Need, mis sisaldavad pi-sidet, on küllastumata süsivesinikud. Need on alkaanide derivaadid, mille molekulides on eraldunud kaks vesinikuaatomit. Saadud vabad valentsid moodustavad uut tüüpi sideme, mis paikneb risti molekuli tasapinnaga. Nii tekib uus ühendite rühm – alkeenid. Selles artiklis käsitleme selle klassi ainete füüsikalisi omadusi, valmistamist ja kasutamist igapäevaelus ja tööstuses.

Etüleeni homoloogne seeria

Kõigi alkeenideks nimetatavate ühendite üldvalem, mis peegeldab nende kvalitatiivset ja kvantitatiivset koostist, on C n H 2 n. Süsivesinike nimetused süstemaatilise nomenklatuuri järgi on järgmised: vastava alkaani terminis muutub järelliide -an-st -eeniks, näiteks: etaan - eteen, propaan - propeen jne Mõnes allikas võib selle klassi ühenditele leida teise nimetuse - olefiinid. Järgmisena uurime kaksiksideme moodustumise protsessi ja alkeenide füüsikalisi omadusi ning määrame ka nende sõltuvuse molekuli struktuurist.

Kuidas tekib kaksikside?

Pi-sideme elektroonilist olemust etüleeni näitel võib kujutada järgmiselt: selle molekuli süsinikuaatomid on sp 2 hübridisatsiooni kujul. Sel juhul moodustub sigma side. Veel kaks hübriidorbitaali, millest igaüks koosneb süsinikuaatomitest, moodustavad vesinikuaatomitega lihtsad sigmasidemed. Kaks järelejäänud vaba süsinikuaatomite hübriidpilve kattuvad molekuli tasapinnast ülal ja all – tekib pi-side. Just tema määrab alkeenide füüsikalised ja keemilised omadused, mida arutatakse hiljem.

Ruumiline isomeeria

Ühendeid, millel on sama kvantitatiivne ja kvalitatiivne molekulide koostis, kuid erinev ruumiline struktuur, nimetatakse isomeerideks. Isomerism esineb ainete rühmas, mida nimetatakse orgaaniliseks. Olefiinide iseloomustamist mõjutab suuresti optilise isomeeria nähtus. See väljendub selles, et etüleeni homoloogid, mis sisaldavad kaksiksideme kahe süsinikuaatomi juures erinevaid radikaale või asendajaid, võivad esineda kahe optilise isomeeri kujul. Need erinevad üksteisest asendajate asukoha poolest ruumis kaksiksideme tasandi suhtes. Sel juhul on alkeenide füüsikalised omadused samuti erinevad. Näiteks kehtib see ainete keemis- ja sulamistemperatuuride kohta. Seega on sirge ahelaga olefiinidel kõrgem keemispunkt kui isomeerühenditel. Samuti on alkeenide cis-isomeeride keemistemperatuur kõrgem kui trans-isomeeridel. Sulamistemperatuuride osas on pilt vastupidine.

Etüleeni ja selle homoloogide füüsikaliste omaduste võrdlusomadused

Esimesed kolm olefiinide esindajat on gaasilised ühendid, siis alates penteenist C 5 H 10 ja kuni alkeenini valemiga C 17 H 34 on nad vedelikud ja siis lähevad tahked ained. Eteeni homoloogid näitavad järgmist trendi: ühendite keemistemperatuurid langevad. Näiteks etüleeni puhul on see indikaator -169,1 °C ja propüleeni puhul -187,6 °C. Kuid keemistemperatuurid suurenevad molekulmassi suurenemisega. Seega on etüleeni puhul -103,7 °C ja propeeni puhul -47,7 °C. Öeldut kokku võttes võime järeldada, et alkeenide füüsikalised omadused sõltuvad nende molekulmassist. Selle suurenemisega muutub ühendite agregaatolek suunas: gaas - vedelik - tahke, samuti väheneb sulamistemperatuur ja keemistemperatuurid tõusevad.

Eteeni omadused

Esimene esindaja homoloogne seeria alkeenid on etüleen. See on värvitu gaas, mis lahustub vees vähe, kuid lahustub hästi orgaanilistes lahustites. Molekulmass - 28, eteen on õhust veidi kergem, sellel on õrn magus lõhn. See reageerib kergesti halogeenide, vesiniku ja vesinikhalogeniididega. Alkeenide ja parafiinide füüsikalised omadused on aga üsna lähedased. Näiteks agregatsiooniseisund, metaani ja etüleeni võime tugevalt oksüdeeruda jne Kuidas alkeene eristada? Kuidas paljastada olefiini küllastumata olemus? Selleks on kvalitatiivsed reaktsioonid, millel peatume üksikasjalikumalt. Tuletage meelde, millised omadused on molekuli struktuuris alkeenidel. Nende ainete füüsikalised ja keemilised omadused on määratud kaksiksideme olemasoluga nende koostises. Selle olemasolu tõestamiseks lastakse gaasiline süsivesinik läbi purpurse kaaliumpermanganaadi või broomivee lahuse. Kui need on värvi muutnud, sisaldab ühend molekulide koostises pi-sidemeid. Etüleen siseneb oksüdatsioonireaktsiooni ja muudab värvituks KMnO 4 ja Br 2 lahused.

Liitmisreaktsioonide mehhanism

Kaksiksideme katkemine lõpeb teiste aatomite lisamisega vaba süsiniku valentsidele. keemilised elemendid. Näiteks etüleeni reaktsioon vesinikuga, mida nimetatakse hüdrogeenimiseks, tekitab etaani. Vaja on katalüsaatorit, näiteks nikli-, pallaadiumi- või plaatinapulbrit. Reaktsioon HCl-ga lõpeb kloroetaani moodustumisega. Alkeenid, mille molekulis on rohkem kui kaks süsinikuaatomit, läbivad V. Markovnikovi reeglit arvestades vesinikhalogeniidide liitumisreaktsiooni.

Kuidas eteeni homoloogid interakteeruvad vesinikhalogeniididega

Kui seisame ülesande ees "Iseloomusta alkeenide füüsikalisi omadusi ja nende valmistamist", siis tuleb V. Markovnikovi reeglit täpsemalt käsitleda. Praktikas on kindlaks tehtud, et etüleeni homoloogid reageerivad kaksiksideme purunemise kohas vesinikkloriidi ja teiste ühenditega, järgides teatud mustrit. See seisneb selles, et vesinikuaatom on seotud kõige hüdrogeenitud süsinikuaatomiga ja kloori-, broomi- või joodiioon on seotud süsinikuaatomiga, mis sisaldab kõige vähem vesinikuaatomeid. Seda liitumisreaktsioonide kulgemise tunnust nimetatakse V. Markovnikovi reegliks.

Hüdratsioon ja polümerisatsioon

Jätkame alkeenide füüsikaliste omaduste ja kasutusala käsitlemist homoloogse seeria esimese esindaja - eteeni - näitel. Selle reaktsiooni veega kasutatakse orgaanilise sünteesi tööstuses ja sellel on suur praktiline tähtsus. Protsessi viis esmakordselt läbi 19. sajandil A.M. Butlerov. Reaktsioon nõuab mitmete tingimuste täitmist. See on esiteks kontsentreeritud väävelhappe või oleumi kasutamine eteeni katalüsaatori ja lahustina, rõhk umbes 10 atm ja temperatuur 70 °. Niisutusprotsess toimub kahes faasis. Algul lisatakse eteenile pi-sideme katkemise kohas sulfaadi molekulid ja moodustub etüülväävelhape. Seejärel reageerib saadud aine veega, saadakse etüülalkohol. Etanool on oluline toiduaine, mida kasutatakse toiduainetööstuses plastide, sünteetiliste kummide, lakkide ja muude toodete tootmiseks. orgaaniline keemia.

Olefiinipõhised polümeerid

Jätkates alkeenide klassi kuuluvate ainete kasutamise küsimuse uurimist, uurime nende polümerisatsiooni protsessi, milles küllastumata sisaldavad ühendid. keemilised sidemed nende molekulide sees. Tuntakse mitut tüüpi polümerisatsioonireaktsioone, mille järgi moodustuvad kõrgmolekulaarsed tooted – polümeerid, näiteks polüetüleen, polüpropüleen, polüstüreen jne. Vabade radikaalide mehhanism viib kõrgsurve polüetüleeni tootmiseni. See on üks tööstuses enim kasutatavaid ühendeid. Katioon-ioonne tüüp annab stereoregulaarse struktuuriga polümeeri, näiteks polüstüreeni. Seda peetakse üheks ohutumaks ja mugavamaks kasutamiseks polümeeriks. Polüstüreenist valmistatud tooted on vastupidavad agressiivsetele ainetele: happed ja leelised, mittesüttivad, kergesti värvitavad. Teine polümerisatsioonimehhanismi tüüp on dimerisatsioon, mis viib isobuteeni tootmiseni, mida kasutatakse bensiini dekoputusvastase lisandina.

Kuidas saada

Alkeene, mille füüsikalisi omadusi uurime, saadakse laboris ja tööstuses erinevate meetoditega. aastal tehtud katsetes koolikursus orgaanilises keemias kasutatakse etüülalkoholi dehüdratsiooni protsessi dehüdreerivate ainete, näiteks fosforpentoksiidi või sulfaathappe abil. Reaktsioon viiakse läbi kuumutamisel ja see on vastupidine etanooli saamise protsessile. Veel üks levinud meetod alkeenide saamiseks on leidnud oma rakendust tööstuses, nimelt: küllastunud süsivesinike halogeenderivaatide, näiteks kloropropaani kuumutamine kontsentreeritud leeliste - naatrium- või kaaliumhüdroksiidi lahustega. Reaktsioonis lõhustub vesinikkloriidi molekul, kohas, kus tekivad süsinikuaatomite vabad valentsid, tekib kaksikside. Keemilise protsessi lõppsaaduseks on olefiin-propeen. Jätkates alkeenide füüsikaliste omaduste käsitlemist, peatume olefiinide saamise põhiprotsessil - pürolüüsil.

