15. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды

Предельные и непредельные углеводороды

15. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды
Соединения, содержащие только атомы углерода и водорода, классифицируются на предельные и непредельные углеводороды. Каждая группа включает несколько классов веществ, которые отличаются строением и свойствами.

Предельные углеводороды отличаются от непредельных одинарными связями. Атомы углерода в предельных углеводородах соединены простыми одинарными связями. При этом все дополнительные связи атомов углерода заняты водородами.

Поэтому предельные углеводороды вступают в реакции присоединения и замещения только под действием катализаторов или высокой температуры.

Непредельные углеводороды содержат двойные или тройные связи и могут присоединять дополнительные атомы к местам разрыва кратных связей, превращаясь в предельные углеводороды.

Рис. 1. Схема классификации углеводородов.

Физические и химические свойства углеводородов меняются в зависимости от строения молекулы и количества углеродов в цепи.

К предельным или насыщенным углеводородам относятся алканы и циклоалканы. К непредельным или ненасыщенным углеводородам относятся алкены, алкины, алкадиены.

В сводной таблице предельных и непредельных углеводородов отображены основные характеристики классов.

КлассОбщая формулаСтроениеГомологиИзомерия
АлканыCnH2n+2Линейные молекулы, содержащие одинарные связи
  • метан – CH4;
  • этан – C2H6;
  • пропан – C3H8;
  • бутан – C4H10;
  • пентан – C5H12;
  • гексан – C6H14;
  • гептан – C7H16;
  • октан – C8H18;
  • нонан – C9H20;
  • декан – C10H22
Структурная по углеродному скелету. В некоторых случаях возможна оптическая
ЦиклоалканыCnH2nЦиклические молекулы, содержащие одинарные связи
  • циклопропан – C3H6;
  • циклобутан – C4H8;
  • циклопентан – C5H10;
  • циклогексан – C6H12;
  • циклогептан – C7H14;
  • циклооктан – C8H16;
  • циклононан – C9H18;
  • циклодекан – C10H20;
  • циклоундекан – C11H22;
  • циклододекан – C12H24
Структурная углеродного скелета, межклассовая, пространственная
АлкеныCnH2nВключают одну двойную связь (СН2=СН2)
  • этен – C2H4;
  • пропен – C3H6;
  • бутен – C4H8;
  • пентен – C5H10;
  • гексен – C6H12;
  • гептен – C7H14;
  • октен – C8H16;
  • нонен – C9H18;
  • декен – C10H20
Структурная по углеродному скелету и положению двойной связи, межклассовая с циклоалканами, пространственная
АлкадиеныCnH2n-2Содержат две двойные связи (СН2=С=СН2)
  • пропадиен – С3Н4;
  • бутадиен – С4Н6;
  • пентадиен – С5Н8;
  • гексадиен – С6Н10;
  • гептадиен – С7Н12;
  • октадиен – С8Н14;
  • нонадиен – С9Н16;
  • декадиен – С10Н18
Структурная углеродного скелета, положения двойных связей, межклассовая с алкинами, пространственная
АлкиныCnH2n-2Содержат одну тройную связь (CH≡CH)
  • ацетилен – C2H2;
  • пропин – C3H4;
  • бутин – C4H6;
  • пентин – C5H8;
  • гексин – C6H10;
  • гептин – C7H12;
  • октин – C8H14;
  • нонин – C9H16;
  • декин – C10H18
Структурная по углеродному скелету, положению тройной связи, межклассовая

Рис. 2. Строение предельных углеводородов.

Класс аренов (ароматических углеводородов) выделяется в отдельную группу. Арены содержат бензольное кольцо и отличаются химическими свойствами от насыщенных и ненасыщенных углеводородов.

Рис. 3. Примеры непредельных углеводородов.

Предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные) углеводороды – две группы веществ, включающие отдельные классы, которые отличаются строением и свойствами. К предельным углеводородам относятся линейные алканы и циклические циклоалканы.

К непредельным углеводородам относятся алкены с одной двойной связью, алкадиены с двумя двойными связями и алкины с одной тройной связью. Между классами возможна межклассовая изомерия: между алкенами и циклоалканами, между алкинами и алкадиенами.

Средняя оценка: 4.1. Всего получено оценок: 304.

Источник: https://obrazovaka.ru/himiya/predelnye-i-nepredelnye-uglevodorody-tablica.html

Непредельные углеводороды. Алкены

15. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды

Алкены (олефины, этиленовые углеводороды) – ациклические непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь между атомами углерода образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp2 гибридизации, и имеют валентный угол 120°.

Простейшим алкеном является этен C2H4.По номенклатуре IUPAC названия алкенов образуются от названий соответствующих алканов заменой суффикса «-ан» на «-ен»; положение двойной связи указывается арабской цифрой.

Пространственная структура этилена

По названию первого представителя этого ряда – этилена – такие углеводороды называют этиленовыми.

Номенклатура

Алкены простого строения часто называют, заменяя суффикс -ан в алканах на -илен: этан – этилен, пропан – пропилен и т.д.

По систематической номенклатуре названия этиленовых углеводородов производят заменой суффикса -ан в соответствующих алканах на суффикс -ен (алкан – алкен, этан – этен, пропан – пропен и т.д.).

Выбор главной цепи и порядок названия тот же, что и для алканов. Однако в состав цепи должна обязательно входить двойная связь. Нумерацию цепи начинают с того конца, к которому ближе расположена эта связь.

Например:

Иногда используют и рациональные названия. В этом случае все алкеновые углеводороды рассматривают как замещенные этилена:

Непредельные (алкеновые) радикалы называют тривиальными названиями или по систематической номенклатуре:

Н2С = СН – – винил (этенил)

Н2С = CН – СН2- -аллил (пропенил-2)

Изомерия

Для алкенов характерны два вида структурной изомерии. Кроме изомерии, связанной со строением углеродного скелета (как у алканов), появляется изомерия, зависящая от положения двойной связи в цепи. Это приводит к увеличению числа изомеров в ряду алкенов.

Первые два члена гомологического ряда алкенов -(этилен и пропилен) – изомеров не имеют и их строение можно выразить так:

H2C = CH2 этилен (этен)

H2C = CH – CH3 пропилен (пропен)

Изомерия положения кратной связи

H2C = CH – CH2 – CH3 бутен-1

H3C – CH = CH – CH3 бутен-2

Геометрическая изомерия – цис-, транс- изомерия.

Такая изомерия характерна для соединений с двойной связью.

Если простая σ -связь допускает свободное вращение отдельных звеньев углеродной цепи вокруг своей оси, то вокруг двойной связи такого вращения не происходит. Это и является причиной появления геометрических (цис-, транс-) изомеров.

Геометрическая изомерия – один из видов пространственной изомерии.

