Rezumat nesaturat sau, hidrocarburi nesaturate din seria etilen (alchene sau olefine)
Nesaturati, sau nesaturate, hidrocarburi din seria etilen (alchene sau olefine)
Alchene sau olefine (lat olefiant. - Ulei -. Nume vechi, dar este utilizat pe scară largă în literatura chimică Motivul acestui nume a servit ca clorură de etilena obținută în secolul XVIII, -. Substanță uleioasă lichidă) - hidrocarburi alifatice nesaturate ale căror molecule între atom de carbon are o legătură dublă.
Alchene conțin în moleculă numărul minim de atomi de hidrogen decât alcanii corespunzători ai acestora (cu același număr de atomi de carbon), iar acestea sunt numite hidrocarburi nesaturate sau nesaturate.
Alchene formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2 n.
1. Structura alchenelor
Cele mai simple hidrocarburi etilenice reprezentative ale strămoșului său este etilena (etena) C2 H4. Structura moleculei sale poate fi exprimată prin astfel de formule:
Prin numele primului reprezentant al acestei serii - etilenă - astfel de hidrocarburi numite etilena.
Hidrocarburile etilenă (alchene) atomii de carbon sunt în a doua stare de valență (-gibridizapiya sp2). Să ne amintim că, în acest caz, există o dublă legătură, care constă din comunicații una și p S- audio între atomii de carbon. Lungimea energiei legătură dublă, respectiv, egal cu 0,134 nm și 610 kJ / mol. Diferența în energiile legături p S și (610 - 350 = 260) este o măsură aproximativă a rezistenței de p-obligațiuni. Fiind mai slab, este expus în primul rând la efectele corozive ale reactivul chimic.
2. Nomenclatura și izomerie
Nomenclatura. Alchene structură simplă adesea numită prin înlocuirea sufixului -en în alcani la -ilen etan - etilenă, propan - propilenă, etc.
Prin denumirile sistematice nomenclatura hidrocarburilor etilenice produsă prin înlocuirea sufixului -en în alcani corespunzător la -enă sufix (alcan - alchene, etan - etenă, propan - propenă, etc.). Selectarea circuitului principal și ordinea numelor este aceeași ca și cea pentru alcani. Cu toate acestea, în lanțul trebuie să includă neapărat o legătură dublă. Numerotarea lanțul începe la sfârșitul greșit, care se află mai aproape de această relație. De exemplu:
Uneori folosesc numele și rațional. În acest caz, toate hidrocarburile alchenă sunt considerate ca etilena substituite:
(alchenă) radicali nesaturati care face referire nume triviale, sau nomenclatura sistematică:
H2 C == CH - vinil (etenil)
Pentru alchene caracterizate prin două tipuri de izomeri structurali. În plus față de izomerii cu structura scheletului de carbon (cum ar fi alcani), apar izomeri în funcție de poziția dublei legături în lanț. Acest lucru crește numărul de izomeri între alchene.
Primii doi membri ai seriei omoloage alchenelor - etilenă și propilenă) - izomeri nu și-au structura lor poate fi exprimată ca:
Pentru hidrocarburi C4 H8 trei izomeri posibili:
butena-1, butena-2 2-metilprop-1
Primele două diferă în poziția dublei legături a lanțului de carbon, iar al treilea - natura lanțului (catenă ramificată).
Cu toate acestea, numărul de hidrocarburi etilenice pot, în plus față de izomeri structurali ai unui alt tip de izomerie - cis, trans izomeri (izomeri geometrici). Acest izomerie este caracteristic compuși cu o dublă legătură. În cazul în care un simplu s-link permite rotirea liberă a link-urile individuale ale lanțului de carbon în jurul axei sale, apoi în jurul dublei legături de rotație nu se produce. Aceasta este cauza de (cis, trans) izomeri geometrici.
izomeri geometrici - un tip de izomerie spațială.
Izomeri în care substituenții sunt identici (la diferiți atomi de carbon) sunt dispuse pe o parte a dublei legături sunt numite izomeri cis, și invers - trans izomerilor:
Izomeri cis și trans nu diferă numai în structura spațială, ci și de multe proprietăți fizice și chimice. Izomerii trans sunt mai stabile decât izomerii cis.
