Przygotowanie równań alkenów. Otrzymywanie alkoholi, zastosowanie, właściwości

W chemii organicznej można spotkać substancje węglowodorowe o różnej zawartości węgla w łańcuchu i wiązaniu C=C. Są homologami i nazywane są alkenami. Ze względu na swoją strukturę są bardziej reaktywne chemicznie niż alkany. Ale jakie reakcje są dla nich typowe? Rozważmy ich dystrybucję w przyrodzie, różne metody produkcji i zastosowania.

Czym oni są?

Alkeny, zwane także olefinami (olefinami), wzięły swoją nazwę od chlorku etenu, pochodnej pierwszego członka tej grupy. Wszystkie alkeny mają co najmniej jedno wiązanie podwójne C=C. C n H 2n to wzór wszystkich olefin, a nazwa powstaje od alkanu o tej samej liczbie atomów węgla w cząsteczce, jedynie przyrostek -an zmienia się na -en. Cyfra arabska na końcu nazwy, oddzielona łącznikiem, wskazuje liczbę atomów węgla, od której zaczyna się wiązanie podwójne. Spójrzmy na główne alkeny, tabela pomoże Ci je zapamiętać:

Jeżeli cząsteczki mają prostą, nierozgałęzioną strukturę, wówczas dodaje się przyrostek -ylene, co znajduje odzwierciedlenie również w tabeli.

Gdzie można je znaleźć?

Ponieważ reaktywność alkenów jest bardzo wysoka, ich przedstawiciele są niezwykle rzadcy w przyrodzie. Zasada życia cząsteczki olefiny brzmi „zostańmy przyjaciółmi”. W okolicy nie ma innych substancji - nie ma problemu, zaprzyjaźnimy się ze sobą, tworząc polimery.

Ale istnieją, a niewielka liczba przedstawicieli jest zawarta w towarzyszącym im gazie naftowym, a większa w ropie wydobywanej w Kanadzie.

Pierwszy przedstawiciel alkenów, eten, jest hormonem stymulującym dojrzewanie owoców, dlatego jest syntetyzowany w małych ilościach przez przedstawicieli flory. Istnieje alken, cis-9-trikozen, który u samic much domowych pełni rolę atraktora płciowego. Nazywa się go także muskalem. (Atraktant to substancja pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, która powoduje przyciąganie do źródła zapachu w innym organizmie). Z chemicznego punktu widzenia ten alken wygląda następująco:

Ponieważ wszystkie alkeny są bardzo cennymi surowcami, metody ich sztucznego wytwarzania są bardzo zróżnicowane. Przyjrzyjmy się najczęstszym.

A co jeśli potrzebujesz dużo?

W przemyśle klasę alkenów uzyskuje się głównie poprzez krakowanie, tj. rozszczepienie cząsteczki pod wpływem wysokich temperatur, wyższych alkanów. Reakcja wymaga ogrzewania w zakresie 400 do 700°C. Alkan dzieli się tak, jak chce, tworząc alkeny, metody otrzymywania, które rozważamy, z dużą liczbą opcji struktury molekularnej:

C 7 H 16 -> CH 3 -CH = CH 2 + C 4 H 10.

Inną powszechną metodą jest odwodornienie, podczas którego cząsteczka wodoru oddzielana jest od przedstawiciela szeregu alkanów w obecności katalizatora.

W warunkach laboratoryjnych alkeny i metody ich otrzymywania różnią się, opierają się na reakcjach eliminacji (eliminacja grupy atomów bez ich podstawienia). Najczęściej eliminowanymi atomami wody z alkoholi są halogeny, wodór lub halogenowodory. Najczęstszym sposobem otrzymywania alkenów jest otrzymywanie alkoholi w obecności kwasu jako katalizatora. Istnieje możliwość zastosowania innych katalizatorów

Wszystkie reakcje eliminacji podlegają regule Zajcewa, która stwierdza:

Atom wodoru oddziela się od węgla sąsiadującego z węglem zawierającym grupę -OH, która ma mniej wodorów.

Po zastosowaniu reguły odpowiedz, który produkt reakcji będzie dominował? Później dowiesz się, czy odpowiedziałeś poprawnie.

