Алкены Непредельные углеводороды ряда этилена Основное содержание

Алкены Непредельные углеводороды ряда этилена.

Основное содержание лекции • Понятие о непредельных углеводородах. • Характеристика двойной связи. • Изомерия и номенклатура алкенов. • Получение алкенов. • Свойства алкенов.

Решите задачу • Найдите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором составляет 85, 7 %. Относительная плотность этого углеводорода по азоту равна 2. • При сжигании углеводорода массой 0, 7 г образовались оксида углерода (IV) и вода количеством вещества по 0, 05 моль каждое. Относительная плотность паров этого вещества по азоту равна 2, 5. Найдите молекулярную формулу алкена. • При сжигании углеводорода массой 11, 2 г получили 35, 2 г оксида углерода (IV) и 14, 4 г воды. Относительная плотность углеводорода по воздуху 1, 93. Найдите молекулярную формулу вещества.

Проверь Задача 1 М(Сх. НY)=56 г/моль m(Сх. НY)=56 г m(С)=48 г m(Н)=8 г x: y= Ответ: С 4 Н 8 =4: 8 Задача 3 Задача 2 М(Сх. НY)=70 г/моль n(Н)=0, 1 моль n(С)=0, 05 моль x : y = 0, 05 : 0, 1 = 1 : 2 Простейшая формула СН 2 Истинная – С 5 Н 10 Ответ: С 5 Н 10 М(Сх. НY)=56 г/моль m(Сх. НY)=11, 2 г n(СО 2)= 0, 8 моль n(Н 2 О)=0, 8 моль n(С)= 0, 8 моль n(Н)=1, 6 моль x : y = 0, 8 : 1, 6 = 1 : 2 Простейшая формула СН 2 Истинная – С 4 Н 8 Ответ: С 4 Н 8

Понятие об алкенах • Алкены – углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь между атомами углерода, а качественный и количественный состав выражается общей формулой Сn. Н 2 n, где n ≥ 2. Алкены относятся к непредельным углеводородам, так как их молекулы содержат меньшее число атомов водорода, чем насыщенные. n

Характеристика двойной связи (С ═ С) • • • Вид гибридизации – sp 2 Валентный угол – 120º 0, 134 нм Длина связи С = С – плоскостное Строение ─ Вид связи – ковалентная неполярная σиπ По типу перекрывания –

Схема образования sp 2 -гибридных орбиталей • В гибридизации участвуют орбитали одного s- и двух p-электронов: s 2 p sp 2

Гомологический ряд алкенов Общая формула Сn. Н 2 n » Этен » Пропен » Бутен » Пентен » Гексен » Гептен C 2 H 4 C 3 H 6 C 4 H 8 C 5 H 10 C 6 H 12 C 7 H 14

Изомерия алкенов Для алкенов возможны два типа изомерии: 1 -ый тип – структурная изомерия: 1) углеродного скелета 2) положения двойной связи 3) Межклассовая 2 -ой тип – пространственная изомерия: геометрическая

Примеры изомеров углеродного скелета (С 5 Н 10) 1 2 3 СН 2 = С – СН 2 – СН 3 4 1 2 СН 2 = СН – СН 3 2 -метилбутен-1 1 2 -метилбутен-2 3 4 СН 3 3 -метилбутен-1 2 3 4 СН 3 – С = СН – СН 3

Примеры изомеров положения двойной связи ( С 5 Н 10) 1 2 3 4 5 СН 2 = СН – СН 2 – СН 3 пентен-1 1 2 3 4 5 СН 3 – СН = СН – СН 2 – СН 3 пентен-2

Межклассовая изомерия • АЛКЕНЫ ЯВЛЯЮТСЯ МЕЖКЛАССОВЫМИ ИЗОМЕРАМИ ЦИКЛОАЛКАНОВ. Н 2 С – СН 2 СН – СН 3 Н 2 С – СН 2 Циклобутан С 4 Н 8 Н 2 С СН 2 Метилциклопропан СН 3 = СН – СН 2 – СН 3 - бутен-1 Циклобутан и метилциклопропан являются изомерами бутена, т. к. отвечают общей формуле С 4 Н 8.

Примеры межклассовых изомеров ( С 5 Н 10) СН 2 = СН – СН 2 – СН 3 пентен -1 Н 2 С СН 2 циклопентан

Пространственная изомерия (С 4 Н 8) Для алкенов возможна пространственная изомерия, поскольку вращение относительно двойной связи, в отличии от одинарной невозможно. 1 Н 3 С 4 2 С=С 3 СН 3 Н Н Цис-бутен-2 1 Н 3 С Н 2 3 С=С 4 Н Транс-бутен-2 СН 3

Геометрические изомеры бутена Транс-изомер Цис-изомер

Примеры: 5 4 3 2 1 СН 3 - СН 2 - СН=СН 2 СН 3 1 2 3 3 - метилпентен -1 4 СН 3 - СН= СН - СН 2 - СН 3 5 6 7 8 СН 2 - СН 3 4 - этилоктен -2

Физические свойства алкенов • Алкены плохо растворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях. • С 2– С 4 - газы • С 5– С 16 - жидкости • С 17… - твёрдые вещества • С увеличением молекулярной массы алкенов, в гомологическом ряду, повышаются температуры кипения и плавления, увеличивается плотность веществ.

Химические свойства алкенов • По химическим свойствам алкены резко отличаются от алканов. Алкены более химически активные вещества, что обусловлено наличием двойной связи, состоящей из σ- и π-связей. Алкены способны присоединять два одновалентных атома или радикала за счёт разрыва π-связи, как менее прочной.

Типы химических реакций, которые характерны для алкенов • Реакции присоединения. • Реакции полимеризации. • Реакции окисления.

Механизм реакций присоединения алкенов • π-связь является донором электронов, поэтому она легко реагирует с электрофильными реагентами. • Электрофильное присоединение: разрыв π-связи протекает по гетеролитическому механизму, если атакующая частица является электрофилом. • Свободно-радикальное присоединение: разрыв связи протекает по гомолитическому механизму, если атакующая частица является радикалом.

Гидрогалогенирование этилена

Реакции присоединения 1. Гидрирование. CН 2 = СН 2 + Н 2 СН 3 – СН 3 Этен этан Условия реакции: катализатор – Ni, Pt, Pd 2. CН 2 = СН – СН 3 + Сl – Сl пропен Галогенирование. 1 2 Cl Cl СН 2 – СН 3 Реакция идёт при обычных условиях. 3 1, 2 -дихлорпропан

Электрофильное присоединение Н Н Н С═С Н Clδ+ │ Clδ- Н Н Н С ══ С + Cl + ─ : Cl Н H 2 C ─ CH 2 │ │ Cl Cl Молекула галогена не имеет собственного диполя, однако в близи π-электронов происходит поляризация ковалентной связи, благодаря чему галоген ведёт себя как электрофильный агент.

Реакции присоединения 3. 1 2 3 Гидрогалогенирование. 4 1 СН 2 = СН – СН 2 – СН 3 + Н – Сl Cl 4. 2 3 CН 2 = СН – СН 3 + Н – ОН пропен 3 4 CН 3 – СН 2 – СН 3 Бутен-1 1 2 2 -хлорбутан Гидратация. 1 2 3 СН 3 – СН 3 ОН пропанол-2 Условия реакции: катализатор – серная кислота, температура. Присоединение молекул галогеноводородов и воды к молекулам алкенов происходит в соответствии с правилом В. В. Марковникова.

Гидрогалогенирование гомологов этилена Правило В. В. Марковникова • Атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи, а атом галогена или гидроксогруппа – к наименее гидрированному.

Реакции полимеризации (свободно-радикальное присоединение) Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные. σ π σ σ π π СН 2 = СН 2 + … σ σ σ – СН 2 – + – СН 2 – … – СН 2 – СН 2 – … Сокращённо уравнение этой реакции записывается так: n СН 2 = СН 2 (– СН 2 –)n Этен полиэтилен Условия реакции: повышенная температура, давление, катализатор.

Возможные продукты окисления алкенов С ── С С ══ О О С ── С │ │ ОН ОН эпоксиды диолы альдегиды или кетоны О ══ ── С ОН кислоты

Реакции окисления Реакция Вагнера. (Мягкое окисление раствором перманганата калия). 3 СН 2 = СН 2 + 2 КМn. О 4 + 4 Н 2 О этен 3 СН 2 - СН 2 + 2 Мn. О 2 + 2 КОН ОН ОН этандиол Или С 2 Н 4 + (О) + Н 2 О С 2 Н 4(ОН)2

Реакции окисления 3. Каталитическое окисление. а) 2 СН 2 = СН 2 + О 2 2 СН 3 – CОН этен уксусный альдегид Условия реакции: катализатор – влажная смесь двух солей Pd. Cl 2 и Cu. Cl 2. б) 2 СН 2 = СН 2 + О 2 этен 2 СН 2 О оксид этилена Условия реакции: катализатор – Ag, t = 150 -350ºС

Горение алкенов Алкены горят красноватым светящимся пламенем, в то время как пламя предельных углеводородов голубое. Массовая доля углерода в алкенах несколько выше, чем в алканах с тем же числом атомов углерода. С 4 Н 8 + 8 О 2 бутен 4 СО 2 + 4 Н 2 О При недостатке кислорода С 4 Н 8 + 6 О 2 бутен 4 СО + 4 Н 2 О

Получение и горение этилена

Лабораторные способы получения алкенов При получении алкенов необходимо учитывать правило А. М. Зайцева: при отщеплении галогеноводорода или воды от вторичных и третичных галогеналканов или спиртов атом водорода отщепляется от наименее гидрированного атома углерода. • Дегидрогалогенирование галогеналкенов. Н 3 С ─ СН 2─ СНСl ─ СН 3 + КОН Н 3 С ─ СН ═ СН ─ СН 3 + КСl + Н 2 О 2 -хлорбутан бутен-2 Условия реакции: нагревание. реакции • Дегидратация спиртов. Н 3 С ─ СН 2 ─ ОН Н 2 С ═ СН 2 + Н 2 О этанол этен Условия реакции: катализатор – Н 2 SO 4(конц. ), t = 180ºС. • Дегалогенирование дигалогеналканов. Н 3 С ─ СНCl ─ СН 2 Сl + Мg Н 3 С─СН ═ СН 2 + Mg. Cl 2 1, 2 -дихлорпрпан пропен

Промышленные способы получения алкенов • Крекинг алканов. С 10 Н 20 С 5 Н 12 + С 5 Н 8 Декан пентен Условия реакции: температура и катализатор. • Дегидрирование алканов. СН 3 – СН 2 – СН 3 СН 2 ═ СН – СН 3 + Н 2 пропан пропен Условия реакции: t = 400 -600ºС и катализатор (Ni, Pt, Al 2 O 3 или Cr 2 O 3). • Гидрирование алкинов. CН ≡ СН + Н 2 СН 2 ═ СН 2 этин этен Условия реакции: катализатор – Pt, Pd, Ni.

Качественные реакции на двойную углерод-углеродную связь • Обесцвечивание бромной воды. СН 2 = СН – СН 3 + Вr 2 пропен CH 2 Br – CH 3 1, 2 -дибромпропан • Обесцвечивание раствора перманганата калия. 3 СН 2 = СН – СН 3 + 2 КМn. О 4 + 4 Н 2 О пропен 1 2 3 3 СН 2 ОН – СН 3 + 2 Мn. О 2 + 2 КОН пропандиол-1, 2

Назовите следующие алкены 1 2 3 4 5 6 а) СН 3─С═СН─СН 2─СН─СН 3 1 СН 3 4 б) Н 3 С 5 6 СН 2─СН 3 2 3 Ответы: С═С Н Н 2 1 в) СН 3─СН 2─С═СН 2 3 4 5 СН 3─СН─СН 2─СН 3 а) 2, 5 -диметилгексен-2 б) цис-изомер-гексен-2 в) 3 -метил-2 -этилпентен-1

Проверьте правильность написаний уравнений реакций СН 3 -(СН 2)2 -СН 2 Br + КОН СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + КBr + Н 2 О СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НBr СН 3 -СН 2 -СН-СН 3 Br

Используя правило Марковникова, напишите уравнения следующих реакций присоединения: а) СН 3 -СН=СН 2 + НСl ? б) СН 2=СН-СН 2 -СН 3 + НBr ? В) СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НОН ? Ответы: а) СН 3 -СН=СН 2 + НСl СН 3 -СНCl-СН 3 б) СН 2=СН-СН 2 -СН 3 + НBr СН 3 -СНBr-СН 2 -СН 3 в) СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НОН СН 3 -СН 2 -СН-СН 3 ОН

Осуществить превращения: + КОН(спирт), t СН 3 -(СН 2)2 -СН 2 Br + НBr Х 1 + Na Х 2 Ответы: Х 1 бутен-1 Х 2 2 -бромбутан Х 3 3, 4 -диметилгексан Х 3