Непредельные углеводороды ряда этилена. Исключения из правила Марковникова
Подготовила Панова Л.Г.
Алкены
Понятие о непредельных углеводородах.
Характеристика двойной связи.
Изомерия и номенклатура алкенов.
Получение алкенов.
Свойства алкенов.
Решите задачу
Найдите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором составляет
85,7 %. Относительная плотность этого углеводорода по азоту равна 2.
При сжигании углеводорода массой 0,7 г образовались оксида углерода (IV) и вода количеством вещества по 0,05 моль каждое. Относительная плотность паров этого вещества по азоту равна 2,5. Найдите молекулярную формулу алкена.
При сжигании углеводорода массой 11,2 г получили 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Относительная плотность углеводорода по воздуху 1,93. Найдите молекулярную формулу вещества.
x: y = = 4: 8
Ответ: С4Н8
М(СхНY)=56 г/моль
m(СхНY)=11,2 г
n(СО2)= 0,8 моль
n(Н2О)=0,8 моль
n(С)= 0,8 моль
n(Н)=1,6 моль
x: y = 0,8: 1,6 = 1: 2
Простейшая формула СН2
Истинная – С4Н8
Ответ: С4Н8
Задача 2
М(СхНY)=70 г/моль
n(Н)=0,1 моль
n(С)=0,05 моль
x: y = 0,05: 0,1 = 1: 2
Простейшая формула СН2
Истинная – С5Н10
Ответ: С5Н10
Алкены – углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь между атомами углерода, а качественный и количественный состав выражается общей формулой СnН2n, где n ≥ 2.
Алкены относятся к непредельным углеводородам, так как их молекулы содержат меньшее число атомов водорода, чем насыщенные.
Вид гибридизации –
Валентный угол –
Длина связи С = С –
Строение ─
Вид связи –
По типу перекрывания –
sp2
120º
0,134 нм
плоскостное
ковалентная неполярная
σ и π
Общая формула СnН2n
Этен
Пропен
Бутен
Пентен
Гексен
Гептен
C2H4
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12
C7H14
1-ый тип – структурная изомерия:
углеродного скелета
положения двойной связи
Межклассовая
2-ой тип – пространственная изомерия:
геометрическая
СН2 = С – СН2 – СН3 СН2 = СН – СН – СН3
СН СН3
2-метилбутен метилбутен-1
СН3 – С = СН – СН3
СН метилбутен-2
СН2 = СН – СН2 – СН2 – СН3
пентен-1
СН3 – СН = СН – СН2 – СН3
пентен-2
АЛКЕНЫ ЯВЛЯЮТСЯ МЕЖКЛАССОВЫМИ ИЗОМЕРАМИ ЦИКЛОАЛКАНОВ.
Н2С – СН СН – СН3
Н2С – СН Н2С СН2
Циклобутан Метилциклопропан
СН3 = СН – СН2 – СН3 - бутен-1
Циклобутан и метилциклопропан являются изомерами бутена, т. к. отвечают общей формуле С4Н8 .
С4Н8
СН2 = СН – СН2 – СН2 – СН3
Н2С СН2
Н2С СН2
СН2
пентен -1
циклопентан
Для алкенов возможна пространственная изомерия, поскольку вращение относительно двойной связи, в отличии от одинарной невозможно.
Н
С = С С = С
4
Н Н Н Цис-бутен-2 Транс-бутен-2
Н3С
СН3
Н3С
СН3
Транс-изомер
Цис-изомер
5
4
3
2
1
СН3- СН2- СН - СН=СН2
СН3
СН3- СН= СН - СН - СН2 - СН3
СН2- СН2- СН2- СН3
3- метилпентен -1
1
2
3
4
5
6
7
8
4- этилоктен -2
Алкены плохо растворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.
С2– С4 - газы
С5– С16 - жидкости
С17… твёрдые вещества
С увеличением молекулярной массы алкенов, в гомологическом ряду, повышаются температуры кипения и плавления, увеличивается плотность веществ.
Реакции полимеризации.
Реакции окисления.
π-связь является донором электронов, поэтому она легко реагирует с электрофильными реагентами.
Электрофильное присоединение: разрыв π-связи протекает по гетеролитическому механизму, если атакующая частица является электрофилом.
Свободно-радикальное присоединение: разрыв связи протекает по гомолитическому механизму, если атакующая частица является радикалом.
1. Гидрирование.
CН2 = СН2 + Н2 СН3 – СН3
Этен этан
Условия реакции: катализатор – Ni, Pt, Pd
2. Галогенирование.
CН2 = СН – СН3 + Сl – Сl СН2 – СН – СН3
пропен
Cl Cl
1,2-дихлорпропан
Реакция идёт при обычных условиях.
Н Н
С ═ С
Н Н
Clδ+
│
Clδ-
Н Н
С ══ С
Н Н
+
Cl
─
+ :Cl
H2C ─ CH2
│ │
Cl Cl
Молекула галогена не имеет собственного диполя,
однако в близи π-электронов происходит поляризация
ковалентной связи, благодаря чему галоген ведёт себя
как электрофильный агент.
3. Гидрогалогенирование.
СН2 = СН – СН2 – СН3 + Н – Сl CН3 – СН – СН2 – СН3
Бутен Cl
2-хлорбутан
4. Гидратация.
CН2 = СН – СН3 + Н – ОН СН3 – СН – СН3
пропен
ОН
пропанол-2
Условия реакции: катализатор – серная кислота, температура.
Присоединение молекул галогеноводородов и воды к молекулам алкенов происходит в соответствии с правилом В.В. Марковникова.
Правило В.В. Марковникова
Атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи, а атом галогена или гидроксогруппа – к наименее гидрированному.
Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные.
σ σ σ
СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + …
π π π
σ σ σ
– СН2 – СН2 – + – СН2 – СН2 – + – СН2 – СН2 –
… – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – …
Сокращённо уравнение этой реакции записывается так:
n СН2 = СН2 (– СН2 – СН2 –)n
Этен полиэтилен
Условия реакции: повышенная температура, давление, катализатор.
С ── С
О
│ │
ОН ОН
С ══ О
── С
ОН
══
эпоксиды
диолы
альдегиды
или кетоны
кислоты
Реакции окисления
Реакция Вагнера. (Мягкое окисление раствором перманганата калия).
3СН2 = СН КМnО Н2О
3СН2 - СН МnО КОН
ОН ОН
Или
С2Н4 + (О) + Н2О С2Н4(ОН)2
этен
этандиол
3. Каталитическое окисление.
а) 2СН2 = СН2 + О СН3 – CОН
этен уксусный альдегид
Условия реакции: катализатор – влажная смесь двух солей PdCl2 и CuCl2.
б) 2СН2 = СН2 + О СН СН2
этен
О
оксид этилена
Условия реакции: катализатор – Ag, t = ºС
Алкены горят красноватым светящимся пламенем, в то время как пламя предельных углеводородов голубое. Массовая доля углерода в алкенах несколько выше, чем в алканах с тем же числом атомов углерода.
С4Н О2 4СО Н2О
бутен
При недостатке кислорода
С4Н О2 4СО + 4Н2О
бутен
При получении алкенов необходимо учитывать правило А.М. Зайцева: при отщеплении галогеноводорода или воды от вторичных и третичных галогеналканов или спиртов атом водорода отщепляется от наименее гидрированного атома углерода.
Дегидрогалогенирование галогеналкенов.
Н3С ─ СН2─ СНСl ─ СН3 + КОН Н3С ─ СН ═ СН ─ СН3 + КСl + Н2О
2-хлорбутан бутен-2
Условия реакции: нагревание.
Дегидратация спиртов.
Н3С ─ СН2 ─ ОН Н2С ═ СН2 + Н2О
этанол этен
Условия реакции: катализатор – Н2SO4(конц.), t = 180ºС.
Дегалогенирование дигалогеналканов.
Н3С ─ СНCl ─ СН2Сl + Мg Н3С─СН ═ СН2 + MgCl2
1,2-дихлорпрпан пропен
Крекинг алканов.
С10Н С5Н С5Н8
Декан пентан пентен
Условия реакции: температура и катализатор.
Дегидрирование алканов.
СН3 – СН2 – СН СН2 ═ СН – СН3 + Н2
пропан пропен
Условия реакции: t = ºС и катализатор (Ni, Pt, Al2O3 или Cr2O3).
Гидрирование алкинов.
CН ≡ СН + Н СН2 ═ СН2
этин этен
Условия реакции: катализатор – Pt, Pd, Ni.
Обесцвечивание бромной воды.
СН2 = СН – СН3 + Вr CH2Br – CHBr – CH3
пропен,2-дибромпропан
Обесцвечивание раствора перманганата калия.
3СН2 = СН – СН3 + 2КМnО Н2О
пропен
3СН2ОН – СНОН – СН3 + 2МnО КОН
пропандиол-1,2
а) СН3─С═СН─СН2─СН─СН3
СН СН3
б) Н3С СН2─СН2─СН3
С ═ С
Н Н
в) СН3─СН2─С═СН2
СН3─СН─СН2─СН3
Ответы:
а) 2,5-диметилгексен-2
б) цис-изомер-гексен-2
в) 3-метил-2-этилпентен-1
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
КОН(спирт),t НBr Na
СН3-(СН2)2-СН2Br Х Х Х3
Ответы: Х1 бутен-1
Х2 2-бромбутан
Х3 3,4-диметилгексан
«Ацетилен и его гомологи» - Образование связей. Образование тройной связи. Алкины. Получение алкинов. Изомерия алкинов. Физические свойства. Где применяется ацетилен. Реакция горения ацетилена. Полученные знания. Применение алкинов. Ацетилен и его гомологи. Полимеризация. Галогенирование. Химические свойства алкинов. Пространственная изомерия.
«Непредельные углеводороды» - Наши результаты. От гипотезы к исследованию. Проект. Начало. Наши исследования. Этилен действительно газ. Окончание. Проблема. Получение этилена из полиэтилена Доказательство непредельного характера этилена. Почему этилен – газ, а полиэтилен – твёрдое вещество? Выводы. «Непредельные углеводороды: материалы будущего».
«Газ ацетилен» - Ацетилен - газ, который незаменим при сварке и резке металла. Вторым продуктом реакции является гидроксид кальция. Особенно хорошо растворяется в ацетоне. Очистка от пыли осуществляется матерчатым фильтром. Ацетилен легче воздуха, хорошо растворяется в различных жидкостях. Химия ацетилена богата. Для замедления реакции на практике можно использовать насыщенный раствор поваренной соли.
«Углеводороды алкены» - Получение этилена. Какие углеводороды называются алкенами. Эпиграф к уроку. Представитель непредельных углеводородов. Гидрогалогенирование. Электрофильное присоединение. Этилен. Практическая работа. Гидратация. Реакция Вагнера. Удивление. Типы химических реакций. Реакции окисления. Схемы реакции присоединения.
«Диеновые углеводороды» - Гуттаперча. Натуральный каучук – мономер изопрен. Эластичен. Мало хотеть, надо и делать.» И.В.Гёте. Состав и строение натурального каучука. К каучуку синтетическому. Диеновые углеводороды. При нагревании превращается в упругую массу – каучук. Первые синтетические каучуки. Содержат цепочку сопряжённых двойных связей апельсин, базилик.
«Алкины» - 2-метилпентен-1-ин-4. Сnн2n-2. Реакция изомеризации. Отдельные представители. Пентин-1. Присоединение к альдегидам и кетонам. Номенклатура и изомерия. Гидрирование. Присоединение спиртов. Присоединение воды (реакция М.Г.Кучерова, 1881). Этинил. Крекинг. Из карбида кальция. Карбонилирование. Бутин-1 (этилацетилен).
Всего в теме 18 презентаций
В.В. Марковников посвятил много лет изучению химических свойств алкенов, т.е. гомологов этилена. Им опытным путем (эмпирически) был установлен механизм протекания реакций гидратации и гидрогалогенирования несимметричных гомологов этилена. В настоящее время правило Марковникова звучит так: при присоединению к несимметричным алкенам молекул сложных веществ с условной формулой НХ (где Х – это атом I, Br, Cl, F или гидроксильная группа ОН-) атом водорода становится к наиболее гидрогенизированному (содержащему больше всего атомов водорода) атому углерода при двойной связи, а Х – к наименее гидрогенизированному.
Правило Марковникова: примеры
Для того чтобы вам стал понятнее смысл правила Марковникова давайте рассмотрим его на конкретных примерах.
CH 3 -CH=CH 2 + HCl ==== CH 3 -CHCl-CH 3
В данной реакции происходит присоединение к пропену хлороводорода с образованием 2-хлор пропана. Как вы видите в ходе этой реакции, произошел разрыв двойной связи и хлор присоединился к менее гидрогенизированному атому углерода, т.е. к тому у которого имеется меньше водородных связей, а водород соответственно к более гидрогенизированному.Аналогичным образом будет протеать и реакция гидротации, т.е. присоединения молекул воды.
Исключения из правила Марковникова
В некоторых случаях реакция присоединения протекает против правила Марковникова. Например, в случае если в реакцию вступают соединения, у которых атом углерода у двойной связи имеет сопряженную связь с электроотрицательной группировкой, оттягивающей на себя частично электронную плотность.
Присоединение против правила Марковникова будет наблюдаться и в химических реакциях с радикальным механизмом. Примером такой реакции является присоединение бромоводорода к олефинам. Эта реакция протекает в присутствии перекиси и называется еще эффектом Хариша. Рассмотрим эту реакцию подробнее: под воздействием перекиси из бромоводорода выделяется атомарный бром, который и является активной атакующей частицей. Данная реакция имеет свободно радикальный механизм и протекает в направлении образования наиболее стабильных вторичных радикалов.
При этом реакции по правилу Марковникова протекают с меньшими энергетическими затратами, чем присоединение идущее против этого правила.
Занятие 9 Алкены
Номенклатура и изомерия
1. Напишите структурные формулы углеводородов: цис-бутен-2, 2-метилпентен-2, транс-гексен-3, 2,3-диметилбутен-1, транс-4-метилпентен-2, цис-4-метил-4-этилгексен-2.
2. Напишите структурные формулы всех возможных изомеров гексена, назовите их по международной номенклатуре.
3. Напишите структурную формулу алкена состава С 6 Н 12 , имеющего один четвертичный атом углерода, и назовите его по систематической номенклатуре.
4. Среди перечисленных веществ выберите пары изомеров: 3-метилпентен-1; октен-2; гексадиен-1,4; метилциклогексан; 1-метилциклопентен; 3,3,4-триметилпентен-1.
Химические свойства
5. Используя правило Марковникова, напишите уравнения следующих реакций присоединения:
А) СН 3 -СН=СН 2 + НСl → б) (СН 3) 2 С=СНСН 3 + НСl →
В) СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НI → г) СН 3 -СН=С(СН 3)-СН 2 -СН 3 + Н 2 О →
6. Напишите уравнения реакции окисления разбавленным раствором KMnO 4 следующих соединений: а) 2-метилбутена-2 б) 2-метилпентена-1.
7. Напишите схемы полимеризации: а) изобутелена б) 3-метилбутена-1.
8. Напишите уравнения реакций следующих превращений:
А) СН 2 =СН-СН(СН 3)-СН 3 → СН 3 -СН(Сl)-СН(СН 3)-СН 3 → СН 3 -СН(СН 3)-СН(СН 3)- СН(СН 3)-СН(СН 3)-СН 3
Б) СН 3 -СН(СН 3)-СН 2 -СН=СН 2 → СН 3 -СН(СН 3)СН 2 -СН(Br)-СН 3 → СН 3 -СН=СН-
СН(СН 3)-СН 3 → СН 3 -СН(ОН)-СН(ОН)-СН(СН 3)-СН 3
КОН +НBr +Na
В) СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 Br → Х 1 → Х 2 → Х 3
Спирт.р-р
Получение
9. Напишите уравнения реакции получения пентена-2 из следующих соединений:
А) 2-бромпентана, б) пентанола-2 в) 2,3-дибромпентана г) пентина-2
10. Напишите уравнения реакции перехода 3-метилпентена-1 в 3-метилпентен-2. Для 3-метилпентена-2 напишите уравнения реакций гидрирования и бромирования.
11. Предложите способ получение бутена-2 из бутена-1.
12. Напишите уравнения реакции получения 4-метил-2-этилпентена-1 из спирта соответствующего строения, а также уравнения всех изученных реакций присоединения к 4-метил-2-этилпентену-1.
13. Какие углеводороды можно получить при дегидрогалогенировании: а) 2-метил-2-хлорбутана, б) 2-метил-3-хлорбутана, в) 2,3-диметил-2-бромбутана; при дегалогенировании: а) (СН 3) 2 СBr-CH 2 -CH 2 Br, б) (CH 3) 3 C-CHCl-CH 2 Cl ? Какие реактивы следует использовать? Назовите полученные соединения.
^ Задачи на вывод формулы алкена:
Определите молекулярную формулу алкена, если известно, что для сжигания 6л алкена потребовалось 27л кислорода. Сколько литров углекислого газа при этом образовалось? (С 3 Н 6 , 18л СО 2)
Определите молекулярную формулу алкена, если известно, что его образец массой 1,4г может обесцветить 107г 3% бромной воды. (С 5 Н 10)
Углеводород массой 8,4г может присоединить 3,36л (в пересчете на н.у.) водорода в присутствии катализатора. При окислении углеводорода водным раствором перманганта калия на холоде образуется соединение симметричного строения. Определите строение исходного углеводорода. (бутен-2).
5. Какова структурная формула этиленового углеводорода, если 11,2г его при взаимодействии с избытком бромоводорода превращается в 27,4 г бромалкана с положением галогена у третичного атома углерода?