Właściwości chemiczne

Alkeny aktywnie reagują z substancjami, rozrywając wiązanie pi (inna nazwa wiązania C=C). Przecież nie jest tak mocne jak wiązanie pojedyncze (wiązanie sigma). Węglowodór przekształca się z nienasyconego w nasycony bez tworzenia innych substancji po reakcji (addycji).

• dodanie wodoru (uwodornienie). Do jego przejścia konieczna jest obecność katalizatora i ogrzewanie;
• dodanie cząsteczek halogenu (halogenacja). Jest to jedna z jakościowych reakcji na wiązanie pi. W końcu, gdy alkeny reagują z wodą bromową, zmienia ona kolor z brązowego na przezroczysty;
• reakcja z halogenowodorami (hydrohalogenacja);
• dodanie wody (hydratacja). Warunki zajścia reakcji to ogrzewanie i obecność katalizatora (kwasu);

Reakcje niesymetrycznych olefin z halogenowodorami i wodą podlegają prawu Markownikowa. Oznacza to, że wodór przyłączy się do węgla z podwójnego wiązania węgiel-węgiel, który ma już więcej atomów wodoru.

• spalanie;
• niekompletny katalizator utleniający. Produktem są tlenki cykliczne;
• Reakcja Wagnera (utlenianie nadmanganianem w środowisku obojętnym). Ta reakcja alkenowa jest kolejnym jakościowym wiązaniem C=C. W miarę przepływu różowy roztwór nadmanganianu potasu ulega odbarwieniu. Jeśli tę samą reakcję przeprowadzi się w połączonym środowisku kwaśnym, produkty będą różne (kwasy karboksylowe, ketony, dwutlenek węgla);
• izomeryzacja. Charakterystyczne są wszystkie typy: cis i trans, ruch wiązań podwójnych, cyklizacja, izomeryzacja szkieletu;
• Polimeryzacja jest główną właściwością olefin dla przemysłu.

Zastosowanie w medycynie

Produkty reakcji alkenów mają ogromne znaczenie praktyczne. Wiele z nich ma zastosowanie w medycynie. Glicerynę otrzymuje się z propenu. Ten alkohol wielowodorotlenowy jest doskonałym rozpuszczalnikiem i jeśli zostanie użyty zamiast wody, roztwory będą bardziej stężone. Do celów medycznych rozpuszcza się w nim alkaloidy, tymol, jod, brom itp. Glicerynę wykorzystuje się także do przygotowania maści, past i kremów. Zapobiega ich wysychaniu. Gliceryna sama w sobie jest środkiem antyseptycznym.

W reakcji z chlorowodorem powstają pochodne, które po nałożeniu na skórę stosuje się jako znieczulenie miejscowe, a także do krótkotrwałego znieczulenia podczas drobnych zabiegów chirurgicznych za pomocą inhalacji.

Alkadieny to alkeny z dwoma podwójnymi wiązaniami w jednej cząsteczce. Ich głównym zastosowaniem jest produkcja kauczuku syntetycznego, z którego następnie powstają najróżniejsze poduszki grzewcze i strzykawki, sondy i cewniki, rękawiczki, smoczki i wiele innych, które są po prostu niezastąpione w opiece nad chorymi.

Zastosowania przemysłowe

Alkeny i ich pochodne znalazły szersze zastosowanie w przemyśle. (Gdzie i jak stosuje się alkeny, tabela powyżej).

To tylko niewielka część zastosowań alkenów i ich pochodnych. Z każdym rokiem zapotrzebowanie na olefiny tylko wzrasta, co oznacza, że ​​wzrasta również zapotrzebowanie na ich produkcję.

1. Z alkanów. Metan można selektywnie utlenić na heterogenicznym katalizatorze - srebrze z obliczoną ilością tlenu do metanolu:

Alkany o dużej liczbie atomów węgla, takie jak propan i butan, utleniają się do mieszaniny alkoholi pierwszorzędowych i drugorzędowych obliczona ilość tlenu w obecności katalizatorów – soli manganu. Reakcja jest mało selektywna - okazuje się całkiem duża ilość zanieczyszczeń: aldehydy i ketony o tej samej liczbie atomów węgla, aldehydy i alkohole – produkty rozkładu

2. Z alkenów. Wodę można dodać do dowolnego alkenu w obecności kwasów

Łączenie odbywa się zgodnie z regułą Markownikowa.

3. Z alkinów. Acetylen i końcowe alkiny reagują z formaldehydem, innymi aldehydami i ketonami, tworząc odpowiednio alkohole pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe.

4. Z alkadienów. Alkadieny podobne do alkenów przytwierdzać w obecności kwasów woda.

Dodanie pierwszego mola wody następuje głównie w pozycjach 1 – 4. Kiedy

powstaje dodatek drugiego mola wody diole. Poniżej znajdują się przykłady obu.

5. Z halogenków alkilu. Halogenki alkilu reagują z wodnymi roztworami zasad w reakcji nukleofilowego podstawienia halogenu grupą hydroksylową:

6. Z pochodnych dihalogenku. Kiedy zasady działają na dihalogenkowe pochodne alkanów, otrzymuje się alkohole diwodorotlenowe (lub diole):

Jak pokazano powyżej, 1,2-dibromoetan wytwarza 1,2-etanodiol (glikol etylenowy). Diol ten jest bardzo szeroko stosowany w produkcji środków przeciw zamarzaniu. Na przykład w niezamarzającej cieczy do chłodzenia silników spalinowych „Tosol-A 40” wynosi 40%.

7. Z pochodnych trihalogenkowych. Z 1,2,3-trichloropropanu otrzymuje się na przykład szeroko stosowaną glicerol (1,2,3-propanotriol).

8. Z amin. Po podgrzaniu z parą wodną w obecności katalizatora zachodzi odwracalna reakcja, w której końcowymi produktami są alkohol o tej samej strukturze szkieletu węglowego oraz amoniak.

Aminy pierwszorzędowe można również przekształcić w alkohole pod wpływem azotynu sodu w kwasie solnym po ochłodzeniu do 2 - 5 o C:

9. Z aldehydów i ketonów w reakcji Meerweina – Ponndorfa – Verleya. Keton lub aldehyd traktuje się niewielką ilością alkoholu w obecności katalizatora - alkoholanu glinu. Pozostałości tego samego alkoholu, który został wzięty jako odczynnik, są traktowane jako grupy alkoksylowe. Na przykład w poniższej reakcji tributylan glinu łączy się z normalnym alkoholem butylowym. Reakcja jest odwracalna, a równowaga w niej zostaje przesunięta zgodnie z zasadą Le Chateliera pod wpływem nadmiaru alkoholu będącego reagentem.

Pierwsze publikacje na temat tej reakcji ukazały się niemal jednocześnie w dwóch różnych niemieckich i jednym francuskim czasopiśmie chemicznym w latach 1925-1926. Reakcja ma ogromne znaczenie, ponieważ pozwala na redukcję grupy karbonylowej do grupy alkoholowej bez redukcji wiązań podwójnych, grup nitrowych i nitrozowych, które przekształcają się odpowiednio za pomocą wodoru i innych środków redukujących w proste wiązania i grupy aminowe, np. przykład:

Jak widać wiązanie podwójne, obecny w ketonie, zachowane i w powstałym alkoholu. Poniżej pokazano, że podczas uwodornienia grupy ketonowej uwodornione jest również wiązanie podwójne.

Podobny obraz obserwuje się w obecności grupy nitrowej w ketonie: w reakcji Meerweina–Ponndorffa–Verleya zostaje ona zatrzymana, a podczas uwodornienia wodorem na katalizatorze zostaje zredukowana do grupy aminowej:

10. Z aldehydów i ketonów przez uwodornienie na katalizatorach – metale z grupy platynowców: Ni, Pd, Pt:

11. Wytwarzanie alkoholi z aldehydów i ketonów metodą syntezy Grignarda.

Reakcje odkryte przez François Auguste Victora Grignarda w latach 1900–1920 mają ogromne znaczenie dla syntez wielu klas substancji organicznych. Na przykład za ich pomocą można otrzymać alkohol pierwszorzędowy z dowolnego halogenku alkilu i formaldehydu w trzech etapach:

Aby uzyskać alkohol wtórny zamiast formaldehydu, należy wziąć dowolny inny aldehyd:

Hydroliza takiej soli daje alkohol o liczbie atomów węgla równej ich sumie w związku magnezoorganicznym i w aldehydzie:

Aby otrzymać trzeciorzędowy alkohol, w syntezie zamiast aldehydu stosuje się keton:

12. Z kwasów karboksylowych alkohole można otrzymać tylko w dwóch etapach: w pierwszym chlorek kwasowy otrzymuje się z kwasu karboksylowego przez działanie pięciochlorku fosforu lub przez działanie dichlorku tlenku siarki (IV):

W drugim etapie powstały chlorek kwasowy uwodornia się na palladzie do alkoholu:

13. Z alkoholanów alkohole bardzo łatwo otrzymuje się przez hydrolizę w temperaturze pokojowej:

Estry borowe są trudniejsze do hydrolizy - tylko po podgrzaniu:

Wytrąca się, jeśli jest więcej niż 4 g/100 g H 2 O

14. Alkohole z estrów można otrzymać wraz z kwasami karboksylowymi metodą autokatalityczną, kwaśny lub zasadowy hydroliza. W procesie autokatalitycznym, w wyniku bardzo powolnej hydrolizy wodą, powstaje słaby kwas karboksylowy, który w dalszym przebiegu reakcji pełni rolę katalizatora, zauważalnie przyspieszając z czasem zużycie estru i pojawienie się alkoholu . Na przykład dla reakcji wtorek Krzywe kinetyki estru butylowego kwasu 2-metylopropanowego, czyli zależności zmiany stężeń molowych w czasie, są krzywymi sigmoidalnymi lub w kształcie litery S (patrz wykres poniżej reakcji).

15. Jeśli dodasz do estru mocnego kwasu, który jest katalizatorem, następnie w

reakcja nie będzie miała okresu indukcji, gdy hydroliza prawie nie zachodzi (od 0 do 1 razu).

Krzywe kinetyczne w tym przypadku będą wykładnicze: w dół

dla estru i rosnąco dla alkoholu. Proces nazywa się hydroliza kwasowa:

16. Jeśli dodasz alkaliczny do estru(mol na mol lub nadmiar), wówczas reakcję opisuje się również wykładniczymi krzywymi kinetycznymi, ale w przeciwieństwie do hydrolizy kwasowej, gdzie stężenia substancji dążą do wartości równowagi, tutaj końcowe stężenie alkoholu jest prawie równe początkowemu stężeniu eteru. Poniżej reakcja hydroliza alkaliczna ten sam ester i wykres z krzywymi kinetycznymi. Jak widać, zasada tutaj nie jest katalizatorem, ale odczynnikiem, a reakcja jest nieodwracalna:

17. Alkohole z estrów można również uzyskać według Bouveau i Blanca. Metoda ta została po raz pierwszy opublikowana przez autorów w dwóch różnych francuskich czasopismach chemicznych w latach 1903 i 1906 i polega na redukcji estrów sodem w alkoholu, na przykład:

Jak widać w wyniku reakcji powstają dwa alkohole: jeden z części kwasowej estru i jest on zawsze pierwszorzędowy, drugi z części alkoholowej i może to być dowolny alkohol - pierwszorzędowy, drugorzędowy lub trzeciorzędowy.

18. Bardziej nowoczesny sposób odbioru alkohole z estrów Jest ich redukcja wodorkami złożonymi do alkoholanów (reakcja (1)), które następnie łatwo przekształca się w alkohole na przykład poprzez hydrolizę (reakcje (2a) i (2b)).

Temat lekcji: Alkeny. Otrzymywanie, właściwości chemiczne i zastosowanie alkenów.

Cele i zadania lekcji:

• dokonać przeglądu specyficznych właściwości chemicznych etylenu i ogólnych właściwości alkenów;
• pogłębiać i konkretyzować pojęcia wiązań a oraz mechanizmów reakcji chemicznych;
• podać wstępne pomysły na temat reakcji polimeryzacji i struktury polimerów;
• analizować laboratoryjne i ogólnoprzemysłowe metody wytwarzania alkenów;
• dalsze rozwijanie umiejętności pracy z podręcznikiem.

Sprzęt: urządzenie do wytwarzania gazów, roztwór KMnO 4, alkohol etylowy, stężony kwas siarkowy, zapałki, lampa alkoholowa, piasek, tablice „Struktura cząsteczki etylenu”, „Podstawowe właściwości chemiczne alkenów”, próbki demonstracyjne „Polimery”.

