Алкены Непредельные углеводороды ряда этилена. Подготовила Панова Л.Г.

Основное содержание лекции Понятие о непредельных углеводородах. Характеристика двойной связи. Изомерия и номенклатура алкенов. Получение алкенов. Свойства алкенов.

Решите задачу Найдите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором составляет 85,7 %. Относительная плотность этого углеводорода по азоту равна 2. При сжигании углеводорода массой 0,7 г образовались оксида углерода (IV) и вода количеством вещества по 0,05 моль каждое. Относительная плотность паров этого вещества по азоту равна 2,5. Найдите молекулярную формулу алкена. При сжигании углеводорода массой 11,2 г получили 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Относительная плотность углеводорода по воздуху 1,93. Найдите молекулярную формулу вещества.

Проверь М(С х Н Y )=56 г/моль m(С х Н Y )=56 г m(С)=48 г m(Н)=8 г x : y = = 4 : 8 Ответ: С 4 Н 8 М(С х Н Y )=70 г/моль n(Н)=0,1 моль n(С)=0,05 моль x : y = 0,05 : 0,1 = 1 : 2 Простейшая формула СН 2 Истинная – С 5 Н 10 Ответ: С 5 Н 10 М(С х Н Y )=56 г/моль m(С х Н Y )=11,2 г n(СО 2 )= 0,8 моль n(Н 2 О)=0,8 моль n(С)= 0,8 моль n(Н)=1,6 моль x : y = 0,8 : 1,6 = 1 : 2 Простейшая формула СН 2 Истинная – С 4 Н 8 Ответ: С 4 Н 8 Задача 2 Задача 3Задача 1

Понятие об алкенах Алкены – углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь между атомами углерода, а качественный и количественный состав выражается общей формулой С n Н 2n, где n 2. Алкены относятся к непредельным углеводородам, так как их молекулы содержат меньшее число атомов водорода, чем насыщенные.

Характеристика двойной связи (С С) Вид гибридизации – Валентный угол – Длина связи С = С – Строение Вид связи – По типу перекрывания – sp 2 120º 0,134 нм плоскостное ковалентная неполярная σ и πσ и π

Схема образования sp 2 -гибридных орбиталей В гибридизации участвуют орбитали одного s- и двух p-электронов: s 2p sp 2

Гомологический ряд алкенов Этен Пропен Бутен Пентен Гексен Гептен C2H4C2H4 C3H6C3H6 C4H8C4H8 C 5 H 10 C 6 H 12 C 7 H 14 Общая формула С n Н 2n

Изомерия алкенов Для алкенов возможны два типа изомерии: 1-ый тип – структурная изомерия : 1) углеродного скелета 2) положения двойной связи 3) Межклассовая 2-ой тип – пространственная изомерия : геометрическая

Примеры изомеров углеродного скелета (С 5 Н 10 ) СН 2 = С – СН 2 – СН 3 СН 2 = СН – СН – СН 3 СН 3 СН 3 2-метилбутен-1 3-метилбутен СН 3 – С = СН – СН 3 СН 3 2-метилбутен-2

Примеры изомеров положения двойной связи ( С 5 Н 10 ) СН 2 = СН – СН 2 – СН 2 – СН 3пентен СН 3 – СН = СН – СН 2 – СН 3пентен-2

Межклассовая изомерия АЛКЕНЫ ЯВЛЯЮТСЯ МЕЖКЛАССОВЫМИ ИЗОМЕРАМИ ЦИКЛОАЛКАНОВ. Н 2 С – СН 2 СН – СН 3 Н 2 С – СН 2 Н 2 С СН 2 Циклобутан Метилциклопропан Циклобутан Метилциклопропан бутен-1 СН 3 = СН – СН 2 – СН 3 - бутен-1 Циклобутан и метилциклопропан являются изомерами бутена, т. к. отвечают общей формуле С 4 Н 8. С4Н8С4Н8

( С 5 Н 10 ) Примеры межклассовых изомеров ( С 5 Н 10 ) СН 2 = СН – СН 2 – СН 2 – СН 3 Н 2 С СН 2 СН 2 пентен -1 циклопентан