3. Prepararea Alchenele
În natură, alchene sunt rare. De obicei, alchenele gazoase (etilenă, propilenă, butadienă) este recuperată din gazele de rafinărie (cracare) sau gaze libere și gaze din cărbune cocsificabil. In industrie, preparat prin dehidrogenarea alcani alchene, în prezența unui catalizator (Cr2 O3). De exemplu:
Din metode de laborator de preparare sunt următoarele:
1. Scindarea hidracid din halogenuri de alchil sub acțiunea unei soluții alcaline alcoolic:
Alchene polaritate scăzută, dar ușor polarizate.
Alchene posedă o reactivitate semnificativă. Proprietățile chimice ale acestora sunt determinate, în principal carbon-carbon dublă legătură. p-comunicare, cel mai durabil și mai accesibile, în timp ce acțiunea reactivului este rupt și eliberați atomii de carbon de valență sunt cheltuite pe care unește atomii care formează molecula de reactant. Acest lucru poate fi reprezentat prin schema:
Astfel, atunci când reacția de cuplare dubla legătură este rupt, așa cum au fost jumătate (reținerea s-obligațiuni).
Pentru alchene cu excepția aderării caracterizat oxidarea ulterioară și polimerizare.
reacție de adiție. Cele mai frecvente reacții se alătură pentru tipul heterolitice, fiind plus electrofil.
1. Hidrogenarea (adăugare de hidrogen). Alchene atașarea hidrogenului în prezența catalizatorilor (Pt, Pd, Ni), trec în hidrocarburi saturate - alcani:
2. Halogenarea (halogeni de aderare). Halogenii se alăture cu ușurință în loc ruperea dublei legături pentru a forma digalogenoproizvodnyh:
Este mai ușor atașarea de clor și brom, mai dificil - iod. FLUOR cu alchene cu alcanii pentru a interacționa cu explozie.
Comparați: în reacția de halogenare a alchenelor - procesul de aderare, mai degrabă decât un înlocuitor (cum ar fi alcani).
Reacția de halogenare este de obicei efectuată într-un solvent, la temperatura obișnuită.
Halogen plus electrofila la alchenele pot fi reprezentate după cum urmează. Inițial, sub influența alchene electroni polarizate-p sunt molecule de halogen pentru a forma o tranziție sistem instabil (p-set):
Arrow intersectând dublă legătură semnifica reacția dintre sistemul p-electron al alchenei cu o moleculă de brom ( „pompare“ densitate p-electron Br d +). În acest caz, legătura dublă având o mare densitate de electroni, acționează ca un donor de electroni. Apoi, p-complexele distruse: legătura dublă și legătura dintre atomii de brom heterolytically rupte pentru a forma doi ioni de brom - anioni și cationi. Cation datorită formelor p-comunicare de electroni, cu legătură convențională s-carbon C-Br. Deci, există un alt sistem instabil - carbocationului (e-complex):
Br d + ® Br d - Br Br Br
Rezultatul acestei reacții nu este greu de prevăzut: atacurile anionice brom carbocationului pentru a forma dibrometan.
Aderarea la alchenele brom (reacție de bromurare) - răspuns calitativ la hidrocarburi saturate. La trecerea prin apa de brom (o soluție de brom în apă), hidrocarburi nesaturate de culoare galbenă dispar (în caz de limitare - persistă).
3. Gidrogalogenirovanie (halogenurile de aderare). Alchene atașat ușor halogenhidrici:
halogenurile de aderare omologi ai etilenei este regula V.V.Markovnikova (1837-1904): în condiții normale, halogenhidric este atașat în locul dublei legături la atomul de carbon cel mai hidrogenată, halogen - mai puțin hidrogenate:
regula Markovnikov poate fi explicată prin faptul că alchene asimetrice (de exemplu propilena), densitatea de electroni nu este distribuit uniform. Sub influența grupului grave legat direct la dubla legătură, există o schimbare a densității de electroni în direcția conexiunii (atomul de carbon extremă).
