Алкены
Урок 1
Алкены (этиленовые углеводороды) 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.
Строение молекулы этилена
Характеристика двойной связи (С ═ С) Валентный угол – 120º Длина связи С = С – 0, 134 нм Строение ─плоскостное Вид связи – ковалентная неполярная По типу перекрывания – ковалентная неполярная Вид гибридизации – sp 2
Схема образования sp 2 -гибридных орбиталей В гибридизации участвуют орбитали одного sи двух p-электронов:
Гомологический ряд алкенов Общая формула Сn. Н 2 n Названия веществ Молекулярная формула Полуструктурная формула Этен (этилен) С 2 Н 4 СН 2 = СН 2 Пропен С 3 Н 6 СН 2 = СН – СН 3 Бутен С 4 Н 8 СН 2 = СН – СН 2 – СН 3 Пентен С 5 Н 10 СН 2 = СН – (СН 2)2 – СН 3
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.
Виды изомерии для алкенов Для алкенов возможны два типа изомерии: 1 -ый тип – структурная изомерия: 2) 1) углеродного скелета положения двойной связи 3) Межклассовая 2 -ой тип – пространственная изомерия: геометрическая
Изомерия углеродного скелета для пентена С 5 Н 10 СН 2 = С – СН 2 – СН 3 l СН 3 2 -метилбутен-1 СН 2 = СН – СН 3 l СН 3 3 -метилбутен-1 1 2 3 СН 3 – С = СН – СН 3 l СН 3 2 -метилбутен-2 4
Изомерия положения двойной (кратной) связи 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 ЦИКЛОАЛКАНОВ. Н 2 С – СН 2 l l Н 2 С – СН 2 Циклобутан МЕЖКЛАССОВЫМИ С 4 Н 8 ИЗОМЕРАМИ СН – СН 3 / Н 2 С - СН 2 Метилциклопропан СН 3 = СН – СН 2 – СН 3 - бутен-1
Пространственная изомерия Для алкенов возможна пространственная изомерия, поскольку вращение относительно двойной связи, в отличии от одинарной невозможно. CH 3 H CH 3 C=C CH 3 Транс - изомер H H Цис - изомер
Составить формулы двух гомологов и показать возможные виды изомерии для: 1 вариант 2 - метилпентена - 2 2 вариант 4 – метилпентена - 2 Почему в одном случае возможна пространственная изомерия, а в другом нет?
Урок 2 Химические свойства и получение алкенов
Химический диктант 1 вариант: 3, 3 -диметилбутен-1, 3, 4 -лиэтилгексен-2, 3 -этил-4 -метилгептен-2, 3 -метил пентен-2 Для последнего вещества составить формулы двух гомологов и показать возможные виды изомерии, назвать вещества. 2 вариант: 4, 5 -диметилгексен-1, 3, 3 -диэтилпентен-1, 2 -метил-5 -этилгептен-3, 3 -метилгексен-2 Для последнего вещества составить формулы двух гомологов и показать возможные виды изомерии, назвать вещества.
Химические свойства По химическим свойствам алкены резко отличаются от алканов. Алкены более химически активные вещества, что обусловлено наличием двойной связи, состоящей из σи π-связей. Алкены способны присоединять два одновалентных атома или радикала за счёт разрыва π-связи, как менее прочной.
Типы реакций v. Реакции присоединения. v. Реакции полимеризации. v. Реакции окисления.
Реакции присоединения 1. Гидрирование CН 2 = СН 2 + Н 2 → СН 3 – СН 3 Этен этан Условия реакции: катализатор – Ni, Pt, Pd 2. Галогенирование. CН 2 = СН – СН 3 + Сl – Сl → пропен СН 2 – СН 3 l l Cl Cl 1, 2 -дихлорпропан Реакция идёт при обычных условиях.
Правило В. В. Марковникова Атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи, а атом галогена или гидроксогруппа – к наименее гидрированному.
Реакция полимеризации Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные. СН 2 = СН 2 + … – СН 2 – + – СН 2 – … – СН 2 – СН 2 – … Сокращённо уравнение этой реакции записывается так: n СН 2 = СН 2 Этен → (– СН 2 –)n полиэтилен Условия реакции: повышенная температура, давление, катализатор.
Реакция окисления Реакция Вагнера. (Мягкое окисление раствором перманганата калия). 3 СН 2 = СН 2 + 2 КМn. О 4 + 4 Н 2 О → → 3 СН 2 - СН 2 + 2 Мn. О 2 + 2 КОН l l ОН ОН Или С 2 Н 4 + (О) + Н 2 О → С 2 Н 4(ОН)2
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.
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
Лабораторное получение 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 гидрированногоатома 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
Промышленное получение 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 кратную 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
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 l ОН
Осуществить превращения: + КОН(спирт), t СН 3 -(СН 2)2 -СН 2 Br → + НBr Х 1 → + Na Х 2 → Х 3 Ответы: Х 1 бутен-1 Х 2 2 -бромбутан Х 3 3, 4 -диметилгексан
Домашнее задание Обосновать и подтвердить химические свойства бутена – 1, получить данное вещество двумя способами.