PODCZAS ZAJĘĆ

I. Moment organizacyjny

Kontynuujemy badanie serii homologicznej alkenów. Dziś musimy przyjrzeć się metodom wytwarzania, właściwościom chemicznym i zastosowaniom alkenów. Musimy scharakteryzować właściwości chemiczne wywołane podwójnym wiązaniem, uzyskać wstępne zrozumienie reakcji polimeryzacji oraz rozważyć laboratoryjne i przemysłowe metody produkcji alkenów.

II. Aktywizacja wiedzy uczniów

1. Jakie węglowodory nazywane są alkenami?

1. Jakie są cechy ich struktury?

1. W jakim stanie hybrydowym znajdują się atomy węgla tworzące wiązanie podwójne w cząsteczce alkenu?

Konkluzja: alkeny różnią się od alkanów obecnością w ich cząsteczkach jednego podwójnego wiązania, które określa cechy chemiczne alkenów, metody ich wytwarzania i stosowania.

III. Nauka nowego materiału

1. Metody wytwarzania alkenów

Sporządzić równania reakcji potwierdzające metody wytwarzania alkenów

– kraking alkanów C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (kraking termiczny w temperaturze 400-700 o C)
oktan buten butan
– odwodornienie alkanów C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butan buten wodór
– dehydrohalogenacja haloalkanów C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
wodorotlenek chlorobutanu chlorek butenu woda
potas potas
– dehydrohalogenacja dihaloalkanów
– odwodnienie alkoholi C 2 H 5 OH ––> C 2 H 4 + H 2 O (podczas ogrzewania w obecności stężonego kwasu siarkowego)
Pamiętać! W reakcjach odwodornienia, odwodnienia, odhydrohalogenacji i dehalogenacji należy pamiętać, że wodór jest preferencyjnie wyodrębniany z mniej uwodornionych atomów węgla (reguła Zajcewa, 1875)

2. Właściwości chemiczne alkenów

Charakter wiązania węgiel-węgiel determinuje rodzaj reakcji chemicznych, w które wchodzą substancje organiczne. Obecność podwójnego wiązania węgiel-węgiel w cząsteczkach węglowodorów etylenowych determinuje następujące cechy tych związków:
– obecność wiązania podwójnego pozwala zaliczyć alkeny do związków nienasyconych. Ich przemiana w nasycone możliwa jest jedynie w wyniku reakcji addycji, co jest główną cechą zachowania chemicznego olefin;
– wiązanie podwójne reprezentuje znaczną koncentrację gęstości elektronowej, zatem reakcje addycji mają charakter elektrofilowy;
– wiązanie podwójne składa się z jednego i jednego wiązania, które dość łatwo ulega polaryzacji.

Równania reakcji charakteryzujące właściwości chemiczne alkenów

a) Reakcje addycji

Pamiętać! Reakcje podstawienia są charakterystyczne dla alkanów i wyższych cykloalkanów, które mają tylko pojedyncze wiązania, reakcje addycji są charakterystyczne dla alkenów, dienów i alkinów, które mają podwójne i potrójne wiązania.

Pamiętać! Możliwe są następujące mechanizmy zerwania wiązania:

a) jeśli alkeny i odczynnik są związkami niepolarnymi, to wiązanie - zostaje zerwane, tworząc wolny rodnik:

H 2 do = CH 2 + H: H ––> + +

b) jeśli alken i odczynnik są związkami polarnymi, to rozerwanie wiązania - prowadzi do powstania jonów:

c) gdy odczynniki zawierające w cząsteczce atomy wodoru łączą się w miejscu przerwanego wiązania, wodór zawsze przyłącza się do bardziej uwodornionego atomu węgla (reguła Morkownikowa, 1869).

