Алканы и алкены. Сравнение. Сравнительная характеристика углеводородов.

характеристика	Алканы	Алкены
1. Общая формула.	Сn H2n+2	Cn H2n
2. Тип гибридизации	sp^3	sp^2
3. Отличительный признак.	Одинарные связи	Одна двойная связь
4. Типы связи.	σ	σ и π
5. Нахождение в природе.	нефть, газ	Нет
6. Типы изомерии.	Углеродного скелета	Углеродного скелета, положения двойной связи, геометрическая (цис,транс), межклассовая.
7. Химические свойства.	Замещение, окисление, отщепление, разрушение цепи (крекинг, изомеризация)	Присоединение, полимеризация, окисление.

1.Алканы – ациклические предельные УВ линейного или разветвленного строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой C_nH_2n+2, где n – число атомов углерода.

Алкены - ациклические непредельные УВ, содержащие одну двойную связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n.

2.Алканы. Каждый атом С в алканах находится в состоянии sp³-гибридизации и обр-т 4 σ- связи С-С и С-Н,углы м\у кот-ми равны 109,5⁰.

Алкены.Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sр²-гибридизации. Три σ-связи, образованные гибридными орбиталями, располагаются в одной плоскости под углом 120° друг к другу. π-связь образована при перекрывании негибридных 2р-орбиталей сосед­них атомов углерода. При этом атомные р-орбитали перекрываются не в межъядерном пространстве, а вне его. Такое «боковое» перекрывание менее эффективно, чем осевое, и, следовательно, π-связь является менее прочной, чем σ-связь.

Физические св-ва.

При нормальных условиях первые четыре члена гомоло­гического ряда алканов (С_г—С₄) — газы без цвета и запаха. Алканы неразветвленного строения от С₅ до С₁₇ — бесцвет­ные жидкости с характерным запахом бензина. Алканы, на­чиная с С₁₈, — твердые вещества белого цвета, жирные на ощупь. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи,е. с увеличением молекулярной массы, возрастают темпе­ратуры кипения, плавления и плотность алканов. Все предельные углеводороды прак­тически нерастворимы в воде, но растворяются в неполяр­ных органических растворителях (бензол, тетрахлорме- тан). Жидкие и твердые алканы легко смешиваются друг с другом.

При обычных условиях алкены С₂—С₄ — это газообраз­ные вещества без цвета и запаха, С₅—С₁₅ — бесцветные жид­кости, начиная с С₁₆ — твердые вещества. Алкены нераство­римы в воде, однако могут растворяться в органических рас­творителях. Газообразные алкены образуют с воздухом взрывоопасные смеси. По сравнению с алканами с тем же числом атомов углерода, алкены обладают немного более низкими температурами кипения и плавления.

7. Алканы. В обычных усл-х алканы инертны. Условия: высокая темпер-ра,кат, давление и облучение. Т.к. ковалентные связи в алканах неполярные/малополярные, то чаще всего при хим реак пр-т гомолитический разрыв таких связей. Наиб харак-ми для алканов яв-ся реак радикального замещения S_R.

Алкены. Хим св-ва опр-ся наличием у алкенов двойной связи. Электронная плотность π-связи достаточно под­вижна и легко вступает в реакции с электрофильными частицами,поэтому многие реакции протекают по мех-му электрофильного присоединения, А_Е.

1.Галогенирование.

СН₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Хлорметан

Механизм реакции хлорирования пропана.

Инициирование: появ-е в зоне реакции свободных радикалов. Под действ-м световой энергии гомолитически разруш-ся связь в мол-ле Cl:Cl на 2 атома хлора с неспаренными электронами (свободные радикалы) ·Cl:

Рост цепи: cвободные радикалы хлора, взаимод-я с мол-ми УВ, порождают новые радикалы и развивают цепь превращений:

Обрыв цепи:Радикалы,соед-сь др с др, обр-т мол-лы и обрывают цепь превращ-й:

СН₂=СН₂ + Br₂ = CH₂-CH₂

Br Br

Обесцвечивают бромную воду – качественная реакция на =.

2.Гидрогалогенирование (только для алкенов). При взаимодействии алкенов с галогеноводородами (HCI, НВг) образуются алкилгалогениды:

СН₃-СН=СН₂ + НВг→ СНз-СНВг-СНз.

3.Нитрование (алканы):

C₆H₁₄ + HO – NO₂ → C₆H₁₃NO₂ + H₂О

нитрогексан

4.Сульфирование (алканы и алкены):

C₄H₁₀ + H₂SO₄ → C₄H₉ – SO₂ – OH + H₂O

Бутилсульфокислота

СН₃-СН=СН₃ + H₂SO₄ = CH₃-CH-CH₃

OSO₃H

5.Сульфохлорирование (алканы).

R – Н + Cl₂ + SO₂ → R – SO₂ – Cl + HCl

6. Гидратация. При взаимод алкенов с водой в присутствии минеральных кислот (серной, фосфорной) обр-ся спирты. Мине­ральные кислоты выполняют роль катализаторов и являются источниками протонов. Присоединение воды также идет по правилу Марковникова:

СН₃-СН=СН₂ + НОН→СНз-СН (ОН)-СН₃.

7.Гидрирование (алкены). Пропен – пропан.

8.Окисление.

При высокой температуре УВ воспламеняются и горят, причем пр-т полное разрушение органической молекулы, ведущее к образованию углекислого газа и воды.

СН₄ + 2 О₂ → СО₂ + 2Н₂О + 880кДж

при средних температурах, когда окисление протекает довольно энергично, но не приводит к воспламенению. Оказалось, что и в этом случае происходит частичное расщепление молекул углеводородов с образованием кислородсодержащих веществ, главным образом органических кислот.

СН₄ → СН₃ОН

СН₃ – СН₃ → СН₃ – СН₂ОН + СН₃ОН + СН₃ – СОН + СН₃СООН

этанол метанол этаналь уксусная

кислота

Качественная реакция на алкены – обесцвечивание розового р-ра перманганата калия: 3СН₂=СН₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O = 3СН₂-СН₂ + 2KOH + 2MnO₂

ОН ОН этиленгликоль

Обесцвечивание кислого р-ра перманганата приводит к получ-ю орг карб к-т:

CH₃-CH=CH-CH₂-CH₃ = CH₃-COOH + CH₃-CH₂-COOH

9. Полимеризация. nCH₂=CHR → (-CH₂-CHR-)_n,

где R — Н, СНз, Cl, C ₆H₅ и т.д. Молекулу CH₂=CHR называют мономером, полученное соед-е — полимером, число п — степенью полимеризации.

Полимеризация различных производных алкенов дает ценные промышленные продукты: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид др.

10. Крекинг. Это процесс гомолитического разрыва связей С—С, который протекает при нагревании органического ве­щества без доступа воздуха в присутствии катализатора или без него. При крекинге высших алканов углеродная цепочка рвется пополам с образованием алкана и алкена:

СН₃—-СН₂-СН₂-СН₂- СН₂- CH₃→ СН₃—СН₂—СН₃ + СН₂=СН—СН₃.

гексан пропен пропан