Tie, ktoré obsahujú pí väzbu, sú nenasýtené uhľovodíky. Sú to deriváty alkánov, v molekulách ktorých sa odštiepili dva atómy vodíka. Výsledné voľné valencie tvoria nový typ väzby, ktorá je umiestnená kolmo na rovinu molekuly. Tak vzniká nová skupina zlúčenín – alkény. V tomto článku zvážime fyzikálne vlastnosti, prípravu a použitie látok tejto triedy v každodennom živote a priemysle.
Homológny rad etylénu
Všeobecný vzorec pre všetky zlúčeniny nazývané alkény, odrážajúci ich kvalitatívne a kvantitatívne zloženie, je CnH2n. Názvy uhľovodíkov podľa systematického názvoslovia sú nasledovné: v termíne príslušného alkánu sa prípona mení z -an na -én, napr.: etán - etén, propán - propén atď. V niektorých zdrojoch môžete nájsť iný názov pre zlúčeniny tejto triedy - olefíny. Ďalej budeme študovať proces tvorby dvojitej väzby a fyzikálne vlastnosti alkénov a tiež určíme ich závislosť od štruktúry molekuly.
Ako vzniká dvojitá väzba?
Elektrónovú povahu pí väzby na príklade etylénu možno znázorniť nasledovne: atómy uhlíka v jeho molekule sú vo forme hybridizácie sp2. V tomto prípade sa vytvorí sigma väzba. Dva ďalšie hybridné orbitály, po jednom z atómov uhlíka, tvoria jednoduché sigma väzby s atómami vodíka. Dva zostávajúce voľné hybridné oblaky uhlíkových atómov sa prekrývajú nad a pod rovinou molekuly – vzniká pí väzba. Je to ona, ktorá určuje fyzikálne a chemické vlastnosti alkénov, o ktorých sa bude diskutovať neskôr.
Priestorová izoméria
Zlúčeniny, ktoré majú rovnaké kvantitatívne a kvalitatívne zloženie molekúl, ale odlišnú priestorovú štruktúru, sa nazývajú izoméry. Izoméria sa vyskytuje v skupine látok nazývaných organické. Charakterizáciu olefínov značne ovplyvňuje fenomén optickej izomérie. Vyjadruje sa v skutočnosti, že etylénové homológy obsahujúce rôzne radikály alebo substituenty na každom z dvoch atómov uhlíka v dvojitej väzbe sa môžu vyskytovať vo forme dvoch optických izomérov. Líšia sa od seba polohou substituentov v priestore vzhľadom na rovinu dvojitej väzby. Fyzikálne vlastnosti alkénov v tomto prípade budú tiež odlišné. Týka sa to napríklad bodov varu a topenia látok. Olefíny s priamym reťazcom majú teda vyššie teploty varu ako izomérne zlúčeniny. Tiež teploty varu cis izomérov alkénov sú vyššie ako teploty varu trans izomérov. Čo sa týka teplôt topenia, obraz je opačný.
Porovnávacia charakteristika fyzikálnych vlastností etylénu a jeho homológov
Prví traja zástupcovia olefínov sú plynné zlúčeniny, potom počnúc penténom C5H10 až po alkén so vzorcom C17H34 sú kvapaliny a potom idú pevné látky. Eténové homológy vykazujú nasledujúci trend: teploty varu zlúčenín klesajú. Napríklad pre etylén je tento indikátor -169,1 ° C a pre propylén -187,6 ° C. Ale teploty varu sa zvyšujú so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou. Takže pre etylén je to -103,7 °C a pre propén -47,7 °C. Zhrnutím toho, čo bolo povedané, môžeme konštatovať, že fyzikálne vlastnosti alkénov závisia od ich molekulovej hmotnosti. S jeho nárastom sa agregovaný stav zlúčenín mení v smere: plyn - kvapalina - pevná látka a tiež klesá teplota topenia a zvyšujú sa teploty varu.
Charakteristika eténu
Prvý zástupca homologická séria alkény sú etylén. Je to bezfarebný plyn, mierne rozpustný vo vode, ale vysoko rozpustný v organických rozpúšťadlách. Molekulová hmotnosť - 28, etén je o niečo ľahší ako vzduch, má jemnú sladkú vôňu. Ľahko reaguje s halogénmi, vodíkom a halogenovodíkmi. Fyzikálne vlastnosti alkénov a parafínov sú si však dosť blízke. Napríklad stav agregácie, schopnosť metánu a etylénu podliehať silnej oxidácii atď. Ako možno rozlíšiť alkény? Ako odhaliť nenasýtený charakter olefínu? Na tento účel existujú kvalitatívne reakcie, ktorým sa budeme podrobnejšie venovať. Pripomeňme si, akú vlastnosť majú v štruktúre molekuly alkény. Fyzikálne a chemické vlastnosti týchto látok sú určené prítomnosťou dvojitej väzby v ich zložení. Aby sa dokázala jeho prítomnosť, plynný uhľovodík prechádza purpurovým roztokom manganistanu draselného alebo brómovej vody. Ak sú sfarbené, potom zlúčenina obsahuje väzby pí v zložení molekúl. Etylén vstupuje do oxidačnej reakcie a odfarbuje roztoky KMnO 4 a Br 2 .
Mechanizmus adičných reakcií
Rozbitie dvojitej väzby končí pridaním ďalších atómov k voľným uhlíkovým valenciám. chemické prvky. Napríklad reakciou etylénu s vodíkom, nazývanou hydrogenácia, vzniká etán. Je potrebný katalyzátor, ako je práškový nikel, paládium alebo platina. Reakcia s HCl končí tvorbou chlóretánu. Alkény obsahujúce vo svojich molekulách viac ako dva atómy uhlíka podliehajú adičnej reakcii halogenovodíkov, berúc do úvahy pravidlo V. Markovnikova.
Ako homológy eténu interagujú s halogenovodíkmi
Ak stojíme pred úlohou „Charakterizovať fyzikálne vlastnosti alkénov a ich príprava“, musíme sa podrobnejšie zaoberať pravidlom V. Markovnikova. V praxi sa zistilo, že homológy etylénu reagujú s chlorovodíkom a inými zlúčeninami v mieste prerušenia dvojitej väzby podľa určitého vzoru. Spočíva v tom, že atóm vodíka je naviazaný na najviac hydrogenovaný atóm uhlíka a ión chlóru, brómu alebo jódu je naviazaný na atóm uhlíka, ktorý obsahuje najmenší počet atómov vodíka. Táto vlastnosť priebehu adičných reakcií sa nazýva pravidlo V. Markovnikova.
Hydratácia a polymerizácia
Pokračujme v uvažovaní o fyzikálnych vlastnostiach a aplikácii alkénov na príklade prvého zástupcu homologickej série - eténu. Jeho reakcia s vodou sa používa v priemysle organickej syntézy a má veľký praktický význam. Tento proces prvýkrát uskutočnil v 19. storočí A.M. Butlerov. Reakcia vyžaduje splnenie niekoľkých podmienok. V prvom rade ide o použitie koncentrovanej kyseliny sírovej alebo olea ako katalyzátora a rozpúšťadla pre etén, pri tlaku asi 10 atm a teplote do 70 °C. Proces hydratácie prebieha v dvoch fázach. Najprv sa v mieste pretrhnutia pí väzby k eténu pridajú molekuly síranu a vznikne kyselina etylsírová. Potom výsledná látka reaguje s vodou, získa sa etylalkohol. Etanol je dôležitý produkt používaný v potravinárskom priemysle na výrobu plastov, syntetických kaučukov, lakov a iných produktov. organická chémia.
Polyméry na báze olefínov
Pokračovaním v štúdiu problematiky použitia látok patriacich do triedy alkénov budeme študovať proces ich polymerizácie, pri ktorom zlúčeniny obsahujúce nenasýtené chemické väzby v ich molekulách. Je známych niekoľko typov polymerizačných reakcií, podľa ktorých vznikajú vysokomolekulárne produkty - polyméry, napr. polyetylén, polypropylén, polystyrén atď. Mechanizmus voľných radikálov vedie k výrobe vysokotlakového polyetylénu. Je to jedna z najpoužívanejších zlúčenín v priemysle. Katiónovo-iónový typ poskytuje polymér so stereoregulárnou štruktúrou, ako je polystyrén. Je považovaný za jeden z najbezpečnejších a najpohodlnejších polymérov na použitie. Výrobky z polystyrénu sú odolné voči agresívnym látkam: kyselinám a zásadám, sú nehorľavé, ľahko sa natierajú. Ďalším typom polymerizačného mechanizmu je dimerizácia, ktorá vedie k produkcii izobuténu, ktorý sa používa ako antidetonačná prísada do benzínu.
Ako získať
Alkény, ktorých fyzikálne vlastnosti študujeme, sa v laboratóriu a priemysle získavajú rôznymi metódami. Pri pokusoch v školský kurz organická chémia využíva proces dehydratácie etylalkoholu pomocou dehydratačných činidiel, ako je oxid fosforečný alebo kyselina síranová. Reakcia sa uskutočňuje pri zahrievaní a je opačným postupom ako pri získavaní etanolu. Iný bežný spôsob získavania alkénov našiel uplatnenie v priemysle, a to: zahrievanie halogénderivátov nasýtených uhľovodíkov, ako je chlórpropán, s koncentrovanými alkoholovými roztokmi zásad - hydroxidu sodného alebo draselného. Pri reakcii sa odštiepi molekula chlorovodíka, vznikne dvojitá väzba v mieste, kde vznikajú voľné valencie atómov uhlíka. Konečným produktom chemického procesu bude olefín – propén. Pokračujúc v zvažovaní fyzikálnych vlastností alkénov, zastavme sa pri hlavnom procese získavania olefínov - pyrolýze.