Etüleeni seeria küllastumata süsivesinike tööstuslik tootmine

Odavad toorained - nafta krakkimise käigus moodustunud gaasid on keemiatööstuses olefiinide allikaks. Selleks kasutatakse pürolüüsi tehnoloogilist skeemi - gaasisegu lõhestamist, mis toimub süsiniksidemete katkemise ning etüleeni, propeeni ja muude alkeenide moodustumisega. Pürolüüs viiakse läbi spetsiaalsetes ahjudes, mis koosnevad üksikutest pürorullidest. Need loovad temperatuuri suurusjärgus 750-1150°C ja lahjendina on veeaur. Reaktsioonid kulgevad ahelmehhanismi kaudu, mis kulgeb vaheradikaalide moodustumisega. Lõpptoode on etüleen või propeen ja neid toodetakse suurtes kogustes.

Uurisime üksikasjalikult füüsikalisi omadusi, samuti alkeenide saamise rakendust ja meetodeid.

Teadmiste hüpermarket >> Keemia >> Keemia 10. klass >> Keemia: alkeenid

Küllastumata süsivesinikud hõlmavad süsivesinikke, mis sisaldavad molekulides mitut sidet süsinikuaatomite vahel. Küllastumata on alkeenid, alküünid, alkadieenid (polüeenid). Tsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad tsüklis kaksiksidet (tsükloalkeenid), samuti tsükloalkaanid, mis ei sisalda suur hulk süsinikuaatomid tsüklis (kolm või neli aatomit). "Küllastumatuse" omadus on seotud nende ainete võimega astuda liitumisreaktsioonidesse, peamiselt vesiniku, küllastunud või küllastunud süsivesinike - alkaanide moodustumisega.

Struktuur

Alkeenid - atsüklilised, sisaldavad molekulis lisaks üksiksidemetele üht kaksiksidet süsinikuaatomite vahel ja vastavad üldvalemile C n H 2n.

Alkeenid said oma teise nime - "olefiinid" analoogia põhjal küllastumata rasvhapetega (oleiin-, linoolhape), mille jäänused on osa vedelatest rasvadest - õlidest (inglise keelest õli - õli).

Süsinikuaatomid, mille vahel on kaksikside, nagu teate, on sp 2 hübridisatsiooni olekus. See tähendab, et hübridisatsioonis osaleb üks s- ja kaks p-orbitaali, samas kui üks p-orbitaal jääb hübridiseerimata. Hübriidorbitaalide kattumine viib α-sideme moodustumiseni ja naaberetüleeni molekulide hübridiseerimata α-orbitaalide tõttu moodustavad süsinikuaatomid teise, P-ühendus. Seega koosneb kaksikside ühest z- ja ühest p-sidemest.

Kaksiksidet moodustavate aatomite hübriidorbitaalid on samas tasapinnas, n-sideme moodustavad orbitaalid aga risti molekuli tasandiga (vt joonis 5).

Kaksikside (0,132 nm) on lühem kui üksikside ja selle energia on suurem, see tähendab, et see on vastupidavam. Sellegipoolest viib liikuva, kergesti polariseeruva 7r-sideme olemasolu selleni, et alkeenid on keemiliselt aktiivsemad kui alkaanid ja on võimelised osalema liitumisreaktsioonides.

Eteeni homoloogne seeria

Hargnemata alkeenid moodustavad eteeni (etüleeni) homoloogse seeria.

C2H4 - eteen, C3H6 - propeen, C4H8 - buteen, C5H10 - penteen, C6H12 - hekseen jne.

Isomerism ja nomenklatuur

Alkeenidele, nagu ka alkaanidele, on iseloomulik struktuurne isomeeria. Nagu mäletate, erinevad struktuursed isomeerid üksteisest süsiniku skeleti struktuuri poolest. Lihtsaim alkeen, mida iseloomustavad struktuursed isomeerid, on buteen.

CH3-CH2-CH=CH2CH3-C=CH2
l
CH3
buteen-1 metüülpropeen

Struktuurse isomeeria eritüüp on kaksiksideme positsiooni isomeeria:

CH3-CH2-CH=CH2CH3-CH=CH-CH3
buteen-1 buteen-2

Süsinikuaatomite peaaegu vaba pöörlemine on võimalik ühe süsinik-süsinik sideme ümber, nii et alkaani molekulid võivad võtta väga erinevaid kujundeid. Pöörlemine ümber kaksiksideme on võimatu, mis põhjustab alkeenides teist tüüpi isomeeride ilmnemist - geomeetrilist või cis-trans isomeeria.

Tsis-isomeerid erinevad rindkere isomeeridest molekulaarsete fragmentide (antud juhul metüülrühmade) ruumilise paigutuse poolest tasapinna suhtes P suhteid ja seega ka omadusi.

Alkeenid on tsükloalkaanide suhtes isomeersed (klassidevaheline isomeeria), näiteks:

ch2=ch-ch2-ch2-ch2-ch3
hekseen-1 tsükloheksaan

Nomenklatuur alkeenid, mille on välja töötanud IUPAC, on sarnane alkaanide nomenklatuuriga.

1. Põhiahela valik

Süsivesiniku nime kujunemine algab peaahela – molekuli pikima süsinikuaatomite ahela – määratlemisest. Alkeenide puhul peab põhiahel sisaldama kaksiksidet.

2. Peaahela aatomite nummerdamine

Peaahela aatomite nummerdamine algab otsast, millele kaksikside on kõige lähemal. Näiteks õige ühenduse nimi on

ch3-chn-ch2-ch=ch-ch3 ch3

5-metüülhekseen-2, mitte 2-metüülhekseen-4, nagu võiks eeldada.

Kui kaksiksideme asukoha järgi pole ahela aatomite numeratsiooni algust võimalik määrata, siis määratakse see asendajate asukoha järgi samamoodi nagu küllastunud süsivesinike puhul.

CH3-CH2-CH=CH-CH-CH3
l
CH3
2-metüülhekseen-3

3. Nimemoodustus

Alkeenide nimed moodustatakse samamoodi nagu alkaanide nimed. Nime lõpus on märgitud süsinikuaatomi number, millest kaksikside algab, ja järelliide, mis näitab, et ühend kuulub alkeenide klassi -een.

Kviitung

1. Naftasaaduste krakkimine. Küllastunud süsivesinike termilise krakkimise protsessis koos alkaanide moodustumisega tekivad alkeenid.

2. Küllastunud süsivesinike dehüdrogeenimine. Kui alkaanid juhitakse üle katalüsaatori kõrgel temperatuuril (400-600 °C), jaguneb vesiniku molekul ja moodustub alkeen:

3. Alkoholide dehüdratsioon (vee lõhustamine). Vett eemaldavate ainete (H2804, Al203) toime ühehüdroksüülsetele alkoholidele kõrgel temperatuuril viib veemolekuli elimineerimiseni ja kaksiksideme moodustumiseni:

Seda reaktsiooni nimetatakse intramolekulaarseks dehüdratsiooniks (erinevalt molekulidevahelisest dehüdratsioonist, mis viib eetrite moodustumiseni ja mida uuritakse paragrahvis 16 "Alkoholid").

4. Dehüdrohalogeenimine (vesinikhalogeniidi elimineerimine).

Kui haloalkaan reageerib alkoholilahuses leelisega, tekib vesinikhalogeniidi molekuli elimineerimise tulemusena kaksikside.

Pange tähele, et see reaktsioon tekitab peamiselt buteen-2, mitte buteen-1, mis vastab Zaitsevi reegel:

Kui vesinikhalogeniid eraldatakse sekundaarsetest ja tertsiaarsetest haloalkaanidest, eraldub vesinikuaatom kõige vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomist.

5. Dehalogeenimine. Tsingi toimel alkaani dibromoderivaadile eralduvad halogeeniaatomid naabersüsinikuaatomitest ja moodustub kaksikside:

Füüsikalised omadused

Alkeenide homoloogse seeria kolm esimest esindajat on gaasid, ained koostisega C5H10-C16H32 on vedelikud, kõrgemad alkeenid on tahked ained.

Keemis- ja sulamistemperatuurid tõusevad loomulikult koos ühendite molekulmassi suurenemisega.

Keemilised omadused

Lisamisreaktsioonid

Tuletage meelde, et küllastumata süsivesinike - alkeenide - esindajate eripäraks on võime osaleda liitumisreaktsioonides. Enamik neist reaktsioonidest kulgeb elektrofiilse lisamise mehhanismi kaudu.

1. Alkeenide hüdrogeenimine. Alkeenid on võimelised lisama vesinikku hüdrogeenimiskatalüsaatorite - metallide - plaatina, pallaadiumi, nikli juuresolekul:

CH3-CH2-CH=CH2 + H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3

See reaktsioon kulgeb nii atmosfäärirõhul kui ka kõrgendatud rõhul ega vaja kõrget temperatuuri, kuna see on eksotermiline. Samade katalüsaatorite temperatuuri tõusuga võib toimuda pöördreaktsioon, dehüdrogeenimine.

2. Halogeenimine (halogeenide lisamine). Alkeeni interaktsioon broomveega või broomi lahusega orgaanilises lahustis (СCl4) põhjustab nende lahuste kiiret värvimuutust, mis on tingitud halogeeni molekuli lisamisest alkeenile ja dihaloalkaanide moodustumisest.

Markovnikov Vladimir Vassiljevitš

(1837-1904)

Vene orgaaniline keemik. Formuleeritud (1869) reeglid asendus-, elimineerimis-, kaksiksideme lisamise ja isomerisatsiooni reaktsioonide suuna kohta, olenevalt keemilisest struktuurist. Uuris (alates 1880. aastast) nafta koostist, pani aluse naftakeemiale kui iseseisvale teadusele. Avati (1883) uus orgaaniliste ainete klass - tsükloparafiinid (nafteenid).

3. Hüdrohalogeenimine (vesinikhalogeniidi lisamine).

Vesinikhalogeniidi liitumisreaktsiooni käsitletakse üksikasjalikumalt allpool. See reaktsioon järgib Markovnikovi reeglit:

Kui alkeenile lisatakse vesinikhalogeniid, seotakse vesinik rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga, st aatomiga, millel on rohkem vesinikuaatomeid, ja halogeen vähem hüdrogeenitud aatomiga.

