Алкены (этиленовые углеводороды)

Алкены
(этиленовые углеводороды)
это углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь. CnH2n общая формула
С2Н4 – этилен – этен СН2=СН2
С3Н6 – пропен СН2=СН–СН3
С4Н8 - бутен
С5Н10 - пентен
С6Н12 - гексен

Физические свойства
По физическим свойствам этиленовые углеводороды близки к алканам.
При нормальных условиях
C2–C4 – газы,
C5–C17 – жидкости,
C18 и далее - твердые вещества.
Температура плавления и кипения, а также плотность увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все алкены легче воды, плохо растворимы в ней, но растворимы в органических растворителях.

Этилен – газ, почти без запаха, плохо растворим в воде.

1. Образование σ -связей
Каждый атом С образует по 3 σ-связи (одну – с соседним атомом С и две связи с атомами Н). На их образование углерод затрачивает 3 электрона (один s-электрон и два р-электрона), поэтому происходит sp2-гибридизация.
Схематическое изображение строения молекулы этилена
В результате каждый атом углерода обладает тремя гибридными sp2-орбиталями, которые лежат в одной плоскости под углом 120º друг к другу.

Схема образования
sp2-гибридных орбиталей
В гибридизации участвуют орбитали одного s- и двух p-электронов:
s 2p
3sp2

2. Образование π-связи
У каждого атома С есть ещё по одному p-облаку, которые в гибридизации не участвуют и сохраняют форму правильных восьмерок. Перекрываясь над и под плоскостью, они образуют π- связь, которая располагается перпендикулярно к плоскости σ- связей. Двойная связь алкенов представляет собой сочетание σ- и π- связей.
Длина двойной связи = 0,134 нм.

Итак:
Простая (ординарная) связь – это всегда
σ-связь.
В кратных (двойных или тройных) связях –
одна σ-связь, а остальные π-связи.
σ-связи всегда образованы гибридными орбиталями (неправильными восьмерками).
π-связи образованы негибридными
p – орбиталями (правильными восьмерками).

π- связь менее прочна, чем σ- связь.
В связи с этим, π- связь легко разрывается и переходит в две новые σ- связи в результате присоединения по месту двойной связи двух атомов или групп атомов реагирующих веществ.
Для алкенов наиболее типичными являются реакции присоединения.

Реакции присоединения, окисления и полимеризации алкенов идут за счет разрыва двойной связи ( π-связи).
Электрофильное присоединение AdE

Изомерия алкенов
1) углеродного скелета
CH2=CH–CH2–CH3
бутен-1
2) положения двойной связи
CH2 =CH–CH2–CH3 CH3–CH =CH– H3 бутен-1 бутен-2
3) Межклассовая (циклоалканы)
CH2=CH–CH2–CH3
бутен-1
циклобутан
2-метилпропен-1

4) пространственная (цис-транс-изомерия)
транс - цис -
У каждого атома углерода двойной связи два разных заместителя
Если одинаковые заместители находятся по одну сторону двойной связи, это цис–изомер, если по разные – это транс–изомер.

Номенклатура алкенов
Название алкенов по систематической номенклатуре образуют из названий алканов, заменяя суффикс –ан на –ен, цифрой указывается номер того атома углерода, от которого начинается двойная связь.
Главная цепь атомов углерода должна обязательно включать двойную связь, и ее нумерацию проводят с того конца главной цепи, к которому она ближе.
В начале названия перечисляют радикалы с указанием номеров атомов углерода, с которыми они связаны. Если в молекуле присутствует несколько одинаковых радикалов, то цифрой указывается место каждого из них в главной цепи и перед их названием ставят соответственно приставки: ди-, три-, тетра- и т.д.

Назовите

Назовите
2,3,5,5–тетраметилгептен-2

Назовите
2,3,5,5–тетраметилгептен-2
6-метил-3-этилгептен-3

Назовите
2,3,5,5–тетраметилгептен-2
6-метил-3-этилгептен-3
транс-2,8-диметилнонен-3

Химические свойства алкенов
1) Горение
При сжигании на воздухе алкены образуют
углекислый газ и воду.
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O + Q
2) Окисление
качественная реакция на двойную связь
(растворы окислителей обесцвечиваются)

При окислении алкенов разбавленным раствором перманганата калия образуются двухатомные спирты – гликоли (реакция Вагнера). Реакция протекает на холоду.
3H2C=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 2MnO2 + 2KOH
+ 3
В результате реакции наблюдается обесцвечивание
раствора перманганата калия.
Реакция Вагнера качественная реакция на
двойную связь.
этиленгликоль

Жесткое окисление
3) Перманганат калия в серной кислоте – полный разрыв двойной связи

Концевая двойная связь окисляется до углекислого газа.
CH= окислится до карбоновой кислоты
Третичный углерод при двойной связи окислится до кетона

3) Реакции присоединения.
а) Присоединение галогенов - Галогенирование. Алкены при обычных условиях присоединяют галогены, приводя к дигалогенопроизводным алканов, содержащим атомы галогена у соседних углеродных атомов.
H2C=CH2 + Br2 → BrCH2­–CH2Br
С2Н4 + Br2 → С2Н4Br2 дибромэтан
С2Н4 + Cl2 → С2Н4Cl 2 дихлорэтан
Приведенная реакция - обесцвечивание этиленом бромной воды является качественной реакцией на двойную связь.

б) Гидрирование – присоединение водорода. Алкены легко присоединяют водород в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni) образуя предельные углеводороды.
CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3
в) Гидрогалогенирование. Этилен и его гомологи присоединяют галогеноводороды, приводя к галогенопроизводным углеводородов.
H2C=CH2 + HСI → CH3–CH2CI
хлорэтан
t, кat

Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам происходит в соответствии с правилом Марковникова:
При присоединении галогеноводородов или воды к несимментричным алкенам водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.
CH3−CH=CH2 + HCl → CH3–CH(Cl)−CH3

Присоединение против правила Марковникова в присутствии перекиси – эффект Караша
Механизм присоединения меняется на радикальный (AdR)

3. г. Гидратация.
В присутствии минеральных кислот алкены присоединяют воду, образуя спирты.
Направление реакций гидратации определяется правилом Марковникова.

4. Полимеризация
Полимеризация - процесс соединения многих маленьких одинаковых молекул в одну большую молекулу.
При полимеризации двойные связи в молекулах исходного непредельного соединения "разрываются", и за счет образующихся свободных валентностей эти молекулы соединяются друг с другом.
Полимеризация алкенов вызывается нагреванием, давлением, облучением, действием свободных радикалов или катализаторов.
полиэтилен
кат

Получение алкенов
1) Дегидрирование (отщепление водорода) алканов при повышенной температуре с катализатором.
СН3–СН3 → СН2=СН2 + Н2
t, Ni
2) Гидрирование
Pd/Pb – катализатор Линдлара
цис-алкен
транс-алкен

Получение алкенов
2) Дегидратация (отщепление воды) спиртов при нагревании с водоотнимающими средствами (концентрированная серная или фосфорная кислоты) или при пропускании паров спирта над катализатором (окись алюминия).

Получение алкенов
2) Дегидратация (отщепление воды) спиртов при нагревании с водоотнимающими средствами (концентрированная серная или фосфорная кислоты) или при пропускании паров спирта над катализатором (окись алюминия).

Получение алкенов
3) Дегидрогалогенирование – гелогенпроизводные со спиртовым раствором NaOH
NaOH, спирт

Получение алкенов
Дегидратация и дегидрогалогенирование несимметричных соединений происходит по правилу Зайцева
При отщеплении галогеноводородов или воды от несимментричных галогеналканов или спиртов атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода
NaOH, спирт
-NaBr,
-H2O

Получение алкенов
4) Дегалогенирование – нагревание вицинального дигалогенпроизводного с цинком или магнием

Получение алкенов
Терминальная группа
– на конце
Вицинальные группы
– у соседних атомов углерода
Геминальные группы
–у одного атома углерода

Применение алкенов
Алкены широко используются в промышленности в качестве исходных веществ в органическом синтезе.
Наибольшее значение имеет этилен и его производные.
Применение этилена и его производных:

Этилен ускоряет созревание плодов

В качестве топлива

Этиленгликоль – для получения антифризов, тормозных жидкостей

Дихлорэтан – растворитель

Дихлорэтан – для борьбы с вредителями (окуривание зернохранилищ)

Хлорэтан, бромэтан – для наркоза при легких операциях

Этиловый спирт - растворитель, антисептик в медицине, в производстве синтетического каучука…

Производство полиэтилена

Изоляция проводов и кабелей

Трубы

Тара