Изомеры, у которых одинаковые заместители (при разных углеродных атомах) расположены по одну сторону от двойной связи, называют цис-изомерами,а по разную – транс-изомерами:

Цис- и транс-изомеры отличаются не только пространственным строением, но и многими физическими и химическими свойствами. Транс-изомеры более устойчивы, чем цис-изомеры.

Получение алкенов

В природе алкены встречаются редко. Обычно газообразные алкены (этилен, пропилен, бутилены) выделяют из газов нефтепереработки (при крекинге) или попутных газов, а также из газов коксования угля.

В промышленности алкены получают дегидрированием алканов в присутствии катализатора (Сr2О3).

Дегидрирование алканов

H3C – CH2 – CH2 – CH3 → H2C = CH – CH2 – CH3 + H2↑ (бутен-1)

бутан

H3C – CH2 – CH2 – CH3 → H3C – CH = CH – CH3 + H2↑ (бутен-2)

Из лабораторных способов получения можно отметить следующие:

1. Отщепление галогеноводорода от галогеналкилов при действии на них спиртового раствора щелочи:

2. Гидрирование ацетилена в присутствии катализатора (Pd):

H-C ≡ C-H + H2 → H2C = CH2

3. Дегидратация спиртов (отщепление воды).
В качестве катализатора используют кислоты (серную или фосфорную) или Аl2O3:

В таких реакциях водород отщепляется от наименее гидрогенизированного (с наименьшим числом водородных атомов) углеродною атома (правило А.М.Зайцева):

Физические свойства

Физические свойства некоторых алкенов показаны в таблице ниже. Первые три представителя гомологического ряда алкенов (этилен, пропилен и бутилен) – газы, начиная с C5H10 (амилен, или пентен-1) – жидкости, а с С18Н36 – твердые вещества.

С увеличением молекулярной массы повышаются температуры плавления и кипения. Алкены нормального строения кипят при более высокой температуре, чем их изомеры, имеющие изостроение.

Температуры кипения цис-изомеров выше, чем транс-изомеров, а температуры плавления – наоборот.

Алкены плохо растворимы в воде (однако лучше, чем соответствующие алканы), но хорошо – в органических растворителях. Этилен и пропилен горят коптящим пламенем.

Физические свойства некоторых алкенов

НазваниеФормулаt пл,°Сt кип,°Сd204
Этилен (этен)С2Н4-169,1-103,70,5700
Пропилен (пропен)С3Н6-187,6-47,70,5193*
Бутилен (бутен-1)C4H8-185,3-6,30,5951
Цис-бутен-2С4Н8-138,93,70,6213
Транс-бутен-2С4Н8-105,50,90,6042
Изобутилен (2-метилпропен)С4Н8-140,4-7,00,5942*
Амилен (пентен-1)C5H10-165,2+30,10,6405
Гексилен (гексен-1)С6Н12-139,863,50,6730
Гептилен (гептен-1)C7H14-11993,60,6970
Октилен (октен-1)C8H16-101,7121,30,7140
Нонилен (нонен-1)C9H18-81,4146,80,7290
Децилен (децен-1)С10Н20-66,3170,60,7410

* Жидкий

Алкены малополярны, но легко поляризуются.

Химические свойства

Алкены обладают значительной реакционной способностью. Их химические свойства определяются, главным образом, двойной углерод-углеродной связью.

π-Связь, как наименее прочная и более доступная, при действии реагента разрывается, а освободившиеся валентности углеродных атомов затрачиваются на присоединение атомов, из которых состоит молекула реагента. Это можно представить в виде схемы:

Таким образом, при реакциях присоединения двойная связь разрывается как бы наполовину (с сохранением σ-связи).

Для алкенов, кроме присоединения, характерны еще реакции окисления и полимеризации.

Реакции присоединения

Чаще реакции присоединения идут по гетеролитическому типу, являясь реакциями электрофильного присоединения.

1. Гидрирование (присоединение водорода). Алкены, присоединяя водород в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni), переходят в предельные углеводороды – алканы:

Н2С = СН2 + H2 Н3С – СН3 (этан)

этилен

2. Галогенирование (присоединение галогенов). Галогены легко присоединяются по месту разрыва двойной связи с образованием дигалогенопроизводных:

Н2С = СН2 + Cl2 → ClH2C – CH2Cl (1,2-дихлорэтан)

Легче идет присоединение хлора и брома, труднее — иода. Фтор с алкенами, как и с алканами, взаимодействует со взрывом.

Сравните: у алкенов реакция галогенирования – процесс присоединения, а не замещения (как у алканов).

Реакцию галогенирования обычно проводят в растворителе при обычной температуре.

Присоединение брома и хлора к алкенам происходит по ионному, а не по радикальному механизму. Этот вывод следует из того, что скорость присоединения галогена не зависит от облучения, присутствия кислорода и других реагентов, инициирующих или ингибирующих радикальные процессы.

На основании большого числа экспериментальных данных для этой реакции был предложен механизм, включающий несколько последовательных стадий. На первой стадии происходит поляризация молекулы галогена под действием электронов π-связи.

Атом галогена, приобретающий некоторый дробный положительный заряд, образует с электронами π-связи нестабильный интермедиат, называемый π-комплексом или комплексом с переносом заряда.

Следует отметить, что в π-комплексе галоген не образует направленной связи с каким-нибудь конкретным атомом углерода; в этом комплексе просто реализуется донорно-акцепторное взаимодействие электронной пары π-связи как донора и галогена как акцептора.

Далее π-комплекс превращается в циклический бромониевый ион. В процессе образования этого циклического катиона происходит гетеролитический разрыв связи Br-Br и пустая р-орбиталь sp2-гибридизованного атома углерода перекрывается с р-орбиталью “неподеленной пары” электронов атома галогена, образуя циклический ион бромония.

На последней, третьей стадии анион брома как нуклеофильный агент атакует один из атомов углерода бромониевого иона. Нуклеофильная атака бромид-иона приводит к раскрытию трехчленного цикла и образованию вицинального дибромида (vic-рядом). Эту стадию формально можно рассматривать как нуклеофильное замещение SN2 у атома углерода, где уходящей группой является Br+.

Результат этой реакции нетрудно предвидеть: анион брома атакует карбкатион с образованием дибромэтана.

Быстрое обесцвечивание раствора брома в СCl4 служит одним из простейших тестов на ненасыщенность, поскольку и алкены, и алкины, и диены быстро реагируют с бромом.

Присоединение брома к алкенам (реакция бромирования) – качественная реакция на предельные углеводороды. При пропускании через бромную воду (раствор брома в воде) непредельных углеводородов желтая окраска исчезает (в случае предельных – сохраняется).

3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов). Алкены легко присоединяют галогенводороды:

H2С = СН2 + НВr → Н3С – CH2Вr

Присоединение галогенводородов к гомологам этилена идет по правилу В.В.Марковникова (1837 – 1904): при обычных условиях водород галогенводорода присоединяется по месту двойной связи к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а галоген — к менее гидрогенизированному:

Правило Марковникова можно объяснить тем, что у несимметричных алкенов (например, в пропилене) электронная плотность распределена неравномерно. Под влиянием метильной группы, связанной непосредственно с двойной связью, происходит смещение электронной плотности в сторону этой связи (на крайний углеродный атом).