4. Hüdratsioon (vee lisamine). Alkeenide hüdratsioon põhjustab alkoholide moodustumist. Näiteks vee lisamine eteenile on ühe etüülalkoholi tootmise tööstusliku meetodi aluseks:

CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2OH
eteen etanool

Pange tähele, et primaarne alkohol (mille primaarse süsiniku juures on hüdroksüülrühm) moodustub ainult siis, kui eteen on hüdraatunud. Propeeni või teiste alkeenide hüdraatumisel tekivad sekundaarsed alkoholid.

See reaktsioon kulgeb samuti vastavalt Markovnikovi reeglile – vesinikkatioon lisatakse rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomile ja hüdroksürühm vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomile.

5. Polümerisatsioon. Lisamise erijuhtum on alkeenide polümerisatsioonireaktsioon:

See liitumisreaktsioon toimub vabade radikaalide mehhanismi kaudu.

Oksüdatsioonireaktsioonid

Nagu kõik orgaanilised ühendid, põlevad alkeenid hapnikus, moodustades CO2 ja H20.

Erinevalt alkaanidest, mis on lahustes oksüdeerumisele vastupidavad, oksüdeeruvad alkeenid kergesti kaaliumpermanganaadi vesilahustega. Neutraalsetes või kergelt leeliselistes lahustes oksüdeeritakse alkeenid dioolideks (kahehüdroksüülsed alkoholid) ja hüdroksüülrühmad on seotud nende aatomitega, mille vahel oli kaksikside enne oksüdatsiooni.

Nagu te juba teate, on küllastumata süsivesinikud - alkeenid võimelised astuma liitumisreaktsioonidesse. Enamik neist reaktsioonidest kulgeb elektrofiilse lisamise mehhanismi kaudu.

elektrofiilne lisamine

Elektrofiilsed reaktsioonid on reaktsioonid, mis toimuvad elektrofiilide – osakeste, millel puudub elektrontihedus, näiteks täitmata orbitaal, toimel. Lihtsaim elektrofiilne osake on vesiniku katioon. On teada, et vesinikuaatomil on üks elektron orbitaali 3 kohta. Vesiniku katioon tekib siis, kui aatom kaotab selle elektroni, seega pole vesiniku katioonil üldse elektrone:

H - 1e -> H+

Sel juhul on katioonil üsna kõrge elektronafiinsus. Nende tegurite kombinatsioon muudab vesiniku katioonist üsna tugeva elektrofiilse osakese.

Vesinikkatiooni moodustumine on võimalik hapete elektrolüütilise dissotsiatsiooni käigus:

HBr -> H + + Br -

Just sel põhjusel toimuvad paljud elektrofiilsed reaktsioonid hapete juuresolekul ja osalusel.

Nagu varem mainitud, toimivad elektrofiilsed osakesed süsteemidele, mis sisaldavad suurenenud elektrontihedusega piirkondi. Sellise süsteemi näiteks võib olla mitmekordne (kaksik- või kolmik) süsinik-süsinik side.

Te juba teate, et süsinikuaatomid, mille vahel moodustub kaksikside, on sp 2 hübridisatsiooni olekus. Naabersüsinikuaatomite hübridiseerimata p-orbitaalid, mis asuvad samas tasapinnas, kattuvad, moodustades P-side, mis on vähem tugev kui z-side ja mis kõige tähtsam, on välise mõjul kergesti polariseeritav. elektriväli. See tähendab, et positiivse laenguga osakese lähenemisel nihkuvad TC sideme elektronid selle suunas ja nn. P- keeruline.

Selgub P-kompleks ja vesinikkatiooni lisamisel P-ühendused. Vesiniku katioon komistab molekuli tasapinnast väljaulatuva elektrontiheduse otsa P- lingib ja liitub sellega.

Järgmises etapis toimub elektronipaari täielik nihkumine. P-seob ühe süsinikuaatomiga, mis viib selle üksiku elektronpaari ilmumiseni. Süsinikuaatomi orbitaal, millel see paar asub, ja vesiniku katiooni täitmata orbitaal kattuvad, mis viib moodustumiseni kovalentne side vastavalt doonor-aktseptori mehhanismile. Samal ajal jääb teine ​​süsinikuaatom täitmata orbitaaliks, st positiivseks laenguks.

Saadud osakest nimetatakse karbokatiooniks, kuna see sisaldab süsinikuaatomi positiivset laengut. See osake võib ühineda mis tahes aniooniga, osakesega, millel on jagamata elektronpaar, st nukleofiil.

Mõelge elektrofiilse liitumisreaktsiooni mehhanismile, kasutades eteeni hüdrobroomimise (vesinikbromiidi lisamise) näidet:

CH2= CH2 + HBr --> CHBr-CH3

Reaktsioon algab elektrofiilse osakese – vesinikkatiooni moodustumisega, mis tekib vesinikbromiidi molekuli dissotsiatsiooni tulemusena.

Vesinikkatioonide rünnakud P-ühendamine, moodustamine P-kompleks, mis muundub kiiresti karbokatatsiooniks:

Mõelge nüüd keerulisemale juhtumile.

Vesinikbromiidi lisamisreaktsioon eteenile kulgeb ühemõtteliselt ja vesinikbromiidi interaktsioon propeeniga võib teoreetiliselt anda kaks produkti: 1-bromopropaan ja 2-bromopropaan. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et saadakse peamiselt 2-bromopropaani.

Selle selgitamiseks peame arvestama vaheosakesega - karbokatatsiooniga.

Vesiniku katiooni lisamine propeenile võib viia kahe karbokatiooni moodustumiseni: kui vesiniku katioon on seotud esimese süsinikuaatomiga, ahela lõpus oleva aatomiga, siis teine, st molekuli (1) keskel, on positiivse laenguga; kui see liitub teisega, siis on esimesel aatomil (2) positiivne laeng.

Reaktsiooni eelistatud suund sõltub sellest, millist karbokatiooni on reaktsioonikeskkonnas rohkem, mille omakorda määrab karbokatiooni stabiilsus. Katse näitab valdavat 2-bromopropaani moodustumist. See tähendab, et suuremal määral tekib keskaatomil positiivse laenguga karbokatioon (1).

Selle karbokatiooni suurem stabiilsus on seletatav asjaoluga, et keskse süsinikuaatomi positiivset laengut kompenseerib kahe metüülrühma positiivne induktiivne toime, mille kogumõju on suurem kui ühe etüülrühma +/- mõju:

Alkeenide hüdrohalogeenimise reaktsioonide mustreid uuris kuulus vene keemik V. V. Markovnikov, A. M. Butlerovi õpilane, kes, nagu eespool mainitud, sõnastas oma nime kandva reegli.

See reegel kehtestati empiiriliselt, see tähendab empiiriliselt. Praegu saame sellele anda täiesti veenva seletuse.

Huvitaval kombel järgivad Markovnikovi reeglit ka teised elektrofiilsed liitumisreaktsioonid, mistõttu oleks õige sõnastada see rohkem üldine vaade.

Elektrofiilsetes liitumisreaktsioonides seotakse elektrofiil (täitmata orbitaaliga osake) rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga ja nukleofiil (üksiku elektronpaariga osake) vähem hüdrogeenitud aatomiga.

Polümerisatsioon

Liitmisreaktsiooni erijuht on alkeenide ja nende derivaatide polümerisatsioon. See reaktsioon toimub vabade radikaalide lisamise mehhanismi kaudu:

Polümerisatsioon viiakse läbi initsiaatorite - peroksiidühendite juuresolekul, mis on vabade radikaalide allikas. Peroksiidühendeid nimetatakse aineteks, mille molekulide hulka kuulub -O-O- rühm. Lihtsaim peroksiidiühend on vesinikperoksiid HOOH.

Temperatuuril 100 °C ja rõhul 100 MPa toimub ebastabiilse hapniku-hapniku sideme homolüüs ja radikaalide - polümerisatsiooni initsiaatorite moodustumine. KO-radikaalide toimel käivitatakse polümerisatsioon, mis areneb vabade radikaalide liitumisreaktsioonina. Ahela kasv peatub, kui reaktsioonisegu rekombineeritakse radikaalid - polümeeri ahel ja radikaalid või KOCH2CH2-.

Kaksiksidet sisaldavate ainete vabade radikaalide polümerisatsiooni reaktsiooni abil saadakse suur hulk makromolekulaarseid ühendeid:

Erinevate asendajatega alkeenide kasutamine võimaldab sünteesida laia valikut polümeerseid materjale, millel on lai valik omadusi.

Kõiki neid polümeerseid ühendeid kasutatakse laialdaselt erinevates inimtegevuse valdkondades - tööstuses, meditsiinis, kasutatakse biokeemiliste laborite seadmete valmistamiseks, mõned on vaheühendid teiste makromolekulaarsete ühendite sünteesil.

Oksüdatsioon

Te juba teate, et neutraalsetes või kergelt leeliselistes lahustes oksüdeeritakse alkeenid dioolideks (kahehüdroksüülsed alkoholid). Happelises keskkonnas (väävelhappega hapestatud lahus) kaksikside hävib täielikult ja süsinikuaatomid, mille vahel kaksikside eksisteeris, muundatakse karboksüülrühma süsinikuaatomiteks:

Alkeenide destruktiivset oksüdatsiooni saab kasutada nende struktuuri määramiseks. Näiteks kui mõne alkeeni oksüdeerimisel saadakse äädik- ja propioonhapet, tähendab see, et penteen-2 on läbinud oksüdatsiooni ja kui või(butaan)hape ja süsinikdioksiid, siis on algne süsivesinik penteen-1.

Rakendus

Alkeene kasutatakse keemiatööstuses laialdaselt toorainena erinevate orgaaniliste ainete ja materjalide tootmiseks.

Näiteks eteen on etanooli, etüleenglükooli, epoksiidide, dikloroetaani tootmise lähteaine.

Suur kogus eteeni töödeldakse polüetüleeniks, mida kasutatakse pakkekilede, nõude, torude ja elektriisolatsioonimaterjalide valmistamiseks.

Glütseriin, atsetoon, isopropanool, lahustid saadakse propeenist. Propeeni polümerisatsioonil saadakse polüpropüleen, mis on mitmes mõttes parem kui polüetüleen: sellel on kõrgem sulamistemperatuur ja keemiline vastupidavus.