Priemyselná výroba nenasýtených uhľovodíkov etylénového radu
Lacné suroviny – plyny vznikajúce v procese krakovania ropy, slúžia ako zdroj olefínov v chemickom priemysle. Na tento účel sa používa technologická schéma pyrolýzy - štiepenie plynnej zmesi, pri ktorom dochádza k štiepeniu uhlíkových väzieb a tvorbe etylénu, propénu a iných alkénov. Pyrolýza sa vykonáva v špeciálnych peciach, ktoré pozostávajú z jednotlivých pyro-cievkov. Vytvárajú teplotu rádovo 750-1150°C a ako riedidlo je vodná para. Reakcie prebiehajú reťazovým mechanizmom, ktorý pokračuje tvorbou intermediárnych radikálov. Konečným produktom je etylén alebo propén a vyrábajú sa vo veľkých objemoch.
Podrobne sme študovali fyzikálne vlastnosti, ako aj aplikáciu a metódy získavania alkénov.
Vedomostný hypermarket >>Chémia >>Chémia 10. ročník >> Chémia: Alkény
Nenasýtené uhľovodíky zahŕňajú uhľovodíky obsahujúce viacnásobné väzby medzi atómami uhlíka v molekulách. Nenasýtené sú alkény, alkíny, alkadiény (polyény). Cyklické uhľovodíky obsahujúce dvojitú väzbu v cykle (cykloalkény), ako aj cykloalkány s ne Vysoké číslo atómy uhlíka v cykle (tri alebo štyri atómy). Vlastnosť "nenasýtenosti" je spojená so schopnosťou týchto látok vstupovať do adičných reakcií, predovšetkým vodíka, za vzniku nasýtených alebo nasýtených uhľovodíkov - alkánov.
Štruktúra
Alkény sú acyklické, obsahujú v molekule okrem jednoduchých väzieb aj jednu dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka a zodpovedajú všeobecnému vzorcu C n H 2n.
Alkény dostali svoje druhé meno - "olefíny" analogicky s nenasýtenými mastnými kyselinami (olejová, linolová), ktorých zvyšky sú súčasťou tekutých tukov - olejov (z anglického oil - oil).
Atómy uhlíka, medzi ktorými je dvojitá väzba, ako viete, sú v stave hybridizácie sp2. To znamená, že jeden s- a dva p-orbitály sa zúčastňujú hybridizácie, zatiaľ čo jeden p-orbitál zostáva nehybridizovaný. Prekrývanie hybridných orbitálov vedie k vytvoreniu α-väzby a vďaka nehybridizovaným α-orbitálom susedných molekúl etylénu tvoria atómy uhlíka druhú, P-spojenie. Dvojitá väzba teda pozostáva z jednej z- a jednej p-väzby.
Hybridné orbitály atómov tvoriacich dvojitú väzbu sú v rovnakej rovine, zatiaľ čo orbitály tvoriace n-väzbu sú kolmé na rovinu molekuly (pozri obr. 5).
Dvojitá väzba (0,132 nm) je kratšia ako jednoduchá väzba a jej energia je väčšia, to znamená, že je odolnejšia. Prítomnosť mobilnej, ľahko polarizovateľnej 7r väzby však vedie k tomu, že alkény sú chemicky aktívnejšie ako alkány a sú schopné vstupovať do adičných reakcií.
Homológna séria eténu
Nerozvetvené alkény tvoria homológny rad eténu (etylénu).
C2H4 - etén, C3H6 - propén, C4H8 - butén, C5H10 - pentén, C6H12 - hexén atď.
Izoméria a nomenklatúra
Pre alkény, ako aj pre alkány, je charakteristická štruktúrna izoméria. Ako si pamätáte, štruktúrne izoméry sa navzájom líšia štruktúrou uhlíkovej kostry. Najjednoduchším alkénom, ktorý sa vyznačuje štruktúrnymi izomérmi, je butén.
CH3-CH2-CH=CH2CH3-C=CH2
l
CH3
butén-1 metylpropén
Špeciálnym typom štruktúrnej izomérie je izoméria polohy dvojitej väzby:
CH3-CH2-CH=CH2CH3-CH=CH-CH3
butén-1 butén-2
Okolo jednej väzby uhlík-uhlík je možná takmer voľná rotácia atómov uhlíka, takže molekuly alkánov môžu nadobúdať rôzne tvary. Rotácia okolo dvojitej väzby je nemožná, čo vedie k vzniku iného typu izomérie v alkénoch – geometrickej, príp. cis-trans izoméria.
Cis-izoméry sa líšia od thorax-izomérov priestorovým usporiadaním molekulárnych fragmentov (v tomto prípade metylových skupín) vzhľadom na rovinu P vzťahy, a teda vlastnosti.
Alkény sú izomérne k cykloalkánom (medzitriedna izoméria), napríklad:
ch2=ch-ch2-ch2-ch2-ch3
hexén-1-cyklohexán
Nomenklatúra alkény, vyvinutý IUPAC, je podobný nomenklatúre alkánov.
1. Výber hlavného okruhu
Tvorba názvu uhľovodíka začína definíciou hlavného reťazca - najdlhšieho reťazca atómov uhlíka v molekule. V prípade alkénov musí hlavný reťazec obsahovať dvojitú väzbu.
2. Číslovanie atómov hlavného reťazca
Číslovanie atómov hlavného reťazca začína od konca, ku ktorému je dvojitá väzba najbližšie. Napríklad správny názov pripojenia je
ch3-chn-ch2-ch=ch-ch3 ch3
5-metylhexén-2, nie 2-metylhexén-4, ako by sa dalo očakávať.
Ak nie je možné určiť začiatok číslovania atómov v reťazci umiestnením dvojitej väzby, potom je určený polohou substituentov rovnakým spôsobom ako pre nasýtené uhľovodíky.
CH3-CH2-CH=CH-CH-CH3
l
CH3
2-metylhexén-3
3. Tvorba mena
Názvy alkénov sa tvoria rovnakým spôsobom ako názvy alkánov. Na konci názvu je uvedené číslo atómu uhlíka, na ktorom začína dvojitá väzba, a prípona označujúca, že zlúčenina patrí do triedy alkénov, -én.
Potvrdenie
1. Krakovanie ropných produktov. V procese tepelného krakovania nasýtených uhľovodíkov spolu s tvorbou alkánov dochádza k tvorbe alkénov.
2. Dehydrogenácia nasýtených uhľovodíkov. Keď alkány prechádzajú cez katalyzátor pri vysokej teplote (400-600 °C), molekula vodíka sa odštiepi a vytvorí sa alkén: 
3. Dehydratácia alkoholov (štiepenie vody). Účinok látok odstraňujúcich vodu (H2804, Al203) na jednosýtne alkoholy pri vysokých teplotách vedie k eliminácii molekuly vody a tvorbe dvojitej väzby:
Táto reakcia sa nazýva intramolekulárna dehydratácia (na rozdiel od intermolekulárnej dehydratácie, ktorá vedie k tvorbe éterov a bude skúmaná v § 16 „Alkoholy“).
4. Dehydrohalogenácia (eliminácia halogenovodíka).
Keď halogénalkán reaguje s alkáliou v alkoholovom roztoku, vzniká dvojitá väzba ako výsledok eliminácie molekuly halogenovodíka.
Všimnite si, že táto reakcia produkuje prevažne butén-2 a nie butén-1, čo zodpovedá Zaitsevovo pravidlo:
Keď sa halogenovodík odštiepi od sekundárnych a terciárnych halogénalkánov, odštiepi sa atóm vodíka od najmenej hydrogenovaného atómu uhlíka.
5. Dehalogenácia. Pôsobením zinku na dibrómderivát alkánu sa atómy halogénu odštiepia od susedných atómov uhlíka a vytvorí sa dvojitá väzba: 
Fyzikálne vlastnosti
Prvými tromi zástupcami homologického radu alkénov sú plyny, látky zloženia C5H10-C16H32 sú kvapaliny, vyššie alkény sú pevné látky.
Teploty varu a topenia sa prirodzene zvyšujú so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou zlúčenín.
Chemické vlastnosti
Adičné reakcie
Pripomeňme, že charakteristickým znakom predstaviteľov nenasýtených uhľovodíkov - alkénov je schopnosť vstupovať do adičných reakcií. Väčšina týchto reakcií prebieha mechanizmom elektrofilnej adície.
1. Hydrogenácia alkénov. Alkény sú schopné pridávať vodík v prítomnosti hydrogenačných katalyzátorov - kovy - platina, paládium, nikel:
CH3-CH2-CH=CH2 + H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3
Táto reakcia prebieha pri atmosférickom aj zvýšenom tlaku a nevyžaduje vysokú teplotu, pretože je exotermická. So zvýšením teploty na rovnakých katalyzátoroch môže dôjsť k reverznej reakcii, dehydrogenácii.
2. Halogenácia (adícia halogénov). Interakcia alkénu s brómovou vodou alebo roztokom brómu v organickom rozpúšťadle (Cl4) vedie k rýchlemu odfarbeniu týchto roztokov v dôsledku pridania molekuly halogénu k alkénu a vzniku dihalogénalkánov.
Markovnikov Vladimir Vasilievič
(1837-1904)
Ruský organický chemik. Formulované (1869) pravidlá o smere reakcií substitúcie, eliminácie, adície dvojitej väzby a izomerizácie v závislosti od chemickej štruktúry. Skúmal (od roku 1880) zloženie ropy, položil základy petrochémie ako samostatnej vedy. Otvoril (1883) novú triedu organických látok - cykloparafíny (naftény).
3. Hydrohalogenácia (prídavok halogenovodíka).
Adičná reakcia s halogenovodíkom bude podrobnejšie diskutovaná nižšie. Táto reakcia sa riadi Markovnikovovým pravidlom:
Keď sa k alkénu pridá halogenovodík, vodík sa viaže na viac hydrogenovaný atóm uhlíka, t.j. atóm, na ktorom je viac atómov vodíka, a halogén na menej hydrogenovaný.
4. Hydratácia (pridávanie vody). Hydratácia alkénov vedie k tvorbe alkoholov. Napríklad pridanie vody do eténu je základom jednej z priemyselných metód výroby etylalkoholu:
CH2=CH2 + H20 -> CH3-CH2OH
etén etanol
Všimnite si, že primárny alkohol (s hydroxylovou skupinou na primárnom uhlíku) sa tvorí iba vtedy, keď je etén hydratovaný. Keď sa propén alebo iné alkény hydratujú, tvoria sa sekundárne alkoholy. 