– reakcja polimeryzacji nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 –– > (– CH 2 – CH 2 –)n
eten-polietylen

b) reakcja utleniania

Doświadczenie laboratoryjne. Zdobądź etylen i zbadaj jego właściwości (instrukcja na biurkach uczniów)

Instrukcja otrzymywania etylenu i eksperymentów z nim

1. Do probówki umieścić 2 ml stężonego kwasu siarkowego, 1 ml alkoholu i niewielką ilość piasku.
2. Zamknąć probówkę korkiem z rurką wylotową gazu i podgrzać ją w płomieniu lampy alkoholowej.
3. Przepuścić uwolniony gaz przez roztwór z nadmanganianem potasu. Zwróć uwagę na zmianę koloru roztworu.
4. Zapalić gaz na końcu rurki wylotowej gazu. Zwróć uwagę na kolor płomienia.

– alkeny palą się świetlistym płomieniem. (Dlaczego?)

C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (przy całkowitym utlenieniu produktami reakcji są dwutlenek węgla i woda)

Reakcja jakościowa: „łagodne utlenianie (w roztworze wodnym)”

– alkeny odbarwiają roztwór nadmanganianu potasu (reakcja Wagnera)

W trudniejszych warunkach w środowisku kwaśnym produktami reakcji mogą być kwasy karboksylowe, np. (w obecności kwasów):

CH 3 – CH = CH 2 + 4 [O] ––> CH 3 COOH + HCOOH

– utlenianie katalityczne

Pamiętaj o najważniejszym!

1. Węglowodory nienasycone aktywnie uczestniczą w reakcjach addycji.
2. Reaktywność alkenów wynika z faktu, że wiązanie łatwo ulega rozerwaniu pod wpływem odczynników.
3. W wyniku dodania następuje przejście atomów węgla ze sp 2 do sp 3 - następuje stan hybrydowy. Produkt reakcji ma charakter ograniczający.
4. Podczas ogrzewania etylenu, propylenu i innych alkenów pod ciśnieniem lub w obecności katalizatora ich poszczególne cząsteczki łączą się w długie łańcuchy - polimery. Polimery (polietylen, polipropylen) mają ogromne znaczenie praktyczne.

3. Zastosowanie alkenów(wiadomość studencka według poniższego planu).

1 – produkcja paliwa o wysokiej liczbie oktanowej;
2 – tworzywa sztuczne;
3 – materiały wybuchowe;
4 – środek przeciw zamarzaniu;
5 – rozpuszczalniki;
6 – w celu przyspieszenia dojrzewania owoców;
7 – produkcja aldehydu octowego;
8 – kauczuk syntetyczny.

III. Utrwalenie poznanego materiału

Praca domowa:§§ 15, 16, ust. 1, 2, 3 s. 90, np. 4, 5 s. 95.

Właściwości fizyczne alkenów są podobne do właściwości alkanów, chociaż wszystkie mają nieco niższe temperatury topnienia i wrzenia niż odpowiadające im alkany. Na przykład pentan ma temperaturę wrzenia 36°C, a penten-1 – 30°C. W normalnych warunkach alkeny C2 - C4 są gazami. C 5 – C 15 to ciecze, począwszy od C 16 to ciała stałe. Alkeny są nierozpuszczalne w wodzie, ale dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych.

Alkeny są rzadkie w przyrodzie. Ponieważ alkeny są cennymi surowcami do przemysłowej syntezy organicznej, opracowano wiele metod ich otrzymywania.

1. Głównym przemysłowym źródłem alkenów jest kraking alkanów wchodzących w skład ropy naftowej:

3. W warunkach laboratoryjnych alkeny otrzymuje się w reakcjach eliminacji, w których dwa atomy lub dwie grupy atomów są eliminowane z sąsiednich atomów węgla i powstaje dodatkowe wiązanie p. Takie reakcje obejmują następujące.

1) Odwodnienie alkoholi następuje podczas ich ogrzewania ze środkami odwadniającymi, np. kwasem siarkowym w temperaturze powyżej 150°C:

Kiedy H2O eliminuje się z alkoholi, HBr i HCl z halogenków alkilu, atom wodoru jest preferencyjnie eliminowany spośród sąsiednich atomów węgla, które są związane z najmniejszą liczbą atomów wodoru (od najmniej uwodornionego atomu węgla). Ten wzór nazywa się regułą Zajcewa.

3) Dehalogenacja zachodzi, gdy dihalogenki zawierające atomy halogenu przy sąsiednich atomach węgla są podgrzewane z metalami aktywnymi:

CH 2Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 =CH-CH 3 + Mg Br 2.

