Ациклические непредельные углеводороды (алкены)

метки: Углеводород, Этилен, Непредельный, Этиленовый, Применение, Ненасыщенный, Алкен, Связь

«Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет»

Кафедра: «Физическая и органическая химия»

Реферат

Ациклические непредельные

Ст.гр.БТП-09−01

Антипин А.

Доцент

Калашников С.М.

Уфа 2010

1. Алкены

2. Цис-транс-изомерия в ряду алкенов

3. Получение алкенов

4. Физические свойства алкенов

5. Химические свойства алкенов

6. Применение алкенов

7. Номенклатура

1. Алкены

АЛКЕНЫ (ОЛЕФИНЫ)

2. Цис-транс-изомерия в ряду алкенов

«Наряду с изомерией, связанной со строением углеродного скелета и положением двойной связи, в ряду алкенов имеет место геометрическая или цис-транс-изомерия. Ее существование обусловлено отсутствием свободного вращения атомов, связанных двойной связью.

CH3		CH3 /		CH3		H /
	C=C				C=C
/ H		H		/ H		CH3

цис-изомер транс-изомер

Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться как по одну сторону двойной связи (такой изомер называется цис-изомером), так и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером).

Названия упомянутых изомеров происходят от латинского cis — на этой стороне и transчерез, на другой стороне. Превращение изомеров друг в друга невозможно без разрыва двойной связи».

3. Получение алкенов

1) Основным промышленным источником получения первых четырех членов ряда алкенов (этилена, пропилена, бутиленов и пентиленов) являются газы крекинга и пиролиза нефтепродуктов, а также газы коксования угля (этилен, пропилен).

Газы крекинга и пиролиза нефтепродуктов содержат от 15 до 30% олефинов. Так, крекинг бутана при 600? С приводит к смеси водорода, метана, этана и олефинов — этилена, пропилена, псевдобутилена (бутена -2) с соотношением олефинов? 3,5: 5: 1,5 соответственно.

2) Все более значительные количества алкенов получают дегидрогенизацией алканов при повышенной температуре с катализатором.

CH3-CH2-CH2-CH3 —300?C, Cr2O3;	| |	? CH2=CH-CH2-CH3(бутен-1) + H2 ? CH3-CH=CH-CH3(бутен-2) + H2

3) В лабораторной практике наиболее распространенным способом получения алкенов является дегидратация (отщепление воды) спиртов при нагревании с водоотнимающими средствами (концентрированная серная или фосфорная кислоты) или при пропускании паров спирта над катализатором (окись алюминия).

CH ₃ -CH₂ -OH (этанол) —^{t ? , Al2O3} ? CH₂ =CH₂ + H₂ O

А. М. Зайцева

CH3;	CH-C I I	H-CH3(бутанол-2)? CH3-CH=CH-CH3(бутен-2) + H2O
	OH H

4) Часто алкены получают реакцией дегидрогалогенирования (отщепление галогеноводорода) из галогенопроизводных при действии спиртового раствора щелочи. Направление данной реакции также соответствует правилу Зайцева.

CH3-CH-CH2-CH3(2-бромбутан) + NaOH (спирт p-p)? CH3-CH=CH-CH3 + NaBr + H2O I Br

5) Реакция дегалогенирования (отщепление двух атомов галогена от соседних атомов углерода) при нагревании дигалогенидов с активными металлами также приводит к алкенам.

CH2-CHCH3(1,2-дибромпропан) + Mg? CH2=CH-CH3(пропен) + MgBr2 I I Br Br

4. Физические свойства алкенов

По физическим свойствам этиленовые углеводороды близки к алканам. При нормальных условиях углеводороды C2-C4 — газы, C5-C17 — жидкости, высшие представители — твердые вещества. Температура их плавления и кипен я, а также плотность увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все олефины легче воды, плохо растворимы в ней, однако растворимы в органических растворителях.

5. Химические свойства алкенов

Углеродные атомы в молекуле этилена находятся в состоянии sp ² — гибридизации, т. е. в гибридизации участвуют одна sи две pорбитали.

Схематическое изображение строения молекулы этилена

В результате каждый атом углерода обладает тремя гибридными sp ² -орбиталями, оси которых находятся в одной плоскости под углом 120є друг к другу, и одной негибридной гантелеобразной p-орбиталью, ось которой расположена под прямым углом к плоскости осей трех sp² -орбиталей. Одна из трех гибридных орбиталей атома углерода перекрывается с подобной орбиталью другого атома углерода, образуя ?- связь. Каждая оставшаяся гибридная орбиталь атомов углерода перекрывается с sорбиталью атомов водорода, приводя к образованию в той же плоскости четырех ?- связей C-H. Две негибридные pорбитали атомов углерода взаимно перекрываются и образуют ?- связь, максимальная плотность которой расположена перпендикулярно плоскости ?- связей. Следовательно, двойная связь алкенов представляет собой сочетание ?- и ?- связей.

?- Связь менее прочна, чем ?- связь, так как pорбитали с параллельными осями перекрываются значительно меньше, чем при образовании теми же pорбиталями и sорбиталями ?- связи (перекрывание осуществляется по оси орбиталей).

В связи с этим, ?- связь легко разрывается и переходит в две новые ?- связи посредством присоединения по месту двойной связи двух атомов или групп атомов реагирующих веществ.

Иными словами, для алкенов наиболее типичными являются реакции присоединения (18, «https:// «).

В реакциях присоединения двойная связь выступает как донор электронов, поэтому для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения.

1) Галогенирование. Алкены при обычных условиях присоединяют галогены, приводя к дигалогенопроизводным алканов, содержащим атомы галогена у соседних углеродных атомов.

H ₂ C=CH₂ + Br₂ ? BrCH₂ -CH₂ Br (1,2-дибромэтан)

Приведенная реакция — обесцвечивание алкеном бромной воды является качественной реакцией на двойную связь.

2) Гидрирование. Алкены легко присоединяют водород в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni), образуя предельные углеводороды.

CH ₃ -CH=CH₂ + H₂ —^Ni ? CH₃ -CH₂ -CH₃ (пропан)

3) Гидрогалогенирование. Этилен и его гомологи присоединяют галогеноводороды, приводя к галогенопроизводным углеводородов.

H ₂ C=CH₂ + HBr? CH₃ -CH₂ Br (бромистый этил)

В. В. Марковникова

CH3?CH=CH2 + HCl? CH3?	CH?CH3(2-хлорпропан) I Cl

4) Гидратация. В присутствии минеральных кислот олефины присоединяют воду, образуя спирты.

		OH I
CH3?	C=CH2(2-метилпропен-1) + H2O —H+? CH3?	C?CH3(2-метилпропанол-2)
	I CH3	I CH3

5) Сульфатация (Oсульфирование). Взаимодействие алкенов с серной кислотой приводит к кислым эфирам серной кислоты.

CH2=CH?CH3 + HO? SO2?OH? CH3?	CH?O?SO2?OH (изопропилсерная кислота) I CH3

Как видно, направление реакций гидратации и сульфирования также определяется правилом Марковникова.

6) Окисление. Алкены легко окисляются. В зависимости от условий проведения реакции образуются различные продукты.

a) При сжигании на воздухе олефины дают углекислый газ и воду.

H ₂ C=CH₂ + 3O₂ ? 2CO₂ + 2H₂ O

b) При окислении алкенов разбавленным раствором перманганата калия образуются двухатомные спирты — гликоли (реакция Е.Е.Вагнера).

Реакция протекает на холоде.

3H2C=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O? 3	CH2?CH2(этиленгликоль) + 2MnO2 + 2KOH I I OH OH

В результате реакции наблюдается обесцвечивание раствора перманганата калия. Реакция Вагнера служит качественной пробой на двойную связь.

c) При жестком окислении алкенов кипящим раствором перманганата калия в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи и образование кислот или кетонов.

	O II	O II
CH3?CH=CH?CH2?CH3(пентен-2) -[O]? CH3?	C (уксусная кислота) +	C?CH2?CH3(пропионовая кислота)
	I OH	I OH

			O II
CH3?	C=CH?CH3(2-метилбутен-2) -[O]? CH3?	C=O (пропанон-2) +	C?CH3(уксусная кислота)
	I CH3	I CH3	I OH

6. Применение алкенов

, поливинилхлорид, полиизобутилен и др.), а также многих других важнейших продуктов.

Номенклатура

В алкенах с неразветвленной углеродной цепью нумерацию начинают с того конца, ближе к которому находится двойная связь. В названии соответствующего алкана окончаниеан заменяется наен. В разветвленных алкенах выбирают главную цепь так, чтобы она содержала двойную связь, даже если она при этом и не будет самой длинной. Перед названием главной цепи указывают номер атома углерода, при котором находится заместитель, и название этого заместителя. Номер после названия главной цепи указывает положение двойной связи, например:

4-метил-2-пентен