Алкены Алкенами называются ненасыщенные углеводороды

Алкены
Автор: SergeiMegan
18.06.2008 11:14 - Обновлено 30.06.2008 18:10
Алкены
Алкенами называются ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну
двойную связь. Атомы углерода, связанные двойной связью, находятся в состоянии
sp2-гибридизации, двойная связь является сочетанием - и -связей (рис. 32 и 33).
Общая формула этих соединений СnН2n. Их часто называют этиленовыми (по названию
простейшего представителя — этилена).
Номенклатура, строение, общий обзор свойств
По систематической номенклатуре названия алкенов строятся так, что в названии
алкана, соответствующего этой родоначальной структуре, суффикс -ан заменяется на
-ен. В случае раз-ветвления главной считается цепь, содержащая двойную связь, даже
если эта цепь и не является самой длинной. Углеводородные радикалы, образованные
из алкенов, имеют суффикс -енил. Некоторые радикалы имеют тривиальные названия,
например винил (этенил), аллил (пропенил) (см. табл. 36).
В молекуле этилена оба атома углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации: одна
1/6
Алкены
Автор: SergeiMegan
18.06.2008 11:14 - Обновлено 30.06.2008 18:10
s- и две р-орбитали смешиваются по форме, давая три гибридные орбитали, которые
образуют -связи. Третья р-орбиталь каждого из этих двух атомов используется для
образования -связи между ними и поэтому в гибридизации не участвует.
Все атомы молекулы этилена (и все -связи) лежат в одной плоскости, угол между
-связями равен 120°.
р-орбитали обоих атомов углерода ориентированы перпендикулярно этой плоскости,
при их «боковом» перекрывании образуется -связь. Плотность -связи (условная
плотность, в которой лежит максимум ее электронной плотности) перпендикулярна
плоскости -связей (см. рис. 33).
В молекулах гомологов этилена с фрагментом О=С связаны алкильные группы (от одной
до четырех). Для алкенов, кроме изомерии скелета, возможна изомерия, обусловленная
положением двойной связи (например, бутен-1 и бутен-2) и геометрическая изомерия —
расположение заместителей по одну (цис-) или по разные (транс-) стороны от плоскости
-связи. Поскольку враще-ние вокруг двойной связи невозможно (это привело бы к
разрыву одной из химических связей), то в случае цис- и транс-изомеров Мы имеем дело
с разными конфигурациями, а не с разными кон-Формациями одной молекулы (см. §3).
Самым реакционноспособным местом в молекуле алкена является -связь.
Физические свойства
Физические свойства алкенов практически не отличаются от таковых у
соответствующих алканов. Низшие алкены (C2—C4) — газы при нормальных условиях,
средние (до C17) — жидкие, высшие являются твердыми веществами. Все алкены
нерастворимы в воде и хорошо растворяются в органических растворителях.
Химические свойства
Все специфические химические свойства алкенов определяются наличием в их молекуле
-электронного облака (то есть собственно двойной связью). Электроны -облака
находятся вне плоскости молекулы и легко доступны для атаки электрофильными
частицами. Поэтому практически все реакции алкенов имеют электрофильный механизм
(обычно это электрофильное присоединение, которое обозначается кратко как АЕ).
Галогенирование
2/6
Алкены
Автор: SergeiMegan
18.06.2008 11:14 - Обновлено 30.06.2008 18:10
Молекулы галогенов в среднем неполярны, однако возможны временные флуктуации,
которые приводят к появлению электрофильности у такой молекулы:
Br—BrBr+—Br-
и становится возможной реакция, механизм которой приведен ниже:
В результате реакции исчезает двойная связь и образуется дигалоген алкан. Реакция
галогенирования (обычно бромирования) используется как качественная на двойную
связь, поскольку в ходе реакции исчезает бурая окраска брома.
Гидрогалогенирование
Молекулы галогеноводородов изначально полярны, то есть имеют электрофильный
центр (атом водорода несет частичный положительный заряд). Соответственно, такие
молекулы тоже могут присоединяться к двойной связи:
В случае алкенов несимметричного строения, однако, возможны варианты
присоединения. Так, из пропена при действия бромоводорода могут получиться два
продукта:
Для того, чтобы выяснить, какой продукт получается, необходимо учесть
несимметричность в такой молекуле -электронного облака, вызванную влиянием
заместителя. Направление влияния определяется электроотрицательностью
заместителя. Эффект влияния называется соответственно +I-эффектом и -I-эффектом:
Понятно, что электрофил будет взаимодействовать с более отрицательным концом
3/6
Алкены
Автор: SergeiMegan
18.06.2008 11:14 - Обновлено 30.06.2008 18:10
двойной связи. Так, для приведенных выше соединений результат реакции с
бромоводородом будет разным:
При присоединении галогеноводородов (или иных молекул типа НГ, например воды
Н2О) к несимметричным алкенам водород присоединяется к электрон-обогащенному
концу двойной связи.
Это современная формулировка правила Марковникова, которое в оригинале относится
только к углеводородам (не имеющим никаких заместителей, кроме алкильных
радикалов!) и звучит:
Гидратация
Присоединение воды к алкенам принципиально ничем не отличается от присоединения
галогеноводородов (см. выше) и также подчиняется правилу Марковникова.
Единственным отли-чием, связанным с меньшей полярностью воды, является
необходимость катализа минеральными кислотами (серной, фосфорной и т.д.), которые
обеспечивают высокую концентрацию протонов, которые являются собственно
реагирующими частицами:
Окисление
В алкенах -связь также легко подвержена действию окислителей. Это тоже
электрофильные реакции, но рассмотрение их механизмов выходит за рамки данного
курса. Важнейшей из таких реакций является реакция с перманганатом калия при
низкой температуре в слабощелочной или нейтральной среде:
3СН2=СН2+2KMnO4+4Н2O=3СН2ОН—СН2ОН+2MnO2+2KOH Эта реакция называется
реакцией гидроксилирования и также используется как качественная на алкены — в
4/6
Алкены
Автор: SergeiMegan
18.06.2008 11:14 - Обновлено 30.06.2008 18:10
ходе реакции исчезает характерная фиолетовая окраска перманганата и образуется
бурый осадок диоксида марганца. В более жестких условиях (кислая среда, высокая
температура) возможно более глубокое окисление, вплоть до полного разрыва связи
С—С:
Следует отметить, что для простоты записи в органической химии при обозначении
процессов окисления (или восстановления) часто используются символы [О] (или [Н]):
СН3—СН=СН—СН3[O]2СН3—СООН
Однако если возможны варианты продуктов окисления (или восстановления),
необходимо указание всех условий реакции (реагент, среда, температура).
Исчерпывающее окисление
Алкены (как и алканы) на воздухе или в кислороде сгорают до углекислого газа и воды:
С2Н4+3O2=2СO2+2Н2O
Восстановление (гидрирование)
Взаимодействие алкенов с водородом происходит в присутствии металлических
катализаторов (Ni, Pd, Pt и др.) при нагревании:
СН3—СН=СН2+Н2СН3—СН2—СН3
Озонирование
Большинство алкенов даже при низких температурах реагируют с озоном: разрывается
двойная связь и образуются циклические перекисные производные, известные под
названием озонидов.
5/6
Алкены
Автор: SergeiMegan
18.06.2008 11:14 - Обновлено 30.06.2008 18:10
Озониды,
могут
этого
виде,
карбонильные
идентифицировать.
а
необхо-димо
взрываться
разлагают,
подобно
соединения,
сбольшинству
проводить
гидролизуя
большойкото-рые,
силой
с водой
осторожностью.
соединений,
и совершенно
икак
восстанавливая
правило,
содержащих
Озониды
неожиданно.
удается
цинком;
обычно
перекисные
выделить
Озонирование
при
неэтом
выделяют
и(О—О)-связи,
образуются
вследствие
в чистом
положения
проиллюстрирована
бутена-2.
Эта последовательность
двойных связей
на примере
реакций
в алкенах.
различных
предоставляет
Применимость
продуктов
отличную
этого
реакции
метода
возможность
в случае
может
бутена-1
установления
быть и
Рассмотрим
реакцию
на
примере
получения
полиэтилена
издвойной
молекул
этилена.
Полимеризация
крупные.
— этоэтилена
последовательное
соединение
одинаковых
молекул
в более
Соединение
Реакции
например,
полимеризации
измолекул
этилена
образуется
особенно
происходит
высокомолекулярное
характерны
по месту
для разрыва
непредельных
вещество
—
соединений.
полиэтилен.
связи:
Так,
Сокращенно
уравнение
реакции
записывается
так:
nСН2=СН2(—СН2—СН2—)n
К
или
полимером
вещества,
концам
радикалы
этих
(от
(например,
молекул
греческого
(макромолекул)
реакцию
атомы
поли
—
водорода).
полимеризации,
присоединяются
мерос
Продукт
—
часть),
называются
реакции
какие-нибудь
а
молекулы
полимеризации
мономером.
исходного
свободные
называется
атомы
Полимер
из
группировки
Например,
—СН2—СН2—.
большого
—
элементарным
вещество
числа
называют
повторяющихся
споли-,
элементарными
очень
звеном
высокой
полиэтилена
группировок,
молекулярной
звеньями,
является
имеющих
или
массой,
структурными
группировка
одинаковое
молекула
единицами.
атомов
строение.
которого
состоит
Эти
Число
полимеризации
стех
Полиэтилен
пластический
другую
звеньев
жесткие
короткими
же
элементарных
мономеров
посуду,
является
трубы,
сцепями
длиной
материал,
эластичные
(обозначается
прочные
можно
(га
звеньев,
цепи
=вэтой
из
нити.
20)
получать
веществом,
трубы
1500-2000
является
повторяющихся
n).
Вимного,
вещества
зависимости
т.д.
можно
жидкостью,
из
звеньев
Наконец,
которого
получать
скратных
ввысокомолекулярные
различными
представляет
макромолекуле,
от
полиэтилен
обладающей
можно
степени
пленки,
готовить
свойствами.
полимеризации
сизготавливать
собой
длиной
смазочными
называется
литые
твердый,
цепи
Так,
изделия,
из
встепенью
полиэтилен
свойствами.
бутылки
но
5-6
одних
гибкий
тыс.
и
Если
образуются
протекания
необходимы
строение
(ненасыщенные)
взаключают
реакции
молекулы
реакций
низкомолекулярные
катализаторы
полимеризации
соединения
мономера.
полимеризации
икоторого
высокое
за
В
принимает
счет
реакцию
вещества,
разрыва
весьма
давление.
полимеризации
участие
например
различные.
Но
небольшое
главным
димеры,
связей.
вступают
некоторых
фактором
тримеры
число
непредельные
молекул,
случаях
является
иполистирол
т.д.
Условия
то
Структурные
звена
формула
полиэтилена
формулы
втвердым
скобки
полимеров
ив
справа
кратко
внизу
записываются
ставят
букву
п.В
так:
Например,
формулу
структурная
элементарного
(—СН2—СН2—)n.
мономера
ивступающего
приставки
Легко
заключить,
например,
что
полиэтилен,
название
полимера
поливинилхлорид,
слагается
из
названия
и т.д.
С
синтетические
помощью
например
реакций
каучуки
полимеризации
полиэтилен,
и
др.
Они
политетрафторэтилен
имеют
получают
огромное
народнохозяйственное
(тефлон),
полистирол,
синтетические
значение.
Поливинилхлорид
СН2=СНСl.
—
продукт
полимеризации
хлористого
винила
(винилхлорида)
Структурная
формула
Этотизоляции
химических
клеенки,
для
полимер
плащи,
реагентов,
проводов
обладает
портфели,
и
ценными
кабелей.
искусственную
окрашивается.
свойствами:
Из
онпластмасс
для
негорюч,
обуви
на
устойчив
и ит.п.
его
Широко
основе
к действию
изготавливают
применяется
Тефлон
—
продукт
полимеризации
тетрафторэтилена:
nCF2=CF2
(—CF2—CF2—)n.
Это
расплавленные
самое
инертное
калий
органическое
илегко
натрий).
Обладает
вещество
высокой
(на
него
морозооказывают
теплоустойчивостью.
воздействие
только
стирола.
Полистирол
—формула
твердое
прозрачное
упругоекожу
вещество.
Получается
полимеризацией
Структурная
Полистирол
Идет
расчесок,
на
игрушек
широко
ивчто
используется
др.
кислотоупорных
него
готовят
вгалогеноводорода
легкие
тары,
диэлектрика
пористые
апри
также
пластмассы
вбытовых
электроизделий
и—
радиотехнике.
Наряду
широко
используются
сизготовление
реакциями
полимеризации
реакции
поликонденсации.
для
получения
высокомолекулярных
соединений
Способы
получения
алкенов.
Алкены,
можно
так
алкенов,
встречаются.
ивзаимодействии
в ними
получить
промышленном
как
тем
мы
более
показали,
большое
плане).
вИз
природе
число
весьма
Поэтому
иных
реакционноспособные
они
классов
(втруб,
весьма
отличие
органических
важна
от
алканов)
разработка
вещества,
соединений
практически
методов
идвух
сгалогена
их
(как
помощью
не
получения
в—при
научном,
Большинство
реакциям
название
отщеплении
между
отщепления,
присоединения,
двух
кратной
лабораторных
атомов
связи.
или
или
рассмотренным
элиминирования.
групп
атомов
получения
от
Суть
соседних
выше.
алкенов
этой
Весь
реакции
атомов
основано
этот
углерода
заключается
класс
на
реакциях,
реакций
спенопласты.
образованием
носит
обратных
Дегидрирование
двух
высоких
атомов
водорода
температурах
при
соседних
(500°С)
вкачестве
атомах
присутствии
углерода
катализатора
от
молекулы
возможно
алкана:
отщепление
СН3—СН2—СН3
PtСН3—СН—СН2+Н2
Дегалогенирование
соседних
атомах
углерода)
виц-дигалогенида
атомов
сметодов
активными
галогена
(то
металлами
инами
есть
образование
содержащего
высокой
алкена:
атомы
температуре
CH2Br—CHBr—СН3+MgСН2=СН—СН3+MgBr2
Дегидрогалогенирование
При
происходит
обратна
присоединению
отщепление
алкилгалогенидов
молекулы
галогеноводородов):
со
спиртовым
и
раствором
образование
сильных
алкена
щелочей
(эта
реакция
СН3—СНВr—СН2—СН3+КОН(сп)
СН3—СН=СН—СН3+КВr+Н2О
Можно
отщепления:
видеть,
что
приведенном
примере
возможно
образование
продуктов
СН3—СН=СН—СН3
СН2=СН—СН2—СН3
Направление
отщепления
определяется
правилом
Зайцева:
Дегидратация
При нагревании
молекулы
водопоглощающим
реакцией
пропускании
гидратации
воды.Серная
спиртов
агентом,
спирта
алкенов).
кислота
с концентрированной
при
смещающим
высокой
Реакция
одновременно
температуре
равновесие
дегидратации
является
серной
сторону
кислотой
также
катализатором
оксидными
происходит
алкена
происходит
катализаторами.
(сравните
и определяется
при
отщепление
Направление
правилом
Зайцева.
реакции
дегидратации
для
несимметричных
спиртов
также
Для
приводящий
перегонкой:
промышленного
кпаров
смеси
низкомолекулярных
получения
алкенов,
как
алкенов
правило,
и соединений.
алканов,
используется
которую
крекинг
можно
алканов,
разделить
Применение
алкенов
Алкены
высокой
приведена
—
реакционной
одни
схема
из
приме-нения
наиболее
способностью,
важных
этена
(этилена).
органических
доступностью
ивнад
низкой
стоимостью.
Объясняется
Ниже
этос их
6/6