Repetitor_po_Khimii

Третий член гомологического ряда алкенов С4Н8 существует в виде четырех изомеров:

1	2		3	4
СН2=СН—СН2—СН3					Бутен-1
H	2	3	H
1	C=С		4		Цис-бутен-2
H3C			CH3
1
H3C	2	3	H
	C=С		4		Транс-бутен-2
H	СН3		CH3
	|
СН3—С=СН2					Метилпропен

Алкены изомерны другому классу соединений — циклоалканам. Они имеют одинаковую общую формулу СnН2n.

Правила составления названий алкенов по международной номенклатуре

Найти наиболее длинную (главную) цепь углеродных атомов, которая содержит двойную связь и наибольшее число заместителей (ответвлений).

Пронумеровать атомы углерода главной цепи так, чтобы атом «С», у которого начинается двойная связь, имел наименьший номер.

Назвать заместители (алкильные радикалы) в алфавитном порядке и алкен, соответствующий главной цепи.

510

Цифрой указать положение двойной связи после названия главной цепи.

Физические свойства

С2Н4—С4Н8	С5Н10—С16Н32	С17Н34…
газы	жидкости	твердые вещества

Плохо растворимы в воде.

Химические свойства

Алкены обладают большей реакционной способностью, чем алканы. Это обусловлено наличием в их молекулах двой-

ной связи . π-Связь менее прочная, чем σ-связь.

Она легко разрушается под воздействием различных реагентов. Освободившиеся в результате разрыва π-связи валентности углеродных атомов используются для присоединения ато-

мов или групп атомов молекулы реагента. Для алкенов характерны реакции присоединения.

1.Реакции присоединения

1.Присоединение водорода (+H2 ) — гидрирование, образуются алканы:

СН2=СН2 + Н2	Pt
	—————— СН3—СН3
Этен	или Ni,	150 °C	Этан

2. Присоединение галогенов (+F2 , Cl2 , Br2 , I2 ) — галогенирование, образуются дигалогеналканы:

1 .2 .3 4

СН3—СН=СН—СН3 + Br2 CH3—CH—CH—СН3
Бутен-2	(H2O)	|	|
	Бромная	Br	Br
	вода	2,3-Дибромбутан

511

Бромная вода (раствор Br2 в воде) имеет желтый цвет. При взаимодействии с алкенами бромная вода обесцвечивается, поэтому реакция с бромной водой используется для идентификации алкенов.

Как уже указывалось при изучении неорганической химии, реакции, которые используются для идентификации различных веществ, называются качественными реакциями.

Реакция с бромной водой является качественной реакцией на все непредельные углеводороды, в том числе на алкены.

3, Присоединение галогеноводородов (+ННаl) — гидрогалогенирование, образуются моногалогеналканы:

Присоединение галогеноводородов к несимметричным

алкенам происходит по правилу В. В. Марковникова. Правило Марковникова. При присоединении веществ ти-

па НХ (X = Hal, ОН и т. д.) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к атому углерода у кратной связи, связанному с большим числом атомов водорода.

Например:

Механизм присоединения по правилу Марковникова

Ориентация присоединения объясняется поляризацией молекулы несимметричного алкена в результате действия индуктивного эффекта.

Алкильные группы как электронодонорные заместители определяют место присоединения протона.

Метильная группа отталкивает электроны связи СН3—С, что приводит к поляризации π-связи. Электроны π-связи

512

являются очень подвижными, т. е. легко смещаются к атому С(1). Это смещение показывают изогнутой стрелкой ( ). В результате на атоме С(1) возникает частичный отрицательный заряд δ–, а на атоме С(2) — частичный положительный заряд δ+, При присоединении галогеноводорода протон Н+ присоединяется к атому С(1), несущему частичный отрицательный заряд:

При наличии в молекулах непредельных углеводородов заместителей, проявляющих значительный электроноакцепторный эффект, реакция идет против правила Марковникова:

Например:

СН2=СН—СООН + НСl СlСН2—СН2—СООН

4.Присоединение воды (+Н2О) — гидратация, образуются предельные одноатомные спирты (алканолы СnН2n+1OH).

СН2=СН2	H+ (H2SO4, H3PO4)
	+ Н2O ———————— СН3—СН2OН
	t°	Этанол

(первичный спирт)

Присоединение воды происходит по правилу Марковникова:

II. Реакции окисления

1. Горение:

а) полное (избыток О2)

–2	t° +4
С2Н4 + 3О2	2СО2 + 2Н2О;

б) неполное (недостаток кислорода)

–2	t°	+2
С2Н4 + 2О2	2СО + 2Н2О
–2	t°	0
С2Н4 + О2	2С + 2Н2О.

513

2.Взаимодействие с О2 в присутствии катализатора (образуются эпоксиды):

5. Неполное окисление под действием окислителей типа

КMnО4 , К2Cr2О7 .

При действии разбавленного водного раствора КMnО4 в щелочной среде происходит гидроксилирование алкенов

(введение гидроксогруппы) с образованием диолов (реакция Е. Е. Вагнера). Раствор КMnО4 при этом обесцвечивается:

СН2=СН2	+ [О] + НОН СН2—СН2		(упрощенное
	|	|	уравнение)
	ОН	ОН

Этандиол-1,2

(этиленгликоль)

Полное уравнение:

NaOH или

3СН2=СН2 + 2КMnО4+ 4Н2О —————

Na2CO3

3СН2—СН2 + 2MnO2 + 2KOH
|	|
ОН	ОН

Реакция с КMnО4 является качественной реакцией на непредельные УВ, в том числе на алкены.

III. Реакции полимеризации

Процесс полимеризации алкенов открыт А. М. Бутле-

ровым.

• Полимеризацией называется процесс соединения одинаковых молекул (мономеров), протекающий за счет разрыва кратных связей, с образованием высокомолекулярного соединения (полимера).

t°, P, кат.

СН2=СН2 + СН2=СН2 + … —————

Этилен

… —СН2—СН2—СН2—СН2— …

Полиэтилен

t°, P, кат.

nСН2=СН2 ————— (—СН2—СН2—)n,

где n — степень полимеризации (число молекул мономера).

514

(Подробнее о высокомолекулярных соединениях см. раздел 12.)

Получение

В промышленности:

1)крекинг алканов (см. с. 501);

2)дегидрирование алканов

СnН2n+2			t°, кат.						+ Н2
			——— СnН2n
СН3—СН—СН3			500–600 °C
	——————— СН2=С—СН3 + Н2;
|	K	O+Cr		O		+Al	O	3	|
СН3	2		2		3	2			СН3
3) гидрирование алкинов						Ni, Pt
СnН2n–2 + Н2
					——— СnН2n

Ni, Pt

СН3—С C—СН3 + Н2 ———— СН3—СН=СH—СН3

В лаборатории:

1)Дегидратация спиртов

СН2—СН2			170 °C
			—————— СН2=СН2 + Н2O
|	|		H2SO4 конц.

НOН

Этанол

При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от

атома углерода, связанного с наименьшим числом атомов водорода (правило А. М. Зайцева):

170 °C

H2SO4 конц.

2) Дегидрогалогенирование моногалогеналканов (-HHal) действием твердой щелочи или ее спиртового раствора. Происходит по правилу А. М. Зайцева:

515

3)Дегалогенирование (-2На1) дигалогеналканов с атомами галогена у соседних атомов «С» содействием Zn или Mg:

Применение этилена

Вопросы для контроля

1.Какие углеводороды называются непредельными?

2.Какие непредельные УВ называются алкенами? Напишите общую формулу гомологического ряда алкенов.

3.Напишите молекулярные формулы и названия первых четырех членов гомологического ряда алкенов.

4.Укажите валентное состояние и тип гибридизации орбиталей атомов углерода, связанных двойной связью в молекулах алкенов.

5.Какие типы изомерии характерны для алкенов? Напишите структурные формулы изомеров пентена и назовите их по международной номенклатуре.

516

6.Объясните, почему для алкенов возможна геометрическая изомерия.

7.Какой тип реакций характерен для алкенов? Почему?

8.Какие виды реакций присоединения характерны для алкенов?

9.Сформулируйте правило Марковникова.

10.В каких случаях реакции присоединения идут против правила Марковникова?

11.Какие реакции являются качественными реакциями на алкены? Напишите уравнения этих реакций.

12.Что называется полимеризацией?

13.Какими способами получают алкены: а) в промышленности; б) в лабораторных условиях?

14.Какие продукты можно получать из этилена?

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1. Назовите следующие алкены по международной номенклатуре:

a)	б)
в)	г)

д)

Укажите, какие из этих веществ изомерны между собой.

2.Напишите структурные формулы следующих алкенов: а) транс-5- метилгептен-2; б) 2,5-диметилгексен-1; в) 2,3-диметилбутен-2; г) 2,4,4-триметилпентен-2; д) 2-метил-3,6-диэтилоктен-4; е) 3-этил- гексен-3. Укажите, какие из этих веществ изомерны между собой.

3.Напишите структурные формулы всех алкенов с молекулярной формулой С6Н12 и назовите их по международной номенклатуре.

4.Напишите формулы геометрических изомеров следующих соединений:

	СН3
а) СН3–СН=СН–С2Н5	|
	б) СН3–С–СН=СН–СН3
	|
	СН3
в) СН3–СН–СН=СН–СН–CH3
|	|
СН3	СН3
Назовите эти изомеры.

517

5. Используя правило Марковникова, напишите уравнения следующих

реакций присоединения:	СН3	CH3
а) СН3–СН=СН2 + НСl	б) C=С	+ НСl
в) СН3–СН2–СН=СН2 + HI	СН3	CH3

H2SO4

г) СН3–СН=С–CH2–CH3 + Н2О –––

|

СН3 Назовите продукты реакций.

6.Напишите уравнения реакций окисления разбавленным водным

раствором КMnО4 следующих соединении: а) 2-метилбутена-2; б) 2-метилпентена-1.

7.Напишите уравнения реакций следующих превращений:

a) CH3–CH–CH–CH–CH2–CH3				СН3–СН=С–СН–СН2–СН3
|	|	|			| |
Br	СН3 СН3				СН3 СН3
					OН
					|
б) СН3–СН=С–СН–СН2–СН3			СН3–СН2–С–СН–СН2–СН3
	|	|			| |
	СН3 СН3			CН	СН3 СН3
				|	3

в) 2,3-дибром-2-метилпентан СН3–С=СН–СН2–СН3

8.Напишите уравнения реакций получения пентена-2 из следующих соединений: а) 2-бромпентана; б) пентанола-2; в) 2,3-дибромпента- на; г) пентина-2.

9.Напишите уравнения реакций перехода 3-метиллентена-1 в 3-ме- тилпентен-2. Для 3-метилпентена-2 напишите уравнения реакций гидрирования и бронирования.

10.Напишите уравнения реакций получения 4-метил-2-этил-пентена-1 из спирта соответствующего строения, а также уравнения всех изученных реакций присоединения к 4-метил-2-этилпентену-1 .

11.Напишите уравнения реакций окисления бутена-1 и пентена-2: а) избытком кислорода воздуха без катализатора; б) разбавленным водным раствором КMnO4.

12.Напишите схемы полимеризации: а) изобутилена; б) 3-метилбутена-1.

13.Напишите уравнения реакций следующих превращений:

		Сl
а) СН2=СН–СН–СН3	+Х1	|	+Х2
	– СН3–СН–СН–СН3 –
|		|
СН3		СН3
– СН3–СН–СН–СН–СН–СН3
|	| |	|
СН3	СН3 СН3	СН3

518

	+Х1			+Х2
б) СН3–СН–СН2–СН=СН2 – СН3–СН–СН2–СН–СН3 –
|		|	|
СН3	+Х3	СН3	Br
– СН3–СН=СН–СН–СН3 – СН3–СН–СН2–СН–СН3
	|	|	|	|
	СН3	OН OН		СН3
	+KOH	+HBr	+Na

в) CH3–CH2–CH2–CH2Br ––––– Х1 –– Х2 – Х3

(спирт. р-р)

Назовите продукты реакций.

14.1,6 л смеси пропана и пропена (объемная доля пропена 56 %) смешали в темном сосуде при температуре 0 °С с газом, полученным при

действии 3,5 г перманганата калия на 26,5 мл хлороводородной кислоты с массовой долей НСl 20% (ρ = 1,1 г/мл). Найти состав смеси

газов в массовых долях после охлаждения реакционной смеси до 0 °С (дихлорпропан — жидкость с t°кип = 97 °С).

15.При гидратации 20 л смеси бутана и одного из изомерных бутенов

получилось 37 г спирта С4Н10О, выход которого составляет 74 % от теоретического. Каков состав исходной смеси и каково строение по-

лученного спирта, если известно, что содержащийся в исходной смеси бутен может существовать в виде цис- и транс-изомеров?

§9.6. Диеновые углеводороды (алкадиены). Каучуки

•Диеновые УВ (алкадиены) — это УВ, в молекулах которых между атомами углерода имеются две двойные связи.

Общая формула: СпН2п–2, где п 3.

Классификация

	Взаимное расположе-
Тип диена	ние двойных связей	Примеры
	в молекулах
1. Диены	Две двойные связи	СН2=С=СН2
с кумулирован-	находятся у одного
ными связями	атома углерода	Пропадиен (аллен)
2. Диены с со-	Двойные связи	СН2=СH—CH=СН2
пряженными	разделены одной
связями	одинарной связью	Бутадиен-1,3
3. Диены	Двойные связи разде-	СН2=СН–СН2–СН=СН2
с изолирован-	лены двумя или более
ными связями	одинарными связями	Пентадиен-1,4

519