Вследствие такого смещения p-связь поляризуется и на углеродных атомах возникают частичные заряды. Легко представить, что положительно заряженный ион водорода (протон) присоединится к атому углерода (электрофильное присоединение), имеющему частичный отрицательный заряд, а анион брома – к углероду с частичным положительным зарядом.

Такое присоединение является следствием взаимного влияния атомов в органической молекуле. Как известно, электроотрицательность атома углерода немного выше, чем водорода.

Поэтому в метильной группе наблюдается некоторая поляризация σ-связей С-Н, связанная со смещением электронной плотности от водородных атомов к углероду.

В свою очередь это вызывает повышение электронной плотности в области двойной связи и особенно на ее крайнем, атоме. Таким образом, метильная группа, как и другие алкильные группы, выступает в качестве донора электронов.

Однако в присутствии пероксидных соединений или О2 (когда реакция имеет радикальный характер) эта реакция может идти и против правила Марковникова.

По тем же причинам правило Марковникова соблюдается при присоединении к несимметричным алкенам не только галогеноводородов, но и других электрофильных реагентов (H2O, H2SО4, НОСl, ICl и др.).

4. Гидратация (присоединение воды). В присутствии катализаторов [H2SO4 (конц.) и др.] к алкенам присоединяется вода с образованием спиртов. Например:

H3C – CH = CH2 + H – OH → H3C – CHOH – CH3 (изопропиловый спирт)

Реакции окисления

Алкены окисляются легче, чем алканы. Продукты, образованные при окислении алкенов, и их строение зависят от строения алкенов и от условий проведения этой реакции.

1. Горение

Н2С = СН2 + 3O2 → 2СO2 + 2Н2O

2. Неполное каталитическое окисление

3. Окисление при обычной температуре. При действии на этилен водного раствора КМnO4 (при нормальных условиях, в нейтральной или щелочной среде – реакция Вагнера) происходит образование двухатомного спирта – этиленгликоля:

3H2C = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2 – CH2OH (этиленгликоль)+ 2MnO2 + KOH

Эта реакция является качественной: фиолетовая окраска раствора перманганата калия изменяется при добавлении к нему непредельного соединения.

В более жестких условиях (окисление КМnO4 в присутствии серной кислоты или хромовой смесью) в алкене происходит разрыв двойной связи с образованием кислородсодержащих продуктов:

H3C – CH = CH – CH3 + 2O2 → 2H3C – COOH (уксусная кислота)

Реакция изомеризации

При нагревании или в присутствии катализаторов алкены способны изомеризоваться – происходит перемещение двойной связи или установление изостроения.

Реакции полимеризации

За счет разрыва π-связей молекулы алкена могут соединяться друг с другом, образуя длинные цепные молекулы.

Нахождение в природе и физиологическая роль алкенов

В природе ациклические алкены практически не встречаются. Простейший представитель этого класса органических соединений – этилен C2H4 – является гормоном для растений и в незначительном количестве в них синтезируется.

Один из немногих природных алкенов – мускалур (цис-трикозен-9) является половым аттрактантом самки домашней мухи (Musca domestica).

Низшие алкены в высоких концентрациях обладают наркотическим эффектом. Высшие члены ряда также вызывают судороги и раздражение слизистых оболочек дыхательных путей

Отдельные представители

Этилен (этен) – органическое химическое соединение,описываемое формулой С2H4. Является простейшим алкеном . Содержит двойную связь и поэтому относится к ненасыщенным или непредельным углеводородам. Играет чрезвычайно важную роль в промышленности, а также является фитогормоном (низкомолекулярные органические вещества, вырабатываемые растениями и имеющие регуляторные функции).

Этилен – вызывает наркоз, обладает раздражающим и мутагенным действием.

Этилен – самое производимое органическое соединение в мире; общее мировое производство этилена в 2008 году составило 113 миллионов тонн и продолжает расти на 2-3% в год.

Этилен является ведущим продуктом основного органического синтеза и применяется для получения полиэтилена (1-е место, до 60 % всего объёма).

Полиэтилен – термопластичный полимер этилена . Самый распространенный в мире пластик.

Представляет собой воскообразную массу белого цвета (тонкие листы прозрачный бесцветны).

Химически- и морозостоек, изолятор, не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80-120°С), при охлаждении застывает, адгезия (сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел) – чрезвычайно низкая. Иногда в народном сознании отождествляется с целлофаном – похожим материалом растительного происхождения.

Пропилен – вызывает наркоз (сильнее, чем этилен), оказывает общетоксическое и мутагенное действие.

Устойчив к действию воды, не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже концентрированной серной кислоты, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора. Со временем, происходит термостарение.

– Полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочных, например, пузырчатая упаковка или скотч ).

– Тара ( бутылки , банки , ящики , канистры , садовые лейки , горшки для рассады.

– Полимерные трубы для канализации , дренажа , водо-, газоснабжения.

– Электроизоляционный материал.

– Полиэтиленовый порошок используется как термоклей.

Бутен-2 – вызывает наркоз, обладает раздражающим действием.

Источник: http://examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/alkeny.html

Непредельные углеводороды – Химия

15. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды

Непредельные углеводороды

Непредельные углеводороды – это углеводороды, содержащиекратные связи в углеродном скелете молекулы.

Кратными называются двойные и тройныесвязи.

К непредельным углеводородам относятсяалкены, алкины, алкадиены и другие углеводороды с кратными связями в молекуле.

КлассАлкеныАлкиныАлкадиены
Общая формулаCnH2nCnH2n-2CnH2n-2
Типы связиОдна двойная ( – и -) связьОдна тройная ( – и две -) связиДве двойные связи
Примеры гомологовCH2=CH2этен (этилен)CH  CHэтин (ацетилен)
CH2=CH—CH3пропенCH  C—CH3пропинCH2=C=CH2пропадиен
CH2=CH—CH2—CH3бутен-1CH  C—CH2—CH3бутин-1CH2=C=CH—CH3бутадиен-1,3

Виды изомерии

·        Структурная:

–        изомерия углеродного скелета,

–        изомерия положения кратной связи.

·        Пространственная (геометрическая или цис-транс; для алкенов и алкадиенов).

·        Межклассовая (например: алкены и циклоалканы, или алкины и алкадиены).

Пример 1.Изомеры состава C4H8:

1)бутен-1CH2=CH—CH2—CH32)2-метилпропен3а)транс-бутен-23б)цис-бутен-24) метилциклопропан5) циклобутан

Вещества 1 и 2, а также 4 и 5 – изомерыуглеродного скелета; вещества 1 и 3 – изомеры положения двойной связи; вещества3а и 3б – пространственные изомеры; вещества 1, 2,3 с одной стороны и вещества 4 и 5 с другой стороны – межклассовые изомеры.