Din acest motiv apar compensa taxele relație p-polarizat și parțial pe atomii de carbon. Este ușor de imaginat că un ion de hidrogen încărcat pozitiv (proton) care unește atomul de carbon (plus electrofil), având o sarcină negativă parțial și un anion de brom - pentru sarcină pozitivă parțială carbon.
O astfel de atașament este o consecință a influenței reciproce a atomilor într-o moleculă organică. După cum se știe, electronegativitatea atomilor de carbon este ușor mai mare decât cea a hidrogenului. Prin urmare, în gruparea metil a fost unele legături C-H s-polarizați asociate cu deplasarea densității de electroni a atomilor de hidrogen la carbon. La rândul său, acest lucru determină o creștere a densității de electroni în zona legăturii duble și mai ales extremă, atomul. Astfel, o grupare metil, precum și alt grup alchil acționează ca un donor de electroni. Cu toate acestea, în prezența compușilor de peroxid sau O2 (atunci când reacția are radicalul) Această reacție poate merge împotriva regulii Markovnikov.
Din aceleași motive se observă regula Markovnikov când se atașează la o alchenă asimetrică nu este numai galogenovodoro rânduri, dar alți reactivi electrofili (H2O, H2 SO4. NOS1, IC1 și colab.). Astfel, părțile cationici și anionici ai astfel de reactivi sunt după cum urmează:
Cation. H H H H H I C1
Anion. C1 Br I SO4 H OH OH C1
După cum se știe, porțiunea cationic a reactivului atunci când unește este atomul de carbon cel mai gidronizirovannomu și porțiunea anion - mai puțin gidronizirovannomu.
4. Hidratare (racord de apă). În prezența catalizatorilor [H2 SO4 (conc.), Etc] se alătură apă pentru a forma alcooli, la alchene. De exemplu:
reacția de oxidare. Alchene sunt oxidat mai ușor decât alcani. Produsele formate în oxidarea alchenelor, iar structura lor depinde de structura alchenei și condițiile de reacție.
1. Oxidarea la temperaturi obișnuite. Sub acțiunea etilenei soluție apoasă de KMnO4 (în condiții normale), se formează alcool dihidric - etilenă:
Această reacție este de calitate: culoare violet de soluție de permanganat de potasiu este modificat prin adăugarea la acesta a compusului nesaturat.
condiții mai stricte (oxidarea KMnO4 în prezența acidului sulfuric sau cromatul) ca ruptură alchene legătură dublă are loc pentru a forma produse oxigenați:
In oxidarea etilenei cu oxigenul atmosferic în prezența argintului metalic format oxid de etilenă:
2. Arderea alchene. Ca și compuși nesaturați alcanilor din seria etilen sunt arse în aer pentru a forma oxid de carbon (IV) și apă:
reacția de izomerizare. Atunci când sunt încălzite sau în prezența unor catalizatori capabili să alchene izomerizate - deplasarea are loc dublă legătură sau determinarea structurii izomerică.
reacția de polimerizare. Prin legături de rupere molecule p-alchene pot combina unul cu celălalt pentru a forma o moleculă cu catenă lungă.
5. Unii reprezentanți
Etilena (etena) == CH2 C H2 - gaz este incolor și inodor, puțin solubil în apă. Metanul cu forme de aer amestecuri explozive. Acesta este utilizat pe scară largă pentru producerea de diferiți compuși organici: alcool etilic, stiren, polietilenă halogenat, oxid de etilenă și altele.
Propilen (propenă) H3 C-CH == CH2 servește ca materie primă pentru obținerea izopropilbenzen, acetonă, fenol, polipropilenă, glicerină, alcool izopropilic, cauciuc sintetic, și alte produse ecologice valoroase.
Butilene (1-butenă și 2-butenă), izobutilen (3-metilprop-1) C4 H8. Butenă-1 se aplică pentru a obține divinii și izooctan și butenă-2 - ca mediu pentru polimerizarea butadienei. Izobutilenă sunt izo-octan, izo-propil și poliizobutilenă.
Trebuie remarcat faptul că alchenele sunt larg utilizate ca monomeri pentru prepararea multor compuși macromoleculari (polimeri).