АЛКЕНИ

АЛКЕНИ

Алкени – ненасичені вуглеводні, в молекулах яких між двома атомами Карбону є один подвійний зв'язок, їх часто називають вуглеводнями етиленового ряду, оскільки найпростішим представником його є етилен Н2С=СН2. Іноді їх називають олефінами, оскільки нижчі газоподібні алкени, вступаючи в реакції з хлором або бромом, утворюють оліїсті сполуки, не розчинні у воді рідини (франц. оlefiant–маслородний). Слово «алкени» за номенклатурою ІЮПАК є похідним слова «алкани», в якому суфікс -ан замінений на суфікс -eн, що свідчить про наявність в молекулі речовини подвійного зв'язку.

Гомологічний ряд. Всі алкени вважають похідними етилену. або етену, С2Н4. Загальна формула алкенів – СnН2n. Гомологічний ряд алкенів такий:

С2Н4, С3Н6, С4Н8, С5Н10, С6Н12, С7Н14 і т.д.

Будова, ізомерія, номенклатура

Типовим представником алкенів є етилен:

H C H CH2

С2Н4 H C H CH2

У молекулі етилену є два атоми Карбону і чотири атоми Гідрогену, причому атоми Карбону – ненасичені. В кожного ненасиченого атома Карбону гібридизується одна s- і дві р-орбіталі, а одна p-орбіталь залишається в «чистому вигляді», що забезпечує максимальну віддаленість гібридизованих електронних орбіталей, осі яких утворюють кути 120 . При цьому створюються оптимальні умови для перекриття електронних орбіталей. Три такі орбіталі атома Карбону утворюють три σ-зв'язки (два С– Н, один С–С). Отже, молекула етилену має п'ять σ-зв'язків, розміщених в одній площині, які утворюють між собою кут 120°. р- Електрони, що залишились в «чистому вигляді», утворюють ще один зв'язок між обома атомами Карбону. Орбіталь кожного такого електрона має вигляд об'ємної вісімки, а утворений -зв'язок між двома p-орбіталями має вигляд об'ємної вісімки, перпендикулярної площині розміщення σ -зв'язків.

Ізомерія. Для алкенів характерні два види ізомерії – структурна і геометрична. Структурна ізомерія у алкенів починається з бутену С4Н8 Розрізняють і її різновидності – ізомерію ланцюга, або карбонового скелета, і ізомерію розміщення подвійного зв'язку в такому ланцюзі. Наприклад, бутен має три структурні ізомери:

CH2 C CH3

СН2 = СН - СН2- СН3 (I), СН3	- СН =СН - СН3	(II),	CH3

Геометрична ізомерія обумовлена неоднаковим розміщенням замісників Гідрогену в молекулі етилену по відношенню до площини подвійного зв'язку. Так, у ізомеру II метильні групи в просторі можуть розміщуватися по один бік подвійного зв'язку (цис-форма) або по різні боки (транс-форма):

H

C

CH3

H

C

CH

3

H

C

CH3

, H3C

C

H .

Способи одержання.

Алкени у вільному стані в природі зустрічаються дуже рідко. Для їх одержання використовують промислові і лабораторні способи, на головних з них зупинимося нижче.

1. Крекінг алканів – основний промисловий спосіб їх одержання. Для цього беруть фракції нафти, шо містять високомолекулярні алкани, і піддають крекінгу:

СН3 - (СН2)8 – СН3 → СН3- (СН2)3 -СН3 + СН2=СН – СН2 – СН2 - СН3 декан пентан 1- пентен

Для одержання низькомолекулярних алкенів застосовують піроліз (при 700–800°С) газоподібних алканів природних . попутних газів. Вихід алкенів становить 50 % і більше.

2. Дегідрування алканів – промисловий спосіб одержання алкенів, сировиною для якого є ізомерії алканів. а каталізатором-алюмохромокаліеві галуни (К2О – Сr2O – Аl2O3). Реакція протікає при високих температурах

(560-620°С)

									CH2				CH				CH				CH
2 CH															2				3
		CH		CH
						CH
3			2
	2				3																			2 H
																					CH
									H C				CH				CH
																			3				2
					3

3. Дегідрування спиртів (відщеплення води від спиртів) відноситься до лабораторних способів одержання алкенів. Дегідратацію проводять рідиннофазовим і парофазовим способами, При рідиннофазовому способі найчастіше каталізатором с H2SO4 (рідше – H3PO4, Al2O3, ZnCl2.). Реакція протікає в дві стадії: спочатку утворюється алкілсульфатна кислота (естер), потім – алкен:

	t°
СН3 - СН2O H+HO SO3H → СН3 - СН2 – O – SO3H + H2O
етанол	(140-180 °С) етилсульфатна кислота

t°

СН3 - СН2 –O - SO3H → СН2 = СН2 + H2SO4

(140-180 °С) етилен

Для одержання алкенів парофазовим способом пари спирту пропускають над каталізатором при нагріванні:

Al2O3

СН3 - СН2 – СН2 - СН2OH → СН3 - СН2 – CH = СН2 + H2O

бутанол - 1 (140-180 °С) 1- бутен

4. Дегалогенування дигалогенопохідних алканів. На дигалогенопохідні алканів діють цинковим пилом у спиртовому розчині при нагріванні:

	CH2				Br
						Zn CH2		CH			ZnBr
CH2					Br		2			2

диброметан

Хімічні властивості

1. Реакція галогенування. Здатність до взаємодії алкенів з галогенами зменшується в ряду С1>Вr>І. Реакція протікає за електрофільним механізмом

H		H	Br
H C	C H Br	H C	C H
Br		Br	H

2. Реакція гідрування. Алкени легко вступають в реакцію приєднання Гідрогену. Реакція протікає при кімнатній температурі і в присутності каталізаторів (Рt) або при нагріванні;

СН2 = СН2 + Н2 -> Н3С - СНз.

етилен етан

3. Приєднання галогеноводнів. Реакція проходить за правилом Марковникова (1896), тобто при взаємодії галогеноводнів з несиметричними молекулами алкенів Гідроген приєднується за місцем подвійного зв'язку переважно до того атома Карбону, біля якого є більше атомів Гідрогену (найбільш гідрогенізованого), а атом галогену – до атома Карбону, біля якого

менше атомів Гідрогену.
СНз - СН = СН2 + НС1	СН3 - СНС1 – СН3
пропілен	2-хлорпропан

4. Реакція гідратації. Приєднання води призводить до утворення спиртів. За умов використання сульфатної кислоти в ролі каталізатора реакція проходить в дві стадії: спочатку утворюється проміжний продукт – алкілсульфатна кислота, потім вона піддається гідролізу, що призводить до утворення спирту і виділення каталізатора – сульфатної кислоти:

CH2

CH2

HOSO3H

CH3

CH2

O

SO3H

етилсульфатна кислота

CH

CH

O

SO H

HOH

CH

CH2

OH

H2SO4

3

2

3

3

етиловий спирт

Якщо алкен є гомологом етилену, молекула води приєднується за місцем розриву зв'язку за правилом Марковникова.

5. Реакції окиснення для алкенів проходять різними способами.

а) Горіння – енергійне окиснення киснем повітря, яке призводить до повного руйнування молекули алкену з утворенням діоксиду карбону (IV) і води:

CH		CH				3O2	2CO2				2 H2O
2		2							.

б) Окиснення розчином КМnO4 в нейтральному або слабколужному середовищі. Дану реакцію називають реакцією Вагнера (1886), вона дає можливість відкрити в молекулах органічних речовин подвійний зв'язок. В результаті реакції розчин перманганату калію знебарвлюється або стає бурим (при надлишку КМnO4 утворюється бурий осад МnО). Окисненняе тилену призводить до утворення двоатомного спирту етиленгліколю:

CH2										CH2OH
						H2O				O
CH2										CH2OH

етиленглiколь

3.Окиснення хромової сумiшi. При такому окисненні відбувається розрив подвійного зв’язку алкену, внаслідок чого утворюються двi групи речовин, що мiстять в свiох молекулах Оксисен, з меншою кiлькiстю атомiв Карбону в порвняннi вихідною речовиною:

CH3

CH2

CH2

CH

K2Cr2O7

CH3

CH

CH

H

CH

COOH

COOH

2 H SO

2

2

2

4

1-пентен

мурашина кислота

г) Озонування алкенiв. При дii озону на алкени утворюються кристалiчнi вибуховонебезпечнi речовини-озонiди.Останн можуть взаємодіяти з водою, утворюючи альдегіди або кетони (реакція Гаррєса, 1902-1904):

O

O

O

CH

CH

CH

O3

H C

CH

CH

CH

C

H

C

H2O2

3

2

3

2

3

H

H

O

O

пропен

озон

озонiд

етаналь

метаналь

6.

Реакція

полімеризації. Процес сполучення

однакових молекул

(мономерів) в одну складну складну молекулу (полiмер) називається полімеризанцією. Кiлькiсть мономерв, яка утворює полiмер, визначає ступінь полiмеризацii n. Iснує два головних видиступінчаста та ланцюгова.

а) Ступінчата полiмеризацiя – послідовне. з'єднання двох або декількох мономерів в одну молекулу. Відкрита і вивчена О.М. Бутлеровим (1877). Використовується в промисловості для полімеризації алкенів. Для проведення реакції застосовують каталізатори – хлориди амонію або цинку, їх броміди, флуориди та ін. Змінюючи умови реакції, можна одержати полімери з різною молекулярною масою і фізичними властивостями (від в'язких рідин до твердих еластичних матеріалів). Прикладом такої полімеризації є димеризація 2-метилпропену (каталізатор Н2SО4):

CH3

C

CH

C

C

C

CH3 CH3

CH3

CH3

CH2

H

CH

CH

CH3

CH3

CH3

3

2-метилпропен

2, 2, 4-триметил-3-пентен

б) Ланцюгова, або лінійна полімеризація. З багатьох мономерів утворюються довгі ланцюги за рахунок розриву подвійних зв'язків у молекулах алкенів (найчастіше етилену і пропілену). Реакція протікає постадійно: спочатку утворюється димер, потім – тример, потім – тетраметр і нарешті, полімер з потрібною довжиною карбонового ланцюга.

H H

H H

H

H H

H

H

H

C

C

H

C

C

H H

C

C

C

C

H

H

H

1-бутен

Процес полімеризації складається з ряду стадій.

Дослід 1. Одержання пропену і його взаємодія з бромною водою

В пробірку заливають 5 мл ізопропілового спирту і 2,5 мл фосфорної кислоти, закривають пробірку пробкою з газовідвідною трубкою і реакційну масу нагрівають. Кінець газовідвідної трубки опускають у пробірку з бромною водою (1:5). Пробірку із сумішшю для одержання етилену обережно нагрівають.

Висновки, спостереження___________________________________

Дослід 2. Реакція пропену з водним розчином KMnO4 (реакція

Є.Є.Вагнера)

У пробірку наливають 2 мл 2%-го розчину KMnO4 , додають 0.5 мл

10%-го розчину соди і пропускають етилен.

Висновки, спостереження____________________________________

Дослід 3. Горіння пропену

Підпалюють пропен біля кінця газовідвідної трубки.

Висновки, спостереження________________________________