Химия : Ациклические непредельные углеводороды (алкены)
Ациклические непредельные углеводороды (алкены)
2 «Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет» Кафедра: «Физическая и органическая химия» Реферат Ациклические непредельные углеводороды (алкены) Ст.гр.БТП-09-01 Антипин А. Доцент Калашников С.М. Уфа 2010 Содержание 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) (от лат. oleum-масло) (этиленовые углеводороды), ненасыщенные ациклические углеводороды, содержащие одну двойную связь С=С; общая формула СnН2n. Атомы углерода при двойной связи имеют sp2-гибридизацию и образуют s- и p-связи. Последняя состоит из двух базисных орбиталей-связывающей и разрыхляющей, образующихся за счет р-орбиталей атомов С. Энергия связи ~615 кДж/моль. Простейший олефин - этилен, валентные углы которого практически равны 120°. Для олефинов, начиная с С4Н8, наряду с изомерией углеродного скелета и разл. положения двойной связи, возможна геометрическая (цис-, транс-) изомерия, обусловленная большим барьером вращения вокруг двойной связи. 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-изомерМетильные 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 trans- через, на другой стороне. Превращение изомеров друг в друга невозможно без разрыва двойной связи”.3. Получение алкенов1) 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).CH3-CH2-OH(этанол) --t?,Al2O3? CH2=CH2 + H2OПорядок дегидратации вторичных и третичных спиртов определяется правилом А.М.Зайцева: при образовании воды атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного соседнего атома углерода, т.е. с наименьшим количеством водородных атомов. |
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-CH -CH3(1,2-дибромпропан) + Mg ? CH2=CH-CH3(пропен) + MgBr2
I I
Br Br | | |
4. Физические свойства алкеновПо 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 алкеновУглеродные атомы в молекуле этилена находятся в состоянии sp2- гибридизации, т.е. в гибридизации участвуют одна s- и две p -орбитали. Схематическое изображение строения молекулы этилена
В результате каждый атом углерода обладает тремя гибридными sp2 -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 s- орбиталью атомов водорода, приводя к образованию в той же плоскости четырех ?- связей C-H. Две негибридные p- орбитали 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 p- орбитали с параллельными осями перекрываются значительно меньше, чем при образовании теми же p- орбиталями и s- орбиталями ?- 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. 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.H2C=CH2 + Br2 ? BrCH2-CH2Br(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.CH3-CH=CH2 + H2 --Ni? CH3-CH2-CH3(пропан)3) Гидрогалогенирование. Этилен и его гомологи присоединяют галогеноводороды, приводя к галогенопроизводным углеводородов.H2C=CH2 + HBr ? CH3-CH2Br(бромистый этил)Присоединение галогеноводородов к пропилену и другим алкенам происходит в соответствии с правилом В.В.Марковникова (водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи).|
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 (O- сульфирование). 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. H2C=CH2 + 3O2 ? 2CO2 + 2H2O 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 Алкены широко используются в промышленности в качестве исходных веществ для получения растворителей (спирты, дихлорэтан, эфиры гликолей и пр.), полимеров (полиэтилен, 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 окончание -ан заменяется на -ен. 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
|