Praegu toodetakse ainulaadsete omadustega kiude polümeeridest - polüetüleeni analoogidest. Näiteks polüpropüleenkiud on tugevam kui kõik teadaolevad sünteetilised kiud.

Nendest kiududest valmistatud materjalid on paljulubavad ja neid kasutatakse üha enam erinevates inimtegevuse valdkondades.

1. Mis tüüpi isomeeria on alkeenidele iseloomulik? Kirjutage penteen-1 võimalike isomeeride valemid.
2. Milliseid ühendeid saab: a) isobuteenist (2-metüülpropeen); b) buteen-2; c) buteen-1? Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid.
3. Dešifreerige järgmine teisenduste ahel. Nimetage ühendid A, B, C. 4. Pakkuge välja meetod 2-kloropropaani saamiseks 1-kloropropaanist. Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid.
5. Soovitage meetod etaani puhastamiseks etüleeni lisanditest. Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid.
6. Tooge näiteid reaktsioonidest, mille abil saab eristada küllastunud ja küllastumata süsivesinikke.
7. 2,8 g alkeeni täielik hüdrogeenimine kulutas 0,896 l vesinikku (n.a.). Mis on selle normaalse süsinikuaatomiahelaga ühendi molekulmass ja struktuurivalem?
8. Mis gaas on silindris (eteen või propeen), kui on teada, et 20 cm3 selle gaasi täielikuks põletamiseks kulus 90 cm3 (n.a.) hapnikku?
9*. Kui alkeen reageerib pimedas klooriga, tekib 25,4 g dikloriidi ja kui see sama massiga alkeen reageerib broomiga süsiniktetrakloriidis, siis 43,2 g dibromiidi. Määrake lähtealkeeni kõik võimalikud struktuurivalemid.

Avastamise ajalugu

Ülaltoodud materjalist oleme juba aru saanud, et etüleen on küllastumata süsivesinike homoloogse seeria esivanem, millel on üks kaksikside. Nende valem on C n H 2n ja neid nimetatakse alkeenideks.

Saksa arst ja keemik Becher sai 1669. aastal esimesena etüleeni väävelhappe toimel etüülalkoholile. Becher leidis, et etüleen on reaktiivsem kui metaan. Kuid kahjuks ei suutnud teadlane sel ajal saadud gaasi tuvastada, seetõttu ei andnud ta sellele nime.

Veidi hiljem kasutasid sama meetodit etüleeni saamiseks ka Hollandi keemikud. Ja kuna klooriga suheldes oli sellel võime moodustada õline vedelik, sai see vastavalt nime "hapnikgaas". Hiljem sai teatavaks, et see vedelik on dikloroetaan.

sisse prantsuse keel mõiste "õline" kõlab nagu olefiant. Ja pärast teiste seda tüüpi süsivesinike avastamist võttis prantsuse keemik ja teadlane Antoine Fourcroix kasutusele uue termini, mis sai tavaliseks kogu olefiinide või alkeenide klassi jaoks.

Kuid juba 19. sajandi alguses näitas prantsuse keemik J. Gay-Lussac, et etanool ei koosne mitte ainult "õlisest" gaasist, vaid ka veest. Lisaks leiti sama gaas etüülkloriidist.

Ja kuigi keemikud tegid kindlaks, et etüleen koosneb vesinikust ja süsinikust, ning teadsid juba ainete koostist, ei suutnud nad pikka aega selle tegelikku valemit leida. Ja alles 1862. aastal õnnestus E. Erlenmeyeril tõestada kaksiksideme olemasolu etüleeni molekulis. Seda tunnistas ka vene teadlane A. M. Butlerov ja kinnitas selle vaatenurga õigsust eksperimentaalselt.

Looduses leidmine ja alkeenide füsioloogiline roll

Paljud on huvitatud küsimusest, kus alkeene looduses leidub. Niisiis selgub, et looduses neid praktiliselt ei esine, kuna selle lihtsaim esindaja etüleen on taimede hormoon ja seda sünteesitakse neis ainult väikestes kogustes.

Tõsi, looduses on selline alkeen nagu muskalur. See üks looduslikest alkeenidest on emase kodukärbse seksuaalne atraktant.

Tasub pöörata tähelepanu asjaolule, et kõrge kontsentratsiooniga madalamatel alkeenidel on narkootiline toime, mis võib põhjustada krampe ja limaskestade ärritust.

Alkeenide rakendamine

Elu kaasaegne ühiskond tänapäeval on seda raske ette kujutada ilma polümeersete materjalide kasutamiseta. Kuna erinevalt looduslikest materjalidest on polümeeridel erinevad omadused, on neid lihtne töödelda ja kui hinda vaadata, siis on need suhteliselt odavad. Teine oluline aspekt polümeeride kasuks on see, et paljusid neist saab taaskasutada.

Alkeenid on leidnud oma rakenduse plastide, kummide, kilede, tefloni, etüülalkoholi, atseetaldehüüdi jt tootmisel. orgaanilised ühendid.

IN põllumajandus seda kasutatakse viljade valmimisprotsessi kiirendava vahendina. Saamise eest mitmesugused polümeerid ja alkoholid kasutavad propüleeni ja butüleene. Kuid sünteetilise kummi tootmisel kasutatakse isobutüleeni. Seetõttu võime järeldada, et alkeenidest ei saa loobuda, kuna need on kõige olulisemad keemilised toorained.

Etüleeni tööstuslik kasutamine

Tööstuslikus mastaabis kasutatakse propüleeni tavaliselt polüpropüleeni sünteesiks ning isopropanooli, glütserooli, butüüraldehüüdide jms tootmiseks. Igal aastal suureneb vajadus propüleeni järele.

Jätkamine. Alustuseks vt № 15, 16, 17, 18, 19/2004

9. õppetund
Alkeenide keemilised omadused

Alkeenide (etüleeni ja selle homoloogide) keemilised omadused on suuresti määratud d ... sidemete olemasoluga nende molekulides. Alkeenid osalevad kõigi kolme tüüpi reaktsioonides ja neist kõige iseloomulikumad on reaktsioonid p .... Mõelge neile, kasutades näitena propüleeni C 3 H 6.
Kõik liitumisreaktsioonid kulgevad läbi kaksiksideme ja seisnevad alkeeni α-sideme lõhenemises ja katkemiskohas kahe uue α-sideme moodustumises.

Halogeenide lisamine:

Vesiniku lisamine(hüdrogeenimisreaktsioon):

Veeühendus(hüdratatsioonireaktsioon):

Vesinikhalogeniidide (HHal) ja vee lisamine ebasümmeetrilisteks alkeenideks vastavalt V. V. Markovnikovi reeglile (1869). Vesinikhape Hhal kinnitub kaksiksideme juures kõige enam hüdrogeenitud süsinikuaatomiga. Vastavalt sellele seostub Hal jääk C-aatomiga, millel on väiksem arv vesinikuaatomeid.

Alkeenide põlemine õhus.
Süttimisel põlevad alkeenid õhus:

2CH 2 \u003d CHCH 3 + 9O 2 6CO 2 + 6H 2 O.

Gaasilised alkeenid moodustavad õhuhapnikuga plahvatusohtlikke segusid.
Alkeenid oksüdeeritakse vesikeskkonnas kaaliumpermanganaadi toimel, millega kaasneb KMnO 4 lahuse värvimuutus ja glükoolide moodustumine (ühendid, millel on kaks hüdroksüülrühma külgnevates C-aatomites). See protsess - alkeenide hüdroksüülimine:

Alkeenid oksüdeeritakse õhuhapniku toimel epoksiidideks. hõbekatalüsaatorite juuresolekul kuumutamisel:

Alkeenide polümerisatsioon- paljude alkeenimolekulide sidumine üksteisega. Reaktsioonitingimused: kuumutamine, katalüsaatorite olemasolu. Molekulide ühendamine toimub molekulisiseste sidemete lõhenemisel ja uute molekulidevaheliste sidemete moodustumisel:

Selles reaktsioonis väärtuste vahemik n = 10 3 –10 4 .

Harjutused.

1. Kirjutage buteen-1 reaktsioonivõrrandid: a) Br2; b) HBr; V) H2O; G) H2. Nimetage reaktsiooniproduktid.

2. On teada tingimused, mille korral vee ja vesinikhalogeniidide lisamine alkeenide kaksiksidemele toimub Markovnikovi reegli vastu. Kirjutage reaktsioonivõrrandid
3-bromopropüleen vastavalt Markovnikovi-vastasele: a) veega; b) vesinikbromiid.

3. Kirjutage polümerisatsioonireaktsioonide võrrandid: a) buteen-1; b) vinüülkloriid CH2=CHCl;
c) 1,2-difluoroetüleen.

4. Kirjutage etüleeni ja hapniku reaktsioonide võrrandid järgnevad protsessid: a) põlemine õhus; b) hüdroksüülimine veega KMnO4; c) epoksüdeerimine (250 °C, Ag ).

5. Kirjutage alkeeni struktuurivalem, teades, et 0,21 g seda ühendit võib lisada 0,8 g broomi.

6. 1 liitri gaasilise süsivesiniku põletamisel, mis kaotab värvi kaaliumpermanganaadi vaarika lahuse, kulub 4,5 liitrit hapnikku ja saadakse 3 liitrit. CO2. Kirjutage selle süsivesiniku struktuurivalem.

10. õppetund
Alkeenide saamine ja kasutamine

Alkeenide saamise reaktsioonid taandatakse alkeenide keemilisi omadusi esindavate reaktsioonide ümberpööramiseks (nende vool paremalt vasakule, vt õppetund 9). Peate lihtsalt leidma sobivad tingimused.
Kahe halogeeniaatomi eemaldamine dihaloalkaanidest mis sisaldavad halogeene naaber C aatomites. Reaktsioon kulgeb metallide (Zn jne) toimel:

Küllastunud süsivesinike krakkimine. Niisiis, etaani krakkimise ajal (vt õppetund 7) moodustub etüleeni ja vesiniku segu:

Alkoholide dehüdratsioon. Kui alkohole töödeldakse vett eemaldavate ainetega (kontsentreeritud väävelhape) või kuumutamisel temperatuurini 350 °C katalüsaatorite juuresolekul, eraldub vesi ja tekivad alkeenid:

Sel viisil saadakse etüleeni laboris.
Tööstuslik meetod propüleeni tootmiseks koos krakkimisega on propanooli dehüdratsioon alumiiniumoksiidil:

Kloroalkaanide dehüdrokloorimine toimub alkoholi leeliselahuse toimel, kuna Vees ei ole reaktsiooniproduktideks alkeenid, vaid alkoholid.