Aj táto reakcia prebieha v súlade s Markovnikovovým pravidlom – k viac hydrogenovanému atómu uhlíka sa pridá vodíkový katión a k menej hydrogenovanému sa pridá hydroxylová skupina.
5. Polymerizácia. Špeciálnym prípadom adície je polymerizačná reakcia alkénov:
Táto adičná reakcia prebieha mechanizmom voľných radikálov.
Oxidačné reakcie
Ako všetky organické zlúčeniny, aj alkény horia v kyslíku za vzniku CO2 a H20.
Na rozdiel od alkánov, ktoré sú odolné voči oxidácii v roztokoch, sa alkény ľahko oxidujú vodnými roztokmi manganistanu draselného. V neutrálnych alebo mierne alkalických roztokoch sa alkény oxidujú na dioly (dvojsýtne alkoholy) a hydroxylové skupiny sa viažu na tie atómy, medzi ktorými pred oxidáciou existovala dvojitá väzba.
Ako už viete, nenasýtené uhľovodíky - alkény sú schopné vstúpiť do adičných reakcií. Väčšina týchto reakcií prebieha mechanizmom elektrofilnej adície.
elektrofilný prídavok
Elektrofilné reakcie sú reakcie, ktoré sa vyskytujú pri pôsobení elektrofilov - častíc, ktoré nemajú elektrónovú hustotu, ako napríklad nevyplnený orbitál. Najjednoduchšou elektrofilnou časticou je katión vodíka. Je známe, že atóm vodíka má jeden elektrón na 3-orbitál. Vodíkový katión sa vytvorí, keď atóm tento elektrón stratí, takže vodíkový katión nemá vôbec žiadne elektróny:
H-le-->H+
V tomto prípade má katión pomerne vysokú elektrónovú afinitu. Kombinácia týchto faktorov robí z vodíkového katiónu dosť silnú elektrofilnú časticu.
Tvorba vodíkového katiónu je možná počas elektrolytickej disociácie kyselín:
HBr -> H + + Br -
Z tohto dôvodu dochádza k mnohým elektrofilným reakciám v prítomnosti a za účasti kyselín.
Elektrofilné častice, ako už bolo uvedené, pôsobia na systémy obsahujúce oblasti so zvýšenou hustotou elektrónov. Príkladom takéhoto systému môže byť viacnásobná (dvojitá alebo trojitá) väzba uhlík-uhlík.
Už viete, že atómy uhlíka, medzi ktorými sa vytvára dvojitá väzba, sú v stave hybridizácie sp 2. Nehybridizované p-orbitály susedných atómov uhlíka, ktoré sú v rovnakej rovine, sa prekrývajú a tvoria P- väzba, ktorá je menej pevná ako väzba z, a čo je najdôležitejšie, je ľahko polarizovaná pôsobením vonkajšieho elektrické pole. To znamená, že pri priblížení kladne nabitej častice sa elektróny väzby TC posunú v jej smere a dôjde k tzv. P- komplexné.
Ukázalo sa P-komplex a po pridaní vodíkového katiónu k P-spojenia. Katión vodíka ako keby narazil na elektrónovú hustotu vyčnievajúcu z roviny molekuly P-prepojí a pripojí sa k nemu. 
V ďalšej fáze dôjde k úplnému vytesneniu elektrónového páru. P-viaže sa na jeden z atómov uhlíka, čo vedie k tomu, že sa na ňom objaví osamelý pár elektrónov. Orbitál atómu uhlíka, na ktorom sa tento pár nachádza, a nevyplnený orbitál katiónu vodíka sa prekrývajú, čo vedie k vzniku kovalentná väzba podľa mechanizmu donor-akceptor. Druhý atóm uhlíka zároveň zostáva nevyplneným orbitálom, t.j. kladným nábojom.
Výsledná častica sa nazýva karbokation, pretože obsahuje kladný náboj na atóme uhlíka. Táto častica sa môže kombinovať s akýmkoľvek aniónom, časticou, ktorá má nezdieľaný elektrónový pár, t.j. nukleofil.
Zvážte mechanizmus elektrofilnej adičnej reakcie na príklade hydrobromácie (adícia bromovodíka) eténu:
CH2= CH2 + HBr --> CHBr-CH3
Reakcia začína tvorbou elektrofilnej častice – vodíkového katiónu, ku ktorému dochádza v dôsledku disociácie molekuly bromovodíka.
Útoky katiónov vodíka P-spájanie, formovanie P- komplex, ktorý sa rýchlo mení na karbokation: 
Teraz zvážte zložitejší prípad.
Adičná reakcia bromovodíka na etén prebieha jednoznačne a interakciou bromovodíka s propénom môžu teoreticky vzniknúť dva produkty: 1-brómpropán a 2-brómpropán. Experimentálne údaje ukazujú, že sa získa hlavne 2-brómpropán.
Aby sme to vysvetlili, budeme musieť zvážiť prechodnú časticu - karbokation.
Pridanie vodíkového katiónu k propénu môže viesť k vytvoreniu dvoch karbokatiónov: ak je vodíkový katión pripojený k prvému atómu uhlíka, k atómu, ktorý je na konci reťazca, potom druhý, t.j. stred molekuly (1), bude mať kladný náboj; ak sa spojí s druhým, potom prvý atóm (2) bude mať kladný náboj. 
Výhodný smer reakcie bude závisieť od toho, ktorý karbokation bude viac v reakčnom médiu, čo je zase určené stabilitou karbokationu. Experiment ukazuje prevládajúcu tvorbu 2-brómpropánu. To znamená, že vo väčšej miere dochádza k tvorbe karbokationu (1) s kladným nábojom na centrálnom atóme.
Väčšia stabilita tohto karbokationu sa vysvetľuje skutočnosťou, že kladný náboj na centrálnom atóme uhlíka je kompenzovaný pozitívnym indukčným účinkom dvoch metylových skupín, ktorých celkový účinok je vyšší ako +/- účinok jednej etylovej skupiny:
Vzory reakcií hydrohalogenácie alkénov študoval známy ruský chemik V. V. Markovnikov, žiak A. M. Butlerova, ktorý, ako už bolo spomenuté vyššie, sformuloval pravidlo, ktoré nesie jeho meno.
Toto pravidlo bolo stanovené empiricky, teda empiricky. V súčasnosti na to vieme podať úplne presvedčivé vysvetlenie.
Je zaujímavé, že aj iné elektrofilné adičné reakcie sa riadia Markovnikovovým pravidlom, takže by bolo správne formulovať ho viac všeobecný pohľad.
Pri elektrofilných adičných reakciách je elektrofil (častica s nevyplneným orbitálom) pripojený k viac hydrogenovanému atómu uhlíka a nukleofil (častica s osamelým párom elektrónov) je pripojený k menej hydrogenovanému.
Polymerizácia
Špeciálnym prípadom adičnej reakcie je polymerizácia alkénov a ich derivátov. Táto reakcia prebieha mechanizmom adície voľných radikálov:
Polymerizácia sa uskutočňuje v prítomnosti iniciátorov - peroxidových zlúčenín, ktoré sú zdrojom voľných radikálov. Peroxidové zlúčeniny sa nazývajú látky, ktorých molekuly zahŕňajú skupinu -O-O-. Najjednoduchšou peroxidovou zlúčeninou je peroxid vodíka HOOH.
Pri teplote 100 °C a tlaku 100 MPa dochádza k homolýze nestabilnej väzby kyslík-kyslík a k tvorbe radikálov – iniciátorov polymerizácie. Pôsobením KO- radikálov sa iniciuje polymerizácia, ktorá sa vyvíja ako adičná reakcia voľných radikálov. Rast reťazca sa zastaví, keď sa v reakčnej zmesi rekombinujú radikály - polymérny reťazec a radikály alebo KOCH2CH2-.
Pomocou reakcie radikálovej polymerizácie látok obsahujúcich dvojitú väzbu sa získa veľké množstvo makromolekulárnych zlúčenín: 
Použitie alkénov s rôznymi substituentmi umožňuje syntetizovať širokú škálu polymérnych materiálov so širokým rozsahom vlastností. 
Všetky tieto polymérne zlúčeniny majú široké využitie v rôznych oblastiach ľudskej činnosti – priemysel, medicína, používajú sa na výrobu zariadení pre biochemické laboratóriá, niektoré sú medziproduktmi pre syntézu iných makromolekulárnych zlúčenín.
Oxidácia
Už viete, že v neutrálnych alebo mierne alkalických roztokoch sa alkény oxidujú na dioly (dvojsýtne alkoholy). V kyslom prostredí (roztok okyslený kyselinou sírovou) sa dvojitá väzba úplne zničí a atómy uhlíka, medzi ktorými dvojitá väzba existovala, sa premenia na atómy uhlíka karboxylovej skupiny: 
Na určenie ich štruktúry možno použiť deštruktívnu oxidáciu alkénov. Takže napríklad, ak sa kyselina octová a propiónová získajú počas oxidácie nejakého alkénu, znamená to, že pentén-2 prešiel oxidáciou, a ak kyselina maslová (butánová) a oxid uhličitý potom je pôvodným uhľovodíkom pentén-1.
Aplikácia
Alkény sú široko používané v chemickom priemysle ako surovina na výrobu rôznych organických látok a materiálov.
Takže napríklad etén je východiskovým materiálom na výrobu etanolu, etylénglykolu, epoxidov, dichlóretánu.
Veľké množstvo eténu sa spracováva na polyetylén, ktorý sa používa na výrobu obalových fólií, riadu, rúr a elektroizolačných materiálov.
Glycerín, acetón, izopropanol, rozpúšťadlá sa získavajú z propénu. Polymerizáciou propénu vzniká polypropylén, ktorý je v mnohých ohľadoch lepší ako polyetylén: má vyššiu teplotu topenia a chemickú odolnosť.
