Этиленовые и диеновые углеводороды кратко

Обновлено: 15.05.2024

Алкены (иначе олефины или этиленовые углеводороды) — ациклические непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с общей формулой C_nH_2n. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp² гибридизации.

Содержание

Гомологический ряд

Алкены, число атомов углерода в которых больше трёх, имеют изомеры. Для алкенов характерны изомерия углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая и пространственная.

этен	C₂H₄
пропен	C₃H₆
н-бутен	C₄H₈
н-пентен	C₅H₁₀
н-гексен	C₆H₁₂
н-гептен	C₇H₁₄
н-октен	C₈H₁₆
н-нонен	C₉H₁₈
н-децен	C₁₀H₂₀

Физические свойства

Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи.
При нормальных условиях алкены с C₂H₄ до C₄H₈ — газы; с C₅H₁₀ до C₁₇H₃₄ — жидкости, после C₁₈H₃₆ — твёрдые тела. Алкены не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.

Химические свойства

Алкены химически активны. Их химические свойства определяются наличием двойной связи.

Озонолиз: алкен окисляется до альдегидов (в случае монозамещенных вицинальных углеродов), кетонов (в случае дизамещенных вицинальных углеродов) или смеси альдегида и кетона (в случае три-замещенного у двойной связи алкена):

Озонолиз в жёстких условиях — алкен окисляется до кислоты:

Присоединение по двойной связи:

Окисление надкислотами:

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Этиленовые углеводороды" в других словарях:

ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ — то же, что олефины … Большой Энциклопедический словарь

этиленовые углеводороды — то же, что олефины. * * * ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ, то же, что олефины (см. ОЛЕФИНЫ) … Энциклопедический словарь

Этиленовые углеводороды — то же, что Олефины … Большая советская энциклопедия

ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ — то же, что олефины … Химическая энциклопедия

ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ — то же, что олефины … Большой энциклопедический политехнический словарь

ЭТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ — то же, что алкены … Естествознание. Энциклопедический словарь

этиленовые углеводороды — алкены, олефины … Cловарь химических синонимов I

Углеводороды ацетиленовые — Под этим названием подразумевают непредельные У. формулы CnH2n 2, представителем которых являлся с давних пор ацетилен C2H2 (см. Ацетилен и Углеродистый кальций). В настоящее время У. формулы CnH2n 2 можно подразделить на следующие виды: а)… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Жирные углеводороды, или алифатические углеводороды — ► aliphatics, aliphatic hydrocarbons Углеводороды с открытой цепью. Представлены следующими гомологическими рядами: ■ метановые углеводороды СnН2n+2 ■ олефиновые (этиленовые) углеводороды СnН2n с одной двойной связью ■ ацетиленовые углеводороды… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

непредельные углеводороды — ▲ углеводороды этиленовые, алкены, олефины имеют двойную связь между молекулами углерода и водорода. этилен. пропилен. бутилены. изобутилен. ацетиленовые, алкины имеют тройную связь. ацетилен. диеновые. пропадиен. бутадиен, дивинил. изопрен … Идеографический словарь русского языка

Непредельные углеводороды

Ключевые слова конспекта: Непредельные углеводороды. Алкены. Пространственная (геометрическая) изомерия. Реакции дегидратации. Реакции присоединения (гидратация, гидрогалогенирование, галогенирование). Правило Марковникова. Реакции полимеризации. Мономер. Полимер. Структурное звено. Степень полимеризации. Качественные реакции на непредельные углеводороды.

Гомологический ряд алкенов

Полиэтилен получают из углеводорода этилена С₂Н₄. В молекуле этилена два атома углерода связаны не одинарной, а двойной связью, что отражает структурная формула СН₂=СН₂. Этилен — первый представитель гомологического ряда этиленовых углеводородов, или алкенов.

Наличие в молекуле одной двойной связи С=С показывает, что валентности углеродных атомов не полностью насыщены атомами водорода, поэтому такие углеводороды называют непредельными углеводородами.

Этиленовые углеводороды образуют свой гомологический ряд. Как и в случае алканов, состав двух гомологов отличается на одну или несколько групп СН₂. Приведём молекулярные и структурные формулы ближайших гомологов этилена.