Etüleeni ja selle homoloogide kasutamine lähtudes nende keemilistest omadustest, st võimest muutuda erinevateks kasulikeks aineteks.

Mootorikütused, kõrge oktaanarvuga, saadakse hargnenud ahelaga alkeenide hüdrogeenimisel:

Broomi kollase lahuse värvuse muutus inertses lahustis (CCl 4) tekib siis, kui lisatakse tilk alkeeni või lastakse läbi lahuse gaasiline alkeen. Koostoime broomiga - iseloomulik kvalitatiivne reaktsioon kaksiksidemele:

Etüleeni hüdrokloorimise produkti, kloroetaani, kasutatakse keemiline süntees C 2 H 5 rühma sisestamiseks molekuli:

Kloroetaanil on ka lokaalanesteetiline (valu vaigistav) toime, mida kasutatakse kirurgilistel operatsioonidel.

Alkoholid saadakse alkeenide hüdraatimisel, näiteks etanool:

Alkohol C 2 H 5 OH kasutatakse lahustina, desinfitseerimiseks, uute ainete sünteesil.

Etüleeni hüdratsioon oksüdeeriva aine [O] juuresolekul põhjustab etüleenglükooli - antifriis ja vahepealne keemiline süntees :

Etüleen oksüdeeritakse etüleenoksiidi ja atseetaldehüüdi saamiseks. keemiatööstuse toorained:

Polümeerid ja plastid- alkeenide polümerisatsiooniproduktid, näiteks polütetrafluoroetüleen (teflon):

Harjutused.

1. Täitke eliminatsioonireaktsioonide (lõhustumise) võrrandid, nimetage saadud alkeenid:

2. Koostage hüdrogeenimisreaktsioonide võrrandid: a) 3,3-dimetüülbuteen-1;
b) 2,3,3-trimetüülbuteen-1. Need reaktsioonid tekitavad alkaane, mida kasutatakse mootorikütustena, andke neile nimed.

3. 100 g etüülalkoholi lasti läbi kuumutatud alumiiniumoksiidiga täidetud toru. C2H5OH. Selle tulemuseks oli 33,6 liitrit süsivesinikku (n.o.s.). Kui palju alkoholi (%) reageeris?

4. Mitu grammi broomi reageerib 2,8 liitri (n.o.s.) etüleeniga?

5. Kirjutage trifluorokloroetüleeni polümerisatsiooni võrrand. (Saadud plast on vastupidav kuumale väävelhappele, metallilisele naatriumile jne.)

1. teema harjutuste vastused

9. õppetund

5. Alkeeni C reaktsioon n H2 n broomiga üldiselt:

Alkeeni molaarmass M(KOOS n H2 n) = 0,21 160/0,8 = 42 g/mol.
See on propüleen.
Vastus. Alkeeni valem on CH2 \u003d CHCH3 (propüleen).

6. Kuna kõik reaktsioonis osalevad ained on gaasid, on reaktsioonivõrrandis olevad stöhhiomeetrilised koefitsiendid võrdelised nende mahusuhetega. Kirjutame reaktsioonivõrrandi:

KOOS a H V+ 4,50 2 3CO 2 + 3 H 2 O.

Veemolekulide arv määratakse reaktsioonivõrrandiga: reageeris 4,5 2 = 9 O aatomit, 6 O aatomit on seotud CO 2-ga, ülejäänud 3 O aatomit on osa kolmest H 2 O molekulist Seetõttu on indeksid võrdsed: A = 3, V\u003d 6. Soovitud süsivesinik on propüleen C 3 H 6.
Vastus. Struktuurivalem propüleen - CH 2 \u003d CHCH 3.

10. õppetund

1. Eliminatsiooni (lõhustamise) reaktsioonivõrrandid – alkeenide süntees:

2. Alkeenide hüdrogeenimisreaktsioonid, kui neid kuumutatakse rõhu all katalüsaatori juuresolekul:

3. Etüülalkoholi dehüdratsiooni reaktsioon on järgmine:

Siit läbi X näidatakse etüleeniks muundatud alkoholi mass.
Leiame väärtuse X: X\u003d 46 33,6 / 22,4 \u003d 69 g.
Reageeritud alkoholi osakaal oli: 69/100 = 0,69 ehk 69%.
Vastus. 69% alkoholi reageeris.

4.

Kuna reaktiivide (C 2 H 4 ja Br 2) valemite ees olevad stöhhiomeetrilised koefitsiendid on võrdsed ühega, kehtib seos:
2,8/22,4 = X/160. Siit X= 20 g Br2.
Vastus. 20 g Br2.

Lihtsaim alkeen on eteen C 2 H 4. IUPAC nomenklatuuri järgi moodustatakse alkeenide nimetused vastavate alkaanide nimedest, asendades järelliide "-an" "-een"-ga; kaksiksideme asukoht on tähistatud araabia numbriga.

Etüleeni ruumiline struktuur

Selle seeria esimese esindaja - etüleeni - nime järgi nimetatakse selliseid süsivesinikke etüleeniks.

Nomenklatuur ja isomeeria

Nomenklatuur

Lihtsa struktuuriga alkeene nimetatakse sageli, asendades alkaanides sufiksi -an -üleeniga: etaan - etüleen, propaan - propüleen jne.

Süstemaatilise nomenklatuuri järgi saadakse etüleeni süsivesinike nimetused, asendades vastavates alkaanides sufiksi -an sufiksiga -een (alkaan - alkeen, etaan - eteen, propaan - propeen jne). Peaahela valik ja nimede järjekord on sama, mis alkaanide puhul. Kuid kett peab tingimata sisaldama kaksiksidet. Keti nummerdamine algab otsast, millele see ühendus on lähemal. Näiteks:

Mõnikord kasutatakse ka ratsionaalseid nimetusi. Sel juhul loetakse kõik alkeensüsivesinikud asendatud etüleeniks:

Küllastumata (alkeen) radikaale nimetatakse triviaalseteks nimedeks või süstemaatilise nomenklatuuri järgi:

H 2 C \u003d CH - - vinüül (etenüül)

H 2 C \u003d CH - CH 2 - - allüül (propenüül-2)

isomeeria

Alkeene iseloomustab kahte tüüpi struktuurne isomeeria. Lisaks süsinikskeleti struktuuriga seotud isomeeriale (nagu alkaanide puhul) esineb isomeeria, mis sõltub kaksiksideme asendist ahelas. See toob kaasa isomeeride arvu suurenemise alkeeni seerias.

Alkeenide homoloogse seeria kahel esimesel liikmel (etüleen ja propüleen) ei ole isomeere ja nende struktuuri saab väljendada järgmiselt:

H 2 C \u003d CH 2 etüleen (eteen)

H 2 C \u003d CH - CH 3 propüleen (propeen)

Mitme sideme positsiooni isomeeria

H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 buteen-1

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 buteen-2

Geomeetriline isomeeria - cis-, trans-isomeeria.

See isomeeria on iseloomulik kaksiksidemega ühenditele.

Kui lihtne σ-side võimaldab süsinikahela üksikute lülide vaba pöörlemist ümber oma telje, siis kaksiksideme ümber sellist pöörlemist ei toimu. See on geomeetrilise ( cis-, trans-) isomeerid.

Geomeetriline isomeeria on üks ruumilise isomeeria liike.

Isomeere, milles kaksiksideme ühel küljel asuvad samad asendajad (erinevatel süsinikuaatomitel), nimetatakse cis-isomeerideks ja erineval viisil trans-isomeerideks:

cis- Ja trans- isomeerid erinevad mitte ainult ruumilise struktuuri, vaid ka paljude füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest. trans- isomeerid on stabiilsemad kui cis- isomeerid.

Alkeenide saamine

Alkeene leidub looduses harva. Tavaliselt eraldatakse gaasilised alkeenid (etüleen, propüleen, butüleenid) rafineerimistehase gaasidest (krakkimise ajal) või nendega seotud gaasidest, samuti kivisöe koksistamise gaasidest.

Tööstuses saadakse alkeenid alkaanide dehüdrogeenimisel katalüsaatori (Cr 2 O 3) juuresolekul.

Alkaanide dehüdrogeenimine

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (buteen-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + H 2 (buteen-2)

Laboratoorsetest saamise meetoditest võib märkida järgmist:

1. Vesinikhalogeniidi lõhustamine halogeenitud alküülidest leelise alkoholilahuse toimel:

2. Atsetüleeni hüdrogeenimine katalüsaatori (Pd) juuresolekul:

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Alkoholide dehüdratsioon (vee lõhustamine).
Katalüsaatorina kasutatakse happeid (väävel- või fosforhapet) või Al 2 O 3:

Sellistes reaktsioonides eraldatakse vesinik kõige vähem hüdrogeenitud (koos väikseim number vesinikuaatomid) süsinikuaatom (A.M. Zaitsevi reegel):

Füüsikalised omadused

Mõnede alkeenide füüsikalised omadused on näidatud allolevas tabelis. Alkeenide (etüleen, propüleen ja butüleen) homoloogse seeria kolm esimest esindajat on gaasid, alates C5H10-st (amüleen või penteen-1) on vedelikud ja koos C18H36-ga tahked ained. Molekulmassi suurenedes sulamis- ja keemistemperatuur tõusevad. Tavalised alkeenid keevad kõrgemal temperatuuril kui nende isomeerid. Keemispunktid cis-isomeerid kõrgemad kui transs-isomeerid ja sulamistemperatuurid - vastupidi.

Alkeenid lahustuvad vees halvasti (samas paremini kui vastavad alkaanid), kuid hästi - orgaanilistes lahustites. Etüleen ja propüleen põlevad suitsuse leegiga.