O właściwościach chemicznych alkenów decyduje obecność podwójnego wiązania w ich cząsteczkach. Gęstość elektronowa wiązania p jest dość mobilna i łatwo reaguje z cząstkami elektrofilowymi. Dlatego wiele reakcji alkenów przebiega zgodnie z mechanizmem dodatek elektrofilowy, oznaczony symbolem A E (z angielskiego dodatek elektrofilowy). Reakcje addycji elektrofilowej to procesy jonowe, które zachodzą w kilku etapach.

W pierwszym etapie cząstka elektrofilowa (najczęściej jest to proton H+) oddziałuje z elektronami p wiązania podwójnego i tworzy kompleks p, który następnie przekształca się w karbokation poprzez utworzenie kowalencyjnego wiązania s pomiędzy cząstka elektrofilowa i jeden z atomów węgla:

Karbokation kompleksu p alkenu

W drugim etapie karbokation reaguje z anionem X, tworząc drugie wiązanie S ze względu na parę elektronów anionu:

W reakcjach addycji elektrofilowej jon wodoru przyłącza się do atomu węgla przy wiązaniu podwójnym, który ma większy ładunek ujemny. Rozkład ładunku zależy od zmiany gęstości p-elektronów pod wpływem podstawników: .

Podstawniki oddające elektrony wykazujące efekt +I przesuwają gęstość p-elektronów w stronę bardziej uwodornionego atomu węgla i tworzą na nim częściowy ładunek ujemny. To wyjaśnia Reguła Markownikowa: podczas dodawania cząsteczek polarnych, takich jak HX (X = Hal, OH, CN itp.) do niesymetrycznych alkenów, wodór preferencyjnie przyłącza się do bardziej uwodornionego atomu węgla przy podwójnym wiązaniu.

Przyjrzyjmy się konkretnym przykładom reakcji addycji.

1) Hydrohalogenacja. Kiedy alkeny oddziałują z halogenowodorami (HCl, HBr), powstają halogenki alkilu:

CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Produkty reakcji wyznacza reguła Markownikowa.

Należy jednak podkreślić, że w obecności jakiegokolwiek nadtlenku organicznego polarne cząsteczki HX nie reagują z alkenami zgodnie z regułą Markownikowa:

Wynika to z faktu, że obecność nadtlenku determinuje rodnikowy, a nie jonowy mechanizm reakcji.

2) Nawodnienie. Kiedy alkeny reagują z wodą w obecności kwasów mineralnych (siarkowego, fosforowego), powstają alkohole. Kwasy mineralne pełnią rolę katalizatorów i są źródłem protonów. Dodawanie wody również odbywa się według reguły Markownikowa:

CH 3 -CH = CH 2 + HON® CH 3 -CH (OH) -CH 3 .

3) Halogenowanie. Alkeny odbarwiają wodę bromową:

CH 2 = CH 2 + Br 2 ® B-CH 2 -CH 2 Br.

Ta reakcja jest jakościowa dla wiązania podwójnego.

4) Uwodornienie. Dodatek wodoru następuje pod działaniem katalizatorów metalicznych:

gdzie R = H, CH 3, Cl, C 6 H 5 itd. Cząsteczka CH2=CHR nazywana jest monomerem, powstały związek nazywa się polimerem, liczba n oznacza stopień polimeryzacji.

Polimeryzacja różnych pochodnych alkenów pozwala uzyskać cenne produkty przemysłowe: polietylen, polipropylen, polichlorek winylu i inne.

Oprócz tego alkeny ulegają również reakcjom utleniania. Podczas łagodnego utleniania alkenów wodnym roztworem nadmanganianu potasu (reakcja Wagnera) powstają alkohole dwuwodorotlenowe:

ZSN 2 =CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOSN 2 -CH 2OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

W wyniku tej reakcji fioletowy roztwór nadmanganianu potasu szybko ulega odbarwieniu i wytrąca się brązowy osad tlenku manganu (IV). Reakcja ta, podobnie jak reakcja odbarwiania wody bromowej, jest jakościowa dla wiązania podwójnego. Podczas silnego utleniania alkenów wrzącym roztworem nadmanganianu potasu w kwaśnym środowisku wiązanie podwójne zostaje całkowicie zerwane z utworzeniem ketonów, kwasów karboksylowych lub CO2, na przykład:

Na podstawie produktów utleniania można określić położenie wiązania podwójnego w pierwotnym alkenie.