Номенклатура и изомерия алкенов

Два последних углеводорода в таблице 2 имеют одинаковый состав, но различное химическое строение, т. е. это изомеры. Однако у бутена изомерия проявляется не только в строении углеродной цепи (линейная или разветвлённая), но и в положении двойной связи в молекуле. В конце названия алкена арабской цифрой указывают атом углерода, за которым следует двойная связь:

Изомерия положения двойной связи — тоже один из видов структурной изомерии.

Особенности пространственного строения этиленовых углеводородов приводят к появлению в гомологическом ряду алкенов ещё одного вида изомерии — пространственной изомерии.

Для бутена-2 возможно написание двух различных структурных формул. В первом случае углеродная цепь алкена расположена по одну сторону от линии двойной связи, а во втором — по разные стороны:

Эти два углеводорода имеют разные физические свойства (температуры кипения, плавления и др.). Каждое вещество имеет состав С₄Н₈, неразветвлённую цепь углеродных атомов, одинаковое положение кратной связи в цепи, но различаются они взаимным расположением атомов в пространстве. Следовательно, эти углеводороды являются изомерами. Первый называют цис-бутен-2, второй — транс-бутен-2. Такой вид пространственной изомерии носит название геометрической или цис-транс-изомерии (от лат. cis — на одной стороне и trans — напротив).

Способы получения алкенов

В отличие от предельных углеводородов, алкены встречаются в природе нечасто. Промышленные способы их получения основаны на превращении алканов в алкены. В качестве природных источников алкенов используют главным образом нефть и природный газ.

Один из способов получения алкенов — уже знакомая вам реакция дегидрирования соответствующих предельных углеводородов.

К лабораторным способам получения алкенов относят реакции отщепления. Для образования в молекуле двойной связи от соседних атомов углерода нужно отнять по одному связанному с ними атому или группе. Тогда освободившиеся валентности превращаются во вторую углерод-углеродную связь.

или

Химические свойства алкенов

Химические свойства этилена и его гомологов обусловлены особенностями их строения, а именно наличием в их молекулах двойной углерод-углерод ной связи.

Для непредельных соединений характерны реакции присоединения.

Одна из наиболее важных реакций присоединения для этилена — его взаимодействие с водой в присутствии катализатора (кислоты):

Обычно эту реакцию записывают так:

В результате реакции гидратации этилена получают технический этиловый спирт. Его используют только в качестве растворителя, горючего, сырья для химических производств — словом, везде, кроме пищевой промышленности.

Присоединение воды к гомологу этилена — пропилену происходит по правилу, сформулированному выдающимся русским химиком, учеником Бутлерова В. В. Марковниковым.

Этиленовые углеводороды вступают в реакции присоединения галогеноводородов — реакции гидрогалогенирования:

И в этих реакциях, как и в реакциях гидратации, соблюдается правило Марковникова:

К реакциям присоединения относят также взаимодействие этиленовых углеводородов с галогенами — реакции галогенирования. В отличие от алканов, которые с галогенами вступают в реакцию замещения, алкены присоединяют молекулу галогена за счёт разрыва связи С=С:

или

В качестве реагента для реакции бромирования этилена можно использовать раствор брома в воде — так называемую бромную воду. При этом жёлтая окраска бромной воды исчезает. Поскольку реакция сопровождается характерными видимыми изменениями, обесцвечивание бромной воды можно использовать как качественную реакцию на этилен и другие непредельные соединения.

Вещества, содержащие двойную углерод-углеродную связь, можно обнаружить с помощью ещё одной качественной реакции. При пропускании этилена через водный раствор перманганата калия происходит обесцвечивание этого раствора. В упрощённом виде, обозначив окислитель ( КМ nO ₄ ) как [О], уравнение реакции записывают так:

Разновидностью реакции присоединения можно считать процесс полимеризации.