V súčasnosti sa vlákna s unikátnymi vlastnosťami vyrábajú z polymérov - analógov polyetylénu. Napríklad polypropylénové vlákno je pevnejšie ako všetky známe syntetické vlákna.
Materiály vyrobené z týchto vlákien sú perspektívne a čoraz častejšie sa využívajú v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.
1. Aké typy izomérií sú charakteristické pre alkény? Napíšte vzorce pre možné izoméry penténu-1.
2. Aké zlúčeniny možno získať z: a) izobuténu (2-metylpropénu); b) butén-2; c) butén-1? Napíšte rovnice zodpovedajúcich reakcií.
3. Dešifrujte nasledujúci reťazec transformácií. Pomenujte zlúčeniny A, B, C. 4. Navrhnite spôsob získania 2-chlórpropánu z 1-chlórpropánu. Napíšte rovnice zodpovedajúcich reakcií.
5. Navrhnite spôsob čistenia etánu od etylénových nečistôt. Napíšte rovnice zodpovedajúcich reakcií.
6. Uveďte príklady reakcií, ktoré možno použiť na rozlíšenie nasýtených a nenasýtených uhľovodíkov.
7. Úplnou hydrogenáciou 2,8 g alkénu sa spotrebovalo 0,896 l vodíka (n.a.). Aká je molekulová hmotnosť a štruktúrny vzorec tejto zlúčeniny, ktorá má normálny reťazec atómov uhlíka?
8. Aký plyn je vo fľaši (etén alebo propén), ak je známe, že na úplné spálenie 20 cm3 tohto plynu bolo potrebných 90 cm3 kyslíka?
9*. Pri reakcii alkénu s chlórom v tme vzniká 25,4 g dichloridu a pri reakcii tohto alkénu rovnakej hmotnosti s brómom v tetrachlórmetáne vzniká 43,2 g dibromidu. Nastavte všetky možné štruktúrne vzorce východiskového alkénu.
História objavov
Z vyššie uvedeného materiálu sme už pochopili, že etylén je predchodcom homologického radu nenasýtených uhľovodíkov, ktorý má jednu dvojitú väzbu. Ich vzorec je C n H 2n a nazývajú sa alkény.
Nemecký lekár a chemik Becher v roku 1669 ako prvý získal etylén pôsobením kyseliny sírovej na etylalkohol. Becher zistil, že etylén je reaktívnejší ako metán. Bohužiaľ, v tom čase vedec nedokázal identifikovať prijatý plyn, preto mu nepriradil žiadne meno.
O niečo neskôr použili rovnakú metódu na získanie etylénu aj holandskí chemici. A keďže pri interakcii s chlórom mal schopnosť vytvárať olejovú kvapalinu, dostal názov „kyslíkový plyn“. Neskôr sa zistilo, že touto kvapalinou je dichlóretán.
In francúzsky výraz „olejový“ znie ako oléfiant. A po objavení ďalších uhľovodíkov tohto typu zaviedol Antoine Fourcroix, francúzsky chemik a vedec, nový termín, ktorý sa stal spoločným pre celú triedu olefínov alebo alkénov.
Ale už na začiatku devätnásteho storočia francúzsky chemik J. Gay-Lussac ukázal, že etanol pozostáva nielen z „olejového“ plynu, ale aj z vody. Okrem toho sa rovnaký plyn našiel v etylchloride.
A hoci chemici zistili, že etylén pozostáva z vodíka a uhlíka, a už poznali zloženie látok, dlho nevedeli nájsť jeho skutočný vzorec. A až v roku 1862 sa E. Erlenmeyerovi podarilo dokázať prítomnosť dvojitej väzby v molekule etylénu. Uznal to aj ruský vedec A. M. Butlerov a správnosť tohto pohľadu potvrdil experimentálne.
Nález v prírode a fyziologická úloha alkénov
Mnohí sa zaujímajú o otázku, kde možno nájsť alkény v prírode. Ukazuje sa teda, že sa v prírode prakticky nevyskytujú, pretože jeho najjednoduchší zástupca, etylén, je hormónom pre rastliny a syntetizuje sa v nich iba v malých množstvách.
Je pravda, že v prírode existuje taký alkén ako muscalur. Tento jeden z prírodných alkénov je sexuálnym atraktantom samičky muchy domácej.
Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že pri vysokej koncentrácii majú nižšie alkény narkotický účinok, ktorý môže spôsobiť kŕče a podráždenie slizníc.
Aplikácia alkénov
Život moderná spoločnosť dnes je ťažké si predstaviť bez použitia polymérnych materiálov. Keďže na rozdiel od prírodných materiálov majú polyméry iné vlastnosti, ľahko sa spracovávajú a ak sa pozriete na cenu, sú relatívne lacné. Ďalším dôležitým aspektom v prospech polymérov je, že mnohé z nich možno recyklovať.
Alkény našli svoje uplatnenie pri výrobe plastov, gúm, fólií, teflónu, etylalkoholu, acetaldehydu a iných. Organické zlúčeniny.
IN poľnohospodárstvo používa sa ako prostriedok, ktorý urýchľuje proces dozrievania plodov. Na získanie rôzne polyméry a alkoholy používajú propylén a butylény. Ale pri výrobe syntetického kaučuku sa používa izobutylén. Preto môžeme konštatovať, že alkény sa nemožno vzdať, pretože sú najdôležitejšou chemickou surovinou.
Priemyselné využitie etylénu
V priemyselnom meradle sa propylén zvyčajne používa na syntézu polypropylénu a na výrobu izopropanolu, glycerolu, maslových aldehydov atď. Každý rok sa potreba propylénu zvyšuje.
Pokračovanie. Na začiatok viď № 15, 16, 17, 18, 19/2004
Lekcia 9
Chemické vlastnosti alkénov
Chemické vlastnosti alkénov (etylénu a jeho homológov) sú do značnej miery určené prítomnosťou d ... väzieb v ich molekulách. Alkény vstupujú do reakcií všetkých troch typov a najcharakteristickejšie z nich sú reakcie p .... Zvážte ich pomocou propylénu C3H6 ako príkladu.
Všetky adičné reakcie prebiehajú cez dvojitú väzbu a spočívajú v rozštiepení α-väzby alkénu a vytvorení dvoch nových α-väzieb v mieste prerušenia.
Prídavok halogénov:
Pridávanie vodíka(hydrogenačná reakcia):
Prípojka vody(hydratačná reakcia):
Pridanie halogenovodíkov (HHal) a vody na nesymetrické alkény podľa pravidla V.V. Markovnikova (1869). Kyselina vodíka Hhal sa viaže na najviac hydrogenovaný atóm uhlíka na dvojitej väzbe. V súlade s tým sa zvyšok Hal viaže na atóm C, ktorý má menší počet atómov vodíka.
Spaľovanie alkénov vo vzduchu.
Po zapálení alkény horia na vzduchu:
2CH2 \u003d CHCH3 + 9026C02 + 6H20.
Plynné alkény tvoria výbušné zmesi so vzdušným kyslíkom.
Alkény sa oxidujú manganistanom draselným vo vodnom prostredí, čo je sprevádzané odfarbením roztoku KMnO 4 a tvorbou glykolov (zlúčeniny s dvoma hydroxylovými skupinami na susedných atómoch uhlíka). Tento proces - hydroxylácia alkénov:
Alkény sa oxidujú vzdušným kyslíkom na epoxidy. pri zahrievaní v prítomnosti strieborných katalyzátorov:
Polymerizácia alkénov- väzba mnohých molekúl alkénu na seba. Reakčné podmienky: zahrievanie, prítomnosť katalyzátorov. K spojeniu molekúl dochádza štiepením vnútromolekulových väzieb a tvorbou nových medzimolekulových väzieb:
V tejto reakcii je rozsah hodnôt n = 10 3 –10 4 .
Cvičenia.
1. Napíšte reakčné rovnice pre butén-1 s: a) Br2; b) HBr; V) H20; G) H2. Pomenujte produkty reakcie.
2.
Sú známe podmienky, za ktorých adícia vody a halogenovodíkov na dvojitú väzbu alkénov postupuje proti Markovnikovovmu pravidlu. Napíšte reakčné rovnice
3-brómpropylén podľa anti-Markovnikova s: a) vodou; b) bromovodík.
3.
Napíšte rovnice pre polymerizačné reakcie: a) butén-1; b) vinylchlorid CH2=CHCI;
c) 1,2-difluóretylén.
4. Napíšte rovnice pre reakcie etylénu s kyslíkom pre nasledujúce procesy: a) spaľovanie na vzduchu; b) hydroxylácia vodou KMn04; c) epoxidácia (250 °C, Ag ).
5. Napíšte štruktúrny vzorec alkénu s vedomím, že 0,21 g tejto zlúčeniny môže pridať 0,8 g brómu.
6. Pri spaľovaní 1 litra plynného uhľovodíka, ktorý odfarbuje malinový roztok manganistanu draselného, sa spotrebuje 4,5 litra kyslíka a získajú sa 3 litre CO2. Napíšte štruktúrny vzorec tohto uhľovodíka.
Lekcia 10
Získavanie a používanie alkénov
Reakcie na získanie alkénov sú redukované na reverzné reakcie reprezentujúce chemické vlastnosti alkénov (ich tok sprava doľava, pozri lekciu 9). Len si treba nájsť vhodné podmienky.
Eliminácia dvoch halogénových atómov z dihalogénalkánov obsahujúce halogény na susedných atómoch C. Reakcia prebieha pôsobením kovov (Zn a pod.):
Krakovanie nasýtených uhľovodíkov. Takže pri krakovaní (pozri lekciu 7) etánu sa vytvorí zmes etylénu a vodíka:
Dehydratácia alkoholov. Keď sú alkoholy ošetrené prostriedkami odstraňujúcimi vodu (koncentrovaná kyselina sírová) alebo keď sa zahrievajú na 350 ° C v prítomnosti katalyzátorov, voda sa odštiepi a tvoria sa alkény:
Týmto spôsobom sa v laboratóriu získava etylén.