Пример 2.Некоторые изомеры состава C5H8:

1) пентин-1CHC—CH2—CH2—CH32) пентин-2CH3—CC—CH2—CH33) 3-метилбутин-1
4) пентадиен-1,2CH2=C=CH—CH2—CH35) пентадиен-1,3CH2=CH—CH=CH—CH36) пентадиен-1,4CH2=CH—CH2—CH=CH2
7) 2-метилбутадиен-1,3

Вещества 1 и 3, а также 5 и 7 – изомерыуглеродного скелета; вещества 1 и 2 – изомеры положения тройной связи; вещества4, 5 и 6 – изомеры положения двойных связей; вещества 1, 2 и 3 с одной стороныи вещества 4, 5, 6 и 7 с другой стороны – межклассовые изомеры.

Для алкенов цис-транс изомеры естьтолько в том случае, если каждый из двух атомов углерода, связанных двойнойсвязью, имеет два разных заместителя, но при этом два из этих четырехзаместителей одинаковы.

Алкены

Алкены это непредельные углеводороды, в молекулах которых есть одна двойнаясвязь между атомами углерода

Физическиесвойства алкенов

Низшие алкены – газы, почти без запаха.С увеличением молекулярной массы температура кипения возрастает. Температуракипения неразветвленных алкенов больше температуры кипения разветвленныхизомеров, температура кипения цис-изомеров больше температуры кипения транс-изомеров. Малорастворимы в воде Плотность жидких алкенов меньше 1 г/см3.

Химическиесвойства алкенов

Алкены значительно более активны, чемалканы, из-за наличия в молекулах не очень прочных π-связей.

C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O

  1. Присоединение (с разрывом π -связи)

а) гидрирование:

CH2=CH2 + H2 CH3—CH3
этан

б) галогенирование(бромирование):

CH2=CH2 + Br2 BrCH2—CH2Br1,2-дибромэтан

в) гидратация:

CH2=CH2 + H2O CH3—CH2OH
этанол

г)гидрогалогенирование (гидрохлорирование):

CH2=CH—CH3 + HCl CH3—CHCl—CH32-хлорпропан

Присоединение молекулгалогеноводородов протекает по правилу Марковникова(водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода).

nCH2=CH2 [—CH2—CH2—]n
этиленполиэтилен

4.    Качественные реакциина алкены: обесцвечивание бромной воды (см. уравнение 2б) и раствораперманганата калия

CH2=CH2 + [O] + H2O HO—CH2—CH2—OHэтиленгликоль

Алкины

Алкины это непредельные углеводороды, в молекулах которых есть одна тройнаясвязь между атомами углерода

Физические свойстваалкинов

Низшие алкины – бесцветные газы немногорастворимые в воде с плтностью меньше 1 г/см3; с увеличениеммолекулярной массы температура кипения возрастает, температура кипениянеразветвленных алкинов больше температуры кипения разветвленных изомеров.

Химическиесвойства алкинов

2C2H2 + 5O2  4CO2 + 2H2O

В этой реакциитемпература пламени может достигать 3000oС, поэтому она применяетсядля сварки металлов.

  1. Присоединение (протекает в две стадии: с разрывом одной, а затем и другой π -связи):

а) гидрирование:

CH  CH CH2=CH2CH3—CH3
этинэтенэтан

б) галогенирование:

CH  CH  CHBr=CHBr  CHBr2—CHBr2

в)гидрогалогенирование (первая стадия):

CH  CH + HCl  CH2=CHCl

г) гидратация (реакцияКучерова):

CH CH + H2O CH3—CHO
ацетальдегид (уксусный альдегид)
  1. Тримеризация (синтез Бертло-Зелинского):
  1. Замещение (для алкинов с тройной связью после первого атома углерода):
2HC  C—CH3 + Ag2O 2AgC  C—CH3 + H2O
ацетиленид серебра

5.    Качественные реакциина алкины: обесцвечивание бромной воды (см. реакцию 2б) и раствораперманганата калия; образование осадка ацетиленида серебра (см. реакцию 4).

Алкадиены

Алкадиены это непредельные углеводороды, в молекулах которых есть две двойныесвязи между атомами углерода

Физическиесвойства алкадиенов

бутадиен-1,3 – газ, следующие членыгомологического ряда – бесцветные жидкости с плотностью меньше 1 г/см3.

Химическиесвойства алкадиенов

2C4H6 + 11O2  8CO2 + 6H2O

а) гидрирование:

CH2=CH—CH=CH2CH3—CH2—CH2—CH3

б) галогенирование:

CH2=CH—CH=CH2CH2Br—CHBr—CHBr—CH2Br
  1. Полимеризация (используется при производстве синтетических каучуков):
nCH2=CH—CH=CH2(—CH2—CH=CH—CH2—)n
бутадиен-1,3Полибутадиен(бутадиеновый каучук)
2-метилбутадиен-1,3(изопрен)Полиизопрен(изопреновый каучук)

Такой же состав, как полиизопрен, (C5H8)n – имеет и природный полимер − натуральный каучук.

Алкадиены, как алкены и алкины, обесцвечивают бромную воду (реакция 2б) и растворперманганата калия.

Получениенепредельных углеводородов

Получениеалкенов

  1. Дегидрирование алканов: CH3—CH3  CH2=CH2 + H2
  2. Дегалогенирование галогеналканов: CH2Br—CH2Br + Zn  CH2=CH2 + ZnBr2
  3. Дегидрогалогенирование галогеналканов: CH3—CH2Cl + NaOH  CH2=CH2 + NaCl + H2O
  4. Дегидратация спиртов (лабораторный способ): CH3—CH2OH  CH2=CH2 + H2O
  5. Крекинг алканов: C4H10  C2H6 + C2H4

Получениеалкинов

  1. Дегидрирование алканов: CH3—CH3  CH  CH + 2H2;    2CH4  3H2 + CH CH.
  2. Карбидный способ: CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2

Получениеалкадиенов

  1. Дегидрирование алканов: CH3—CH2—CH2—CH3  CH2=CH—CH=CH2 +2H2
  2. Дегидратация и дегидрирование этанола (метод С. В. Лебедева; только для бутадиена):

2CH3—CH2OH  CH2=CH—CH=CH2 +2H2O+ H2

Алгоритмсоставления названий непредельных углеводородов

  1. Найдите главную углеродную цепь:  это самая длинная цепь атомов углерода, содержащая кратную связь.
  2. Пронумеруйте атомы углерода в главной цепи с того конца, к которому ближе кратная связь.
  3. Укажите номер атома углерода в главной цепи, у которого есть заместитель и дайте название заместителю. Если заместителей несколько, расположите их по алфавиту. Перед названием одинаковых заместителей укажите номера всех атомов углерода, с которыми они связаны, и используйте умножающие приставки (ди-, три-, тетра-).
  4. Напишите название главной цепи с суффиксом, определяющим степень насыщенности углеводорода: для непредельных с двойной связью -ен, с двумя двойными связями -диен, с тройной связью -ин; затем укажите номер атома углерода, после которого стоит кратная связь.

Самопроверка

Изучив тему, Вы должны усвоить следующиепонятия: непредельные углеводороды, алкены, алкины, алкадиены, π-связь, двойная связь, тройная связь.

Вы должны знать: общие формулыалкенов, алкинов, алкадиенов; виды изомерии; номенклатурные правила дляуглеводородов; правило Марковникова, типы реакций [горение, присоединение(гидрирование, гидратация, галогенирование, гидрогалогенирование,полимеризация), разложение (дегидрирование, дегидратация,дегидрогалогенирование)], качественные реакции на алкены, алкины и алкадиены. Желаемуспехов.

Источник: https://www.sites.google.com/site/himiyasppk/novosti-sajta/nepredelnye-uglevodorody

Читать

15. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды
sh: 1: –format=html: not found

Алена Игоревна Титаренко

Шпаргалка по органической химии

1. Предмет органической химии

Органические вещества в своем составе наряду с другими элементами всегда содержат углерод. Изучение соединений углерода – их строения, химических превращений – и составляет предмет органической химии.

Вещества органические и неорганические.

Наряду с углеродом в состав органических веществ чаще всего входят водород, кислород и азот, сравнительно реже – сера, фосфор, галогены и другие элементы. Известно несколько миллионов органических соединений, неорганических же веществ значительно меньше. Из всех химических элементов только углерод образует такое большое число органических соединений.

С органическими веществами мы встречаемся на каждом шагу. Они содержатся во всех растительных и животных организмах, входят в состав нашей пищи, служат материалом для изготовления одежды, образуют различные виды топлива, используются нами в качестве лекарств, красителей, средств защиты урожая и т. д.

Резкой грани между органическими и неорганическими веществами не существует. Оксиды углерода, угольная кислота, ее соли и некоторые другие вещества по наличию в них углерода должны считаться органическими, но по свойствам они близки к неорганическим соединениям подобного типа и изучаются обычно в неорганической химии.

С органическими веществами человек знаком с давних времен. Наши далекие предки применяли природные красители для окраски тканей, использовали в качестве продуктов питания растительные масла, животные жиры, тростниковый сахар, получали уксус брожением спиртовых жидкостей.

В настоящее время синтезированы многие органические вещества, не только имеющиеся в природе, но и не встречающиеся в ней: многочисленные пластмассы, различные виды каучуков, всевозможные красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты.

Синтетически полученных веществ сейчас известно даже больше, чем найденных в природе, и число их быстро растет. Осуществляются синтезы самых сложных органических веществ – белков.

Название науки «органическая химия», утратив первоначальный смысл, приобрело в связи с этим более широкое толкование.

Можно сказать, что такое название получило и новое подтверждение, так как ведущей познавательной задачей современной органической химии является глубокое изучение процессов, происходящих в клетках организмов на молекулярном уровне, выяснение тех тонких механизмов, которые составляют материальную основу явлений жизни.

Изучение химии органических веществ, таким образом, расширяет наши знания о природе.

2. Предпосылки теории строения

Подобно тому как в неорганической химии при изучении элементов и их соединений необходимо постоянно руководствоваться периодическим законом и Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, в органической химии при изучении веществ необходимо опираться на теорию химического строения.

Основные особенности предпосылок химического строения:

1) теория химического строения в своей основе была создана в 60-е гг. XIX в.;

2) основная задача органической химии того времени состояла в изучении состава и свойств природных соединений;

3) также основная задача состояла в разработке способов рационального использования состава и свойств природных соединений для практических нужд;

4) в связи с развитием промышленности, торговли, ростом городов к органической химии стали предъявляться большие требования;

5) текстильная промышленность нуждалась в разнообразных красителях;

6) для развития пищевой промышленности требовались более совершенные методы переработки сельскохозяйственных продуктов;

7) необходимо было решить проблему освещения растущих городов на основе использования природных материалов;

8) нужно было также удовлетворить потребность населения в лекарственных веществах и т. д.

Дальнейшее развитие органической химии стало замедляться из-за отставания в ней теоретических представлений.

Новые теоретические воззрения:

1) открывшиеся в процессе исследования веществ новые явления требовали систематизации и объяснения их с единой точки зрения, но теория того времени оказывалась для этого недостаточной;

2) органическая химия должна была создавать новые вещества, но теоретические знания не могли указать пути их целенаправленного синтеза;

3) необходимость новых теоретических воззрений в органической химии становится более понятной, если знать некоторые известные факторы.

При изучении курса неорганической химии становится известно, что:

а) углерод образует с водородом большое число соединений, так называемых углеводородов;

б) в состав горючего природного газа, например, наряду с простейшим углеводородом метаном СН4, входят этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4H10 и др.;

в) при термическом разложении каменного угля образуется бензол С6Н6, толуол С7Н8 и т. д.;

г) много различных углеводородов содержится в нефти;

4) углерод, который содержится в природном газе, является четырехвалентным элементом, но только в метане он сохраняет эту валентность;

5) в этане С2Н6 углерод должен быть трехвалентным, а в пропане С3Н8 иметь даже дробную валентность.

3. Особенности органических соединений

В отличие от неорганических веществ органические вещества имеют ряд характерных особенностей:

1) атомы углерода способны соединяться друг с другом;

2) образуют цепи и кольца, что не так типично для неорганических соединений. Это одна из причин многообразия органических соединений;

3) одной из важных особенностей органических соединений, которая накладывает отпечаток на все их химические свойства, является характер связей между атомами в их молекулах.

Эти связи имеют ярко выраженный ковалентный характер. Органические вещества в большинстве неэлектролиты, не диссоциируют в растворах на ионы и сравнительно медленно взаимодействуют друг с другом.

Время, необходимое для завершения реакций между органическими веществами, измеряется часами, а иногда и днями.

Если ионные (неорганические) соединения легко диссоциируют в воде на ионы и реакции между ними протекают весьма быстро, то органические вещества, содержащие простые (одинарные) С – С и С – Н связи, взаимодействуют между собой с большим трудом.

При нагревании в пределах 400–600 °C органические соединения полностью разлагаются и обугливаются, а в присутствии кислорода сгорают. Это объясняется сравнительно небольшой прочностью связи между атомами углерода (355,6 кДж/моль);

4) важной особенностью органических соединений является и то, что среди них широко распространено явление изомерии;

5) имеется множество соединений углерода, которые обладают одинаковым качественным и количественным составом и одинаковой молекулярной массой, но совершенно различными физическими и даже химическими свойствами;

6) многие органические соединения являются непосредственными носителями, участниками или продуктами процессов, которые протекают в живых организмах, – ферменты, гормоны, витамины.

Особенности атома углерода объясняются его строением:

1) он имеет четыре валентных электрона;

2) атомы углерода образуют с другими атомами, а также друг с другом общие электронные пары. При этом на внешнем уровне каждого атома углерода будет восемь электронов (октет), четыре из которых одновременно принадлежат другим атомам.

В органической химии обычно пользуются структурными формулами, поскольку атомы имеют пространственное расположение в молекуле.

Источник: https://www.litmir.me/br/?b=117984&p=5

2.1 Ненасыщенные (непредельные) углеводороды (алкены)

15. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды

ТЕМА №2: НЕНАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

(АЛКЕНЫ, АЛКАДИЕНЫ, АЛКИНЫ).

Лекция 2.1:  Ненасыщенные (непредельные) углеводороды (алкены).

 Учебные вопросы:

1.     Понятие ненасыщенных углеводородов, их использование. Гомологические ряды, общие формулы, номенклатура. Структурная и пространственная изомерия. Энергия, длина, полярность и поляризуемость химических связей, физико-химические и пожароопасные свойства.

2.     Основные химические реакции:

·        окисления (неполное окисление, горение, склонность к самовозгоранию в атмосфере галогенов);

·        присоединения (водорода, галогенов, галогенводородов, воды, [правило В.В. Марковникова], галогенводородов в присутствии примесей);

·        полимеризации.

Ненасыщенные (непредельные) углеводороды (алкены)

Ненасыщенными, или непредельными, углеводородами называют такие углеводороды, элементарный состав которых характеризуется меньшим содержанием водорода по сравнению с соответствующими по числу углеродных атомов предельными углеводородами.

Согласно теории химического строения  в ненасыщенных углеводородах углерод также имеет валентность равную четырем, но строение этих соединений отличается тем, что в их молекулах имеются пары углеродных атомов, соединенные так называемыми кратными – двойными или тройными – связями. Благодаря наличию кратных связей атомы углерода в непредельных углеводородах не до предела насыщены водородом; отсюда и возникло название – непредельные или ненасыщенные.

Все другие органические соединения, в молекулах которых имеются кратные связи между углеродными атомами, являются производными ненасыщенных углеводородов; их также называют непредельными органическими веществами.

В противоположность насыщенным, ненасыщенные углеводороды проявляют высокую активность в химических реакциях и особенно  склонны к реакциям присоединения. 

Ненасыщенные углеводороды ряда этилена (олефины, алкены)

Углеводородами ряда этилена, или этиленовыми углеводородами (олефинами) называют ненасыщенные углеводороды, строение которых отличается наличием в их молекулах  одной двойной связи между углеродными атомами, т.е.

– группировки   >C=CC=C< ; количество одинаковых обозначают греческими числительными. При наличии двух одинаковых или разных радикалов указывают, симметрично (симм-) или несимметрично (несимм-) они расположены по отношению к этиленовой группировке.

Рациональные названия выведенных выше изомерных бутиленов приведены в таблице 1.

                                                                                                              Таблица 1.

Названия бутиленов и двух изомерных гексиленов.

Если с этиленовой группировкой связаны три или четыре неодинаковых радикала, образующие ее атомы углерода можно пометить греческими буквами a (альфа), b(бета) и таким образом обозначить положение радикалов.

Международная заместительная номенклатура. По заместительной номенклатуре этиленовые углеводороды называют, руководствуясь теми ж принципами, что и при наименовании предельных углеводородов; наличие двойной связи обозначают, заменив в международном названии предельного углеводорода окончание – ан  на  – ен.

  Поэтому углеводороды с двойной связью по международной номенклатуре объединяют общим названием алкены. Чтобы отразить в названии положение двойной связи, перед наименованием основы (главной цепи) соединения ставят цифру, обозначающую номер того углеродного атома, за которым следует кратная (двойная) связь.

В качестве главной цепи выбирают  такую наиболее длинную и наиболее разветвленную углеродную цепь, которая включает атомы углерода, соединенные кратной связью. Нумерацию атомов главной цепи начинают с того конца, к которому ближе кратная связь.

Если же  непредельный углерод имеет боковые цепи, а кратная связь находится в середине главной цепи, последнюю нумеруют с того конца, к которому ближе простейшие боковые ответвления или с той стороны, где разветвлений больше.

Для примера напишем еще формулы и заместительные названия более сложных этиленовых углеводородов:           

Физические свойства

Углеводороды ряда этилен – бесцветные тела. Температуры кипения и температуры плавления гомологов этилена нормального строения возрастают по мере увеличения в их составе числа углеродных атомов. Первые три члена ряда (С2-С4)- газы, начиная  с амиленов и кончая углеводородами С16Н32 – жидкости, высшие этиленовые углеводороды – твердые тела.    

Химические свойства

В отличие от насыщенных углеводородов для углеводородов ряда этилена характерны разнообразные реакции присоединения по месту двойной связи; при этом они значительно легче вступают во взаимодействие  с различными реагентами.

Все специфические особенности этиленовых углеводородов определяются характером двойной связи. Казалось бы, что двойная связь должна быть прочнее простой; на самом же деле она легко разрывается и превращается в простую (чем и обусловлены реакции присоединения).

При определенных условиях молекулы непредельных соединений распадаются с разрывом углеродной цепи именно по месту двойной связи.

В то же время двойная связь реально существует; она препятствует, например, вращению соединенных ею углеродных атомов вокруг оси связи (этим обусловлена геометрическая изомерия этиленовых углеводородов).

Как уже было указано, двойная связь осуществляется двумя парами обобщенных электронов, принадлежащим обоим соединенным двойной связью атомам. Состояние этих   электронных пар неодинаково. Одна пара осуществляет связь, аналогичную обычной простой связи (s-связь).

Электроны же второй  пары находятся в особом состоянии (p-связь). Эта пара электронов весьма лабильна и  осуществляемая ею связь в значительно большей мере, чем простая связь, подвергается поляризации.

Поэтому именно атомы, соединенные двойной связью, наиболее реакционноспособны и проявляют ненасыщенность, т.е. присоединяют к себе атомы  или атомные группы реагента.

  Таким образом, принятый для изображения двойной связи символ – две черточки (=) не отражает ее природы; надо помнить, что две связи, образующие двойную связь, неравноценны.

Присоединение водорода (реакция гидрирования)

При действии на этиленовые углеводороды водорода в присутствии катализаторов (Ni, Pt) атомы водорода легко присоединяются к углеродным атомам, соединенным двойной связью, которая при этом разрывается и на ее месте сохраняется простая связь:

В результате гидрирования образуются предельные углеводороды. Гидрирование непредельных углеводородов – важный способ получения углеводородов ряда метана.

Присоединения водорода по месту кратных связей вообще имеет большое практическое значение для превращения непредельных соединений различных классов в предельные.

Так, гидрирование применяют в промышленности при получении твердых жиров из жидких растительных масел. 

Присоединение галогенов (галогенирование)

При действии на этиленовые углеводороды галогенов в результате присоединения их по месту двойной связи образуются дигалогенпроизводные предельных углеводородов с атомами галогена при соседних углеродных атомах. Например:  

Реакция идет легко с хлором, несколько труднее с бромом и труднее всего с иодом. Реакция с бромом очень удобна для качественного и количественного определения непредельных соединений; при взаимодействии их с бромом или его растворами (обычно применяют бромную воду – раствор брома в воде) бурая окраска этих реагентов мгновенно исчезает.

Для этой цели можно применять и окрашенные в коричневый цвет растворы иода. Эта реакция лежит в основе определения непредельных жиров и масел. (Так, представление о содержании непредельных кислот в масле дает иодное число – количество граммов иода, которое может присоединяться [при соблюдении стандартных условий] к непредельным кислотам в 100 г жира.

Для большинства жиров и растительных масел иодное число 30-150).

Присоединение галогеноводородов

При действии на этиленовые углеводороды галогеноводородов также идет реакция присоединения, но образуются моногалогенпроизводные предельных углеводородов:  

Легко присоединяется иодистый водород, труднее бромистый и наиболее трудно – хлористый водород.

В приведенной реакции иодистого водорода с этиленом безразлично, к которому из атомов углерода, соединенных двойной связью, присоединяется водород, а к которому галоген, т.к. оба углеродных атома равноценны. Равноценность их видна, поскольку каждый соединен с двумя водородными атомами.

Если  же углеродные атомы, соединенные двойной связью, не одинаковы по числу связанных с ними атомов водорода, то галогенводород взаимодействует  с непредельным углеводородом с определенной закономерностью: водород из молекулы галогеноводорода присоединяется преимущественно к тому углероду по месту двойной связи, при котором имеется больше атомов водорода (к наиболее гидрогенизированному), а галоген – к углероду, при котором меньше или совсем нет атомов водорода. (Правило В.В. Марковникова)

Например:

Эта зависимость была открыта учеником и последователем А.М. Бутлерова, русским химиком В.В. Марковниковы и известна под названием правила Марковникова.

В ней проявляется общий закон химии – закон взаимного влияния связанных атомов, являющийся одним из основных положений теории строения.

Очевидно, что реакционная способность углеродных атомов при двойной связи, их неравноценность и состояние самой кратной связи обусловлены влиянием, которое проявляют связанные с этими углеродными атомами радикалы.

Присоединение воды (реакция гидратации)

В обычных условиях этиленовые углеводороды не реагируют с водой, но при нагревании в присутствии катализаторов (хлористый цинк, серная кислота) элементы воды (водород и гидроксил) присоединяются к углеродным атомам по месту двойной связи с образованием спиртов:

С гомологами этилена реакция протекает по правилу Марковникова: водород воды присоединяется преимущественно к тому углероду, при котором больше атомов водорода, а гидроксил – к тому углероду, при котором атомов водорода меньше или нет совсем:

В присутствии серной кислоты реакция  гидратации этиленовых углеводородов протекает с образованием промежуточных продуктов присоедиения (по правилу Марковникова) – так называемых алкилсерных кислот (сложные эфиры серной кислоты):

Алкилсерные кислоты разлагаются   затем водой (подвергаются гидролизу), вновь выделяя серную кислоту и образуя спирт:

Реакция окисления

В зависимости от условий непредельные углеводороды окисляются в различной степени. При высоких температурах они сгорают, образуя СО2 и Н2О.

Некоторые медленно окисляются кислородом воздуха уже при обыкновенной температуре. Обычно окисление происходит прежде всего по месту двойной связи.

Одной из наиболее характерных реакций окисления является взаимодействие непредельных углеводородов с раствором KMnO4 (реакция Е.Е. Вагнера, 1886г.)  

Реакция протекает в водном растворе, поэтому по месту двойной связи присоединяется кислород (из окислителя- KMnO4). [Окисление марганцевокислым калием в нейтральном или в слабощелочном растворе можно представить схемой:

В кислом растворе:

При составлении реакций окисления органических соединений обычно не пишут общего баланса реакции и для простоты над стрелкой обозначают кислород [О], отдаваемый окислителем, а под стрелкой – применяемый окислитель. (В данном случае KMnO4).] и вода, т.е.

две гидроксильные группы  и образуются двухатомные спирты.

Рассматриваемая реакция очень чувствительна, и ее используют для качественного определения ненесыщенных соединений; уже на холоду фиолетовая окраска нейтрального или щелочного раствора KMnO4 исчезает  и образуется бурый (коричневый) осадок MnO2; в кислой среде происходит полное обесцвечивание реактива.

При энергичном действии окислителей молекулы этиленовых углеводородов распадаются с разрывом углеродной цепи в том месте, где была двойная связь. Например:

Как видно из приведенных схем реакций, при окислительном распаде этиленовых углеводородов образуются “осколки”, в которых атомы углерода, соединенные в этиленовом углеводороде двойной связью, превращаются в кислородсодержащие функциональные группы. В зависимости от строения исходного олефина получаются кислоты или кетоны, по составу и строению которых можно судить о строении исходного олефина и, в частности, о положении в нем двойной связи.

Большой практический интерес представляет прямое каталитическое окисление этилена кислородом воздуха, в результате которого образуется окись этилена   (СН2—СН2)  – ценное исходное вещество во многих синтезах.

Способы получения алкенов

В природе этиленовые углеводороды (олефины; алкены) встречаются довольно редко. Иногда низшие олефины в небольших количествах растворены в нефти и входят в состав попутного нефтяного газа. Лишь в некоторых месторождениях нефть содержит значительные количества высших олефинов (например, канадская нефть).

Довольно много этиленовых углеводородов получается при крекинге и пиролизе углеводородов нефти и содержатся  в крекинг-бензинах.

Важным источником этилена, пропилена и бутиленов служат получающиеся при этом газы (газы крекинга); в таблице приведены данные о содержании в них непредельных углеводородов в зависимости от вида переработки нефтепродуктов.

Некоторые данные о содержании непредельных углеводородов в газах образующихся при крекинге и пиролизе высших фракций нефти

Вид переработки

, %

этилена

пропилена

бутилена

изобутилена

бутана

Жидкофазный крекинг

2,1

12,4

10,3

10,6

Парофазный крекинг

19,8

22,4

10,0

6,9

2,0

Каталитичесий крекинг

1,2

6,8

3,3

0,5

47,9

пиролиз

20,4

17,8

4,0

6,0

1,0

При крекинге цепи молекул углеводорода разрываются в различных местах и между образующимися в виде “осколков” радикалами с более короткими цепями перераспределяется водород. Таким образом, получается смесь более коротких непредельных углеводородов. Например:

Дегидрирование алканов

В присутствии катализаторов при высокой температуре происходит отщепление водорода (реакция дегидрирования) от молекул насыщенных углеводородов с образованием двойных связей. Так, при пропускании бутана над катализатором, содержащим окислы тяжелых металлов (например, Cr2O3), при температурах 400-600 оС образуется смесь бутенов:

Этот метод дает особую возможность использовать в качестве сырья  для химической промышленности попутный нефтяной газ. Последний, как уже знаем, содержит метан, этан, пропан и бутан. Путем дегидрирования их переводят в непредельные углеводороды, являющиеся исходными веществами для многих синтезов.

Отнятие галогенов от дигалогенпроизводных

Если в дигалогенпроизводном предельного углеводорода атомы галогена расположены при соседних углеродных атомах, то при отнятии галогена образуется двойная связь. Реакцию ведут, например, действуя на дигалогенпроизводные цинковой пылью в спиртовом растворе при нагревании. Например:            

Отщепление галогеноводорода от моногалогенпроизводных

При нагревании моногалогенпроизводых со спиртовым раствором щелочи происходит отнятие от их молекул галогеноводорода, причем водород отщепляется от углеродного атома, соседнего с тем, при котором стоит галоген: в результате образуется углеводород с двойной связью:

Если углеродные атомы, соседние с тем, при котором находится галоген, отличается по содержанию атомов водорода,  то при отщеплении галогенводорода водород отнимается преимущественно  от того углеродного атома, при котором атомов водорода меньше  (правило Зайцева, 1875г.).

Правило Зайцева  также отражает  закон взаимного влияния атомов.    

Например:

Отщепление воды от спиртов (реакция дегидротации)

При действии на одноатомные спирты различных водоотнимающих средств происходит отщепление  молекулы воды. При этом атом водорода отщепляется от углеродного атома, соседнего с тем, при котором находится гидроксильная группа спирта, что приводит к образованию непредельного углеводорода:    

В этой реакции также проявляется правило Зайцева, если есть выбор, водород отщепляется преимущественно от того, который содержит меньшее число атомов водорода.

Дегидратация спиртов происходит, например, при пропускании их паров над нагретой до 350-500 оС окисью алюминия.  Старый лабораторный метод  заключается в нагревании спиртов с концентрированной  Н2SO4; обычно так получают по приведенной выше реакции этилен из этилового спирта.

При смешении концентрированной Н2SO4  со спиртом вначале образуется сложный эфир – алкилсерная кислота. Например:

При нагревании алкилсерная кислота разлагается с образованием непредельного углеводорода и серной кислоты:

Отдельные представители алкенов

Этен (этилен). Как уже было указано, этилен может быть получен из этилового спирта действием концентрированной H2SO4. В промышленности используют этилен газов крекинга, а так же этилен, получаемый дегидрированием этана, входящего в состав попутного нефтяного газа. Этилен – бесцветный горючий газ, почти без запаха; в воде при 0 оС растворяется до ¼ объема этилена.

(Теплота сгорания  11200 ккал/кг, температура самовоспламенения 540 оС; область воспламенения 3-32 % объемных; в воздухе горит слабокоптящим пламенем.)  (Минимально взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении этилено-воздушных смесей углекислым газом 12,1 % объемн.; азотом 10 % объемн.

; максимальная нормальная скорость горения 0,74 м/сек; Температура горения = 2112 оС. Устойчив, приблизительно, до температуры 350 оС. Выше этой температуры начинает разлагаться на метан и ацетилен. При более высоких температурах этилен разлагается на ацетилен и водород.

Для предотвращения взрыва при аварийном истечении  этилена и тушения факела в закрытых объемах  необходима минимальная  концентрация СО2 – 42 % объемн.; азота – 52 % объемн.)

Этилен находит применение как исходное вещество для синтеза этанола, различных галогенпроизводных, окиси этилена, иприта, для получения полиэтилена  других синтетических высокополимеров. Имеет значительное применение для ускорения созревания  овощей и фруктов. Для этой цели при 18-20 оС достаточно добавить к воздуху 0,005-0,01 объемного процента этилена.

Пропен (пропилен) входит в состав газов крекинга. Может быть получен дегидированием пропана, входящего в состав попутного нефтяного газа. Служит сырьем для получения глицерина и изопропилового спирта; из последнего затем получают ацетон. Полимеризацией пропилена получают полипропилен:  

В качестве катализатора используют смесь триэтилалюминия Al(C2H5)3 с четыреххлористым  титаном TiCl4 (катализатор Циглера-Натта).

(Полипропилен по ряду свойств превосходит полиэтилен. Имеет более высокую температуру плавления (164-170 оС), чем полиэтилен. Молекулярный вес 60000-200000. Стоек к действию кислот и масел даже при повышенной температуре.

Полипропиленовая пленка прозрачнее полиэтиленовой. Вследствие большей устойчивости ее к действию теплоты пищевые продукты, упакованные в полипропленовую пленку, могут быть подвергнуты стерилизации.

По имеющимся данным, волокно из полипропилена по прочности превосходит все другие синтетические волокна.)

Пропилен бесцветны горючий газ. (Теплота сгорания 10900 ккал/кг; растворимость в воде незначительна. Температура самовоспламенения 410 оС; область воспламенения  2,2-10,3 % объемн; максимальная нормальная скорость горения 0,683 м/сек.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении пропиленово-водушных смесей углекислым газом – 14,6 % объемн.; азотом – 11,9 % объемн.

Для предупреждения взрыва при аварийном истечении пропилена и тушения факела в закрытых объемах минимальная концентрация СО2 – 305 объемн.; азота – 43 % объемн.)

Бутилены (1-бутен и 2-бутен), (изобутилен) – бесцветные горючие газы. Вместе с бутаном их выделяют из паров крекинга (бутан- бутиленовая фракция). Путем дегидрирования  эту смесь превращают в 1,3-бутадиен- исходное сырье для получения одного из видов синтетического каучука. (Теплота сгорания 10800 ккал/кг; Температура самовоспламенения  384 оС, область воспламенения 1,69-9,4% объемн.)

При полимеризации изопропилена  с катализаторами (фтористый бор-BF3 или хлористый алюминий AlF3) ценный высокополимер – полиизобутилен:

ЛИТЕРАТУРА

1.     Писаренко А.П., Хавин З.Я.  Курс органической химии. М., Высшая школа,

1975.  510 с.

2.     Нечаев А.П. Органическая химия. М., Высшая школа, 1976. 288 с.

3.     Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.

4.     Березин Б.Д.,  Березин Д.Б.   Курс  современной  органической  химии.   М., Высшая школа, 1999. 768 с.

5.     Ким А.М. Органическая химия.  Новосибирск,  Сибирское  университетское издательство, 2002. 972 с.

Источник: https://studizba.com/lectures/107-himija/1435-otvety-na-voprosy-po-organicheskoj-himii/26505-21-nenasyschennye-nepredelnye-uglevodorody-alkeny.html

Book for ucheba
Добавить комментарий