Podobnie jak wszystkie inne węglowodory, alkeny palą się i przy dużej ilości powietrza tworzą dwutlenek węgla i wodę:

C n H 2 n + Zn /2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Gdy powietrze jest ograniczone, spalanie alkenów może prowadzić do powstawania tlenku węgla i wody:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Jeśli zmieszasz alken z tlenem i przepuścisz tę mieszaninę przez katalizator srebrny podgrzany do 200°C, powstanie tlenek alkenu (epoksyalkan), na przykład:

W dowolnej temperaturze alkeny utleniają się przez ozon (ozon jest silniejszym utleniaczem niż tlen). Jeśli gazowy ozon przepuszcza się przez roztwór alkenu w czterochlorku metanu w temperaturach poniżej temperatury pokojowej, zachodzi reakcja addycji i tworzą się odpowiednie ozonki (cykliczne nadtlenki). Ozonki są bardzo niestabilne i mogą łatwo eksplodować. Dlatego też zazwyczaj nie są one izolowane, lecz od razu po wytworzeniu rozkładane są wodą – powstają w ten sposób związki karbonylowe (aldehydy lub ketony), których budowa wskazuje na strukturę alkenu, który został poddany ozonowaniu.

Niższe alkeny są ważnymi materiałami wyjściowymi do przemysłowej syntezy organicznej. Z etylenu wytwarza się alkohol etylowy, polietylen i polistyren. Propen służy do syntezy polipropylenu, fenolu, acetonu i gliceryny.

Alkeny- węglowodory nienasycone, które zawierają jedno wiązanie podwójne. Przykłady alkenów:

Metody otrzymywania alkenów.

1. Kraking alkanów w temperaturze 400-700°C. Reakcja zachodzi poprzez mechanizm wolnorodnikowy:

2. Odwodornienie alkanów:

3. Reakcja eliminacji (eliminacja): 2 atomy lub 2 grupy atomów są eliminowane z sąsiednich atomów węgla i powstaje wiązanie podwójne. Takie reakcje obejmują:

A) Odwadnianie alkoholi (ogrzewanie powyżej 150°C, z udziałem kwasu siarkowego jako odwadniacza):

B) Eliminacja halogenowodorów pod wpływem alkoholowego roztworu alkalicznego:

Atom wodoru jest oddzielany preferencyjnie od atomu węgla, który jest związany z mniejszą liczbą atomów wodoru (atom najmniej uwodorniony) - Reguła Zajcewa.

B) Dehalogenacja:

Właściwości chemiczne alkenów.

O właściwościach alkenów decyduje obecność wiązania wielokrotnego, dlatego alkeny wchodzą w reakcje addycji elektrofilowej, które zachodzą w kilku etapach (H-X - odczynnik):

I etap:

II etap:

.

Jon wodoru w tego typu reakcji należy do atomu węgla, który ma bardziej ładunek ujemny. Rozkład gęstości to:

Jeśli podstawnikiem jest donor, co objawia się efektem +I-, wówczas gęstość elektronów przesuwa się w stronę najbardziej uwodornionego atomu węgla, tworząc na nim częściowo ujemny ładunek. Reakcje przebiegają zgodnie Reguła Markownikowa: podczas łączenia cząsteczek polarnych, takich jak NH (HCl, HCN, HOH itp.) do niesymetrycznych alkenów, wodór przyłącza się preferencyjnie do bardziej uwodornionego atomu węgla przy podwójnym wiązaniu.

A) Reakcje addycji:
1) Hydrohalogenacja:

Reakcja jest zgodna z regułą Markownikowa. Ale jeśli w reakcji obecny jest nadtlenek, zasada nie jest brana pod uwagę:

2) Nawodnienie. Reakcja przebiega zgodnie z regułą Markownikowa w obecności kwasu fosforowego lub siarkowego:

3) Halogenowanie. W rezultacie woda bromowa ulega odbarwieniu - jest to jakościowa reakcja na wiązanie wielokrotne:

4) Uwodornienie. Reakcja zachodzi w obecności katalizatorów.