Priemyselná metóda výroby propylénu spolu s krakovaním je dehydratácia propanolu nad oxidom hlinitým:
Dehydrochlorácia chlóralkánov sa uskutočňuje pôsobením alkalického roztoku v alkohole, pretože Vo vode nie sú reakčnými produktmi alkény, ale alkoholy.
Použitie etylénu a jeho homológov na základe ich chemických vlastností, t.j. schopnosti premeniť sa na rôzne užitočné látky.
Motorové palivá s vysokým oktánovým číslom sa získavajú hydrogenáciou rozvetvených alkénov:
Odfarbenie žltého roztoku brómu v inertnom rozpúšťadle (CCl 4) nastane, keď sa pridá kvapka alkénu alebo sa cez roztok nechá prejsť plynný alkén. Interakcia s brómom - charakteristická kvalitatívna reakcia na dvojitú väzbu:
Produkt hydrochlorácie etylénu, chlóretán, sa používa v chemická syntéza na zavedenie skupiny C2H5 do molekuly:
Chlóretán má aj lokálny anestetický (bolesť tlmiaci) účinok, ktorý sa využíva pri chirurgických operáciách.
Alkoholy sa získavajú hydratáciou alkénov, napr. etanol:
Alkohol C 2 H 5 OH sa používa ako rozpúšťadlo, na dezinfekciu, pri syntéze nových látok.
Hydratácia etylénu v prítomnosti oxidačného činidla [O] vedie k etylénglykolu - nemrznúca zmes a stredne pokročilý chemická syntéza :
Etylén sa oxiduje za vzniku etylénoxidu a acetaldehydu. suroviny v chemickom priemysle:
Polyméry a plasty- produkty polymerizácie alkénov, napríklad polytetrafluóretylén (teflón):
Cvičenia.
1. Doplňte rovnice pre eliminačné reakcie (štiepenie), pomenovať výsledné alkény:
2.
Zostavte rovnice pre hydrogenačné reakcie: a) 3,3-dimetylbutén-1;
b) 2,3,3-trimetylbutén-1. Tieto reakcie produkujú alkány používané ako motorové palivá, pomenujte ich.
3. 100 g etylalkoholu sa nechalo prejsť trubicou naplnenou zahriatym oxidom hlinitým. C2H5OH. Výsledkom bolo 33,6 litra uhľovodíkov (n.o.s.). Koľko alkoholu (v %) reagovalo?
4. Koľko gramov brómu bude reagovať s 2,8 litrami etylénu?
5. Napíšte rovnicu pre polymerizáciu trifluórchlóretylénu. (Výsledný plast je odolný voči horúcej kyseline sírovej, kovovému sodíku atď.)
Odpovede na cvičenia k téme 1
Lekcia 9
5. Reakcia alkénu C n H2 n s brómom všeobecne:
Molová hmotnosť alkénu M(S n H2 n) = 0,21 160/0,8 = 42 g/mol.
Toto je propylén.
Odpoveď.
Alkénový vzorec je CH2 \u003d CHCH3 (propylén).
6. Pretože všetky látky zapojené do reakcie sú plyny, stechiometrické koeficienty v reakčnej rovnici sú úmerné ich objemovým pomerom. Napíšeme reakčnú rovnicu:
S a H V+ 4,5023C02 + 3H20.
Počet molekúl vody určuje reakčná rovnica: zreagovalo 4,5 2 = 9 atómov O, 6 atómov O je viazaných v CO 2, zvyšné 3 atómy O sú súčasťou troch molekúl H 2 O. Indexy sú teda rovnaké: A = 3, V\u003d 6. Požadovaný uhľovodík je propylén C3H6.
Odpoveď.
Štrukturálny vzorec propylén - CH 2 \u003d CHCH 3.
Lekcia 10
1. Eliminačné (štiepiace) reakčné rovnice - syntéza alkénov:
2. Hydrogenačné reakcie alkénov pri zahrievaní pod tlakom v prítomnosti katalyzátora:
3. Reakcia dehydratácie etylalkoholu má formu:
Tu cez X uvádza sa hmotnosť alkoholu premeneného na etylén.
Poďme nájsť hodnotu X: X\u003d 46 33,6 / 22,4 \u003d 69 g.
Podiel zreagovaného alkoholu bol: 69/100 = 0,69 alebo 69 %.
Odpoveď.
Zreagovalo 69% alkoholu.
4.
Keďže stechiometrické koeficienty pred vzorcami reaktantov (C 2 H 4 a Br 2) sú rovné jednej, platí vzťah:
2,8/22,4 = X/160. Odtiaľ X= 20 g Br2.
Odpoveď.
20 g Br2.
Najjednoduchším alkénom je etén C 2 H 4. Podľa nomenklatúry IUPAC sa názvy alkénov tvoria z názvov zodpovedajúcich alkánov nahradením prípony „-an“ za „-én“; poloha dvojitej väzby je označená arabskou číslicou.
Priestorová štruktúra etylénu
Podľa názvu prvého predstaviteľa tejto série - etylénu - sa takéto uhľovodíky nazývajú etylén.
Nomenklatúra a izoméria
Nomenklatúra
Alkény jednoduchej štruktúry sa často nazývajú nahradením prípony -an v alkánoch za -ylén: etán - etylén, propán - propylén atď.
Podľa systematického názvoslovia sa názvy etylénových uhľovodíkov vyrábajú nahradením prípony -an v príslušných alkánoch príponou -én (alkán - alkén, etán - etén, propán - propén atď.). Výber hlavného reťazca a poradie názvov je rovnaké ako u alkánov. Reťazec však musí nevyhnutne obsahovať dvojitú väzbu. Číslovanie reťaze začína od konca, ku ktorému je toto spojenie bližšie. Napríklad:
Niekedy sa používajú aj racionálne názvy. V tomto prípade sa všetky alkénové uhľovodíky považujú za substituovaný etylén:
Nenasýtené (alkénové) radikály sa nazývajú triviálne názvy alebo podľa systematickej nomenklatúry:
H2C \u003d CH - - vinyl (etenyl)
H2C \u003d CH - CH2 - alyl (propenyl-2)
izoméria
Alkény sa vyznačujú dvoma typmi štruktúrnej izomérie. Okrem izomérie spojenej so štruktúrou uhlíkového skeletu (ako u alkánov) existuje izoméria, ktorá závisí od polohy dvojitej väzby v reťazci. To vedie k zvýšeniu počtu izomérov v alkénovej sérii.
Prvé dva členy homologickej série alkénov - (etylén a propylén) - nemajú izoméry a ich štruktúra môže byť vyjadrená nasledovne:
H2C \u003d CH2etylén (etén)
H2C \u003d CH - CH3 propylén (propén)
Viacnásobná väzbová pozičná izoméria
H2C \u003d CH - CH2 - CH3 butén-1
H3C - CH \u003d CH - CH3 butén-2
Geometrická izoméria - cis-, trans-izoméria.
Táto izoméria je charakteristická pre zlúčeniny s dvojitou väzbou.
Ak jednoduchá σ-väzba umožňuje voľnú rotáciu jednotlivých článkov uhlíkového reťazca okolo svojej osi, potom takáto rotácia okolo dvojitej väzby nenastáva. To je dôvod výskytu geometrických ( cis-, trans-) izoméry.
Geometrická izoméria je jedným z typov priestorovej izomérie.
Izoméry, v ktorých sú rovnaké substituenty (na rôznych atómoch uhlíka) umiestnené na jednej strane dvojitej väzby, sa nazývajú cis-izoméry a rôznymi spôsobmi - trans-izoméry:
cis- A tranz- izoméry sa líšia nielen priestorovou štruktúrou, ale aj mnohými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Trance- izoméry sú stabilnejšie ako cis- izoméry.
Získanie alkénov
Alkény sú v prírode zriedkavé. Obvykle sa plynné alkény (etylén, propylén, butylény) izolujú z rafinérskych plynov (počas krakovania) alebo súvisiacich plynov, ako aj z koksovacích plynov uhlia.
V priemysle sa alkény získavajú dehydrogenáciou alkánov v prítomnosti katalyzátora (Cr 2 O 3).
Dehydrogenácia alkánov
H3C - CH2 - CH2 - CH3 → H2C \u003d CH - CH2 - CH3 + H2 (1-butén)
H3C - CH2 - CH2 - CH3 → H3C - CH \u003d CH - CH3 + H2 (butén-2)
Z laboratórnych metód získavania možno poznamenať:
1. Štiepenie halogenovodíka z halogénovaných alkylov pôsobením alkoholového roztoku zásady na ne:
2. Hydrogenácia acetylénu v prítomnosti katalyzátora (Pd):
H-C ≡ C-H + H2 → H2C \u003d CH2
3. Dehydratácia alkoholov (štiepenie vody).
Ako katalyzátor sa používajú kyseliny (sírová alebo fosforečná) alebo Al 2 O 3:
Pri takýchto reakciách sa vodík oddeľuje od najmenej hydrogenovaného (s najmenšie číslo atómy vodíka) atóm uhlíka (pravidlo A.M. Zaitseva):
Fyzikálne vlastnosti
Fyzikálne vlastnosti niektorých alkénov sú uvedené v tabuľke nižšie. Prví traja zástupcovia homologického radu alkénov (etylén, propylén a butylén) sú plyny, počnúc C 5 H 10 (amylén, resp. pentén-1) sú kvapaliny a C 18 H 36 sú tuhé látky. So zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou sa zvyšuje bod topenia a bodu varu. Normálne alkény vrú pri vyššej teplote ako ich izoméry. Body varu cis-izoméry vyššie ako tranz-izoméry a teploty topenia - naopak.
Alkény sú slabo rozpustné vo vode (avšak lepšie ako zodpovedajúce alkány), ale dobre - v organických rozpúšťadlách. Etylén a propylén horia dymovým plameňom.
Fyzikálne vlastnosti niektorých alkénov
názov |
t pl, ° С |
t kip, ° С |
||
etylén (etén) |
||||
propylén (propén) |
||||
Butylén (1-butén) |
||||
cis-butén-2 |
||||
Trans-butén-2 |
||||
Izobutylén (2-metylpropén) |
||||
Amilen (pentén-1) |
||||
hexylén (1-hexén) |
||||
Heptylén (heptén-1) |
||||
oktén (oktén-1) |
||||
nonylén (nonén-1) |
||||
Decylen (decén-1) |
Alkény majú nízku polaritu, ale ľahko sa polarizujú.
Chemické vlastnosti
Alkény sú vysoko reaktívne. Ich chemické vlastnosti určuje najmä dvojitá väzba uhlík-uhlík.
π-väzba, ako najmenej silná a dostupnejšia, sa pôsobením činidla rozbije a uvoľnené valencie atómov uhlíka sa vynakladajú na pripojenie atómov, ktoré tvoria molekulu činidla. Dá sa to znázorniť ako diagram:
Pri dodatočných reakciách sa teda dvojitá väzba preruší akoby na polovicu (pri zachovaní σ-väzby).
Pre alkény sú okrem adície charakteristické aj oxidačné a polymerizačné reakcie.
Adičné reakcie
Častejšie adičné reakcie prebiehajú podľa heterolytického typu, pričom ide o elektrofilné adičné reakcie.
1. Hydrogenácia (pridávanie vodíka). Alkény pridaním vodíka v prítomnosti katalyzátorov (Pt, Pd, Ni) prechádzajú na nasýtené uhľovodíky - alkány:
H2C \u003d CH2 + H2 → H3C - CH3 (etán)
2. Halogenácia (adícia halogénov). Halogény sa ľahko pridávajú v mieste pretrhnutia dvojitej väzby za vzniku dihalogénových derivátov:
H2C \u003d CH2 + Cl2 → ClH2C - CH2CI (1,2-dichlóretán)
Pridávanie chlóru a brómu je jednoduchšie a jódu ťažšie. Fluór s alkénmi, rovnako ako s alkánmi, interaguje s výbuchom.
Porovnaj: v alkénoch je halogenačná reakcia procesom adície, nie substitúcie (ako u alkánov).
Halogenačná reakcia sa zvyčajne uskutočňuje v rozpúšťadle pri bežnej teplote.
K adícii brómu a chlóru k alkénom dochádza skôr iónovým ako radikálnym mechanizmom. Tento záver vyplýva zo skutočnosti, že rýchlosť pridávania halogénu nezávisí od ožiarenia, prítomnosti kyslíka a iných činidiel, ktoré iniciujú alebo inhibujú radikálové procesy. Na základe Vysoké číslo experimentálnych údajov pre túto reakciu bol navrhnutý mechanizmus, ktorý zahŕňa niekoľko po sebe nasledujúcich etáp. V prvom štádiu dochádza k polarizácii molekuly halogénu pôsobením elektrónov π-väzby. Atóm halogénu, ktorý získa určitý zlomkový kladný náboj, tvorí s elektrónmi väzby π nestabilný medziprodukt, ktorý sa nazýva komplex π alebo komplex prenosu náboja. Je potrebné poznamenať, že v n-komplexe halogén netvorí smerovanú väzbu so žiadnym konkrétnym atómom uhlíka; v tomto komplexe sa jednoducho realizuje interakcia donor-akceptor elektrónového páru π-väzby ako donoru a halogénu ako akceptora.
Ďalej sa π-komplex mení na cyklický brómiový ión. V procese tvorby tohto cyklického katiónu dochádza k heterolytickému štiepeniu väzby Br-Br a k vyprázdneniu R-orbital sp 2 -hybridizovaný atóm uhlíka sa prekrýva s R-orbitál "osamelého páru" elektrónov atómu halogénu, tvoriaci cyklický brómiový ión.
V poslednom, treťom stupni, brómový anión ako nukleofilné činidlo napadne jeden z atómov uhlíka brómiového iónu. Nukleofilný útok bromidovým iónom vedie k otvoreniu trojčlenného kruhu a vytvoreniu vicinálneho dibromidu ( vic- blízko). Tento krok možno formálne považovať za nukleofilnú substitúciu SN2 na atóme uhlíka, kde odstupujúcou skupinou je Br+.
Výsledok tejto reakcie nie je ťažké predpovedať: anión brómu napáda karbokation za vzniku dibrómetánu.
Rýchle odfarbenie roztoku brómu v CCl4 je jedným z najjednoduchších testov nenasýtenia, pretože alkény, alkíny a diény rýchlo reagujú s brómom.
Pridanie brómu k alkénom (bromačná reakcia) je kvalitatívna reakcia na nasýtené uhľovodíky. Pri prechode nenasýtených uhľovodíkov cez brómovú vodu (roztok brómu vo vode) žltá farba zmizne (v prípade obmedzujúcich uhľovodíkov zostáva).
3. Hydrohalogenácia (prídavok halogenovodíkov). Alkény ľahko pridávajú halogenovodík:
H2C \u003d CH2 + HBr → H3C - CH2Br
Pridávanie halogenovodíkov do homológov etylénu sa riadi pravidlom V. V. Markovnikova (1837 - 1904): keď normálnych podmienkach vodík halogenovodíka je viazaný dvojitou väzbou k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka a halogén k menej hydrogenovanému:
Markovnikovovo pravidlo možno vysvetliť tým, že v nesymetrických alkénoch (napríklad v propyléne) je hustota elektrónov rozložená nerovnomerne. Vplyvom metylovej skupiny naviazanej priamo na dvojitú väzbu sa elektrónová hustota posúva smerom k tejto väzbe (do krajného atómu uhlíka).
V dôsledku tohto posunu sa p-väzba polarizuje a na atómoch uhlíka sa objavujú čiastočné náboje. Je ľahké si predstaviť, že kladne nabitý vodíkový ión (protón) spojí atóm uhlíka (elektrofilná adícia), ktorý má čiastočne záporný náboj, a anión brómu s uhlíkom s čiastočne kladným nábojom.
Takáto väzba je dôsledkom vzájomného vplyvu atómov v organická molekula. Ako viete, elektronegativita atómu uhlíka je o niečo vyššia ako elektronegativita vodíka.
Preto je v metylovej skupine určitá polarizácia σ- C-H spojenia spojené s posunom elektrónovej hustoty z atómov vodíka na uhlík. To zase spôsobuje zvýšenie hustoty elektrónov v oblasti dvojitej väzby a najmä na jej extrémnom atóme. Metylová skupina, podobne ako iné alkylové skupiny, teda pôsobí ako donor elektrónov. Avšak v prítomnosti peroxidových zlúčenín alebo O 2 (keď je reakcia radikálna) môže byť táto reakcia aj v rozpore s Markovnikovovým pravidlom.
Z rovnakých dôvodov sa dodržiava Markovnikovovo pravidlo, keď sa k nesymetrickým alkénom pridávajú nielen halogenovodíky, ale aj iné elektrofilné činidlá (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl atď.).
4. Hydratácia (pridávanie vody). V prítomnosti katalyzátorov sa k alkénom pridáva voda za vzniku alkoholov. Napríklad:
H3C - CH \u003d CH2 + H - OH → H3C - CHOH - CH3 (izopropylalkohol)
Oxidačné reakcie
Alkény sa oxidujú ľahšie ako alkány. Produkty vznikajúce pri oxidácii alkénov a ich štruktúra závisí od štruktúry alkénov a od podmienok pre túto reakciu.
1. Spaľovanie
H2C \u003d CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H20
2. Neúplná katalytická oxidácia
3. Oxidácia pri normálnej teplote. Pri pôsobení na etylén vodný roztok KMnO 4 (at normálnych podmienkach, v neutrálnom resp alkalické prostredie- Wagnerova reakcia) vzniká dvojsýtny alkohol - etylénglykol:
3H2C \u003d CH2 + 2KMnO4 + 4H20 → 3HOCH2 - CH2OH (etylénglykol) + 2Mn02 + KOH
Táto reakcia je kvalitatívna: fialová farba roztoku manganistanu draselného sa zmení, keď sa k nemu pridá nenasýtená zlúčenina.
V ťažších podmienkach (oxidácia KMnO 4 v prítomnosti kyseliny sírovej alebo zmesi chrómu) sa dvojitá väzba v alkéne rozpadá za vzniku produktov obsahujúcich kyslík:
H3C - CH \u003d CH - CH3 + 2O2 → 2H3C - COOH (kyselina octová)
Izomerizačná reakcia
Pri zahrievaní alebo v prítomnosti katalyzátorov sú alkény schopné izomerizovať - dvojitá väzba sa pohybuje alebo sa vytvára izoštruktúra.
polymerizačné reakcie
V dôsledku rozbitia π-väzieb sa molekuly alkénov môžu navzájom spájať a vytvárať molekuly s dlhým reťazcom.
Nález v prírode a fyziologická úloha alkénov
V prírode sa acyklické alkény prakticky nenachádzajú. Najjednoduchší predstaviteľ tejto triedy organických zlúčenín - etylén C 2 H 4 - je hormónom pre rastliny a syntetizuje sa v nich v malých množstvách.
Jedným z mála prirodzene sa vyskytujúcich alkénov je muscalur ( cis- tricosen-9) je sexuálny atraktant samičky muchy domácej (Musca domestica).
Nižšie alkény vo vysokých koncentráciách majú narkotický účinok. Vyšší členovia radu spôsobujú aj kŕče a podráždenie slizníc dýchacích ciest.
Jednotliví zástupcovia
Etylén (etén) je organická chemická zlúčenina opísaná vzorcom C2H4. Je to najjednoduchší alkén. Obsahuje dvojitú väzbu, a preto sa vzťahuje na nenasýtené alebo nenasýtené uhľovodíky. Hrá extrémne dôležitá úloha v priemysle a je tiež fytohormónom (organické látky s nízkou molekulovou hmotnosťou produkované rastlinami a majúce regulačné funkcie).
Etylén – spôsobuje anestéziu, pôsobí dráždivo a mutagénne.
Etylén je najviac vyrábaná organická zlúčenina na svete; celková svetová produkcia etylénu v roku 2008 predstavovala 113 miliónov ton a naďalej rastie o 2 – 3 % ročne.
Etylén je popredným produktom hlavnej organickej syntézy a používa sa na výrobu polyetylénu (1. miesto, až 60 % z celkového objemu).
Polyetylén je termoplastický polymér etylénu. Najbežnejší plast na svete.
Je to voskovitá hmota bielej farby (tenké priehľadné pláty sú bezfarebné). Je chemicky a mrazuvzdorný, izolant, necitlivý na nárazy (tlmič), pri zahriatí mäkne (80-120 °C), pri ochladení zamrzne, priľnavosť (priľnavosť povrchov rôznych pevných a/alebo tekutých telies) je extrémne nízka. Niekedy sa v ľudovej mysli stotožňuje s celofánom - podobným materiálom rastlinného pôvodu.
Propylén – spôsobuje anestéziu (silnejšia ako etylén), má celkový toxický a mutagénny účinok.
Odoláva vode, nereaguje s alkáliami akejkoľvek koncentrácie, s roztokmi neutrálnych, kyslých a zásaditých solí, organických a anorganických kyselín, dokonca aj koncentrovanej kyseliny sírovej, ale rozkladá sa pôsobením 50% kyseliny dusičnej pri izbovej teplote a pod vplyvom kvapalného a plynného chlóru a fluóru. Postupom času dochádza k tepelnému starnutiu.
Polyetylénová fólia (najmä obaly, ako bublinková fólia alebo páska).
Nádoby (fľaše, poháre, škatule, kanistre, záhradné napájadlá, črepníky na sadenice.
Polymérové rúry pre kanalizáciu, kanalizáciu, vodovod a plyn.
elektroizolačný materiál.
Polyetylénový prášok sa používa ako tavné lepidlo.
Butén-2 - spôsobuje anestéziu, má dráždivé účinky.
Chemické vlastnosti alkánov
Alkány (parafíny) sú necyklické uhľovodíky, v molekulách ktorých sú všetky atómy uhlíka spojené len jednoduchými väzbami. Inými slovami, v molekulách alkánov nie sú žiadne viacnásobné, dvojité alebo trojité väzby. V skutočnosti sú alkány uhľovodíky obsahujúce maximálny možný počet atómov vodíka, a preto sa nazývajú limitujúce (nasýtené).
V dôsledku nasýtenia nemôžu alkány vstúpiť do adičných reakcií.
Pretože atómy uhlíka a vodíka majú pomerne blízku elektronegativitu, vedie to k tomu, že väzby CH v ich molekulách majú extrémne nízku polaritu. V tomto ohľade sú pre alkány charakteristickejšie reakcie prebiehajúce podľa mechanizmu radikálovej substitúcie, označené symbolom SR.
1. Substitučné reakcie
Pri reakciách tohto typu dochádza k prerušeniu väzieb uhlík-vodík.
RH + XY → RX + HY
Halogenácia
Alkány reagujú s halogénmi (chlór a bróm) pôsobením ultrafialového svetla alebo so silným teplom. V tomto prípade vzniká zmes halogénderivátov s rôznym stupňom substitúcie atómov vodíka - mono-, di-tri- atď. halogénom substituované alkány.
Na príklade metánu to vyzerá takto:
Zmenou pomeru halogén/metán v reakčnej zmesi je možné zabezpečiť, aby v zložení produktov prevládal akýkoľvek konkrétny metánhalogénový derivát.
reakčný mechanizmus
Analyzujme mechanizmus substitučnej reakcie voľných radikálov na príklade interakcie metánu a chlóru. Pozostáva z troch etáp:
- iniciácia (alebo reťazová iniciácia) - proces tvorby voľných radikálov pôsobením energie zvonku - ožiarenie UV svetlom alebo zahrievaním. V tomto štádiu molekula chlóru podlieha homolytickému štiepeniu väzby Cl-Cl s tvorbou voľných radikálov:
Voľné radikály, ako je možné vidieť na obrázku vyššie, sa nazývajú atómy alebo skupiny atómov s jedným alebo viacerými nepárové elektróny(Cl, H, CH3, CH2 atď.);
2. Rozvoj reťazca
Toto štádium spočíva v interakcii aktívnych voľných radikálov s neaktívnymi molekulami. V tomto prípade sa tvoria nové radikály. Najmä pri pôsobení chlórových radikálov na molekuly alkánov vzniká alkylový radikál a chlorovodík. Alkylový radikál, ktorý sa zrazí s molekulami chlóru, vytvára derivát chlóru a nový radikál chlóru:
3) Pretrhnutie (smrť) reťaze:
Vyskytuje sa ako výsledok rekombinácie dvoch radikálov navzájom na neaktívne molekuly:
2. Oxidačné reakcie
Za normálnych podmienok sú alkány inertné voči takým silným oxidačným činidlám, akými sú koncentrovaná kyselina sírová a dusičná, manganistan a dvojchróman draselný (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).
Spaľovanie v kyslíku
A) úplné spaľovanie s prebytkom kyslíka. Vedie k tvorbe oxidu uhličitého a vody:
CH4 + 202 \u003d CO2 + 2H20
B) nedokonalé spaľovanie s nedostatkom kyslíka:
2CH4 + 302 \u003d 2CO + 4H20
CH4+02 \u003d C + 2H20
Katalytická oxidácia kyslíkom
V dôsledku zahrievania alkánov kyslíkom (~200 o C) v prítomnosti katalyzátorov z nich možno získať širokú škálu organických produktov: aldehydy, ketóny, alkoholy, karboxylové kyseliny.
Napríklad metán, v závislosti od povahy katalyzátora, môže byť oxidovaný na metylalkohol formaldehyd alebo kyselina mravčia:
3. Tepelné premeny alkánov
Praskanie
Cracking (z angličtiny prasknúť - roztrhnúť) je chemický proces prebiehajúce pri vysokej teplote, v dôsledku čoho sa uhlíkový skelet molekúl alkánov láme za vzniku molekúl alkénov a alkánov s nižšími molekulovými hmotnosťami v porovnaní s pôvodnými alkánmi. Napríklad:
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH \u003d CH2
Krakovanie môže byť tepelné alebo katalytické. Na realizáciu katalytického krakovania sa v dôsledku použitia katalyzátorov používajú výrazne nižšie teploty v porovnaní s tepelným krakovaním.
Dehydrogenácia
K eliminácii vodíka dochádza v dôsledku prerušenia väzieb C-H; uskutočňované v prítomnosti katalyzátorov pri zvýšených teplotách. Dehydrogenáciou metánu vzniká acetylén:
2CH4 -> C2H2 + 3H2
Zahriatie metánu na 1200 ° C vedie k jeho rozkladu na jednoduché látky:
CH4 -> C + 2H 2
Dehydrogenáciou iných alkánov vznikajú alkény:
C2H6 -> C2H4 + H2
Pri dehydrogenácii n- vznikajú -bután, butén-1 a butén-2 (posledný vo forme cis- A tranz-izoméry):
Dehydrocyklizácia
Izomerizácia
Chemické vlastnosti cykloalkánov
Chemické vlastnosti cykloalkánov s viac ako štyrmi atómami uhlíka v cykloch sú vo všeobecnosti takmer totožné s vlastnosťami alkánov. Pre cyklopropán a cyklobután sú napodiv charakteristické adičné reakcie. Je to spôsobené vysokým napätím v rámci cyklu, čo vedie k tomu, že tieto cykly majú tendenciu sa lámať. Takže cyklopropán a cyklobután ľahko pridávajú bróm, vodík alebo chlorovodík:
Chemické vlastnosti alkénov
1. Adičné reakcie
Pretože dvojitá väzba v molekulách alkénu pozostáva z jednej silnej sigma väzby a jednej slabej pí väzby, ide o pomerne aktívne zlúčeniny, ktoré ľahko vstupujú do adičných reakcií. Alkény často vstupujú do takýchto reakcií aj za miernych podmienok – v chlade, vo vodných roztokoch a organických rozpúšťadlách.
Hydrogenácia alkénov
Alkény sú schopné pridávať vodík v prítomnosti katalyzátorov (platina, paládium, nikel):
CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3
Hydrogenácia alkénov prebieha ľahko aj pri bežnom tlaku a miernom zahrievaní. Zaujímavosťou je, že rovnaké katalyzátory možno použiť na dehydrogenáciu alkánov na alkény, len proces dehydrogenácie prebieha pri vyššej teplote a nižšom tlaku.
Halogenácia
Alkény ľahko vstupujú do adičnej reakcie s brómom vo vodnom roztoku aj v organických rozpúšťadlách. V dôsledku interakcie spočiatku žlté roztoky brómu strácajú farbu, t.j. odfarbiť.
CH2 \u003d CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
Hydrohalogenácia
Ako je ľahké vidieť, pridanie halogenovodíka k nesymetrickej molekule alkénu by teoreticky malo viesť k zmesi dvoch izomérov. Napríklad, keď sa bromovodík pridá do propénu, mali by sa získať tieto produkty:
Napriek tomu, ak neexistujú špecifické podmienky (napríklad prítomnosť peroxidov v reakčnej zmesi), pridanie molekuly halogenovodíka sa uskutoční prísne selektívne v súlade s Markovnikovovým pravidlom:
Pridanie halogenovodíka k alkénu prebieha tak, že vodík je pripojený k atómu uhlíka s väčším počtom atómov vodíka (viac hydrogenovaný) a halogén je pripojený k atómu uhlíka s menším počtom atómov vodíka. (menej hydrogenované).
Hydratácia
Táto reakcia vedie k tvorbe alkoholov a tiež prebieha v súlade s Markovnikovovým pravidlom:
Ako by ste mohli hádať, vzhľadom na skutočnosť, že pridávanie vody k molekule alkénu prebieha podľa Markovnikovovho pravidla, tvorba primárneho alkoholu je možná iba v prípade hydratácie etylénu:
CH2 \u003d CH2 + H20 -> CH3-CH2-OH
Touto reakciou sa vyrába hlavné množstvo etylalkoholu vo veľkokapacitnom priemysle.
Polymerizácia
Špecifickým prípadom adičnej reakcie je polymerizačná reakcia, ktorá na rozdiel od halogenácie, hydrohalogenácie a hydratácie prebieha mechanizmom voľných radikálov:
Oxidačné reakcie
Ako všetky ostatné uhľovodíky, aj alkény ľahko horia v kyslíku za vzniku oxidu uhličitého a vody. Rovnica pre spaľovanie alkénov v prebytku kyslíka má tvar:
CnH2n+ (3/2)n02 -> nC02 + nH20
Na rozdiel od alkánov sa alkény ľahko oxidujú. Pôsobením vodného roztoku KMnO 4 na alkény dochádza k odfarbeniu, čo je kvalitatívna reakcia na dvojité a trojité CC väzby v molekulách organických látok.
Oxidácia alkénov manganistanom draselným v neutrálnom alebo mierne alkalickom roztoku vedie k tvorbe diolov (dvojsýtnych alkoholov):
C2H4 + 2KMnO4 + 2H20 → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (chladenie)
V kyslom prostredí dochádza k úplnému pretrhnutiu dvojitej väzby s premenou atómov uhlíka, ktoré vytvorili dvojitú väzbu na karboxylové skupiny:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (zahrievanie)
Ak je dvojitá väzba C=C na konci molekuly alkénu, potom vzniká oxid uhličitý ako produkt oxidácie extrémneho atómu uhlíka na dvojitej väzbe. Je to spôsobené tým, že medziprodukt oxidácie, kyselina mravčia, sa ľahko sám oxiduje v nadbytku oxidačného činidla:
5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15 H 2 SO 4 → 5 CH 3 COOH + 5 CO 2 + 10 MnSO 4 + 5 K 2 SO 4 + 20 H 2 O (zahrievanie)
Pri oxidácii alkénov, pri ktorej atóm uhlíka na dvojitej väzbe obsahuje dva uhľovodíkové substituenty, vzniká ketón. Napríklad oxidáciou 2-metylbuténu-2 vzniká acetón a kyselina octová.
Na vytvorenie ich štruktúry sa používa oxidácia alkénov, ktorá narušuje uhlíkový skelet na dvojitej väzbe.
Chemické vlastnosti alkadiénov
Adičné reakcie
Napríklad pridanie halogénov:
Brómová voda sa stáva bezfarebnou.
Za normálnych podmienok dochádza k adícii atómov halogénu na koncoch molekuly butadién-1,3, zatiaľ čo väzby π sú prerušené, atómy brómu sú pripojené k extrémnym atómom uhlíka a voľné valencie vytvárajú novú väzbu π. Teda akoby došlo k „pohybu“ dvojitej väzby. S nadbytkom brómu sa môže na miesto vytvorenej dvojitej väzby pridať ešte jedna molekula brómu.
polymerizačné reakcie
Chemické vlastnosti alkínov
Alkíny sú nenasýtené (nenasýtené) uhľovodíky, a preto sú schopné vstupovať do adičných reakcií. Spomedzi adičných reakcií pre alkíny je najbežnejšia elektrofilná adícia.
Halogenácia
Keďže trojitá väzba alkínových molekúl pozostáva z jednej silnejšej sigma väzby a dvoch slabších pi väzieb, sú schopné pripojiť buď jednu alebo dve molekuly halogénu. Adícia dvoch molekúl halogénu jednou molekulou alkínu prebieha elektrofilným mechanizmom postupne v dvoch fázach:
Hydrohalogenácia
Pridávanie molekúl halogenovodíka tiež prebieha elektrofilným mechanizmom a v dvoch stupňoch. V oboch fázach pridávanie prebieha v súlade s Markovnikovovým pravidlom:
Hydratácia
Pridávanie vody k alkínom prebieha v prítomnosti solí rutia v kyslom prostredí a nazýva sa Kucherovova reakcia.
V dôsledku hydratácie pridaním vody do acetylénu vzniká acetaldehyd (acetický aldehyd):
V prípade homológov acetylénu vedie pridanie vody k tvorbe ketónov:
Hydrogenácia alkínu
Alkíny reagujú s vodíkom v dvoch krokoch. Ako katalyzátory sa používajú kovy ako platina, paládium, nikel:
Alkínová trimerizácia
Keď acetylén prechádza cez aktívne uhlie pri vysokej teplote, vytvára sa z neho zmes rôznych produktov, z ktorých hlavným je benzén, produkt trimerizácie acetylénu:
Dimerizácia alkínov
Acetylén tiež vstupuje do dimerizačnej reakcie. Proces prebieha v prítomnosti solí medi ako katalyzátorov:
Alkínová oxidácia
Alkíny horia v kyslíku:
CnH2n-2 + (3n-1) / 202 → nC02 + (n-1) H20
Interakcia alkínov so zásadami
Alkíny s trojitým C≡C na konci molekuly sú na rozdiel od iných alkínov schopné vstupovať do reakcií, pri ktorých je atóm vodíka v trojitej väzbe nahradený kovom. Napríklad acetylén reaguje s amidom sodným v kvapalnom amoniaku:
HC≡CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3,
ako aj s roztok amoniaku oxid strieborný, tvoriaci nerozpustné soli podobné látky nazývané acetylénidy:
Vďaka tejto reakcii je možné rozpoznať alkíny s koncovou trojitou väzbou, ako aj izolovať takýto alkín zo zmesi s inými alkínmi.
Treba poznamenať, že všetky acetylenidy striebra a medi sú výbušné látky.
Acetylidy sú schopné reagovať s halogénovými derivátmi, čo sa používa pri syntéze zložitejších organických zlúčenín s trojitou väzbou:
CH3-C≡CH + NaNH2 → CH3-C≡CNa + NH3
CH3-C≡CNa + CH3Br → CH3-C≡C-CH3 + NaBr
Chemické vlastnosti aromatických uhľovodíkov
Aromatický charakter väzby ovplyvňuje chemické vlastnosti benzénov a iných aromatických uhľovodíkov.
Jediný 6pi elektrónový systém je oveľa stabilnejší ako bežné pí väzby. Preto sú pre aromatické uhľovodíky charakteristické substitučné reakcie ako adičné reakcie. Arény vstupujú do substitučných reakcií elektrofilným mechanizmom.
Substitučné reakcie
Halogenácia
Nitrácia
Nitračná reakcia prebieha najlepšie za pôsobenia nie čistej kyseliny dusičnej, ale jej zmesi s koncentrovanou kyselinou sírovou, takzvanej nitračnej zmesi:
Alkylácia
Reakcia, pri ktorej je jeden z atómov vodíka na aromatickom jadre nahradený uhľovodíkovým radikálom:
Namiesto halogénovaných alkánov sa môžu použiť aj alkény. Ako katalyzátory sa môžu použiť halogenidy hliníka, halogenidy železitého železa alebo anorganické kyseliny.<
Adičné reakcie
Hydrogenácia
Prírastok chlóru
Pri intenzívnom ožiarení ultrafialovým svetlom prebieha radikálnym mechanizmom:
Podobne môže reakcia prebiehať len s chlórom.
Oxidačné reakcie
Spaľovanie
2C6H6 + 15O2 \u003d 12CO2 + 6H20 + Q
neúplná oxidácia
Benzénový kruh je odolný voči oxidačným činidlám, ako sú KMn04 a K2Cr207. Reakcia nejde.
Rozdelenie substituentov v benzénovom kruhu na dva typy:
Zvážte chemické vlastnosti homológov benzénu s použitím toluénu ako príkladu.
Chemické vlastnosti toluénu
Halogenácia
Molekula toluénu môže byť považovaná za pozostávajúcu z fragmentov molekúl benzénu a metánu. Preto je logické predpokladať, že chemické vlastnosti toluénu by mali do určitej miery spájať chemické vlastnosti týchto dvoch látok braných oddelene. Najmä to je presne to, čo sa pozoruje pri jeho halogenácii. Už vieme, že benzén vstupuje do substitučnej reakcie s chlórom elektrofilným mechanizmom a na uskutočnenie tejto reakcie je potrebné použiť katalyzátory (halogenidy hliníka alebo železa). Zároveň je metán schopný reagovať aj s chlórom, ale mechanizmom voľných radikálov, čo si vyžaduje ožiarenie východiskovej reakčnej zmesi UV svetlom. Toluén, v závislosti od podmienok, za ktorých prechádza chloráciou, je schopný poskytnúť buď produkty substitúcie atómov vodíka v benzénovom kruhu - na to musíte použiť rovnaké podmienky ako pri chlorácii benzénu, alebo produkty substitúcie. atómov vodíka v metylovom radikále, ak je na ňom, ako pôsobiť na metán s chlórom pri ožiarení ultrafialovým žiarením:
Ako vidíte, chlorácia toluénu v prítomnosti chloridu hlinitého viedla k dvom rôznym produktom - orto- a para-chlórtoluénu. Je to spôsobené tým, že metylový radikál je substituentom prvého druhu.
Ak sa chlorácia toluénu v prítomnosti AlCl3 vykonáva v nadbytku chlóru, je možná tvorba trichlórom substituovaného toluénu:
Podobne, keď sa toluén chlóruje na svetle pri vyššom pomere chlór/toluén, možno získať dichlórmetylbenzén alebo trichlórmetylbenzén:
Nitrácia
Substitúcia atómov vodíka za nitroskupinu počas nitrácie toluénu zmesou koncentrovanej kyseliny dusičnej a sírovej vedie k substitučným produktom v aromatickom jadre, a nie v metylovom radikále:
Alkylácia
Ako už bolo uvedené, metylový radikál je orientantom prvého druhu, preto jeho Friedel-Craftsova alkylácia vedie k substitučným produktom v orto a para polohách:
Adičné reakcie
Toluén môže byť hydrogenovaný na metylcyklohexán pomocou kovových katalyzátorov (Pt, Pd, Ni):
C6H5CH3 + 902 → 7CO2 + 4H20
neúplná oxidácia
Pôsobením takého oxidačného činidla, akým je vodný roztok manganistanu draselného, podlieha bočný reťazec oxidácii. Aromatické jadro nemôže byť za takýchto podmienok oxidované. V tomto prípade sa v závislosti od pH roztoku vytvorí buď karboxylová kyselina alebo jej soľ.
