.

3) Bitişik karbon atomlarında halojen atomlarına sahip dihalojenürler aktif metallerle ısıtıldığında halojensizleştirme meydana gelir:

CH2Br -CHBr -CH3 + Mg → CH2 =CH-CH3 + Mg Br2.

Alkenlerin kimyasal özellikleri, moleküllerinde çift bağ bulunmasıyla belirlenir. P bağının elektron yoğunluğu oldukça hareketlidir ve elektrofilik parçacıklarla kolayca reaksiyona girer. Bu nedenle alkenlerin birçok reaksiyonu mekanizmaya göre ilerler. elektrofilik ekleme AE sembolüyle gösterilir (İngilizceden elektrofilik ekleme). Elektrofilik katılma reaksiyonları birkaç aşamada meydana gelen iyonik işlemlerdir.

İlk aşamada, elektrofilik bir parçacık (çoğunlukla bu bir H + protonudur) çift bağın p-elektronları ile etkileşime girer ve bir p-kompleksi oluşturur, bu daha sonra aralarında kovalent bir s-bağı oluşturarak bir karbokasyona dönüştürülür. elektrofilik parçacık ve karbon atomlarından biri:

alken p-kompleks karbokasyon

İkinci aşamada, karbokatyon X anyonuyla reaksiyona girerek anyonun elektron çifti nedeniyle ikinci bir s-bağı oluşturur:

Elektrofilik katılma reaksiyonlarında, bir hidrojen iyonu, daha büyük negatif yüke sahip olan çift bağdaki karbon atomuna bağlanır. Yük dağılımı, ikame edicilerin etkisi altında p-elektron yoğunluğundaki değişimle belirlenir: .

+I etkisi sergileyen elektron veren ikame ediciler, p-elektron yoğunluğunu daha hidrojenlenmiş bir karbon atomuna kaydırır ve üzerinde kısmi bir negatif yük oluşturur. Bu açıklıyor Markovnikov'un kuralı: simetrik olmayan alkenlere HX (X = Hal, OH, CN, vb.) gibi polar moleküller eklenirken, hidrojen tercihen çift bağda daha fazla hidrojenlenmiş karbon atomuna bağlanır.

Ekleme reaksiyonlarının spesifik örneklerine bakalım.

1) Hidrohalojenasyon. Alkenler hidrojen halojenürlerle (HCl, HBr) etkileşime girdiğinde alkil halojenürler oluşur:

CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Reaksiyon ürünleri Markovnikov kuralına göre belirlenir.

Bununla birlikte, herhangi bir organik peroksit varlığında polar HX moleküllerinin Markovnikov kuralına göre alkenlerle reaksiyona girmediği vurgulanmalıdır:

Bunun nedeni peroksitin varlığının reaksiyonun iyonik mekanizmasından ziyade radikal mekanizmasını belirlemesidir.

2) Hidrasyon. Alkenler mineral asitlerin (sülfürik, fosforik) varlığında suyla reaksiyona girdiğinde alkoller oluşur. Mineral asitler katalizör görevi görür ve proton kaynağıdır. Suyun eklenmesi de Markovnikov kuralını takip ediyor:

CH3-CH = CH2 + HON® CH3-CH(OH)-CH3.

3) Halojenasyon. Alkenler bromlu suyun rengini bozar:

CH2 = CH2 + Br2® B-CH2-CH2Br.

Bu reaksiyon bir çift bağ için nitelikseldir.

4) Hidrojenasyon. Hidrojen ilavesi metal katalizörlerin etkisi altında gerçekleşir:

burada R = H, CH3, Cl, C6H5, vb. CH2=CHR molekülüne monomer, ortaya çıkan bileşiğe polimer adı verilir, n sayısı polimerizasyon derecesidir.

Çeşitli alken türevlerinin polimerizasyonu değerli endüstriyel ürünler üretir: polietilen, polipropilen, polivinil klorür ve diğerleri.

Alkenler ayrıca oksidasyon reaksiyonlarına da uğrarlar. Alkenlerin sulu bir potasyum permanganat çözeltisi ile hafif oksidasyonu sırasında (Wagner reaksiyonu), dihidrik alkoller oluşur:

ZSN2 =CH2 + 2KMn O4 + 4H20® ZNOSN2-CH2OH + 2MnO2 ↓ + 2KOH.

Bu reaksiyonun bir sonucu olarak, mor potasyum permanganat çözeltisinin rengi hızla değişir ve kahverengi bir manganez (IV) oksit çökeltisi çöker. Bu reaksiyon, bromlu suyun renk giderme reaksiyonu gibi, bir çift bağ için nitelikseldir. Alkenlerin asidik bir ortamda kaynayan bir potasyum permanganat çözeltisi ile şiddetli oksidasyonu sırasında, çift bağ, ketonlar, karboksilik asitler veya CO2 oluşumu ile tamamen kırılır, örneğin:

Oksidasyon ürünlerine dayanarak orijinal alkendeki çift bağın konumu belirlenebilir.