Под действием высокой температуры и давления двойные углерод-углеродные связи в этилене разрываются, и за счёт освободившихся валентностей атомы углерода соединяются друг с другом:

Исходное вещество (в данном случае — этилен) называют мономером, а продукт реакции (в нашем примере — полиэтилен) — полимером. В результате реакции полимеризации образуются длинные цепи, состоящие из фрагментов этилена —СН₂—СН₂—. Многократно повторяющуюся в полимерной цепи группу атомов называют структурным звеном полимера. Число структурных звеньев в макромолекуле обозначают буквой п и называют степенью полимеризации. Относительная молекулярная масса таких гигантских молекул может составлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Поскольку эта величина не является постоянной, говорят о средней молекулярной массе полимера. Уравнение реакции полимеризации этилена записывают так:

Этилен — важное химическое сырьё для производства полиэтилена, галогенпроизводных (используются, например, в качестве растворителей), этилового спирта, этиленгликоля и других продуктов химической промышленности.

Алкены — не единственные представители углеводородов, содержащих в молекуле двойную связь. О других углеводородах с двойными связями вы узнаете из материала следующего конспекта.

Непредельные углеводороды ряда этилена, или алкены, – это углеводороды с общей формулой C_nH_2n, молекулы которых содержат одну двойную связь. Атомы C, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp 2 -гибридизации, двойная связь является сочетанием - и -связей. По своей природе -связь резко отличается от -связи; -связь менее прочная вследствие перекрывания электронных облаков вне плоскости молекулы.

Простейшим алкеном является этилен. Структурная и электронная формулы этилена имеют вид:

В молекуле этилена подвергаются гибридизации одна s- и две p-орбитали атомов C (sp 2 -гибридизация). Таким образом, каждый атом C имеет по три гибридных орбитали и по одной негибридной p-орбитали. Две из гибридных орбиталей атомов C взаимно перекрываются и образуют между атомами C -связь. Остальные четыре гибридных орбитали атомов C перекрываются в той же плоскости с четырьмя s-орбиталями атомов H и также образуют четыре -связи. Две негибридные p-орбитали атомов C взаимно перекрываются в плоскости, которая расположена перпендикулярно плоскости -связей, т.е. образуется одна -связь. Под действием реагентов -связь легко разрывается.

Молекула этилена симметрична; ядра всех атомов расположены в одной плоскости и валентные углы близки к 120°; расстояние между центрами атомов C равно 0,134 нм.

Если атомы соединены двойной связью, то их вращение невозможно без того, чтобы электронные облака -связи не разомкнулись.

Этилен – первый член гомологического ряда алкенов.

Но молекула бутена-2 может находиться в виде двух пространственных форм – цис- и транс-:

Цис- и трансизомеры, имея различное расположение атомов в пространстве, отличаются многими физическими и химическими свойствами.

Таким образом, для алкенов возможны два вида структурной изомерии: изомерия углеродной цепи и изомерия положения двойной связи. Возможна также геометрическая изомерия.

Этилен (этен) – бесцветный газ с очень слабым сладковатым запахом, немного легче воздуха, малорастворим в воде.

По химическим свойствам этилен резко отличается от этана, что обусловлено электронным строением его молекулы. Имея в молекуле двойную связь, состоящую из - и -связей, этилен способен присоединять два одновалентных атома или радикала за счет разрыва -связи.

• Способность к реакциям присоединения характерна для всех алкенов.

1. Присоединение водорода (реакция гидрирования):

2. Присоединение галогенов (реакция галогенирования):

При добавлении к алкену брома (в виде бромной воды) бурая окраска брома быстро исчезает. Эта реакция является качественной на двойную связь.

3. Присоединение галогеноводородов (реакция гидрогалогенирования):

Если исходный алкен несимметричен, то реакция протекает по правилу Марковникова.

Присоединение галогеноводородов к непредельным соединениям идет по ионному механизму.

4. Присоединение воды (реакция гидратации):

Этой реакцией пользуются для получения этилового спирта в промышленности.

• Для алканов характерны реакции окисления:

1. Этилен легко окисляется уже при обычной температуре, например при действии перманганата калия. Если этилен пропускать через водный раствор перманганата калия KMnO₄, то характерная фиолетовая окраска последнего исчезает, происходит окисление этилена (реакция гидроксилирования) перманганатом калия (качественная реакция на двойную связь):

2. Этилен горит светящимся пламенем с образованием оксида углерода(IV) и воды:

3. Большое промышленное значение имеет частичное окисление этилена кислородом воздуха:

• Для этилена, как и для всех непредельных углеводородов, характерны реакции полимеризации. Они протекают при повышенной температуре, давлении и в присутствии катализаторов:

Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные.

Таким образом, для этилена и его гомологов характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.

Л е к ц и я 4.
Ацетилен – представитель углеводородов с тройной связью в молекуле.
Химические свойства, получение и применение ацетилена в органическом синтезе

Алкины – это углеводороды с общей формулой C_nH_2n–2, молекулы которых содержат одну тройную связь.

Ацетилен – первый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов, или алкинов. Молекулярная формула ацетилена C₂H₂.

Структурная формула ацетилена H–C=C–H.

H : С : : : С : Н.

Углеродные атомы ацетилена, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации. При образовании молекулы ацетилена у каждого атома С гибридизуются по одной s- и p-орбитали. В результате этого каждый атом С приобретает по две гибридных орбитали, а две p-орбитали остаются негибридными. Две гибридных орбитали взаимно перекрываются, и между атомами С образуется -связь. Остальные две гибридных орбитали перекрываются с s-орбиталями атомов H, и между ними и атомами С тоже образуются -связи. Четыре негибридных p-орбитали размещены взаимно перпендикулярно и перпендикулярно направлениям -связей. В этих плоскостях p-орбитали взаимно перекрываются, и образуются две -связи, которые относительно непрочные и в химических реакциях легко разрываются.

Таким образом, в молекуле ацетилена имеются три -связи (одна связь C–C и две связи C–H) и две -связи между двумя С атомами. Тройная связь в алкинах – не утроенная простая, а комбинированная, состоящая из трех связей: одной - и двух -связей.

Молекула ацетилена имеет линейное строение. Появление третьей связи вызывает дальнейшее сближение атомов С: расстояние между их центрами составляет 0,120 нм.

Физические свойства. Ацетилен – бесцветный газ, легче воздуха, мало растворим в воде, в чистом виде почти без запаха.

Химические свойства. По химическим свойствам ацетилен во многом аналогичен этилену. Для него характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.

• Реакции присоединения. Алкины присоединяют не одну, а две молекулы реагента. Тройная связь вначале переходит в двойную, а затем – в простую связь (-связь).

1. Присоединение водорода (реакция гидрирования) происходит при нагревании в присутствии катализатора. Реакция протекает в две стадии, сначала образуется этилен, а затем – этан:

2. Присоединение галогенов (реакция галогенирования) протекает очень легко (также в две стадии):

Бромная вода при этом обесцвечивается. Обесцвечивание бромной воды служит качественной реакцией на ацетилен, как и на все непредельные углеводороды.

3. Присоединение галогеноводородов (реакция гидрогалогенирования). Важное значение имеет реакция присоединения хлороводорода:

Из винилхлорида получают полимер – поливинилхлорид.

4. Присоединение воды (реакция гидратации) протекает в присутствии солей ртути(II) – HgSO₄, Hg(NO₃)₂ – с образованием уксусного альдегида:

Эта реакция носит имя русского ученого Михаила Григорьевича Кучерова (1881).

• Реакции окисления. Ацетилен очень чувствителен к окислителям.

1. При пропускании через раствор перманганата калия ацетилен легко окисляется, а раствор KMnO₄ обесцвечивается:

Обесцвечивание перманганата калия может быть использовано как качественная реакция на тройную связь.

При окислении обычно происходит расщепление тройной связи и образуются карбоновые кислоты:

R–C=C–R ' + 3[O] + H₂O —> R–COOH + R ' –COOH.

Ацетилен при полном сгорании образует оксид углерода(IV) и воду:

На воздухе ацетилен горит сильно коптящим пламенем.

• Реакции полимеризации. В определенных условиях ацетилен способен полимеризоваться в бензол и винилацетилен.

1. При пропускании ацетилена над активированным углем при 450–500 °С происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола (Н.Д.Зелинский, 1927 г.):

2. Под действием водного раствора CuCl и NH₄Cl ацетилен димеризуется, образуя винилацетилен:

Винилацетилен обладает большой реакционной способностью; присоединяя хлороводород, он образует хлоропрен, используемый для получения искусственного каучука:

Получение ацетилена. В лаборатории и в промышленности ацетилен получают взаимодействием карбида кальция с водой (карбидный способ):

Карбид кальция получают в электропечах при нагревании кокса с негашеной известью:

На получение CaC₂ затрачивается много электроэнергии, поэтому карбидный метод не может удовлетворить потребности в ацетилене.

В промышленности ацетилен получают в результате высокотемпературного крекинга метана:

Применение ацетилена в органическом синтезе. Ацетилен широко применяют в органическом синтезе. Он является одним из исходных веществ при производстве синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров. Из ацетилена получают уксусную кислоту, растворители (1,1,2,2-тетрахлорэтан и 1,1,2-трихлорэтен). При сжигании ацетилена в кислороде температура пламени достигает 3150 °С, поэтому его используют при сварке и резке металлов.

Примеры промышленного использования ацетилена:

Л е к ц и я 5.
Диеновые углеводороды, их строение, свойства, получение и практическое значение

Диеновые углеводороды, или алкадиены, – это углеводороды, содержащие в углеродной цепи две двойные связи. Их состав может быть выражен общей формулой C_nH_2n–2. Они изомерны ацетиленовым углеводородам.

Большое применение имеют алкадиены, в молекулах которых двойные связи разделены простой связью (сопряженные двойные связи) – это

которые являются исходными веществами для получения каучуков.

Для образования двух двойных связей в одной молекуле необходимо по крайней мере три атома С. Простейшим представителем алкадиенов является пропадиен CH₂=C=CH₂.

Диеновые углеводороды могут различаться положением двойной связи в углеродной цепи:

Также возможна изомерия углеродной цепи.

Бутадиен-1,3 является простейшим сопряженным алкадиеном. В бутадиене-1,3 все четыре атома С находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. Они лежат в одной плоскости и образуют скелет молекулы. Негибридные p-орбитали каждого атома С перпендикулярны плоскости скелета и параллельны друг другу, что создает условия для их взаимного перекрывания. Перекрывание происходит не только между атомами С 1 –С 2 , С 3 –С 4 , но и частично между атомами С 2 –С 3 . При перекрывании четырех p-орбиталей происходит образование единого -электронного облака, т.е. сопряжение двух двойных связей (, -сопряжение).

Физические свойства. Бутадиен-1,3 при нормальных условиях – газ, который сжижается при t = 4,5 °С; 2-метилбутадиен-1,3 – летучая жидкость, кипящая при t = 34,1 °С.

Химические свойства. Диеновые углеводороды с сопряженными двойными связями обладают высокой химической активностью.

• Они легко вступают в реакции присоединения, реагируя с водородом, галогенами, галогеноводородами и т.д.

Обычно присоединение происходит по концам молекул диенов. Так, при взаимодействии с бромом двойные связи разрываются, к крайним атомам С присоединяются атомы брома, а свободные валентности образуют двойную связь, т.е. в результате присоединения происходит перемещение двойной связи:

При избытке брома может быть присоединена еще одна его молекула по месту оставшейся двойной связи.

У алкадиенов реакции присоединения могут протекать по двум направлениям:

1) по месту разрыва одной двойной связи (1,2-присоединение):

2) с присоединением к концам молекулы и разрывом двух двойных связей (1,4-присоединение):

Преимущественное протекание реакции по тому или иному пути зависит от конкретных условий.

• Вследствие наличия двойных связей диеновые углеводороды довольно легко полимеризуются. Продуктом полимеризации 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) является полиизопрен – аналог натурального каучука:

Получение. Каталитический способ получения бутадиена-1,3 из этанола был открыт в 1932 г. Сергеем Васильевичем Лебедевым. По способу Лебедева бутадиен-1,3 получается в результате одновременного дегидрирования и дегидратации этанола в присутствии катализаторов на основе ZnO и Al₂O₃:

Но более перспективным методом получения бутадиена является дегидрирование бутана, содержащегося в нефтяных газах. При t = 600 °С происходит ступенчатое дегидрирование бутана при наличии катализатора:

Каталитическим дегидрированием изопентана получается изопрен:

Практическое значение. Диеновые углеводороды в основном применяются для синтеза каучуков:

Aлкенами (олефиновыми, этиленовыми) называют непредельные углеводороды с открытыми углеродными цепями, молекулы которых содержат одну двойную углерод-углеродную связь. Простейшим представителем алкенов является этилен СН₂=СН₂.

Электронное и пространственное строение молекулы этилена.

В молекуле этилена атомы углерода имеют иной тип гибридизации по сравнению с метаном. Гибридизации подвержены одна s – и две р – орбитали; третья р – орбиталь остается без изменения. Такое состояние атома углерода называют sр 2 – гибридизацией (рис. 3.1).

В результате у атома углерода имеются четыре орбитали: три гибридные sр 2 – орбитали и одна негибридизованная р – орбиталь. На каждой из них находится по одному неспаренному электрону, за счет которых углерод образует четыре ковалентные связи. В результате взаимного отталкивания электронов орбитали стремятся расположиться в пространстве на максимальном удалении. Такое удаление орбиталей друг от друга достигается в том случае, если оси sр 2 -орбиталейлежат в одной плоскости под углом 120 0 , а ось р-орбитали будет перпендикулярна этой плоскости (рис.3.2).

Каждый атом углерода в молекуле этилена за счет перекрывания Sp 2- оpбиталей образует три -связи: с двумя атомами водорода и соседним атомом углерода. При параллельном расположении осей р-орбиталей двух атомов происходит их боковое перекрывание с образованием второй углерод-углеродной связи π-типа (рис. 3.3).

π –Связь является менее прочной и более доступной для атаки реагентов по сравнению с -связью. Однако суммарная энергия двойной связи больше, чем одинарной.

Электронное строение молекулы этилена определяет и ее пространственное строение (рис. 3.4). Центры ядер всех шести атомов расположены в одной плоскости, перпендикулярной плоскости π-связи. Все валентные углы 0 . Длина двойной связи значительно меньше длины одинарной и составляет 0,134нм. Свободное вращение атомов углерода относительно связи С=С невозможно.

Гомологический ряд и изомерия алкенов. Этилен является первым представителем гомологического ряда этиленовых (олефиновых) углеводородов, или алкенов. Как и в случае алканов, два ближайших гомолога отличаются по составу на гомологическую разность – СН₂ –.

Общая формула углеводородов гомологического ряда алкенов С_nН_2n. В табл. 3.1 приведены структурные формулы и названия первых четырех гомологов ряда алкенов.

Названия и структурные формулы первых четырех гомологов ряда алкенов

Для алкенов характерны три типа изомерии: изомерия углеродного скелета, изомерия положения двойной связи и геометрическая изомерия.

Изомерия начинается с углеводорода состава С₄Н₈ – бутена. При расположении двойной связи между первым и вторым углеродными атомами возможны два структурных изомера: бутен-l и 2-метилпропен. Для углеводородов, в молекулах которых двойная связь расположена в середине цепи, существуют два геометрических изомера: цис-бутен-2 и транс-бутен-2. Они отличаются взаимным расположением атомов водорода относительно линии двойной связи:

Поскольку поворот молекулы относительно двойной связи в алкенах невозможен, цuс-бутен-2 и транс-бутен-2 являются разными веществами.

Не любой алкен имеет геометрические изомеры. для этого необходимо, чтобы каждый из двух атомов углерода в состоянии sр-гибридизации имел по два разных заместителя. Например, 3-этилгексен-3 пространственных изомеров не имеет (третий углеродный атом связан с двумя одинаковыми группами), а 3-метилгексен-3 имеет. Изображение начинают с атомов углерода, связанных двойной связью, затем указывают четыре заместителя:

Следует иметь в виду, что в алкенах все атомы углерода, не связанные двойной связью, находятся в состоянии sр З -гибридизации.

Приведенные правила иллюстрируют следующие примеры:

Простейшие алкены наряду с названиями согласно международной номенклатуре: этен, пропен и бутен - называют исторически сложившимися (тривиальными) названиями: этилен, пропилен, бутилен соответственно.

При отщеплении одного атома водорода от молекул алкенов образуются непредельные радикалы общей формулы С_nH₂_n_-1, простейшие из которых: винил СН₂=СН – и аллил СН₂ = СН – СН₂

Физические свойства. При обычных условиях алкены состава С₂Н₄, С₃Н₆, С₄Н₈ являются газообразными веществами без цвета и запаха; углеводороды С_nH₂_n, где n = 5 – 15 – бесцветные жидкости; при n  16 – твердые вещества. Алкены не растворимы в воде, однако могут растворяться в органических растворителях. Газообразные алкены образуют с воздухом взрывоопасные смеси.

3.2. Получение и химические свойства алкенов

В отличие от предельных углеводородов алкены встречаются в природе нечасто. Промышленные способы получения этиленовых углеводородов основаны на превращении алканов (природных источников углеводородов, главным образом нефти и природного газа) в алкены. Все лабораторные способы получения основаны на реакциях отщепления, или элиминирования. При этом от двух соседних атомов углерода отщепляются два атома или группы, и между атомами углерода возникает π-связь.

Промышленные способы получения алкенов. Основными промышленными способами получения алкенов являются крекинг и дегидрирование алканов.

1. Крекинг алканов. Главным промышленным способом получения алкенов является крекинг алканов, входящих в состав нефти и попутного нефтяного газа:

В зависимости от условий про ведения процесса различают термический и каталитический крекинг. С целью получения алкенов используют, как правило, крекинг термический, протекающий при температуре 400 – 700 0 С.

2. Дегидрирование алканов. Этот процесс рассматривался в подразд.2.2 как химическое свойство предельных углеводородов:

Лабораторные способы получения алкенов. В лаборатории для получения алкенов используют реакции дегидратации спиртов и дегидрогалогенирования производных предельных углеводородов.

1. Дегидратация спиртов. При нагревании спиртов в присутствии концентрированной серной кислоты до температуры выше 180 0 С происходит внутримолекулярное отщепление воды с образованием этиленового углеводорода:

Реакция дегидратации - это реакция, в результате которой от молекулы органического вещества отщепляется молекула воды

2. Дегидрогалогенирование галогеналканов. Отщепление галогеноводородов проводят при действии спиртовых растворов щелочей на бром- и хлорпроизводные алканов, например:

Реакция дегидрогалогенирования - это реакция, в результате которой от молекулы органического вещества отщепляется молекула галогеноводорода.

Обратите внимание на тот факт, что во всех реакциях элиминирования углеродный скелет молекулы н е и з м е н я е т с я, происходит лишь образование кратной связи между двумя атомами углерода.

Химические свойства алкенов. По химическим свойствам алкены коренным образом отличаются от алканов. Наличие в молекуле двойной углерод-углеродной связи обусловливает характерные свойства олефинов: реакции присоединения, окисления, полимеризации.

Реакции присоединения. π-Связь в молекулах алкенов значительно менее прочная, чем

-связь. Она относительно легко разрывается, за счет освободившихся валентностей атомы углерода способны присоединять различные реагенты: водород, галогены, галогеноводороды, воду.

1. Г и д р и ро в а н и е а л к е н о в. Происходит при повышенных значениях температуры и давления в присутствии металлических катализаторов. Наиболее распространенным катализатором процессов гидрирования (равно как и обратного процесса - дегидрирования) является никель

Присоединение водорода по кратным углерод-углеродным связям называют реакцией гидрирования

2. Г а л о г е н и р о в а н и е а л к е н о в. Алкены легко присоединяют молекулы хлора и брома с разрывом двойной связи и образованием дигалогенопроизводных:

Присоединение галогенов по кратным углерод-углеродным связям называют реакцией галогенирования.

Если газообразный этилен пропускать через раствор брома в воде то желтая окраска бромной воды постепенно исчезает. Обесцвечивание бромной воды является качественной реакцией на непредельные соединения, в том числе на алкены.

3. Г и д р о г а л о г е н и р о в а н и е а л к е н о в. При взаимодействии алкенов с хлороводородом или бромоводородом образуются галогеналканы:

Присоединение галогеноводородов по кратным углерод-углеродным связям называют реакцией гидрогалогенирования.

При присоединении галогеноводородов к гомологам этилена строение образующегося продукта в ряде случаев определяется правилом Марковникова:

При присоединении молекул типа их НХ (Х= ОН, галогены и т.п.) к алкенам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированиому атому углерода двойной связи

Наиболее гидрогенизированный – это тот атом углерода двойной связи, который содержит большее число атомов водорода. Например, при взаимодействии пропена с бромоводородом образуется 2-бромпропан:

Правило Марковникова отражает распределение электронной плотности в молекулах алкенов. π-Связь в молекулах этиленовых углеводородов очень чувствительна к влиянию заместителей sр 2 -гибридных атомов углерода. Если заместитель при двойной связи обладает электронодонорным эффектом (например, алкильный радикал), т. е. подает на связанный с ним атом электронную пару, то электронная плотность двойной связи в ответ смещается к наиболее гидрогенизированному атому углерода.

Так, алкены с несимметричным расположением двойной связи имеют следующее распределение электронной плотности:

Молекула бромоводорода также полярная, причем атом водорода как менее электроотрицательного, чем бром, элемента обладает частичным положительным зарядом:

По законам электростатического взаимодействия атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода двойной связи.

4. Г и д р а т а ц и я а л к е н о в. При взаимодействии алкенов с водой в присутствии серной или фосфорной кислот образуются спирты. Кислота в данном случае выполняет роль катализатора. Строение образующегося спирта также определяется правилом Марковникова:

Присоединение воды по кратным углерод-углеродным связям называют реакцией гидратации.

Реакции окисления.

1. Г о р е н и е. Как и любые другие углеводороды, алкены горят с образованием углекислого газа и воды:

За счет большей массовой доли углерода в алкенах по сравнению с алканами пламя этиленовых углеводородов имеет красноватый оттенок, оно более светящееся.

2. О к и с л е н и е п е р м а н г а н а т о м к а л и я. Пропускание газообразного алкена через водный раствор перманганата калия при комнатной температуре приводит к обесцвечиванию раствора:

В результате реакции двойная связь разрывается, и оба атома углерода присоединяют по гидроксильной группе. Соединения такого класса называют гликолями. Эта реакция также является качественной на двойную углерод-углеродную связь.

Реакция полимеризации. При повышенных значениях температуры и давления в присутствии катализаторов двойные связи молекул алкенов разрываются и атомы углерода соединяются друг с другом с образованием длинных цепочек:

Какие углеводороды называют непредельными? Охарактеризуйте класс органических соединений алкены. Относятся ли этиленовые углеводороды к непредельным соединениям?

Какие типы изомерии характерны для алкенов? Приведите примеры изомеров различного типа и назовите эти вещества.

Напишите структурные формулы следующих углеводородов: а) 2-метилбутен-2; б) 2-метилпропен; в) 2,3-диметилгексен-3; г) 2,5,5 -триметилгексен-2; д) цис-4-метилпентен-2.

Какие из них имеют геометрические изомеры? Напишите их структурные формулы и назовите.

10л паров этиленового углеводорода при нормальных условиях имеют массу 18,75г. Определите его формулу и плотность по воздуху.

Напишите реакции получения следующих алкенов: а) бутена-2; б) 3-метилпентена-1; в) 2-метилбутена-2 – дегидратацией и дегидрогалогенированием соответствующих исходных соединений.

Сформулируйте правило Марковникова. Приведите примеры реакций гидрогалогенирования и реакций гидратации, иллюстрирующие это правило.

С помощью каких реакций можно отличить алкены от алканов? Напишите уравнения этих реакций для пропена.

Какова структурная формула этиленового углеводорода, если 11,2г его при взаимодействии с избытком HBr превращаются в 27,4г бромалкана с положением галогена у третичного атома углерода?

Сколько граммов 1,2-дихлорэтана можно получить взаимодействием этилена с хлором, полученным при действии 200г хлороводородной кислоты с массовой долей НСl 36,5% на избыток оксида марганца(IV)?

Габриелян О,С. Химия: учеб для студ. Сред. Проф. Учеб. Заведений/ О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия, 2009. – 336с.

Габриелян О,С. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник/ О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М.: Издательский центр «Академия, 2009. – 256с

Читайте также: