Opća formula za alkene. Alkeni - nomenklatura, priprema, karakteristična hemijska svojstva

Alkeni ulaze u razne reakcije u kojima nastaju spojevi drugih klasa. Stoga su alkeni važni međuprodukti u organskoj sintezi. U sintezi mnogih vrsta supstanci, korisno je prvo dobiti alken, a zatim ga pretvoriti u željeno jedinjenje.

Sve reakcije alkena mogu se podijeliti u dvije grupe. Jedan od njih nastaje reakcijama elektrofilne adicije koje se odvijaju u dva stupnja, a drugi nastaje svim ostalim reakcijama. U nastavku počinjemo s drugom grupom reakcija.

hidrogenacija

Alkeni reaguju sa gasovitim vodonikom u prisustvu katalizatora (obično plemenitih metala). Dva atoma vodika su vezana na dvostruku vezu alkena i nastaje alkan. Ova reakcija je detaljno razmotrena u pogl. 3. Evo još dva primjera:

Ozonoliza

Ova reakcija je neobična po tome što potpuno razbija dvostruku vezu ugljik-ugljik i dijeli ugljični kostur molekule na dva dijela. Alken se tretira ozonom, a zatim cinkovom prašinom. Kao rezultat, molekula alkena se cijepa na dvostrukoj vezi i formiraju se dva molekula aldehida i (ili) ketona. Aciklična jedinjenja sa dve aldehidne (ili ketonske) grupe nastaju iz cikloalkena:

Na primjer:

Imajte na umu da u posljednja dva primjera otvaranje cikloalkenskog prstena proizvodi jednu acikličku molekulu, a ne dvije, kao kod acikličkih alkena.

Reakcija ozonolize se koristi kako za sintezu aldehida i ketona, tako i za određivanje strukture alkena. Na primjer, neka ozonoliza nepoznatog alkena proizvede mješavinu dva aldehida:

U ovom slučaju, struktura alkena se može logički utvrditi na sljedeći način. Atomi ugljika vezani u molekulima aldehida dvostrukim vezama s atomima kisika bili su u molekuli početnog alkena međusobno povezani dvostrukom vezom:

Drugi primjer:

Struktura alkena mora biti ciklična, jer moramo spojiti dva kraja iste molekule:

Oksidacija

Razrijeđena vodena otopina kalijevog permanganata pretvara alkene u diole (glikole). Kao rezultat ove reakcije, dvije hidroksilne grupe su vezane za jednu stranu dvostruke veze (cis ili sin adicija).

Stoga se cis-dioli formiraju iz cikloalkena. Općenito, jednadžba reakcije izgleda ovako:

Na primjer:

Sinteza diola najbolje se odvija u slabo alkalnom mediju i blagim uslovima (niska temperatura i razblažen rastvor kalijum permanganata). U težim uslovima (kiselinska kataliza, zagrijavanje), molekul se cijepa na dvostrukoj vezi i nastaju karboksilne kiseline.

Reakcija s kalijevim permanganatom koristi se ne samo za dobivanje diola, već služi i kao jednostavan test koji vam omogućava da lako odredite alkene. Rastvor permanganata ima intenzivnu ljubičastu boju. Ako ispitni uzorak sadrži alken, onda kada mu se doda nekoliko kapi otopine permanganata, ljubičasta boja potonjeg odmah postaje smeđa. Istu promjenu boje uzrokuju samo alkini i aldehidi. Jedinjenja većine drugih klasa ne reaguju u ovim uslovima. Gore opisani postupak naziva se Bayer test. Omjer spojeva različitih klasa prema Bayerovom testu prikazan je u nastavku: pozitivan test (ljubičasta boja nestaje), negativan test (ljubičasta boja ostaje).

Alil halogeniranje

Ako se alkeni podvrgnu halogeniranju slobodnih radikala, atomi vodika na atomu ugljika koji se nalazi pored dvostruke veze najlakše se zamjenjuju halogenima. Ova pozicija u molekuli alkena naziva se alil:

Specifičan reagens za alil bromiranje je α-bromosukcinimid. Čvrsta je,

sa kojim je zgodno raditi u laboratoriji, dok je molekularni brom isparljiva, visoko toksična i opasna tečnost.Kada se zagreje (ponekad je neophodna kataliza peroksidima), N-bromosukcinimid postaje izvor atoma broma.

Halogenacija prelazi u alilnu poziciju, budući da je alil radikal koji se formira međuprodukt stabilniji od bilo kojeg drugog slobodnog radikala koji se može dobiti iz molekule alkena. Stoga se taj radikal lakše formira od ostalih. Povećana stabilnost alilnog radikala objašnjava se njegovom rezonantnom stabilizacijom, zbog čega se nespareni elektron delokalizira preko dva atoma ugljika. Mehanizam alil hloriranja je prikazan u nastavku:

Alkeni se cijepaju ozonom u aldehide i ketone, što omogućava uspostavljanje strukture alkena. Alkeni se podvrgavaju hidrogenaciji da bi nastali alkani i oksidaciji da bi se formirali dioli. Pored ovih reakcija dvostruke veze, alkene karakterizira selektivno halogeniranje do položaja u susjedstvu dvostruke veze. Sama dvostruka veza nije pogođena.

Elektrofilni dodatak alkenima

Reakcije elektrofilne adicije, koje se međusobno razlikuju po prirodi grupa koje se dodaju dvostrukoj vezi, imaju isti dvostepeni mehanizam. U svojoj prvoj fazi, elektrofilna (s afinitetom prema elektronu) čestica (na primjer, kation) je privučena oblakom -elektrona i spaja se preko dvostruke veze:

U većini slučajeva slijedi pravilo Markovnikova - elektrofil je vezan za najhidrogeniraniji kraj dvostruke veze, a nukleofil za suprotan. Ove reakcije su detaljnije obrađene u onim poglavljima u kojima se razmatra formiranje odgovarajućih funkcionalnih grupa. Na primjer, dodavanje bromovodonika razmatra se u Pogl. 5 (gdje je riječ o sintezi haloalkana), dodavanje vode razmatra se u Pogl. 7 (sinteza alkohola). Ovdje samo još jednom naglašavamo ulogu pozitivno nabijenih čestica koje imaju nepopunjenu vanjsku elektronsku ljusku i njihovu interakciju sa -elektronima. Evo i nekoliko primjera:

Alkeni reagiraju s elektrofilnim reagensima koji se dodaju na dvostrukoj vezi. Reakcija se odvija u dvije faze. Na taj način se dobijaju jedinjenja različitih klasa, na primer haloalkani i alkoholi.

Dijagram 6-1. Elektrofilne reakcije adicije na alkene

Fizička svojstva alkena su slična onima alkana, iako svi imaju nešto niže tačke topljenja i ključanja od odgovarajućih alkana. Na primjer, pentan ima tačku ključanja od 36°C, dok penten-1 ima tačku ključanja od 30°C. U normalnim uslovima, C 2 - C 4 alkeni su gasovi. C 5 - C 15 - tečnosti, počevši od C 16 - čvrste materije. Alkeni su nerastvorljivi u vodi, rastvorljivi u organskim rastvaračima.

Alkeni su rijetki u prirodi. Budući da su alkeni vrijedne sirovine za industrijsku organsku sintezu, razvijene su mnoge metode za njihovu proizvodnju.

1. Glavni industrijski izvor alkena je krekiranje alkana koji čine ulje:

3. U laboratorijskim uslovima alkeni se dobijaju reakcijama cijepanja (eliminacije), u kojima se dva atoma ili dvije grupe atoma odcjepljuju od susjednih atoma ugljika, te nastaje dodatna p-veza. Ove reakcije uključuju sljedeće.

1) Dehidracija alkohola nastaje kada se zagrijavaju sredstvima za uklanjanje vode, na primjer, sumpornom kiselinom na temperaturama iznad 150 ° C:

Kada se H 2 O odcijepi od alkohola, HBr i HCl od alkil halogenida, atom vodika se pretežno odcjepi od atoma susjednih ugljikovih atoma koji je povezan s najmanjim brojem atoma vodika (od najmanje hidrogeniranog atoma ugljika). Ovaj obrazac se naziva Zajcevovo pravilo.

3) Dehalogenacija nastaje kada se dihalidi koji imaju atome halogena na susjednim atomima ugljika zagrijavaju aktivnim metalima:

CH 2 Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 \u003d CH-CH 3 + Mg Br 2.

Hemijska svojstva alkena određena su prisustvom dvostruke veze u njihovim molekulima. Gustoća elektrona p-veze je prilično pokretna i lako reagira s elektrofilnim česticama. Stoga se mnoge reakcije alkena odvijaju prema mehanizmu elektrofilni dodatak, označen simbolom A E (od engleskog, adiciono elektrofilno). Reakcije elektrofilne adicije su ionski procesi koji se odvijaju u nekoliko faza.

U prvoj fazi, elektrofilna čestica (najčešće je to H + proton) stupa u interakciju s p-elektronima dvostruke veze i formira p-kompleks, koji se zatim pretvara u karbokation formiranjem kovalentne s-veze između elektrofilna čestica i jedan od atoma ugljika:

alken p-kompleks karbokatation

U drugoj fazi, karbokation reaguje sa anionom X -, formirajući drugu s-vezu zbog elektronskog para anjona:

Ion vodika u reakcijama elektrofilne adicije vezuje se za atom ugljika u dvostrukoj vezi, koja ima negativniji naboj. Raspodjela naboja određena je pomakom gustoće p-elektrona pod utjecajem supstituenata: .

Supstituenti davaoca elektrona koji pokazuju +I efekat pomeraju gustoću p-elektrona na više hidrogenizovani atom ugljenika i stvaraju delimičan negativni naboj na njemu. Ovo objašnjava Markovnikovo pravilo: kada su polarni molekuli tipa HX (X = Hal, OH, CN, itd.) vezani za nesimetrične alkene, vodonik se prvenstveno vezuje za hidrogenizovaniji atom ugljenika na dvostrukoj vezi.

Razmotrimo konkretne primjere reakcija adicije.

1) Hidrohalogenacija. Kada alkeni interaguju sa halogenovodonicima (HCl, HBr), nastaju alkil halogenidi:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr ® CH 3 -CHBr-CH 3.

Produkti reakcije su određeni Markovnikovovim pravilom.

Međutim, treba naglasiti da u prisustvu bilo kojeg organskog peroksida polarne HX molekule ne reagiraju s alkenima prema Markovnikovom pravilu:

To je zbog činjenice da prisutnost peroksida uzrokuje radikalni, a ne ionski mehanizam reakcije.

2) Hidratacija. Kada alkeni stupaju u interakciju sa vodom u prisustvu mineralnih kiselina (sumporne, fosforne), nastaju alkoholi. Mineralne kiseline djeluju kao katalizatori i izvori su protona. Dodavanje vode također slijedi Markovnikovovo pravilo:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HOH ® CH 3 -CH (OH) -CH 3.

3) Halogenacija. Alkeni obezbojavaju bromsku vodu:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 ® BrCH 2 -CH 2 Br.

Ova reakcija je kvalitativna za dvostruku vezu.

4) Hidrogenacija. Dodavanje vodika se događa pod djelovanjem metalnih katalizatora:

gdje je R \u003d H, CH 3, Cl, C 6 H 5, itd. CH 2 \u003d CHR molekul se naziva monomer, rezultirajuće jedinjenje je polimer, broj n je stupanj polimerizacije.

Polimerizacijom različitih derivata alkena dobijaju se vredni industrijski proizvodi: polietilen, polipropilen, polivinil hlorid i drugi.

Osim adicije, alkene karakteriziraju i reakcije oksidacije. Blagom oksidacijom alkena vodenom otopinom kalijevog permanganata (Wagnerova reakcija) nastaju dvohidrični alkoholi:

ZSN 2 \u003d CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOCH 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

Kao rezultat ove reakcije, ljubičasti rastvor kalijum permanganata brzo postaje bezbojan i taloži se smeđi talog mangan-oksida (IV). Ova reakcija, kao i dekolorizacija bromne vode, kvalitativna je za dvostruku vezu. Tijekom teške oksidacije alkena kipućom otopinom kalijevog permanganata u kiselom mediju dolazi do potpunog cijepanja dvostruke veze sa stvaranjem ketona, karboksilnih kiselina ili CO 2, na primjer:

Oksidacijski proizvodi se mogu koristiti za određivanje položaja dvostruke veze u početnom alkenu.

Kao i svi drugi ugljovodonici, alkeni sagorevaju, a uz obilje zraka stvaraju ugljični dioksid i vodu:

C n H 2 n + Zn / 2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Uz ograničen pristup zraku, sagorijevanje alkena može dovesti do stvaranja ugljičnog monoksida i vode:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O.

Ako pomiješate alken s kisikom i prođete ovu smjesu preko srebrnog katalizatora zagrijanog na 200 ° C, tada nastaje alken oksid (epoksialkan), na primjer:

Na bilo kojoj temperaturi, alkeni se oksidiraju ozonom (ozon je jači oksidacijski agens od kisika). Ako se plinoviti ozon propušta kroz otopinu alkena u tetrakloridu ugljika na temperaturama ispod sobne temperature, dolazi do reakcije adicije i formiraju se odgovarajući ozonidi (ciklički peroksidi). Ozonidi su vrlo nestabilni i mogu lako eksplodirati. Stoga se obično ne izoluju, već odmah nakon što se razgrade vodom - u ovom slučaju nastaju karbonilna jedinjenja (aldehidi ili ketoni), čija struktura ukazuje na strukturu alkena podvrgnutog ozoniranju.

Niži alkeni su važni početni materijali za industrijsku organsku sintezu. Od etilena se dobijaju etil alkohol, polietilen, polistiren. Propen se koristi za sintezu polipropilena, fenola, acetona, glicerina.

Alkeni su klasa organskih spojeva koji imaju dvostruku vezu između atoma ugljika, strukturna formula je C n H 2n. Dvostruka veza u molekulima olefina je jedna σ- i jedna π-veza. Dakle, ako zamislimo dva atoma ugljika i postavimo ih na ravan, σ-veza će se nalaziti na ravni, a π-veza će se nalaziti iznad i ispod ravnine (ako nemate pojma o čemu govorimo , pogledajte odjeljak o hemijskim vezama ).

Hibridizacija

U alkenima se odvija sp 2 hibridizacija, za koju je ugao H-C-H 120 stepeni, a dužina veze C=C 0,134 nm.

Struktura

Iz prisustva π-veze slijedi, a eksperimentalno je potvrđeno, da:

• Dvostruka veza u molekulama alkena je po svojoj strukturi podložnija vanjskim utjecajima od uobičajene σ-veze
• Dvostruka veza onemogućava rotaciju oko σ-veze, što implicira prisustvo izomera, ti izomeri se nazivaju cis- i trans-
• π veza je manje jaka od σ veze jer su elektroni dalje od centara atoma

Fizička svojstva

Fizička svojstva alkena su slična onima alkana. Alkeni, koji imaju do pet atoma ugljika, u normalnim su uvjetima u plinovitom stanju. Molekuli sa sadržajem od šest do 16 atoma ugljenika su u tekućem stanju, a od 17 atoma ugljenika - alkeni su u čvrstom stanju u normalnim uslovima.

Tačka ključanja alkena se povećava u prosjeku za 30 stepeni za svaku CH 2 grupu, jer u alkanima grane snižavaju tačku ključanja supstance.

Prisustvo π-veze čini olefine slabo rastvorljivim u vodi, što uzrokuje njihov nizak polaritet. Alkeni su nepolarne supstance i rastvaraju se u nepolarnim otapalima i slabo polarnim rastvaračima.

Gustoća alkena je veća od gustoće alkana, ali niža od vode.

izomerizam

• Izomerizam ugljeničnog skeleta: 1-buten i 2-metilpropen
• Izomerizam položaja dvostruke veze: 1-buten i 2-buten
• Međuklasna izomerija: 1-buten i ciklobutan

Reakcije

Karakteristične reakcije alkena su reakcije adicije, π-veza je prekinuta i rezultirajući elektroni lako prihvataju novi element. Prisustvo π veze znači više energije, stoga su reakcije adicije po pravilu egzotermne, tj. teče sa oslobađanjem toplote.

Reakcije sabiranja

Dodatak halogenovodonika

Halogenidi vodika se lako pridružuju dvostrukoj vezi alkena i formiraju haloalke. l s. Halogenidi vodika se miješaju sa sirćetnom kiselinom, ili direktno, u gasovitom stanju, pomiješani sa alkenom. Da bismo razmotrili mehanizam reakcije, potrebno je poznavati Markovnikovo pravilo.

Markovnikovo pravilo

Kada homolozi etilena reaguju sa kiselinama, vodik se dodaje hidrogenizovanijem atomu ugljenika.
Izuzetak od pravila, hidroboracija alkina, biće razmatrana u članku o alkinima.

Mehanizam reakcije za dodavanje halogenovodonika u alkene je sljedeći: dolazi do prekida homolitičke veze u molekuli halogenovodonika, formiraju se proton i halogen anion. Proton se veže za alken i formira karbokation, ova reakcija je endotermna i ima visoku energiju aktivacije, tako da je reakcija spora. Nastali karbokation je vrlo reaktivan, pa se lako vezuje za halogen, energija aktivacije je niska, tako da ovaj korak ne usporava reakciju.

Na sobnoj temperaturi alkeni reaguju sa hlorom i bromom u prisustvu ugljen-tetrahlorida. Mehanizam reakcije dodavanja halogena je sljedeći: elektroni iz π-veze djeluju na molekul halogena X 2 . Kako se halogen približava olefinu, elektroni u molekuli halogena kreću se ka udaljenijem atomu, tako da molekul halogena postaje polariziran, najbliži atom ima pozitivan naboj, udaljeniji negativan. U molekuli halogena dolazi do prekida heterolitičke veze, formiraju se kation i anion. Halogeni kation je vezan za dva atoma ugljika preko elektronskog para π veze i slobodnog elektronskog para kationa. Preostali halogen anion djeluje na jedan od atoma ugljika u molekulu haloalkena, prekidajući C-C-X ciklus i formirajući dihaloalken.

Reakcije adicije alkena imaju dvije glavne primjene, prva je kvantitativna analiza, određivanje broja dvostrukih veza prema broju apsorbiranih X 2 molekula. Drugi je u industriji. Proizvodnja plastike je bazirana na vinil hloridu. Trihloretilen i tetrahloretilen su odlični rastvarači za acetilenske masti i gume.

hidrogenacija

Dodavanje gasovitog vodonika alkenu se dešava sa Pt, Pd ili Ni katalizatorima. Kao rezultat reakcije nastaju alkani. Glavna primjena katalitičke reakcije dodavanja vodika je, prvo, kvantitativna analiza. Broj dvostrukih veza u tvari može se odrediti iz ostatka H 2 molekula. Drugo, biljne masti i riblje masti su nezasićeni ugljici i takva hidrogenacija dovodi do povećanja tačke topljenja, pretvarajući ih u čvrste masti. Proizvodnja margarina se zasniva na ovom procesu.

Hidratacija

Kada se alkeni pomiješaju sa sumpornom kiselinom, nastaju alkil hidrogen sulfati. Prilikom razrjeđivanja alkil hidrogen sulfata vodom i istovremenog zagrijavanja nastaje alkohol. Primjer reakcije je miješanje etena (etilena) sa sumpornom kiselinom, nakon čega slijedi miješanje s vodom i zagrijavanje, rezultat je etanol.

Oksidacija

Alkeni se lako oksidiraju raznim supstancama, kao što su, na primjer, KMnO 4 , O 3 , OsO 4 itd. Postoje dvije vrste oksidacije alkena: cijepanje π-veze bez cijepanja σ-veze i cijepanje σ- i π-veze. Oksidacija bez prekida sigma veze naziva se blaga oksidacija, s prekidom sigma veze - tvrda oksidacija.

Oksidacijom etena bez prekida σ-veze nastaju epoksidi (epoksidi su C-C-O ciklična jedinjenja) ili dihidrični alkoholi. Oksidacijom sa kidanjem σ-veze nastaju acetoni, aldehidi i karboksilne kiseline.

Oksidacija sa kalijum permanganatom

Reakcije oksidacije alkena pod uticajem kalijum permanganata nazivaju se koje je otkrio Yegor Wagner i nosi njegovo ime. U Wagnerovoj reakciji oksidacija se odvija u organskom rastvaraču (aceton ili etanol) na temperaturi od 0-10°C, u slabom rastvoru kalijum permanganata. Kao rezultat reakcije nastaju dihidrični alkoholi i kalijev permanganat postaje bezbojan.

Polimerizacija

Većina jednostavnih alkena može se podvrgnuti reakcijama samoadicije, formirajući tako velike molekule iz strukturnih jedinica. Tako velike molekule nazivaju se polimeri, reakcija koja proizvodi polimer naziva se polimerizacija. Jednostavne strukturne jedinice koje formiraju polimere nazivaju se monomeri. Polimer je označen zaključkom ponavljajuće grupe u zagradama, označavajući indeks "n", što znači veliki broj ponavljanja, na primjer: "-(CH 2 -CH 2) n -" - polietilen. Procesi polimerizacije su osnova za proizvodnju plastike i vlakana.

Radikalna polimerizacija

Radikalnu polimerizaciju pokreće katalizator - kisik ili peroksid. Reakcija se sastoji od tri faze:

Iniciranje
ROOR → 2RO .
CH 2 = CH-C 6 H 5 → RO - CH2C. H-C 6 H 5

lančani rast
RO - CH2C. H-C 6 H 5 + CH 2 \u003d CH-C 6 H 5 → RO-CH 2 -CH (C 6 H 5) -CH 2 -C. -C 5 H 6

Prekid lanca rekombinacijom
CH 2 -C. H-C 6 H 5 + CH 2 -C. H-C 6 H 5 → CH 2 -CH-C 6 H 5 -CH 2 -CH-C 6 H 5
Otvoreni krug disproporcionalnim
CH 2 -C. H-C 6 H 5 + CH 2 -C. H-C 6 H 5 → CH \u003d CH-C 6 H 5 + CH 2 -CH 2 -C 6 H 5

Jonska polimerizacija

Drugi način polimerizacije alkena je jonska polimerizacija. Reakcija se nastavlja formiranjem međuproizvoda - karbokationa i karbaniona. Formiranje prvog karbokationa se u pravilu provodi uz pomoć Lewisove kiseline, a formiranje karbaniona se događa reakcijom s Lewisovom bazom.

A + CH 2 \u003d CH-X → A-CH 2 -C + H-X → ... → A-CH 2 -CHX-CH 2 -CHX-CH 2 C + HX ...

B + CH 2 \u003d CH-X → B-CH 2 -C - H-X → ... → B-CH 2 -CHX-CH 2 -CHX-CH 2 C - HX ...

Uobičajeni polimeri

Najčešći polimeri su:

Nomenklatura

Naziv alkena, slično kao i alkani, sastoji se od prvog dijela - prefiksa koji označava broj atoma ugljika u glavnom lancu i sufiksa -ena. Alken je spoj s dvostrukom vezom, tako da molekule alkena počinju s dva atoma ugljika. Prvi na listi je eten, eth- dva atoma ugljika, -en - prisustvo dvostruke veze.

Ako u molekuli ima više od tri atoma ugljika, tada je potrebno naznačiti položaj dvostruke veze, na primjer, buten može biti dvije vrste:

CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3
CH 3 -CH \u003d CH -CH 3

Da bi se označio položaj dvostruke veze, mora se dodati broj, za primjer iznad to bi bili 1-buten i 2-buten, respektivno (nazivi 1-buten i 2-buten se također koriste, ali nisu sistematski ).

Prisutnost dvostruke veze podrazumijeva izomerizam, kada se molekule mogu nalaziti na suprotnim stranama dvostruke veze, na primjer:

Ovaj izomerizam se naziva cis- (Z-zusammen, od njemačkog zajedno) i trans- (E-entgegen, suprotno od njemačkog), u prvom slučaju, cis-1,2-dikloreten (ili (Z)-1,2- dihloreten), u drugom trans-1,2-dihloreten (ili (E)-1,2-dihloreten).

Alkeni su nezasićeni ugljovodonici, koji imaju jednu dvostruku vezu između atoma. Njihovo drugo ime je olefini, povezano je sa istorijom otkrića ove klase spojeva. U osnovi, ove tvari se ne pojavljuju u prirodi, već ih čovjek sintetizira u praktične svrhe. U IUPAC nomenklaturi naziv ovih spojeva formiran je po istom principu kao i za alkane, samo je sufiks „an“ zamijenjen sa „ene“.

U kontaktu sa

Struktura alkena

Dva atoma ugljika uključena u formiranje dvostruke veze uvijek su u sp2 hibridizaciji, a ugao između njih je 120 stepeni. Dvostruka veza nastaje preklapanjem π -π orbitala, i nije jako jaka, pa se ova veza prilično lako raskida, što se koristi u hemijskim svojstvima supstanci.

izomerizam

U poređenju sa graničnim, u ovim ugljovodonicima je to moguće više vrsta, kako prostornih tako i strukturnih. Strukturna izomerija se također može podijeliti na nekoliko tipova.

Prvi postoji i za alkane, a sastoji se od drugačijeg reda povezivanja atoma ugljika. Dakle, penten-2 i 2-metilbuten-2 mogu biti izomeri. A druga je promjena položaja dvostruke veze.

Prostorna izomerija u ovim jedinjenjima je moguća zbog pojave dvostruke veze. Postoje dvije vrste - geometrijski i optički.

Geometrijski izomerizam je jedan od najčešćih tipova u prirodi i gotovo uvijek će geometrijski izomeri imati radikalno različita fizička i kemijska svojstva. Razlikovati cis i trans izomeri. U prvom slučaju supstituenti se nalaze na jednoj strani višestruke veze, dok su u trans izomerima u različitim ravnima.

Dobijanje alkena

Prvo su dobijene, kao i mnoge druge supstance, sasvim slučajno.

Nemački hemičar i istraživač Becher krajem 17. veka proučavao je dejstvo sumporne kiseline na etil alkohol i shvatio da dobio nepoznati gas, koji je reaktivniji od metana.

Kasnije je još nekoliko naučnika sprovelo slična istraživanja, a takođe su saznali da ovaj gas u interakciji sa hlorom stvara uljnu tvar.

Stoga je u početku ova klasa jedinjenja bila imenovani olefini,što se prevodi kao masno. Ali ipak, naučnici nisu mogli odrediti sastav i strukturu ovog spoja. To se dogodilo tek skoro dva veka kasnije, krajem devetnaestog veka.

Trenutno postoji mnogo načina za dobijanje alkena.

industrijske metode

Potvrda industrijske metode:

1. Dehidrogenacija zasićenih ugljovodonika. Ova reakcija je moguća samo pod dejstvom visokih temperatura (oko 400 stepeni) i katalizatora - bilo hrom oksida 3 ili aluminijum-platina katalizatora.
2. Dehalogenacija dihaloalkana. Javlja se samo u prisustvu cinka ili magnezijuma i na visokim temperaturama.
3. Dehidrohalogenacija haloalkana. Izvodi se upotrebom natrijevih ili kalijevih soli organskih kiselina na povišenim temperaturama.

Bitan! Ove metode za dobivanje alkena ne daju čisti proizvod, rezultat reakcije će biti mješavina nezasićenih ugljikovodika. Kompozicija koja prevladava među njima određena je pomoću Zajcevovog pravila. U njemu se navodi da je najvjerojatnije da će se vodonik odvojiti od atoma ugljika koji ima najmanje veza za vodonik.

Dehidracija alkohola. Može se izvoditi samo kada se zagrije iu prisustvu otopina jakih mineralnih kiselina koje imaju svojstvo uklanjanja vode.

hidrogenacija alkina. Moguće samo u prisustvu paladijumskih katalizatora.

Hemijska svojstva alkena

Alkeni su veoma hemijski aktivne supstance. To je uglavnom zbog prisustva dvostruke veze. Najkarakterističnije reakcije za ovu klasu spojeva su elektrofilna i radikalna adicija.

1. Alkensko halogeniranje je klasična elektrofilna reakcija adicije. Javlja se samo u prisustvu inertnih organskih rastvarača, najčešće ugljičnog tetrahlorida.
2. Hidrohalogenacija. Pričvršćivanje ovog tipa vrši se prema Markovnikovom pravilu. Jon se veže za više hidrogenizirani atom ugljika u blizini dvostruke veze, i prema tome, halogenidni ion se veže za drugi atom ugljika. Ovo pravilo se krši u prisustvu peroksidnih spojeva - Harrosh efekt. Dodavanje halogenovodonika događa se potpuno suprotno Markovnikovom pravilu.
3. Hidroboracija. Ova reakcija je od velike praktične važnosti. Dakle, naučnik koji ga je otkrio i proučavao čak dobio Nobelovu nagradu. Ova reakcija se odvija u nekoliko koraka, dok se dodavanje jona bora ne dešava po Markovnikovom pravilu.
4. Hidratacija ili dodavanje alkena. I ova reakcija se odvija po Markovnikovom pravilu. Hidroksidni ion se dodaje najmanje hidrogeniranom atomu ugljika na dvostrukoj vezi.
5. Alkilacija je još jedna reakcija koja se često koristi u industriji. Sastoji se od dodavanja zasićenih ugljovodonika nezasićenim pod uticajem niskih temperatura i katalizatora u cilju povećanja atomske mase jedinjenja. Najčešći katalizatori su jake mineralne kiseline. Također, ova reakcija se može odvijati prema mehanizmu slobodnih radikala.
6. Polimerizacija alkena je još jedna nekarakteristična reakcija za zasićene ugljovodonike. Uključuje međusobno povezivanje brojnih molekula kako bi se formirala čvrsta veza koja se razlikuje po svojim fizičkim svojstvima.

n u ovoj reakciji je broj molekula koji su ušli u vezu. Preduslov za implementaciju je kiselo okruženje, povišena temperatura i povišen pritisak.

Također, alkene karakteriziraju i druge reakcije elektrofilne adicije, koje nisu bili u širokoj upotrebi u praksi.

Na primjer, reakcija adicije alkohola, sa stvaranjem etera.

Ili dodavanje kiselinskih klorida, uz proizvodnju nezasićenih ketona - Kondakovljeva reakcija.

Bilješka! Ova reakcija je moguća samo u prisustvu katalizatora cink hlorida.

Sljedeća velika klasa reakcija karakterističnih za alkene su reakcije radikalne adicije. Ove reakcije su moguće samo sa stvaranjem slobodnih radikala pod uticajem visokih temperatura, zračenja i drugih delovanja. Najtipičnija reakcija radikalne adicije je hidrogenacija sa stvaranjem zasićenih ugljikovodika. Javlja se isključivo pod uticajem temperatura i u prisustvu platinskog katalizatora.

Zbog prisustva dvostruke veze, alkeni su vrlo karakteristični za razne oksidacijske reakcije.

• Sagorijevanje je klasična reakcija oksidacije. Dobro ide i bez katalizatora. Ovisno o količini kisika, mogući su različiti krajnji proizvodi: od ugljičnog dioksida do ugljika.
• Oksidacija kalijum permanganatom u neutralnom mediju. Proizvodi su polihidrični alkoholi i smeđi talog mangan dioksida. Ova reakcija se smatra kvalitativnom za alkene.
• Takođe, blaga oksidacija se može izvesti sa vodonik peroksidom, osmijum oksidom 8 i drugim oksidantima u neutralnom okruženju. Za blagu oksidaciju alkena prekida se samo jedna veza; produkt reakcije, u pravilu, su polihidrični alkoholi.
• Moguća je i teška oksidacija u kojoj se prekidaju obje veze i stvaraju kiseline ili ketoni. Kisela sredina je preduvjet, najčešće se koristi sumporna kiselina, jer i druge kiseline mogu podvrgnuti oksidaciji sa stvaranjem nusproizvoda.

Najjednostavniji organski spojevi su zasićeni i nezasićeni ugljovodonici. To uključuje supstance iz klase alkana, alkina, alkena.

Njihove formule uključuju atome vodika i ugljika u određenom nizu i količini. Često se nalaze u prirodi.

Definicija alkena

Njihovo drugo ime je olefini ili etilenski ugljovodonici. Tako je ova klasa jedinjenja nazvana u 18. veku kada je otkrivena uljana tečnost, etilen hlorid.

Alkeni su jedinjenja sastavljena od vodonika i ugljeničnih elemenata. Spadaju u acikličke ugljovodonike. U njihovoj molekuli postoji jedna dvostruka (nezasićena) veza koja povezuje dva atoma ugljika jedan s drugim.

Alkenske formule

Svaka klasa jedinjenja ima svoju hemijsku oznaku. U njima simboli elemenata periodnog sistema ukazuju na sastav i strukturu veza svake supstance.

Opšta formula alkena označava se na sljedeći način: C n H 2n, gdje je broj n veći ili jednak 2. Prilikom dešifriranja može se vidjeti da za svaki atom ugljika postoje dva atoma vodika.

Molekularne formule alkena iz homolognog niza predstavljene su sljedećim strukturama: C 2 H 4, C 3 H 6, C 4 H 8, C 5 H 10, C 6 H 12, C 7 H 14, C 8 H 16 , C 9 H 18, C 10 H 20 . Može se vidjeti da svaki sljedeći ugljovodonik sadrži još jedan ugljik i 2 vodonika više.

Postoji grafička oznaka lokacije i redosleda hemijskih jedinjenja između atoma u molekulu, koja prikazuje strukturnu formulu alkena.Pomoću valentnih linija ukazuje se na vezu ugljenika sa vodonikom.

Strukturna formula alkena može se prikazati u proširenom obliku, kada su prikazani svi hemijski elementi i veze. Uz sažetiji izraz olefina, kombinacija ugljika i vodika uz pomoć valentnih linija nije prikazana.

Skeletna formula označava najjednostavniju strukturu. Isprekidana linija prikazuje bazu molekule, u kojoj su atomi ugljika predstavljeni njegovim vrhovima i krajevima, a vodik je označen vezama.

Kako se formiraju imena olefina

CH 3 -HC \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -OHCH-CH 3.

Pri izlaganju alkenima sa sumpornom kiselinom dolazi do procesa sulfoniranja:

CH 3 -HC \u003d CH 2 + HO-OSO-OH → CH 3 -CH 3 CH-O-SO 2 -OH.

Reakcija se nastavlja formiranjem kiselih estera, na primjer, izopropilsumporne kiseline.

Alkeni su podložni oksidaciji tokom sagorevanja pod dejstvom kiseonika da bi se formirala voda i gas ugljični dioksid:

2CH 3 -HC \u003d CH 2 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

Interakcija olefinskih spojeva i razrijeđenog kalijevog permanganata u obliku otopine dovodi do stvaranja glikola ili dihidričnih alkohola. Ova reakcija je također oksidativna sa stvaranjem etilen glikola i promjenom boje otopine:

3H 2 C \u003d CH 2 + 4H 2 O + 2KMnO 4 → 3OHCH-CHOH + 2MnO 2 + 2KOH.

Molekule alkena mogu biti uključene u proces polimerizacije pomoću mehanizma slobodnih radikala ili katjona-aniona. U prvom slučaju, pod utjecajem peroksida, dobiva se polimer poput polietilena.

Prema drugom mehanizmu, kiseline djeluju kao kationski katalizatori, a organometalne tvari su anionski katalizatori s oslobađanjem stereoselektivnog polimera.

Šta su alkani

Nazivaju se i parafini ili zasićeni aciklični ugljovodonici. Imaju linearnu ili razgranatu strukturu, koja sadrži samo zasićene jednostavne veze. Svi predstavnici ove klase imaju opštu formulu C n H 2n+2 .

Sadrže samo atome ugljika i vodika. Opća formula alkena formirana je od oznake zasićenih ugljikovodika.

Nazivi alkana i njihove karakteristike

Najjednostavniji predstavnik ove klase je metan. Slijede tvari kao što su etan, propan i butan. Njihovo ime je zasnovano na korijenu broja u grčkom, kojem se dodaje sufiks -an. Imena alkana navedena su u IUPAC nomenklaturi.

Opća formula alkena, alkina, alkana uključuje samo dvije vrste atoma. To uključuje elemente ugljenik i vodonik. Broj atoma ugljika u sve tri klase je isti, razlika se uočava samo u broju vodonika koji se može odvojiti ili dodati. Iz dobiti nezasićena jedinjenja. Predstavnici parafina u molekuli sadrže 2 atoma vodika više od olefina, što potvrđuje opća formula alkana, alkena. Struktura alkena se smatra nezasićenom zbog prisustva dvostruke veze.

Ako povežemo broj atoma vode-ro-dny i ugljika-le-ro-dny u al-ka-nah, tada će vrijednost biti max-si-mala u poređenju s drugim klasama uglja-le-vo -to -ro-dov.

Počevši od metana pa do butana (od C 1 do C 4), supstance postoje u gasovitom obliku.

U tečnom obliku predstavljeni su ugljovodonici homolognog intervala od C 5 do C 16. Počevši od alkana, koji ima 17 atoma ugljika u glavnom lancu, dolazi do prijelaza fizičkog stanja u čvrsti oblik.

Karakteriziraju ih izomerija u ugljičnom skeletu i optičke modifikacije molekula.

U parafinima se smatra da su valencije ugljika potpuno zauzete susjednim ugljikom-le-ro-da-mi ili in-do-ro-da-mi sa formiranjem veze tipa σ. Sa hemijske tačke gledišta, to uzrokuje njihova slaba svojstva, zbog čega se alkani nazivaju pre-del-ny-x ili saturated-schen-ny-x coal-le-to-do-rodov, lišeni afiniteta.

Oni ulaze u reakcije supstitucije povezane s radikalnom halogenacijom, sulfokloracijom ili nitracijom molekula.

Parafini prolaze kroz proces oksidacije, sagorevanja ili raspadanja na visokim temperaturama. Pod djelovanjem akceleratora reakcija dolazi do eliminacije atoma vodika ili dehidrogenacije alkana.

Šta su alkini

Nazivaju se i acetilenskim ugljovodonicima, koji imaju trostruku vezu u lancu ugljenika. Struktura alkina je opisana opštom formulom C n H 2 n-2. Pokazuje da, za razliku od alkana, acetilenskim ugljovodonicima nedostaju četiri atoma vodika. Oni su zamijenjeni trostrukom vezom formiranom od dva π-jedinjenja.

Ova struktura određuje hemijska svojstva ove klase. Strukturna formula alkena i alkina jasno pokazuje nezasićenost njihovih molekula, kao i prisustvo dvostruke (H 2 C꞊CH 2) i trostruke (HC≡CH) veze.

Naziv alkina i njihove karakteristike

Najjednostavniji predstavnik je acetilen ili HC≡CH. Naziva se i etin. Dolazi od naziva zasićenog ugljovodonika, u kojem se uklanja sufiks -an i dodaje se -in. U nazivima dugih alkina, broj označava lokaciju trostruke veze.

Poznavajući strukturu zasićenih i nezasićenih ugljovodonika, moguće je odrediti pod kojim je slovom naznačena opšta formula alkina: a) CnH2n; c) CnH2n+2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6. Tačan odgovor je treća opcija.

Počevši od acetilena i završavajući s butanom (od C 2 do C 4), tvari su plinovite prirode.

U tečnom obliku postoje ugljovodonici homolognog intervala od C 5 do C 17. Počevši od alkina, koji ima 18 atoma ugljika u glavnom lancu, dolazi do prijelaza fizičkog stanja u čvrsti oblik.

Odlikuju se izomerijom u ugljeničnom skeletu, u položaju trostruke veze, kao i međuklasnim modifikacijama molekula.

Acetilenski ugljovodonici su hemijski slični alkenima.

Ako alkini imaju terminalnu trostruku vezu, tada djeluju kao kiselina sa stvaranjem alkinidnih soli, na primjer, NaC≡CNa. Prisustvo dvije π-veze čini molekulu natrijuma acetiledina jakim nukleofilom koji ulazi u supstitucijske reakcije.

Acetilen se podvrgava kloriranju u prisustvu bakar hlorida da bi se dobio dihloroacetilen, kondenzaciji pod dejstvom haloalkina uz oslobađanje molekula diacetilena.

Alkini su uključeni u reakcije čiji princip leži u osnovi halogenacije, hidrohalogenacije, hidratacije i karbonilacije. Međutim, takvi procesi se odvijaju slabije nego u alkenima s dvostrukom vezom.

Za acetilenske ugljovodonike moguće su reakcije adicije nukleofilnog tipa molekule alkohola, primarnog amina ili sumporovodika.