Diğer tüm hidrokarbonlar gibi alkenler de yanar ve bol miktarda havayla karbondioksit ve su oluşturur:

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

Hava sınırlı olduğunda alkenlerin yanması karbon monoksit ve su oluşumuna yol açabilir:

CnH2n + nO2® nCO + nH20.

Bir alkeni oksijenle karıştırırsanız ve bu karışımı 200°C'ye ısıtılmış bir gümüş katalizörden geçirirseniz, bir alken oksit (epoksialkan) oluşur, örneğin:

Alkenler herhangi bir sıcaklıkta ozon tarafından oksitlenir (ozon, oksijenden daha güçlü bir oksitleyici maddedir). Ozon gazı, oda sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda metan tetraklorür içindeki bir alken çözeltisinden geçirilirse, bir ekleme reaksiyonu meydana gelir ve karşılık gelen ozonitler (siklik peroksitler) oluşur. Ozonitler çok kararsızdır ve kolayca patlayabilir. Bu nedenle, genellikle izole edilmezler, ancak üretimden hemen sonra suyla ayrıştırılırlar - bu, yapısı ozonlamaya maruz kalan alkenin yapısını gösteren karbonil bileşikleri (aldehitler veya ketonlar) üretir.

Düşük alkenler endüstriyel organik sentezler için önemli başlangıç ​​malzemeleridir. Etilenden etil alkol, polietilen ve polistiren üretilir. Propen, polipropilen, fenol, aseton ve gliserinin sentezi için kullanılır.

ETİLEN SERİSİNİN DOYMAMIŞ VEYA DOYMAMIŞ HİDROKARBONLARI (ALKENLER VEYA OLEFİNLER)

Alkenler, veya olefinler(Latince olefiant - yağ - eski bir isimdir, ancak kimya literatüründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ismin nedeni 18. yüzyılda elde edilen etilen klorür sıvı, yağlı bir maddedir.) - Moleküllerinde karbon atomları arasında bir çift bağ bulunan alifatik doymamış hidrokarbonlar.

Alkenler genel formülle homolog bir seri oluşturur CnH2n

1. Homolog alken serileri

Homologlar:

İLEH2 = CH2 eten

İLEH2 = CH- CH3 propen

İLEH2=CH-CH2-CH3büten-1

İLEH2=CH-CH2-CH2-CH3 penten-1

2. Fiziksel özellikler

Etilen (eten), çok hafif tatlımsı bir kokuya sahip, havadan biraz daha hafif, suda az çözünür, renksiz bir gazdır.

C2 - C4 (gazlar)

C5 - C17 (sıvılar)

C18 - (katı)

· Alkenler suda çözünmez, organik çözücülerde (benzin, benzen vb.) çözünür.

Sudan daha hafif

Mr arttıkça erime ve kaynama noktaları artar

3. En basit alken etilen - C2H4

Etilenin yapısal ve elektronik formülleri şunlardır:

Etilen molekülünde hibridizasyona uğrar S- ve iki P-C atomlarının yörüngeleri ( sp 2-hibridizasyon).

Böylece, her C atomunun üç hibrit yörüngesi ve bir hibrit olmayan yörüngesi vardır. P-orbitaller. C atomlarının hibrit yörüngelerinden ikisi karşılıklı olarak örtüşür ve C atomları arasında oluşur

σ - bağ. C atomlarının geri kalan dört hibrit yörüngesi aynı düzlemde dört ile örtüşmektedir. S H atomlarının -orbitalleri ve ayrıca dört σ - bağı oluşturur. Hibrit olmayan iki P C atomlarının -orbitalleri, σ-bağ düzlemine dik olarak konumlandırılmış bir düzlemde karşılıklı olarak örtüşür; bir tane oluştu P- bağlantı.

Doğası gereği P- bağlantı σ - bağlantıdan oldukça farklıdır; P- Molekül düzleminin dışındaki elektron bulutlarının örtüşmesi nedeniyle bağ daha az güçlüdür. Reaktiflerin etkisi altında P- bağlantı kolayca kopar.

Etilen molekülü simetriktir; tüm atomların çekirdekleri aynı düzlemde bulunur ve bağ açıları 120°'ye yakındır; C atomlarının merkezleri arasındaki mesafe 0,134 nm'dir.

Atomlar çift bağla bağlıysa, elektron bulutları olmadan dönmeleri imkansızdır. P- bağlantı açılmadı.

4. Alkenlerin izomerizmi

İle birlikte karbon iskeletinin yapısal izomerizmi Alkenler öncelikle diğer yapısal izomerizm türleri ile karakterize edilir - çoklu bağ pozisyonu izomerizmi Ve sınıflar arası izomerizm.

İkincisi, alken dizisinde uzaysal izomerizm , etrafında molekül içi dönmenin imkansız olduğu, çift bağa göre ikame edicilerin farklı konumlarıyla ilişkilidir.

Alkenlerin yapısal izomerizmi

1. Karbon iskeletinin izomerizmi (C4H8'den başlayarak):

2. Çift bağın pozisyonunun izomerizmi (C4H8'den başlayarak):

3. C3H6 ile başlayan sikloalkanlarla sınıflar arası izomerizm:

Alkenlerin uzaysal izomerizmi

Atomların bir çift bağ etrafında dönmesi, onu kırmadan mümkün değildir. Bunun nedeni p-bağının yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır (p-elektron bulutu molekül düzleminin üstünde ve altında yoğunlaşmıştır). Atomların katı sabitlenmesi nedeniyle çift bağa göre dönme izomerliği görülmez. Ama mümkün oluyor cis-trans-izomerizm.

Çift bağdaki iki karbon atomunun her birinde farklı ikame edicilere sahip olan alkenler, ikame edicilerin p-bağ düzlemine göre konumu farklı olan iki uzaysal izomer formunda mevcut olabilir. Yani, buten-2 ​​molekülünde CH3-CH=CH-CH3 CH3 grupları çift bağın bir tarafında bulunabilir. cis-izomer veya zıt taraflarda trans-izomer.

DİKKAT! cis-trans- Çift bağdaki C atomlarından en az birinin 2 aynı ikame ediciye sahip olması durumunda izomerizm ortaya çıkmaz.

Örneğin,

buten-1 CH2=CH-CH2-CH3 sahip değil cis- Ve trans-izomerler, çünkü 1. C atomu iki özdeş H atomuna bağlanır.

İzomerler cis- Ve trans- sadece fiziksel olarak farklı değil

,

ama aynı zamanda kimyasal özellikler, çünkü Bir molekülün parçalarının uzayda birbirine yakınlaştırılması veya uzaklaştırılması kimyasal etkileşimi teşvik eder veya engeller.

Bazen cis-trans-izomerizm tam olarak doğru olarak adlandırılmaz geometrik izomerizm. Yanlışlık şudur Tüm uzaysal izomerler geometrileri bakımından farklılık gösterir ve yalnızca cis- Ve trans-.

5. İsimlendirme

Basit yapıya sahip alkenler genellikle alkanlardaki -an ekinin yerine son ek getirilerek adlandırılır. -ilen: etan - etilen, propan - propilen vb.

Sistematik isimlendirmeye göre, etilen hidrokarbonların isimleri, karşılık gelen alkanlardaki -an ekinin -en ekiyle değiştirilmesiyle yapılır (alkan - alken, etan - eten, propan - propen, vb.). Ana zincirin seçimi ve adlandırma sırası alkanlarla aynıdır. Ancak zincirin mutlaka bir çift bağ içermesi gerekir. Zincirin numaralandırılması bu bağlantının en yakın olduğu uçtan başlar. Örneğin:

Doymamış (alken) radikaller önemsiz isimlerle veya sistematik isimlendirmeyle adlandırılır:

(H2C=CH—) vinil veya etenil

(H2C=CH—CH2) alil

En basit alken eten C2H4'tür. IUPAC terminolojisine göre alkenlerin isimleri, karşılık gelen alkanların isimlerinden “-ane” son ekinin “-ene” ile değiştirilmesiyle oluşturulur; Çift bağın konumu Arap rakamlarıyla gösterilir.

Etilenin uzaysal yapısı

Bu serinin ilk temsilcisi olan etilen adına göre, bu tür hidrokarbonlara etilen adı verilmektedir.

Adlandırma ve izomerizm

İsimlendirme

Basit yapıya sahip alkenler genellikle alkanlardaki -an son ekinin -ylen ile değiştirilmesiyle adlandırılır: etan - etilen, propan - propilen, vb.

Sistematik isimlendirmeye göre, etilen hidrokarbonların isimleri, karşılık gelen alkanlardaki -an ekinin -en ekiyle değiştirilmesiyle yapılır (alkan - alken, etan - eten, propan - propen, vb.). Ana zincirin seçimi ve adlandırma sırası alkanlarla aynıdır. Ancak zincirin mutlaka bir çift bağ içermesi gerekir. Zincirin numaralandırılması bu bağlantının en yakın olduğu uçtan başlar. Örneğin:

Bazen rasyonel isimler de kullanılır. Bu durumda tüm alken hidrokarbonlar ikame edilmiş etilen olarak kabul edilir:

Doymamış (alken) radikaller önemsiz isimlerle veya sistematik isimlendirmeyle adlandırılır:

H2C = CH - - vinil (etenil)

H2C = CH - CH2 - -alil (propenil-2)

İzomerizm

Alkenler iki tip yapısal izomerizm ile karakterize edilir. Karbon iskeletinin yapısıyla ilişkili izomerizmin yanı sıra (alkanlarda olduğu gibi), zincirdeki çift bağın konumuna bağlı olarak izomerizm ortaya çıkar. Bu, alken serisindeki izomerlerin sayısında bir artışa yol açar.

Homolog alken serisinin ilk iki üyesi (etilen ve propilen) izomerlere sahip değildir ve yapıları aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

H2C = CH2etilen (eten)

H2C = CH - CH3 propilen (propen)

Çoklu bağ pozisyonu izomerizmi

H2C = CH - CH2 - CH3 büten-1

H3C - CH = CH - CH3 büten-2

Geometrik izomerizm - cis-, trans-izomerizm.

Bu izomerlik çift bağa sahip bileşikler için tipiktir.

Basit bir σ bağı, karbon zincirinin bireysel bağlantılarının kendi ekseni etrafında serbestçe dönmesine izin veriyorsa, o zaman böyle bir dönüş, bir çift bağ etrafında meydana gelmez. Geometrik görünümün nedeni budur ( cis-, trans-) izomerler.

Geometrik izomerizm, uzaysal izomerizm türlerinden biridir.

Çift bağın bir tarafında aynı ikame edicilerin (farklı karbon atomlarında) bulunduğu izomerlere cis-izomerler ve karşı tarafta trans-izomerler denir:

Cis- Ve transİzomerler yalnızca uzaysal yapılarında değil aynı zamanda birçok fiziksel ve kimyasal özelliklerinde de farklılık gösterir. Trans... izomerler daha kararlıdır cis- izomerler.

Alkenlerin hazırlanması

Alkenler doğada nadirdir. Tipik olarak gaz halindeki alkenler (etilen, propilen, butilenler), petrol rafine edici gazlardan (kırma sırasında) veya ilgili gazlardan ve ayrıca kömür koklaşabilen gazlardan izole edilir.

Endüstride alkenler, alkanların bir katalizör (Cr203) varlığında dehidrojenasyonuyla elde edilir.

Alkanların dehidrojenasyonu

H3C - CH2 - CH2 - CH3 → H2C = CH - CH2 - CH3 + H2 (büten-1)

H3C - CH2 - CH2 - CH3 → H3C - CH = CH - CH3 + H2 (büten-2)

Laboratuvar üretim yöntemleri arasında aşağıdakiler not edilebilir:

1. Üzerinde alkollü bir alkali çözeltinin etkisi altında hidrojen halojenürlerin alkil halojenürlerden uzaklaştırılması:

2. Bir katalizör (Pd) varlığında asetilenin hidrojenasyonu:

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C = CH 2

3. Alkollerin dehidrasyonu (suyun giderilmesi).
Katalizör olarak asitler (sülfürik veya fosforik) veya Al203 kullanılır:

Bu tür reaksiyonlarda hidrojen, en az hidrojenlenmiş (en az sayıda hidrojen atomuna sahip) karbon atomundan ayrılır (A.M. Zaitsev kuralı):

Fiziksel özellikler

Bazı alkenlerin fiziksel özellikleri aşağıdaki tabloda gösterilmektedir. Homolog alken serisinin (etilen, propilen ve butilen) ilk üç temsilcisi gazlardır; C5H10 (amilen veya penten-1) ile başlayan sıvılar ve C18H36 ile katılardır. Molekül ağırlığı arttıkça erime ve kaynama noktaları artar. Normal yapıya sahip alkenler, izoyapıya sahip izomerlerine göre daha yüksek sıcaklıkta kaynarlar. Kaynama noktaları cis-izomerler daha yüksek trans-izomerler ve erime noktaları bunun tersidir.

Alkenler suda az çözünür (ancak karşılık gelen alkanlardan daha iyidir), ancak organik çözücülerde iyi çözünür. Etilen ve propilen dumanlı bir alevle yanar.

Bazı alkenlerin fiziksel özellikleri

Alkenler hafif polardır ancak kolayca polarize olurlar.

Kimyasal özellikler

Alkenler oldukça reaktiftir. Kimyasal özellikleri esas olarak karbon-karbon çift bağı tarafından belirlenir.

En az güçlü ve daha erişilebilir olan π-bağı reaktifin etkisiyle kırılır ve karbon atomlarının salınan değerleri, reaktif molekülünü oluşturan atomların bağlanması için harcanır. Bu bir diyagram olarak gösterilebilir:

Böylece ekleme reaksiyonları sırasında çift bağ yarı yarıya kırılır (σ bağı kalır).

Alkenler ayrıca oksidasyon ve polimerizasyon reaksiyonlarına da girerler.

İlave reaksiyonları

Daha sıklıkla, ekleme reaksiyonları, elektrofilik ekleme reaksiyonları olan heterolitik tipe göre ilerler.

1. Hidrojenasyon (hidrojen ilavesi). Katalizörlerin (Pt, Pd, Ni) varlığında hidrojen ekleyen alkenler, doymuş hidrokarbonlara - alkanlara dönüşür:

H2C = CH2 + H2 → H3C - CH3 (etan)

2. Halojenasyon (halojenlerin eklenmesi). Halojenler, dihalojen türevlerini oluşturmak için çift bağ bölünmesi bölgesine kolayca eklenir:

H2C = CH2 + Cl2 → ClH2C - CH2Cl (1,2-dikloroetan)

Klor ve bromun eklenmesi daha kolaydır, iyotun eklenmesi ise daha zordur. Flor, alkanlarla olduğu kadar alkenlerle de patlayıcı bir şekilde reaksiyona girer.

Karşılaştırın: alkenlerde halojenasyon reaksiyonu, ikame değil (alkanlarda olduğu gibi) bir ekleme işlemidir.

Halojenasyon reaksiyonu genellikle normal sıcaklıkta bir solvent içerisinde gerçekleştirilir.

Alkenlere brom ve klorun eklenmesi radikal bir mekanizmadan ziyade iyonik bir mekanizma ile gerçekleşir. Bu sonuç, halojen ilave oranının ışınlamaya, oksijenin varlığına ve radikal süreçleri başlatan veya engelleyen diğer reaktiflerin varlığına bağlı olmadığı gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Çok sayıda deneysel veriye dayanarak, bu reaksiyon için birkaç ardışık aşama içeren bir mekanizma önerildi. İlk aşamada, halojen molekülünün polarizasyonu π-bağ elektronlarının etkisi altında meydana gelir. Belirli bir kesirli pozitif yük alan halojen atomu, π bağının elektronları ile π kompleksi veya yük transfer kompleksi adı verilen kararsız bir ara madde oluşturur. π-kompleksinde halojenin herhangi bir spesifik karbon atomuyla yönlü bir bağ oluşturmadığına dikkat edilmelidir; Bu komplekste, π bağının donör olarak elektron çifti ve alıcı olarak halojenin donör-alıcı etkileşimi basitçe gerçekleştirilir.

π kompleksi daha sonra siklik bir bromonyum iyonuna dönüşür. Bu siklik katyonun oluşumu sırasında Br-Br bağının heterolitik bölünmesi meydana gelir ve boş bir R-melezleşmiş karbon atomunun sp2 yörüngesi ile örtüşür R- halojen atomunun “yalnız çiftinin” elektronlarının yörüngesi, siklik bir bromonyum iyonu oluşturur.

Son, üçüncü aşamada, nükleofilik bir ajan olarak brom anyonu, bromonyum iyonunun karbon atomlarından birine saldırır. Bromür iyonunun nükleofilik saldırısı, üç üyeli halkanın açılmasına ve komşu dibromürün oluşumuna yol açar ( kurban-yakın). Bu aşama resmi olarak, ayrılan grubun Br+ olduğu karbon atomunda SN2'nin nükleofilik ikamesi olarak düşünülebilir.

Bu reaksiyonun sonucunu tahmin etmek zor değildir: Brom anyonu karbokasyona saldırarak dibromoetan oluşturur.

Alkenler, alkinler ve dienler bromla hızla reaksiyona girdiğinden, CCl4'teki bir brom çözeltisinin hızlı renk giderimi doymamışlık için en basit testlerden biri olarak hizmet eder.

Alkenlere bromun eklenmesi (brominasyon reaksiyonu), doymuş hidrokarbonlara yönelik kalitatif bir reaksiyondur.

Doymamış hidrokarbonlar brom suyundan (sudaki brom çözeltisi) geçirildiğinde sarı renk kaybolur (doymuş hidrokarbonlar durumunda kalır).

3. Hidrohalojenasyon (hidrojen halojenürlerin eklenmesi). Alkenler kolayca hidrojen halojenürler ekler:

H2C = CH2 + HBr → H3C - CH2Br

Etilen homologlarına hidrojen halojenürlerin eklenmesi, V.V. Markovnikov'un (1837 - 1904) kuralına göre yapılır: normal koşullar altında, hidrojen halojenürün hidrojeni, çift bağın olduğu yerde en hidrojenlenmiş karbon atomuna eklenir ve halojen, en hidrojenlenmiş karbon atomuna eklenir. daha az hidrojenlenmiş olan:

Markovnikov kuralı, simetrik olmayan alkenlerde (örneğin propilende) elektron yoğunluğunun eşit olmayan şekilde dağılmış olmasıyla açıklanabilir. Doğrudan çift bağa bağlı metil grubunun etkisi altında elektron yoğunluğu bu bağa doğru (en dıştaki karbon atomuna) kayar.

Bu yer değiştirmenin bir sonucu olarak p-bağı polarize olur ve karbon atomlarında kısmi yükler ortaya çıkar. Pozitif yüklü bir hidrojen iyonunun (proton), kısmi negatif yüke sahip bir karbon atomuna (elektrofilik ekleme) bağlanacağını ve bir bromin anyonunun kısmi pozitif yüke sahip bir karbona bağlanacağını hayal etmek kolaydır.

Bu ekleme, organik bir moleküldeki atomların karşılıklı etkisinin bir sonucudur. Bildiğiniz gibi karbon atomunun elektronegatifliği hidrojeninkinden biraz daha yüksektir.

Bu nedenle metil grubunda, elektron yoğunluğunun hidrojen atomlarından karbona kaymasıyla ilişkili C-H σ bağlarında bir miktar polarizasyon vardır. Bu da çift bağ bölgesindeki ve özellikle de en dıştaki atomdaki elektron yoğunluğunun artmasına neden olur. Böylece metil grubu da diğer alkil grupları gibi elektron donörü görevi görür. Ancak peroksit bileşiklerinin veya O2'nin varlığında (reaksiyon radikal olduğunda), bu reaksiyon Markovnikov kuralına da aykırı olabilir.

Aynı nedenlerden dolayı, simetrik olmayan alkenlere yalnızca hidrojen halojenürler değil, aynı zamanda diğer elektrofilik reaktifler (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl, vb.) Eklendiğinde Markovnikov kuralı gözlenir.

4. Hidrasyon (su ilavesi). Katalizörlerin varlığında alkenlere su katılarak alkoller oluşturulur. Örneğin:

H3C - CH = CH2 + H - OH → H3C - CHOH - CH3 (izopropil alkol)

Alkenler alkanlara göre daha kolay oksitlenir. Alkenlerin oksidasyonu sırasında oluşan ürünler ve bunların yapısı, alkenlerin yapısına ve bu reaksiyonun koşullarına bağlıdır.

1. Yanma

H2C = CH2 + 3O2 → 2СO2 + 2H2O

2. Eksik katalitik oksidasyon

3. Normal sıcaklıkta oksidasyon.

Etilen sulu bir KMnO4 çözeltisine (normal koşullar altında, nötr veya alkalin bir ortamda - Wagner reaksiyonu) maruz bırakıldığında, bir dihidrik alkol - etilen glikol - oluşur:

3H2C = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2 - CH20H (etilen glikol) + 2MnO2 + KOH

Bu reaksiyon nitelikseldir: Potasyum permanganat çözeltisinin mor rengi, ona doymamış bir bileşik eklendiğinde değişir.

Daha ağır koşullar altında (sülfürik asit veya krom karışımı varlığında KMnO4'ün oksidasyonu), alkendeki çift bağ koparak oksijen içeren ürünler oluşturur:

H3C - CH = CH - CH3 + 2O2 → 2H3C - COOH (asetik asit)

İzomerizasyon reaksiyonu

Isıtıldığında veya katalizörlerin varlığında alkenler izomerizasyon yeteneğine sahiptir - çift bağın hareketi veya izoyapının oluşması meydana gelir.

Polimerizasyon reaksiyonları

Alken molekülleri π bağlarını kırarak birbirine bağlanarak uzun zincirli moleküller oluşturabilir.

Alkenlerin doğada oluşumu ve fizyolojik rolü

Asiklik alkenler doğada neredeyse hiç bulunmaz. Bu organik bileşik sınıfının en basit temsilcisi - etilen C2H4 - bitkiler için bir hormondur ve içlerinde küçük miktarlarda sentezlenir. cis- Birkaç doğal alkenden biri muskalurdur ( tricosen-9) dişi ev sineğinin cinsel çekicisidir.

(Musca Domestica)

Yüksek konsantrasyonlardaki düşük alkenler narkotik etkiye sahiptir. Serinin daha yüksek üyeleri ayrıca solunum yollarının mukoza zarlarında kasılmalara ve tahrişe neden olur.

Bireysel temsilciler

Etilen (eten), C2H4 formülüyle tanımlanan organik bir kimyasal bileşiktir. En basit alkendir. Çift bağ içerir ve bu nedenle doymamış veya doymamış hidrokarbonlara aittir. Endüstride son derece önemli bir rol oynar ve aynı zamanda bir fitohormondur (bitkiler tarafından üretilen ve düzenleyici işlevlere sahip düşük molekül ağırlıklı organik maddeler).

Etilen - anesteziye neden olur, tahriş edici ve mutajenik etkiye sahiptir.

Etilen, temel organik sentezin önde gelen ürünüdür ve polietilen üretmek için kullanılır (toplam hacmin% 60'ına kadar 1. sırada).

Polietilen, etilenin termoplastik bir polimeridir. Dünyadaki en yaygın plastik.

Beyaz renkte mumsu bir kütledir (ince tabakalar şeffaf ve renksizdir). Kimyasallara ve dona karşı dayanıklı, yalıtkan, darbelere karşı hassas değil (amortisör), ısıtıldığında yumuşar (80-120°C), soğutulduğunda sertleşir, yapışma (benzer olmayan katı ve/veya sıvı cisimlerin yüzeylerine yapışması) son derece düşüktür. Bazen popüler bilinçte, benzer bir bitki kökenli malzeme olan selofan ile tanımlanır.

Propilen - anesteziye neden olur (etilenden daha güçlü), genel toksik ve mutajenik etkiye sahiptir.

Suya dayanıklıdır, herhangi bir konsantrasyondaki alkalilerle, nötr, asidik ve bazik tuzların, organik ve inorganik asitlerin, hatta konsantre sülfürik asit çözeltileriyle reaksiyona girmez, ancak oda sıcaklığında ve etkisi altında% 50 nitrik asidin etkisi altında ayrışır. sıvı ve gaz halindeki klor ve florin. Zamanla termal yaşlanma meydana gelir.

Plastik film (özellikle kabarcıklı ambalaj veya bant gibi ambalaj filmi).

Kaplar (şişeler, kavanozlar, kutular, bidonlar, bahçe sulama kapları, fide saksıları.

Kanalizasyon, drenaj, su ve gaz temini için polimer borular.

Elektrik yalıtım malzemesi.

Sıcakta eriyen yapıştırıcı olarak polietilen tozu kullanılır.

Buten-2 ​​- anesteziye neden olur ve tahriş edici bir etkiye sahiptir.

Doymamışlar, moleküllerindeki karbon atomları arasında çoklu bağ içeren hidrokarbonları içerir. Sınırsız alkenler, alkinler, alkadienler (polienler). Halkada çift bağ içeren siklik hidrokarbonlar (sikloalkenler) ve ayrıca halkada az sayıda karbon atomu (üç veya dört atom) bulunan sikloalkanlar da doymamış bir karaktere sahiptir. “Doymamışlık” özelliği bu maddelerin ortama girme yeteneği ile ilişkilidir. ekleme reaksiyonlarıöncelikle hidrojen, doymuş veya doymuş hidrokarbonlar - alkanların oluşumuyla birlikte.

Alkenlerin yapısı

Moleküldeki tekli bağlara ek olarak karbon atomları arasında bir çift bağ içeren ve genel formüle karşılık gelen asiklik hidrokarbonlar C n H 2n.

İkinci adı ise olefinler- alkenler, kalıntıları sıvı yağların - sıvı yağların (İngiliz yağı - yağından) bir parçası olan doymamış yağ asitlerine (oleik, linoleik) benzetilerek elde edildi.

Aralarında çift bağ bulunan karbon atomları bir durumda sp 2 -hibridizasyon. Bu, bir s ve iki p yörüngesinin hibridizasyona katıldığı ve bir p yörüngesinin melezlenmemiş kaldığı anlamına gelir.

Hibrit yörüngelerin örtüşmesi bir σ bağının oluşumuna yol açar ve komşu karbon atomlarının melezleşmemiş p yörüngeleri nedeniyle ikinci bir π bağı oluşur. Böylece, bir çift bağ bir taneden oluşur σ- ve bir π-bağı.

Çift bağ oluşturan atomların hibrit yörüngeleri aynı düzlemdedir ve π bağını oluşturan yörüngeler molekülün düzlemine diktir.

Çift bağ (0,132 nm) tekli bağdan daha kısadır ve daha güçlü olduğu için enerjisi daha yüksektir. Bununla birlikte, hareketli, kolayca polarize olabilen bir π bağının varlığı, alkenlerin kimyasal olarak alkanlardan daha aktif olmasına ve katılma reaksiyonlarına girebilmesine neden olur.

Homolog alken serileri

Homolog alken serisinin ilk üç üyesi gazlardır, C5H10'dan C17H34'e kadar sıvılardır ve C18H36'dan itibaren katılardır. Sıvı ve katı alkenler pratik olarak suda çözünmezler ancak organik çözücülerde yüksek oranda çözünürler.

IUPAC kurallarına uygun olarak, bir dizi alkenin homologlarının adlarında -ene son eki kullanılır. Çift bağın konumu, bağın yerini belirten bir sayı ile gösterilir. Numara, kısa çizgiyle ayrılmış ana zincirin adından sonra yerleştirilir. Bir alken molekülündeki atomların numaralandırılması bağın en yakın olduğu uçtan başlar; örneğin CH3 −CH2 −CH=CH−CH3 formülüne karşılık gelen bir alken, bağdan dolayı penten-2 olarak adlandırılmalıdır. son zincirlerden başlayarak ikinci karbon atomunda başlar.

Dallanmamış alkenler, homolog eten (etilen) serisini oluşturur: C2H4 - eten, C3H6 - propen, C4H8 - büten, C5H10 - penten, C6H12 - heksen, vb.

Alkenlerin izomerizmi ve isimlendirilmesi

Alkenler için olduğu kadar alkanlar için de karakteristiktir. yapısal izomerizm. Yapısal izomerler karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alken bütendir.

Özel bir yapısal izomerizm türü, çift bağın konumunun izomerizmidir:

Tek bir karbon-karbon bağı etrafında karbon atomlarının neredeyse serbest dönüşü mümkündür, bu nedenle alkan molekülleri çok çeşitli şekiller alabilir. Çift bağın etrafında dönmek imkansızdır, bu da alkenlerde başka tür bir izomerizmin ortaya çıkmasına neden olur - geometrik, veya cis-trans izomerizmi.

Cis-izomerleri, moleküler parçaların (bu durumda metil gruplarının) π-bağ düzlemine göre uzaysal düzenlemesi ve dolayısıyla özellikleri açısından trans-izomerlerden farklıdır.

Alkenler sikloalkanlara izomerdir (sınıflar arası izomerizm), örneğin:

Alkenler için IUPAC isimlendirmesi alkanlarınkine benzer.

1. Ana devre seçimi. Bir hidrokarbon adının oluşumu, moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri olan ana zincirin tanımıyla başlar. Alkenlerde ana zincirde çift bağ bulunmalıdır.

2. Ana zincir atomlarının numaralandırılması. Ana zincirdeki atomların numaralandırılması çift bağın en yakın olduğu uçtan başlar. Örneğin doğru bağlantı adı şöyledir:

Beklenebileceği gibi 2-metilheksen-4 değil, 5-metilheksen-2.

Çift bağın konumu zincirdeki atom numaralandırmasının başlangıcını belirleyemezse, doymuş hidrokarbonlarda olduğu gibi ikame edicilerin konumu tarafından belirlenir.

3. İsmin oluşumu. Alkenlerin isimleri alkanların isimleriyle aynı şekilde oluşturulur. İsmin sonunda, çift bağın başladığı karbon atomunun numarasını ve bileşiğin alken sınıfına ait olduğunu belirten -ene son ekini belirtin. Örneğin:

Alkenlerin fiziksel özellikleri

Birinci homolog alken serisinin üç temsilcisi- gazlar; C5H10 - C16H32 bileşimindeki maddeler - sıvılar; Daha yüksek alkenler katılardır.

Bileşiklerin moleküler ağırlığı arttıkça kaynama ve erime noktaları doğal olarak artar.

Alkenlerin kimyasal özellikleri

İlave reaksiyonları. Doymamış hidrokarbonların - alkenlerin temsilcilerinin ayırt edici bir özelliğinin ilave reaksiyonlara girme yeteneği olduğunu hatırlayalım. Bu reaksiyonların çoğu şu mekanizmaya göre ilerlemektedir: elektrofilik ekleme.

1. Alkenlerin hidrojenasyonu. Alkenler, hidrojenasyon katalizörleri, metaller - platin, paladyum, nikel varlığında hidrojen ekleme yeteneğine sahiptir:

Bu reaksiyon atmosferik ve yüksek basınçta meydana gelir ve ekzotermik olduğundan yüksek sıcaklık gerektirmez. Sıcaklık arttığında, aynı katalizörler ters bir reaksiyona (dehidrojenasyon) neden olabilir.

2. Halojenasyon(halojenlerin eklenmesi). Bir alkenin bromlu su veya bir organik çözücü (CCl4) içindeki bir brom çözeltisi ile etkileşimi, alkene bir halojen molekülünün eklenmesi ve dihaloalkanların oluşması sonucu bu çözeltilerin hızlı renk değiştirmesine yol açar:

3. Hidrohalojenasyon(hidrojen halojenürün eklenmesi).

Bu tepki uyuyor Markovnikov'un kuralı:

Bir hidrojen halojenür bir alkene bağlandığında, hidrojen daha fazla hidrojenlenmiş karbon atomuna, yani daha fazla hidrojen atomunun bulunduğu atoma ve halojen daha az hidrojenlenmiş olana bağlanır.

4. Hidrasyon(su bağlantısı). Alkenlerin hidrasyonu alkol oluşumuna yol açar. Örneğin, etene su eklenmesi, etil alkol üretimine yönelik endüstriyel yöntemlerden birinin temelini oluşturur:

Birincil alkolün (birincil karbon üzerinde bir hidrokso grubu bulunan) yalnızca eten hidratlandığında oluştuğunu unutmayın. Propen veya diğer alkenler hidratlandığında ikincil alkoller oluşur.

Bu reaksiyon aynı zamanda şu şekilde ilerler: Markovnikov'un kuralı- Daha fazla hidrojenlenmiş bir karbon atomuna bir hidrojen katyonu bağlanır ve daha az hidrojenlenmiş bir karbon atomuna bir hidrokso grubu eklenir.

5. Polimerizasyon. Özel bir ekleme durumu, alkenlerin polimerizasyon reaksiyonudur:

Bu ekleme reaksiyonu serbest radikal mekanizması yoluyla gerçekleşir.

Oksidasyon reaksiyonları.

1. Yanma. Herhangi bir organik bileşik gibi alkenler de oksijende yanarak CO2 ve H2O oluşturur:

2. Solüsyonlarda oksidasyon. Alkanların aksine alkenler potasyum permanganat çözeltileri tarafından kolayca oksitlenir. Nötr veya alkalin çözeltilerde, alkenler diollere (dihidrik alkoller) oksitlenir ve oksidasyondan önce aralarında bir çift bağın bulunduğu atomlara hidroksil grupları eklenir: