Алкены

Гомологический ряд алкенов

Алкены
Алкены (этиленовые углеводороды, олефины) - непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат двойную связь.
Общая формула ряда алкенов СnН2n, где n ≥ 2.
Простейшие представители:

Электронное строение алкенов
Атомы углерода при двойной связи находятся
в sp2-гибридизации и область двойной связи имеет плоскостное строение. Угол между гибридными валентными электронами на плоскости 120°.

Энергия двойной С=С связи
Еσ+π (энергия двойной связи) С=С (σ +π ) 620 кДж/моль
Еσ (энергия σ -связи) С-С 348 кДж/моль
Отсюда Еπ (энергия π-связи) 272 кДж/моль, т.е. Еπ на 76 кДж/моль меньше Еσ.
Поэтому для алкенов наиболее характерны реакции, протекающие за счет раскрытия менее прочной π -связи. При этом π -связь (в исходном алкене) преобразуется в σ -связь в продукте реакции. Исходное ненасыщенное соединение превращается в насыщенное без образования других продуктов, т.е. происходит реакция присоединения.
σ (сигма) – более прочная связь, образованная гибридными электронами и расположенная по линии, соединяющей центры атомов. Вторая связь - π (пи) – менее прочная, образована она боковым перекрыванием негибридных р-электронов и расположена выше и ниже линии, соединяющей центры атомов.

1. Что называется длиной связи?
(Длина связи – это расстояние между центрами ядер связываемых атомов в молекуле.)
2. Что можно сказать о длине углерод-углеродной связи веществ с одинарной (С–С) и двойной (С=С) связью?
(Длина углерод-углеродной одинарной связи – 0,154 нм двойной связи – 0,133 нм, двойная связь прочнее и короче одинарной.)
3. Сколько σ-связей может возникнуть между атомами?
(Одна.)
4. Что можно сказать о прочности π-cвязи?
(Она менее прочная, чем одинарная -σ-связь.)
5. Какая химическая связь образуется между гибридизированными облаками?
(Сигма.)
6. Сколько валентных электронов у атома углерода?
(Четыре.)
Повторим алкены: строение

1)

2) Геометрическая (пространственная) цис- транс-изомерия
(начиная с бутена С4Н8)
Транс-изомер
(Транс-бутен-2)
Цис-изомер
(Цис-бутен-2)
СН3-СН=СН-СН3
бутен-2

1 2 3 4 5 6
а) СН3─С═СН─СН2─СН─СН3
СН3 СН3
1 4 5 6
б) Н3С СН2─СН2─СН3
2 3
С ═ С
Н Н
2 1
в) СН3─СН2─С═СН2
3 4 5
СН3─СН─СН2─СН3
Ответы:
а) 2,5-диметилгексен-2
б) цис-изомер-гексен-2
в) 3-метил-2-этилпентен-1
Назовите следующие алкены

Агрегатное состояние:
С2Н4 – С4Н8
газообразные вещества;
С5Н10 – С16Н36
жидкости;
с С17Н38
твердые вещества
Этилен С2Н4
С увеличением молекулярной массы соединений температуры кипения и плавления закономерно повышаются.
Tпл = - 169,20С
Tкип = - 103,70С
Плохо в
Н2О
Физические свойства алкенов

Химические свойства алкенов
Алкены вступают в реакции присоединения:
1) Гидрирование - реакции с водородом
2) Галогенирование – реакции с галогенами
3) Гидратация – взаимодействие с водой
4) Гидрогалогенирование – реакции с галогеноводородами
Алкены горят желтоватым пламенем, немного коптят
С2Н4 + 3О2 = 2СО2+ 2Н2О

Химические свойства алкенов

Реакции присоединения
Присоединение водорода:
Н2С=СН2 + H2 → Н3С—СН3
Присоединение галогенов:
Н2С=СН2 + Cl2 → ClH2C—CH2Cl
Присоединение галогеноводородов:
H2С=СН2 + НВr → Н3С—CH2Вr
Присоединение воды (реакция гидратации):
H2С=СН2 + Н2О → Н3С—CH2ОН

Механизм реакции присоединения галогеноводородов к алкенам
Реакция идёт по ионному механизму электрофильного присоединения
с гетеролитическим (неравномерным) разрывом связей.
Электрофилом является протон Н+ в составе молекулы галогеноводорода НХ (Х – галоген).

При химической реакции π- связь легко разрывается и по линии разрыва происходит присоединение атомов или групп атомов.
http://www.chemistry.ssu.samara.ru/chem2/u4413.htm
Интерактивная анимация
Механизм реакции присоединения галогеноводородов к алкенам

Правило Марковникова
Русский химик-органик.
В реакциях присоединения полярных молекул
к несимметричным алкенам
водород присоединяется к более гидрированному атому углерода при двойной связи.
Реакция идет по ионному механизму.

Важно:
Присоединение может происходить против правила Марковникова, если:
Исключения!!!
если в алкене присутствует электроноакцепторный заместитель, т.е. группа, способная оттягивать на себя электронную плотность, т.к. обладает большей электроотрицательностью (например, атомы F, Cl, O):
F3C ← CH=CH2 + HBr → F3C - CH2 - CH2Br
1,1,1- трифтор-3-бромпропан
2) Присоединение в присутствии Н2О2 (эффект Хараша)
или органической перекиси (R-O-O-R ):
СH3-CH=CH2 + HBr ─Н2О2 → H3C - CH2 - CH2Br

При высоких температурах возможны реакции радикального замещения с галогенами
При высоких температурах (более 400 °C) реакции радикального присоединения, носящие обратимый характер, подавляются.
В этом случае становится возможным провести замещение атома водорода, находящегося в аллильном положении (соседнее при двойной связи) при этом двойная связь сохраняется.
Реакция носит радикальный характер (радикальное замещение) и протекает аналогично хлорированию алканов.

1) Реакции окисления кислородом воздуха
1) Полное окисление (горение):
Н2С=СН2 + 3O2 → 2СO2 + 2Н2O
2) Частичное окисление на катализаторе:
350°C, Ag
2Н2С=СН2 + O2 → 2Н2С — СН2
\ /
О

2) Окисление алкенов в мягких условиях
(без нагревания, нейтральная среда)
(Реакция Вагнера Е.Е.)
При окислении алкенов разбавленным раствором перманганата калия KMnO4 при обычных условиях или на холоду, образуются двухатомные спирты – гликоли.
Это качественная реакция на алкены.
В результате реакции наблюдается обесцвечивание раствора перманганата калия.
Реакция Вагнера служит качественной пробой на двойную связь.

3) Окисление алкенов в жёстких условиях (нагревание, кислотная среда)
При жестком окислении алкенов кипящим раствором перманганата калия в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи и образование кислот или кетонов.
По образовавшимся продуктам (кислотам и кетонам) можно сделать заключение о строении и составе радикалов, связанных с этиленовой группировкой в исходном соединении.

Окисление алкенов в жёстких условиях

Окисление алкенов в жёстких условиях

5C2H4 + 2KMnO4 + 18H2SO4 = 10CO2 + 6K2SO4 + 12MnSO4 +28H2O
1) C2H4 + KMnO4 + H2SO4 = CO2 + H2O + K2SO4 + MnSO4
2) C3H6 (пропен) + KMnO4 + H2SO4= CO2+H2O + CH3COOH + K2SO4 + MnSO4
3) C3H4 (пропин) + KMnO4 + H2O = CH3COOH + HCOOH + MnO2 + KOH
При окислении бутадиена в кислой среде разрыв будет по обоим двойным связям?
KMnO4 + H2O2 + H2SO4 --> ???
2 (8H+ + MnO4- + 5e- --> Mn2+ + 4H2O)
5 (H2O2 --> O2 + 2H+ + 2e-)
--------------------------------------...
16H+ + 2MnO4- + 5H2O2 --> 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O + 10H+
6H+ + 2MnO4- + 5H2O2 --> 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 --> 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O
2 KMnO4 + H2O2 + 2H2SO4 --------> 2 K2SO4 + 2 MnO2 + 2 H2O
Разные случаи окисления алкенов в жёстких условиях

Где, n – число структурных звеньев в молекуле.
Исходное низкомолекулярное вещество, вступающее в реакцию полимеризации, называется мономер.
Полимеризация алкенов
процесс образования высокомолекулярного соединения (полимера) путем соединения друг с другом молекул исходного низкомолекулярного соединения (мономера)
При полимеризации двойные связи в молекулах исходного непредельного соединения "раскрываются", и за счет образующихся свободных валентностей эти молекулы соединяются друг с другом.

Полимеризация алкенов

Выводы:
Алкены – непредельные углеводороды, в молекулах которых имеется одна двойная связь. Атомы углерода находятся в состоянии sp2- гибридизации. Общая формула – СnH2n. В названии алкенов используется суффикс –ен.
Для алкенов характерны: изомерия углеродной цепи, изомерия положения двойной связи, пространственная (геометрическая) и изомерия между классами.
Алкены обладают большой химической активностью. За счёт наличия π-связи алкены вступают в реакции присоединения, окисления, полимеризации.

15.12.2021
Кузнецова О.Н.
Применение

Получение алкенов
1) Дегидратация спиртов:
2) Дегидрирование аканов:
4) Из галогенопроизводных алканов:
3) Пиролиз и крекинг нефти и природного газа:

4) Из галогенопроизводных алканов:

Применение алкенов

Способы получения алкенов
– крекинг нефтепродуктов (алканов) C8H18 ––> C4H8 + C4H10; (термический крекинг при 400-700 oС) октан бутен бутан
– дегидрирование алканов C4H10 ––> C4H8 + H2; (t, Ni)
бутан бутен водород
– дегидрогалогенирование галогеналканов C4H9Cl + KOH ––> C4H8 + KCl + H2O;
хлорбутан гидроксид бутен хлорид вода
калия калия
– дегидрогалогенирование дигалогеналканов
– дегидратация спиртов С2Н5ОН ––> С2Н4 + Н2О (при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты)
Запомните! При реакциях дегидрирования, дегидратации, дегидрогалогенирования и дегалогенирования нужно помнить, что водород преимущественно отрывается от менее гидрогенизированных атомов углерода (правило Зайцева, 1875 г.)

Тестовое задание № 1:
1. Ациклические углеводороды, в молекулах которых содержится одна двойная связь, называются
А) алканы Б) алкены В) алкины Г) арены.
2. Для алкенов характерна изомерия
А) углеродного скелета Б) положения кратной связи
В) геометрическая Г) все ответы верны.
3. Формула 2,3-диметилпентена-1
А) СН2=СН−СН2−СН2−СН3 Б) СН3−С=С−СН2−СН3
| | |
СН3 Н3С СН3
В) СН3−СН2−СН2−СН2−СН3 Г) СН2=С−СН−СН2−СН3
| | | |
Н3С СН3 Н3С СН3

Тестовое задание № 2:
1. Реакция присоединения водорода называется
А) гидрирование Б) гидрогалогенирование
В) гидратация В) дегидрирование
2. В реакции бромирования пропена образуется
А) 1,3-дибромпропан Б) 1-бромпропан
В) 2-бромпропан Г) 1,2-дибромпропан
3. Сумма коэффициентов в уравнении горения пропена равно:
А) 11 Б) 15 В) 21 Г) 23
4. При гидрогалогенировании алкенов атом водорода присоединяется к … гидрированному атому углерода, а атом галогена – к … гидрированному.
А) более Б) менее

Тестовое задание № 3:
1. Бутен можно получить крекингом:
А) бутана Б) пентана В) гексана Г) октана
2. Какие признаки характеризуют физические свойства этена: 1) бесцветная жидкость, 2) имеет резкий запах, 3) бесцветный газ, 4) немного легче воздуха, 5) почти без запаха, 6) плохо растворим в воде, 7) не горит, 8) с воздухом образует взрывоопасные смеси?
А) 3,4,5,6,8 Б) 1,2,6,7 В) 2,3,4,6,8 Г) 3,4,6,8
3. Плотность паров алкена по водороду равна 49. Массовая доля углерода в нём – 85,71%, массовая доля водорода – 14,29%. Молекулярная формула этого углеводорода
А) С5Н10 Б) С6Н12 В) С7Н14 Г) С8Н16

4. По ионному механизму протекают реакции, уравнения которых:
1) СН4+О2 —> СO­2 + 2H2O
2) СН2=СН2 + НСl —> СН3-СН2С1
4) C2H6 + Cl2 —> C2H5Cl + HCl
5) СН3-СН=СН2 + НВr —> СН3-СНВг-СН3
6) CH3-CH=CH2 + H2 —> CH3-CH2-CH3
235

Взаимодействие пропена с хлором на свету
1) относится к реакции присоединения
2) протекает по радикальному механизму
3) протекает с разрывом Ϭ-связи
4) протекает в соответствии с правилом Марковникова
5) приводит к образованию 3-хлорпропена
6) является каталитической реакцией

Взаимодействие пропена с хлором на свету
1) относится к реакции присоединения
2) протекает по радикальному механизму
3) протекает с разрывом Ϭ-связи
4) протекает в соответствии с правилом Марковникова
5) приводит к образованию 3-хлорпропена
6) является каталитической реакцией
Решение.
Взаимодействие пропена с хлором на свету (реакция Львова) - реакция замещения водорода в α-положении по отношению к двойной связи.
Реакция протекает по радикальному механизму, с разрывом Ϭ-связи. Продуктами реакции являются хлороводород и 3-хлорпропен
Ответ: 235

а) СН3-СН=СН2 + НСl → ?
б) СН2=СН-СН2-СН3 + НBr → ?
В) СН3-СН2-СН=СН2 + НОН → ?
Ответы: а) СН3-СН=СН2 + НСl → СН3-СНCl-СН3
б) СН2=СН-СН2-СН3 + НBr → СН3-СНBr-СН2-СН3
в) СН3-СН2-СН=СН2 + НОН → СН3-СН2-СН-СН3
ОН
Используя правило Марковникова, напишите уравнения следующих реакций присоединения:

Итоговый контроль
I. Укажите продукты реакции и тип реакции:
1. СН3 – СН = СН2 + Сl2 →
2. СН3 – СН = СН - СН2 + Н2 →
3. СН2 = СН2 + КМnО4 →
4. n (СН2 = СН) →
|
Cl
II. Укажите вещество В и укажите тип реакции №4. Дайте название продукта реакции №4. кон Сl2 4
СН3 – СН2 – СН3 → А → В → СН2 = СН2 → (- СН2 – СН2 -)n
спирт.р-р
III. Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена.
IV. Как бутены -1 и -2 реагируют с галогеноводородами? Подтвердите соответствующими уравнениями реакций.
V. Осуществите цепочку превращений:
СН4 → СН2 = СН2 → СН3 – СН3 → СН2 = СН2 → СН2 – СН2 → СН2 – СН2
Дайте названия продуктам реакций. О | |
ОН ОН

Алкены в природе
В природе ациклические алкены практически не встречаются. Простейший представитель
этого класса органических соединений — этилен (C2H4) — является гормоном для растений и
в незначительном количестве в них синтезируется.
Один из немногих природных алкенов — мускалур (цис- трикозен-9) является
половым аттрактантом самки домашней мухи (Musca domestica).
Низшие алкены в высоких концентрациях обладают наркотическим
эффектом. Высшие члены ряда также вызывают судороги и раздражение слизистых
оболочек дыхательных путей.
Отдельные представители:
Этилен — вызывает наркоз, обладает раздражающим и мутагенным
действием.
Пропилен — вызывает наркоз (сильнее, чем этилен), оказывает общетоксическое и
мутагенное действие.
Бутен-2 — вызывает наркоз, обладает раздражающим действием.