Mõnede alkeenide füüsikalised omadused

Nimi		t pl, ° С	t kip, ° С
Etüleen (eteen)
propüleen (propeen)
Butüleen (buteen-1)
cis-buteen-2
Trans-buteen-2
Isobutüleen (2-metüülpropeen)
Amileen (penteen-1)
Heksüleen (hekseen-1)
Heptüleen (hepteen-1)
Okteen (okteen-1)
Nonüleen (nonene-1)
Decylen (detsene-1)

Alkeenidel on madal polaarsus, kuid need polariseeruvad kergesti.

Keemilised omadused

Alkeenid on väga reaktiivsed. Nende keemilised omadused määrab peamiselt süsinik-süsinik kaksikside.

π-side kui kõige vähem tugev ja ligipääsetavam, puruneb reagendi toimel ning süsinikuaatomite vabanenud valents kulub reagendi molekuli moodustavate aatomite kinnitamiseks. Seda saab esitada diagrammina:

Seega katkeb kaksikside lisaks liitreaktsioonidele justkui pooleks (säilitades σ-side).

Alkeenidele on lisaks liitumisele iseloomulikud ka oksüdatsiooni- ja polümerisatsioonireaktsioonid.

Lisamisreaktsioonid

Enamasti kulgevad liitumisreaktsioonid heterolüütilise tüübi järgi, olles elektrofiilsed liitumisreaktsioonid.

1. Hüdrogeenimine (vesiniku lisamine). Alkeenid, lisades vesinikku katalüsaatorite (Pt, Pd, Ni) juuresolekul, lähevad küllastunud süsivesinikeks - alkaanideks:

H 2 C = CH 2 + H 2 → H3C - CH3 (etaan)

2. Halogeenimine (halogeenide lisamine). Halogeenid lisavad kergesti kaksiksideme purunemise kohta, moodustades dihalogeeni derivaate:

H 2 C \u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dikloroetaan)

Kloori ja broomi lisamine on lihtsam ning joodi raskem. Fluor koos alkeenidega, nagu ka alkaanidega, interakteerub plahvatuslikult.

Võrdle: alkeenides on halogeenimisreaktsioon liitmise, mitte asendamise protsess (nagu alkaanides).

Halogeenimisreaktsioon viiakse tavaliselt läbi lahustis tavalisel temperatuuril.

Broomi ja kloori lisamine alkeenidele toimub pigem ioonse kui radikaalse mehhanismi kaudu. See järeldus tuleneb asjaolust, et halogeeni lisamise kiirus ei sõltu kiiritusest, hapniku olemasolust ja muudest radikaalseid protsesse käivitavatest või pärssivatest reagentidest. Põhineb suur hulk Selle reaktsiooni eksperimentaalsete andmete põhjal pakuti välja mehhanism, mis sisaldab mitut järjestikust etappi. Esimeses etapis toimub halogeenmolekuli polariseerumine π-sideme elektronide toimel. Halogeeniaatom, mis omandab osa positiivse laengu, moodustab π sideme elektronidega ebastabiilse vaheühendi, mida nimetatakse π kompleksiks või laengu ülekandekompleksiks. Tuleb märkida, et π-kompleksis ei moodusta halogeen suunatud sidet ühegi konkreetse süsinikuaatomiga; selles kompleksis realiseerub lihtsalt π-sideme kui doonori elektronpaari ja halogeeni kui aktseptori doonor-aktseptor interaktsioon.

Lisaks muutub π-kompleks tsükliliseks bromooniumiooniks. Selle tsüklilise katiooni moodustumise protsessis toimub Br-Br sideme heterolüütiline lõhustumine ja tühi R-orbitaalne sp 2 -hübridiseeritud süsinikuaatom kattub R-halogeeni aatomi elektronide "üksiku paari" orbitaal, mis moodustab tsüklilise bromooniumiooni.

Viimases, kolmandas etapis ründab broomianioon nukleofiilse ainena ühte bromooniumiooni süsinikuaatomit. Bromiidiooni nukleofiilne rünnak viib kolmeliikmelise tsükli avanemiseni ja naaberdibromiidi moodustumiseni ( vic- lähedal). Seda etappi võib formaalselt pidada S N2 nukleofiilseks asenduseks süsinikuaatomi juures, kus lahkuv rühm on Br +.

Selle reaktsiooni tulemust pole raske ennustada: broomianioon ründab karbokatiooni, moodustades dibromoetaani.

Broomi lahuse kiire värvimuutus CCl4-s on üks lihtsamaid küllastamatuse teste, kuna alkeenid, alküünid ja dieenid reageerivad broomiga kiiresti.

Broomi lisamine alkeenidele (broomimisreaktsioon) on kvalitatiivne reaktsioon küllastunud süsivesinikele. Kui küllastumata süsivesinikud lastakse läbi broomivee (broomi lahus vees), kaob kollane värvus (piiravate süsivesinike puhul jääb see alles).

3. Hüdrohalogeenimine (vesinikhalogeniidide lisamine). Alkeenid lisavad kergesti vesinikhalogeniide:

H 2 C \u003d CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

Vesinikhalogeniidide lisamine etüleeni homoloogidele järgib V. V. Markovnikovi (1837 - 1904) reeglit: kui normaalsetes tingimustes vesinikhalogeniidi vesinik on kaksiksideme juures seotud kõige hüdrogeenitud süsinikuaatomiga ja halogeen vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga:

Markovnikovi reeglit saab seletada sellega, et ebasümmeetrilistes alkeenides (näiteks propüleenis) on elektrontihedus jaotunud ebaühtlaselt. Otse kaksiksidemega seotud metüülrühma mõjul nihkub elektroni tihedus selle sideme poole (äärmusliku süsinikuaatomini).

Selle nihke tõttu polariseerub p-side ja süsinikuaatomitele tekivad osalaengud. On lihtne ette kujutada, et positiivselt laetud vesiniku ioon (prooton) ühendab osalise negatiivse laenguga süsinikuaatomi (elektrofiilne liitmine) ja broomianiooni osalise positiivse laenguga süsinikuga.

Selline kinnitus on aatomite vastastikuse mõju tagajärg orgaaniline molekul. Nagu teate, on süsinikuaatomi elektronegatiivsus veidi kõrgem kui vesinikul.

Seetõttu on metüülrühmas mõningane polarisatsioon σ- C-H ühendused seotud elektrontiheduse nihkega vesinikuaatomitelt süsinikule. See omakorda põhjustab elektrontiheduse suurenemist kaksiksideme piirkonnas ja eriti selle äärmisel aatomil. Seega toimib metüülrühm, nagu ka teised alküülrühmad, elektronide doonorina. Kuid peroksiidühendite või O 2 juuresolekul (kui reaktsioon on radikaalne), võib see reaktsioon minna vastuollu Markovnikovi reegliga.

Samadel põhjustel järgitakse Markovnikovi reeglit, kui ebasümmeetrilistele alkeenidele lisatakse mitte ainult vesinikhalogeniide, vaid ka teisi elektrofiilseid reaktiive (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl jne).

4. Hüdratsioon (vee lisamine). Katalüsaatorite juuresolekul lisatakse alkeenidele alkoholide moodustamiseks vett. Näiteks:

H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (isopropüülalkohol)

Oksüdatsioonireaktsioonid

Alkeenid oksüdeeruvad kergemini kui alkaanid. Alkeenide oksüdatsiooni käigus tekkivad produktid ja nende struktuur sõltuvad alkeenide struktuurist ja selle reaktsiooni tingimustest.

1. Põlemine

H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2. Mittetäielik katalüütiline oksüdatsioon

3. Oksüdeerimine normaaltemperatuuril. Etüleeni toimel vesilahus KMnO 4 (at normaalsetes tingimustes, neutraalses või aluseline keskkond- Wagneri reaktsioon) toimub kahehüdroksüülse alkoholi moodustumine - etüleenglükool:

3H 2 C \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (etüleenglükool) + 2MnO 2 + KOH

See reaktsioon on kvalitatiivne: kaaliumpermanganaadi lahuse violetne värvus muutub, kui sellele lisatakse küllastumata ühend.

Raskemates tingimustes (KMnO 4 oksüdeerimine väävelhappe või kroomisegu juuresolekul) katkeb kaksikside alkeenis, moodustades hapnikku sisaldavaid tooteid:

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (äädikhape)

Isomerisatsiooni reaktsioon

Kuumutamisel või katalüsaatorite juuresolekul on alkeenid võimelised isomeriseerima – kaksikside liigub või tekib isostruktuur.

polümerisatsioonireaktsioonid

π-sidemete katkemise tõttu võivad alkeenimolekulid omavahel ühineda, moodustades pika ahelaga molekule.

Looduses leidmine ja alkeenide füsioloogiline roll

Looduses atsüklilisi alkeene praktiliselt ei leidu. Selle orgaaniliste ühendite klassi lihtsaim esindaja - etüleen C 2 H 4 - on taimede hormoon ja seda sünteesitakse neis väikestes kogustes.

Üks väheseid looduslikult esinevaid alkeene on muskalur ( cis- trikoseen-9) on emase kodukärbse seksuaalne atraktant (Musca domestica).

Madalamatel alkeenidel on suurtes kontsentratsioonides narkootiline toime. Sarja kõrgemad liikmed põhjustavad ka krampe ja hingamisteede limaskestade ärritust.

Üksikud esindajad

Etüleen (eteen) on orgaaniline keemiline ühend, mida kirjeldatakse valemiga C 2 H 4 . See on kõige lihtsam alkeen. Sisaldab kaksiksidet ja viitab seetõttu küllastumata või küllastumata süsivesinikele. Mängib ülimalt oluline roll tööstuses ja on ka fütohormoon (taimed toodavad madala molekulmassiga orgaanilisi aineid, millel on reguleerivad funktsioonid).

Etüleen – põhjustab anesteesiat, on ärritava ja mutageense toimega.

Etüleen on enim toodetud orgaaniline ühend maailmas; etüleeni kogutoodang maailmas oli 2008. aastal 113 miljonit tonni ja kasvab jätkuvalt 2-3% aastas.

Etüleen on peamise orgaanilise sünteesi juhtiv toode ja seda kasutatakse polüetüleeni tootmiseks (1. koht, kuni 60% kogumahust).

Polüetüleen on etüleeni termoplastiline polümeer. Kõige levinum plastik maailmas.

See on valget värvi vahajas mass (õhukesed läbipaistvad lehed on värvitud). See on keemiliselt ja külmakindel, isolaator, ei ole põrutustundlik (amortisaator), pehmeneb kuumutamisel (80-120 ° C), külmub jahutamisel, adhesioon (erinevate tahkete ja / või vedelate kehade pindade nakkumine) on äärmiselt madal. Mõnikord identifitseeritakse see rahva meelest tsellofaaniga - sarnase taimset päritolu materjaliga.

Propüleen - põhjustab anesteesiat (tugevam kui etüleen), omab üldist mürgist ja mutageenset toimet.

Vastupidav veele, ei reageeri ühegi kontsentratsiooniga leelistega, neutraalsete, happeliste ja aluseliste soolade, orgaaniliste ja anorgaaniliste hapete lahustega, isegi kontsentreeritud väävelhappega, kuid laguneb toatemperatuuril 50% lämmastikhappe toimel ning vedela ja gaasilise kloori ja fluori mõjul. Aja jooksul toimub termiline vananemine.

Polüetüleenkile (eriti pakend, näiteks mullikile või teip).

Konteinerid (pudelid, purgid, karbid, kanistrid, aia kastekannud, potid istikutele.

Polümeertorud kanalisatsiooni-, drenaaži-, vee- ja gaasivarustuseks.

elektriisolatsioonimaterjal.

Polüetüleenipulbrit kasutatakse kuumsulamliimina.

Buteen-2 - põhjustab anesteesiat, on ärritava toimega.

Alkaanide keemilised omadused

Alkaanid (parafiinid) on mittetsüklilised süsivesinikud, mille molekulides on kõik süsinikuaatomid ühendatud ainult üksiksidemetega. Teisisõnu, alkaanide molekulides pole mitmik-, kaksik- ega kolmiksidemeid. Tegelikult on alkaanid süsivesinikud, mis sisaldavad võimalikult palju vesinikuaatomeid ja seetõttu nimetatakse neid piiravateks (küllastunud).

Küllastumise tõttu ei saa alkaanid liitumisreaktsioonidesse astuda.

Kuna süsiniku ja vesiniku aatomite elektronegatiivsus on üsna lähedane, põhjustab see asjaolu, et nende molekulide CH-sidemed on äärmiselt madala polaarsusega. Sellega seoses on alkaanidele iseloomulikumad reaktsioonid, mis kulgevad radikaalse asendusmehhanismi järgi, mida tähistatakse sümboliga SR.

1. Asendusreaktsioonid

Seda tüüpi reaktsioonides katkevad süsinik-vesiniksidemed.

RH + XY → RX + HY

Halogeenimine

Alkaanid reageerivad halogeenidega (kloor ja broom) ultraviolettkiirguse või tugeva kuumuse toimel. Sel juhul moodustub erineva vesinikuaatomite asendusastmega halogeeni derivaatide segu - mono-, di-tri- jne. halogeen-asendatud alkaanid.

Metaani näitel näeb see välja järgmine:

Muutes reaktsioonisegus halogeeni/metaani suhet, on võimalik tagada, et toodete koostises on ülekaalus mõni konkreetne metaani halogeeni derivaat.

reaktsiooni mehhanism

Analüüsime vabade radikaalide asendusreaktsiooni mehhanismi metaani ja kloori interaktsiooni näitel. See koosneb kolmest etapist:

1. initsiatsioon (või ahelinitsiatsioon) - vabade radikaalide moodustumise protsess väljast tuleva energia toimel - kiiritamine UV-valgusega või kuumutamine. Selles etapis toimub kloori molekulis Cl-Cl sideme homolüütiline lõhustamine, mille käigus moodustuvad vabad radikaalid:

Nagu ülaltoodud jooniselt näha, nimetatakse vabu radikaale aatomiteks või aatomirühmadeks, millel on üks või mitu paarimata elektronid(Cl, H, CH3, CH2 jne);

2. Ahela arendamine

See etapp seisneb aktiivsete vabade radikaalide koostoimes mitteaktiivsete molekulidega. Sel juhul moodustuvad uued radikaalid. Eelkõige siis, kui klooriradikaalid mõjutavad alkaanimolekule, moodustub alküülradikaal ja vesinikkloriid. Alküülradikaal omakorda moodustab kloorimolekulidega kokkupõrkel kloori derivaadi ja uue klooriradikaali:

3) Keti katkemine (surm):

Tekib kahe radikaali rekombinatsiooni tulemusena üksteisega mitteaktiivseteks molekulideks:

2. Oksüdatsioonireaktsioonid

Normaalsetes tingimustes on alkaanid inertsed selliste tugevate oksüdeerivate ainete suhtes nagu kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhape, permanganaat ja kaaliumdikromaat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).

Põlemine hapnikus

A) täielik põlemine liigse hapnikuga. Viib süsihappegaasi ja vee moodustumiseni:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

B) mittetäielik põlemine hapnikupuudusega:

2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O

CH4 + O2 \u003d C + 2H2O

Katalüütiline oksüdatsioon hapnikuga

Alkaanide hapnikuga (~200 o C) kuumutamise tulemusena katalüsaatorite juuresolekul saab neist väga erinevaid orgaanilisi tooteid: aldehüüde, ketoone, alkohole, karboksüülhappeid.

Näiteks võib metaan, sõltuvalt katalüsaatori olemusest, oksüdeerida metüülalkohol, formaldehüüd või sipelghape:

3. Alkaanide termilised muundumised

Pragunemine

Krakkimine (inglise keelest crack - to tear) on keemiline protsess kulgeb kõrgel temperatuuril, mille tulemusena alkaanimolekulide süsiniku karkass puruneb, moodustades algsete alkaanidega võrreldes väiksema molekulmassiga alkeeni ja alkaani molekule. Näiteks:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH \u003d CH2

Krakkimine võib olla termiline või katalüütiline. Katalüütilise krakkimise teostamiseks kasutatakse tänu katalüsaatorite kasutamisele oluliselt madalamaid temperatuure võrreldes termilise krakkimisega.

Dehüdrogeenimine

Vesiniku elimineerimine toimub CH-sidemete katkemise tulemusena; viiakse läbi katalüsaatorite juuresolekul kõrgendatud temperatuuridel. Metaani dehüdrogeenimine annab atsetüleeni:

2CH4 → C2H2 + 3H2

Metaani kuumutamine temperatuurini 1200 ° C viib selle lagunemiseni lihtsateks aineteks:

CH4 → C + 2H 2

Teiste alkaanide dehüdrogeenimine annab alkeenid:

C2H6 → C2H4 + H2

Dehüdrogeenimisel n Moodustuvad -butaan, buteen-1 ja buteen-2 (viimane kujul cis- Ja transs-isomeerid):

Dehüdrotsüklistamine

Isomerisatsioon

Tsükloalkaanide keemilised omadused

Tsükloalkaanide, mille tsüklites on rohkem kui neli süsinikuaatomit, keemilised omadused on üldiselt peaaegu identsed alkaanide omadega. Tsüklopropaani ja tsüklobutaani puhul on kummalisel kombel iseloomulikud liitumisreaktsioonid. See on tingitud kõrgest pingest tsükli sees, mis viib selleni, et need tsüklid kipuvad katkema. Nii et tsüklopropaan ja tsüklobutaan lisavad kergesti broomi, vesinikku või vesinikkloriidi:

Alkeenide keemilised omadused

1. Lisamisreaktsioonid

Kuna alkeeni molekulide kaksikside koosneb ühest tugevast sigma- ja ühest nõrgast pi-sidemest, on need üsna aktiivsed ühendid, mis lähevad kergesti liitumisreaktsioonidesse. Alkeenid osalevad sageli sellistes reaktsioonides isegi kergetes tingimustes - külmas, vesilahustes ja orgaanilistes lahustites.

Alkeenide hüdrogeenimine

Alkeenid on võimelised lisama vesinikku katalüsaatorite (plaatina, pallaadium, nikkel) juuresolekul:

CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3

Alkeenide hüdrogeenimine kulgeb kergesti isegi normaalrõhul ja vähesel kuumutamisel. Huvitav fakt on see, et alkaanide alkeenideks dehüdrogeenimiseks saab kasutada samu katalüsaatoreid, ainult dehüdrogeenimine toimub kõrgemal temperatuuril ja madalamal rõhul.

Halogeenimine

Alkeenid astuvad kergesti broomiga liitumisreaktsiooni nii vesilahuses kui ka orgaanilistes lahustites. Interaktsiooni tulemusena kaotavad esialgu broomi kollased lahused oma värvi, s.t. värvi muutma.

CH2 \u003d CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Hüdrohalogeenimine

On lihtne näha, et vesinikhalogeniidi lisamine ebasümmeetrilisele alkeeni molekulile peaks teoreetiliselt viima kahe isomeeri seguni. Näiteks kui propeenile lisatakse vesinikbromiidi, tuleks saada järgmised tooted:

Sellegipoolest toimub konkreetsete tingimuste puudumisel (näiteks peroksiidide olemasolu reaktsioonisegus) vesinikhalogeniidi molekuli lisamine rangelt selektiivselt vastavalt Markovnikovi reeglile:

Vesinikhalogeniidi lisamine alkeenile toimub nii, et vesinik on seotud suurema arvu vesinikuaatomitega süsinikuaatomiga (rohkem hüdrogeenitud) ja halogeen on seotud väiksema vesinikuaatomite arvuga süsinikuaatomiga (vähem hüdrogeenitud).

Niisutus

See reaktsioon viib alkoholide moodustumiseni ja kulgeb ka vastavalt Markovnikovi reeglile:

Nagu võite arvata, kuna vee lisamine alkeeni molekulile toimub Markovnikovi reegli kohaselt, on primaarse alkoholi moodustumine võimalik ainult etüleeni hüdratatsiooni korral:

CH2 \u003d CH2 + H2O → CH3-CH2-OH

Just selle reaktsiooniga viiakse suure võimsusega tööstuses läbi peamine kogus etüülalkoholi.

Polümerisatsioon

Liitmisreaktsiooni spetsiifiline juhtum on polümerisatsioonireaktsioon, mis erinevalt halogeenimisest, hüdrohalogeenimisest ja hüdratsioonist toimub vabade radikaalide mehhanismi kaudu:

Oksüdatsioonireaktsioonid

Nagu kõik teised süsivesinikud, põlevad alkeenid kergesti hapnikus, moodustades süsinikdioksiidi ja vett. Alkeenide põlemise võrrand liigses hapnikus on järgmine:

C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O

Erinevalt alkaanidest oksüdeeruvad alkeenid kergesti. KMnO 4 vesilahuse toimel alkeenidele värvimuutus, mis on kvalitatiivne reaktsioon orgaaniliste ainete molekulide topelt- ja kolmekordsetele CC-sidemetele.

Alkeenide oksüdeerimine kaaliumpermanganaadiga neutraalses või kergelt leeliselises lahuses põhjustab dioolide (dihüdroksüülsete alkoholide) moodustumist:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2 MnO 2 + 2KOH (jahutus)

Happelises keskkonnas toimub kaksiksideme täielik rebend koos kaksiksideme moodustanud süsinikuaatomite muutumisega karboksüülrühmad:

5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8 MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (küte)

Kui C=C kaksikside on alkeenimolekuli lõpus, tekib kaksiksideme äärmise süsinikuaatomi oksüdatsiooniproduktina süsinikdioksiid. See on tingitud asjaolust, et oksüdatsiooni vaheprodukt, sipelghape, oksüdeerub kergesti oksüdeeriva aine liias:

5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10 MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20 H 2 O (küte)

Alkeenide oksüdeerimisel, kus kaksiksideme C-aatom sisaldab kahte süsivesiniku asendajat, moodustub ketoon. Näiteks 2-metüülbuteen-2 oksüdeerimisel tekib atsetoon ja äädikhape.

Alkeenide oksüdatsiooni, mis lõhub kaksiksideme süsiniku karkassi, kasutatakse nende struktuuri kindlaksmääramiseks.

Alkadieenide keemilised omadused

Lisamisreaktsioonid

Näiteks halogeenide lisamine:

Broomivesi muutub värvituks.

Normaaltingimustes toimub halogeeniaatomite lisandumine butadieen-1,3 molekuli otstes, samas kui π sidemed katkevad, broomi aatomid kinnituvad äärmuslikele süsinikuaatomitele ja vabad valentsid moodustavad uue π sideme. Seega justkui toimub kaksiksideme "liikumine". Broomi liia korral saab moodustunud kaksiksideme kohta lisada veel ühe broomi molekuli.

polümerisatsioonireaktsioonid

Alküünide keemilised omadused

Alküünid on küllastumata (küllastumata) süsivesinikud ja seetõttu võivad nad osaleda liitumisreaktsioonides. Alküünide liitumisreaktsioonidest on kõige levinum elektrofiilne liitmine.

Halogeenimine

Kuna alküünmolekulide kolmikside koosneb ühest tugevamast sigma- ja kahest nõrgemast pi-sidemest, on nad võimelised siduma kas ühe või kaks halogeenmolekuli. Kahe halogeenmolekuli lisamine ühe alküünmolekuliga toimub elektrofiilse mehhanismi abil järjestikku kahes etapis:

Hüdrohalogeenimine

Vesinikhalogeniidi molekulide lisamine toimub samuti elektrofiilse mehhanismi abil ja kahes etapis. Mõlemas etapis toimub lisamine vastavalt Markovnikovi reeglile:

Niisutus

Vee lisamine alküünidele toimub rutiumisoolade juuresolekul happelises keskkonnas ja seda nimetatakse Kucherovi reaktsiooniks.

Atsetüleenile vee lisamise hüdratsiooni tulemusena moodustub atseetaldehüüd (äädikhappe aldehüüd):

Atsetüleeni homoloogide puhul põhjustab vee lisamine ketoonide moodustumist:

Alküüni hüdrogeenimine

Alküünid reageerivad vesinikuga kahes etapis. Katalüsaatoritena kasutatakse metalle nagu plaatina, pallaadium, nikkel:

Alküüni trimeriseerimine

Kui atsetüleeni juhitakse kõrgel temperatuuril üle aktiivsöe, moodustub sellest mitmesuguste toodete segu, millest peamine on benseen, atsetüleeni trimerisaadus:

Alküünide dimerisatsioon

Atsetüleen osaleb ka dimerisatsioonireaktsioonis. Protsess toimub katalüsaatoritena vasesoolade juuresolekul:

Alküünide oksüdatsioon

Alküünid põlevad hapnikus:

C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O

Alküünide interaktsioon alustega

Alküünid, mille molekuli lõpus on kolmik C≡C, on erinevalt teistest alküünidest võimelised astuma reaktsioonidesse, kus kolmiksideme vesinikuaatom asendub metalliga. Näiteks atsetüleen reageerib vedelas ammoniaagis naatriumamiidiga:

HC≡CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3,

kui ka koos ammoniaagi lahus hõbeoksiid, moodustades lahustumatuid soolataolisi aineid, mida nimetatakse atsetüleniidideks:

Tänu sellele reaktsioonile on võimalik ära tunda terminaalse kolmiksidemega alküüne, samuti isoleerida selline alküün segust teiste alküünidega.

Tuleb märkida, et kõik hõbeda ja vase atsetüleniidid on plahvatusohtlikud ained.

Atsetüliidid on võimelised reageerima halogeeni derivaatidega, mida kasutatakse keerukamate kolmiksidemega orgaaniliste ühendite sünteesil:

CH3 -C≡CH + NaNH2 → CH3 -C≡CNa + NH3

CH3-C≡CNa + CH3Br → CH3-C≡C-CH3 + NaBr

Aromaatsete süsivesinike keemilised omadused

Sideme aromaatne olemus mõjutab benseenide ja teiste aromaatsete süsivesinike keemilisi omadusi.

Üks 6pi elektronsüsteem on palju stabiilsem kui tavalised pi-sidemed. Seetõttu on aromaatsete süsivesinike puhul asendusreaktsioonid iseloomulikumad kui liitumisreaktsioonid. Areenid sisenevad asendusreaktsioonidesse elektrofiilse mehhanismi kaudu.

Asendusreaktsioonid

Halogeenimine

Nitreerimine

Nitreerimisreaktsioon kulgeb kõige paremini mitte puhta lämmastikhappe, vaid selle segu kontsentreeritud väävelhappega, nn nitreerimissegu toimel:

Alküleerimine

Reaktsioon, mille käigus üks aromaatse tuuma vesinikuaatomitest asendatakse süsivesiniku radikaaliga:

Halogeenitud alkaanide asemel võib kasutada ka alkeene. Katalüsaatoritena võib kasutada alumiiniumhalogeniide, raudraudhalogeniide või anorgaanilisi happeid.<

Lisamisreaktsioonid

hüdrogeenimine

Kloori liitumine

See toimub radikaalse mehhanismi abil intensiivse ultraviolettkiirgusega kiiritamisel:

Samamoodi võib reaktsioon toimuda ainult klooriga.

Oksüdatsioonireaktsioonid

Põlemine

2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q

mittetäielik oksüdatsioon

Benseenitsükkel on vastupidav oksüdeerivatele ainetele nagu KMnO 4 ja K 2 Cr 2 O 7 . Reaktsioon ei lähe.

Benseenitsükli asendajate jagunemine kahte tüüpi:

Mõelge benseeni homoloogide keemilistele omadustele, kasutades näitena tolueeni.

Tolueeni keemilised omadused

Halogeenimine

Tolueeni molekuli võib pidada benseeni ja metaani molekulide fragmentidest koosnevaks. Seetõttu on loogiline eeldada, et tolueeni keemilised omadused peaksid mingil määral ühendama nende kahe aine keemilised omadused eraldi võetuna. Eelkõige on see just see, mida täheldatakse selle halogeenimise ajal. Teame juba, et benseen astub elektrofiilse mehhanismi abil klooriga asendusreaktsiooni ja selle reaktsiooni läbiviimiseks tuleb kasutada katalüsaatoreid (alumiinium- või raudhalogeniide). Samal ajal on metaan võimeline reageerima ka klooriga, kuid seda vabade radikaalide mehhanismi abil, mis nõuab esialgse reaktsioonisegu kiiritamist UV-valgusega. Sõltuvalt kloorimise tingimustest on tolueen võimeline andma benseenitsüklis kas vesinikuaatomite asendusprodukte - selleks peate kasutama samu tingimusi nagu benseeni kloorimisel või vesinikuaatomite asendusprodukte metüülradikaalis, kui seda, nagu ka metaani, töödeldakse ultraviolettkiirguse all klooriga:

Nagu näete, andis tolueeni kloorimine alumiiniumkloriidi juuresolekul kahe erineva produkti - orto- ja paraklorotolueeni. See on tingitud asjaolust, et metüülradikaal on esimest tüüpi asendaja.

Kui tolueeni kloorimine AlCl3 juuresolekul viiakse läbi kloori ülemäärases koguses, on võimalik triklooriga asendatud tolueeni moodustumine:

Samamoodi, kui tolueeni klooritakse valguse käes kõrgema kloori/tolueeni suhtega, võib saada diklorometüülbenseeni või triklorometüülbenseeni:

Nitreerimine

Vesinikuaatomite asendamine nitrorühmaga tolueeni nitreerimisel kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappe seguga põhjustab asendusprodukte aromaatses tuumas, mitte metüülradikaalis:

Alküleerimine

Nagu juba mainitud, on metüülradikaal esimest tüüpi orientant, seetõttu põhjustab selle Friedel-Craftsi alküülimine orto- ja para-asendis asendusprodukte:

Lisamisreaktsioonid

Tolueeni saab hüdrogeenida metüültsükloheksaaniks, kasutades metallkatalüsaatoreid (Pt, Pd, Ni):

C6H5CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O

mittetäielik oksüdatsioon

Sellise oksüdeeriva aine kui kaaliumpermanganaadi vesilahuse toimel külgahel oksüdeerub. Aromaatset tuuma ei saa sellistes tingimustes oksüdeerida. Sel juhul moodustub olenevalt lahuse pH-st kas karboksüülhape või selle sool.