Пространственная изомерия (С 4 Н 8 ) Для алкенов возможна пространственная изомерия, поскольку вращение относительно двойной связи, в отличии от одинарной невозможно Н С = СС = С 4 Цис-бутен-2Транс-бутен-2 Н Н Н Цис-бутен-2Транс-бутен-2 Н3СН3ССН 3 Н3СН3С

Геометрические изомеры бутена Цис-изомер Транс-изомер

Примеры: 4- этилоктен -2 СН 3 - СН 2 - СН - СН=СН 2 СН 3 СН 3 - СН= СН - СН - СН 2 - СН 3 СН 2 - СН 2 - СН 2 - СН метилпентен -1

Физические свойства алкенов Алкены плохо растворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях. С 2 – С 4 - газы С 5 – С 16 - жидкости С 17 … - твёрдые вещества С увеличением молекулярной массы алкенов, в гомологическом ряду, повышаются температуры кипения и плавления, увеличивается плотность веществ.

Химические свойства алкенов По химическим свойствам алкены резко отличаются от алканов. Алкены более химически активные вещества, что обусловлено наличием двойной связи, состоящей из σ - и π -связей. Алкены способны присоединять два одновалентных атома или радикала за счёт разрыва π -связи, как менее прочной.

Типы химических реакций, которые характерны для алкенов Реакции присоединения. Реакции полимеризации. Реакции окисления.

Механизм реакций присоединения алкенов π -связь является донором электронов, поэтому она легко реагирует с электрофильными реагентами. Электрофильное присоединение: разрыв π -связи протекает по гетеролитическому механизму, если атакующая частица является электрофилом. Свободно-радикальное присоединение: разрыв связи протекает по гомолитическому механизму, если атакующая частица является радикалом.

Гидрогалогенирование этилена

Реакции присоединения 1.Гидрирование. CН 2 = СН 2 + Н 2 СН 3 – СН 3 Этен этан Этен этан Условия реакции: катализатор – Ni, Pt, Pd 2.Галогенирование CН 2 = СН – СН 3 + Сl – Сl СН 2 – СН – СН 3пропен Cl Cl1,2-дихлорпропан Реакция идёт при обычных условиях.

Электрофильное присоединение Н С С Н Cl δ+ Cl δ- Н С С Н + Cl + :Cl H 2 C CH 2 Cl Cl Молекула галогена не имеет собственного диполя, однако в близи π-электронов происходит поляризация ковалентной связи, благодаря чему галоген ведёт себя как электрофильный агент.

Реакции присоединения 3.Гидрогалогенирование СН 2 = СН – СН 2 – СН 3 + Н – СlCН 3 – СН – СН 2 – СН 3 Бутен-1 Бутен-1 Cl 2-хлорбутан 2-хлорбутан 4.Гидратация CН 2 = СН – СН 3 + Н – ОН СН 3 – СН – СН 3 пропен ОН пропанол-2 Условия реакции: катализатор – серная кислота, температура. Присоединение молекул галогеноводородов и воды к молекулам алкенов происходит в соответствии с правилом В.В. Марковникова.

Гидрогалогенирование гомологов этилена ПравилоПравило В.В. Марковникова Правило Атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи, а атом галогена или гидроксогруппа – к наименее гидрированному.

Реакции полимеризации (свободно-радикальное присоединение) Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные. σ σ σ СН 2 = СН 2 + СН 2 = СН 2 + СН 2 = СН 2 + … π π π σ σ σ – СН 2 – СН 2 – + – СН 2 – СН 2 – + – СН 2 – СН 2 – … – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – … Сокращённо уравнение этой реакции записывается так: n СН 2 = СН 2 (– СН 2 – СН 2 –) n Этен полиэтилен Условия реакции: повышенная температура, давление, катализатор.

Возможные продукты окисления алкенов С С О ОН ОН С О О С ОН эпоксидыдиолы альдегиды или кетоны кислоты

Реакции окисления Реакция Вагнера. (Мягкое окисление раствором перманганата калия). 3СН 2 = СН 2 + 2КМnО 4 + 4Н 2 О 3СН 2 - СН 2 + 2МnО 2 + 2КОН ОН ОН Или С 2 Н 4 + (О) + Н 2 О С 2 Н 4 (ОН) 2 этандиол этен

Реакции окисления 3.Каталитическое окисление. а) 2СН 2 = СН 2 + О 2 2СН 3 – CОН этен уксусный альдегид Условия реакции: катализатор – влажная смесь двух солей PdCl 2 и CuCl 2. б) 2СН 2 = СН 2 + О 2 2СН 2 СН 2 этен О оксид этилена Условия реакции: катализатор – Ag, t = ºС

Горение алкенов Алкены горят красноватым светящимся пламенем, в то время как пламя предельных углеводородов голубое. Массовая доля углерода в алкенах несколько выше, чем в алканах с тем же числом атомов углерода. С 4 Н 8 + 8О 2 4СО 2 + 4Н 2 О бутен бутен При недостатке кислорода С 4 Н 8 + 6О 2 4СО + 4Н 2 О бутен бутен

Получение и горение этилена

Лабораторные способы получения алкенов При получении алкенов необходимо учитывать правило А.М. Зайцева: при отщеплении галогеноводорода или воды от вторичных и третичных галогеналканов или спиртов атом водорода отщепляется от наименее гидрированного атома углерода. Дегидрогалогенирование галогеналкенов. Дегидрогалогенирование галогеналкенов. Н 3 С СН 2 СНСl СН 3 + КОН Н 3 С СН СН СН 3 + КСl + Н 2 О 2-хлорбутан бутен-2 Условия реакции Условия реакции: нагревание. Дегидратация спиртов. Дегидратация спиртов. Н 3 С СН 2 ОН Н 2 С СН 2 + Н 2 О этанол этен Условия реакции: Условия реакции: катализатор – Н 2 SO 4 (конц.), t = 180ºС. Дегалогенирование дигалогеналканов. Дегалогенирование дигалогеналканов. Н 3 С СНCl СН 2 Сl + Мg Н 3 ССН СН 2 + MgCl 2 1,2-дихлорпрпан пропен 1,2-дихлорпрпан пропен

Промышленные способы получения алкенов Крекинг алканов. Крекинг алканов. С 10 Н 20 С 5 Н 12 + С 5 Н 8 Декан пентан пентен Декан пентан пентен Условия реакции: Условия реакции: температура и катализатор. Дегидрирование алканов. Дегидрирование алканов. СН 3 – СН 2 – СН 3 СН 2 СН – СН 3 + Н 2 пропан пропен Условия реакции: Условия реакции: t = ºС и катализатор (Ni, Pt, Al 2 O 3 или Cr 2 O 3 ). Гидрирование алкинов. Гидрирование алкинов. CН СН + Н 2 СН 2 СН 2 этин этен Условия реакции: Условия реакции: катализатор – Pt, Pd, Ni.

Качественные реакции на двойную углерод-углеродную связь Обесцвечивание бромной воды.бромной СН 2 = СН – СН 3 + Вr 2 CH 2 Br – CHBr – CH 3 пропен 1,2-дибромпропан Обесцвечивание раствора перманганата калия. 3СН 2 = СН – СН 3 + 2КМnО 4 + 4Н 2 О пропен СН 2 ОН – СНОН – СН 3 + 2МnО 2 + 2КОН пропандиол-1,2

а) СН 3ССНСН 2СНСН 3 СН 3 СН б) Н 3 С СН 2СН 2СН С Н 2 1 в) СН 3СН 2ССН СН 3СНСН 2СН 3 Ответы: а) 2,5-диметилгексен-2 б) цис-изомер-гексен-2 в) 3-метил-2-этилпентен-1 Назовите следующие алкены

Проверьте правильность написаний уравнений реакций СН 3 -(СН 2 ) 2 -СН 2 Br + КОН СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + КBr + Н 2 О СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НBr СН 3 -СН 2 -СН-СН 3 Br

а) СН 3 -СН=СН 2 + НСl ? б) СН 2 =СН-СН 2 -СН 3 + НBr ? В) СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НОН ? Ответы: а) СН 3 -СН=СН 2 + НСl СН 3 -СНCl-СН 3 б) СН 2 =СН-СН 2 -СН 3 + НBr СН 3 -СНBr-СН 2 -СН 3 в) СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + НОН СН 3 -СН 2 -СН-СН 3 ОН Используя правило Марковникова, напишите уравнения следующих реакций присоединения:

Осуществить превращения: + КОН(спирт),t + НBr + Na СН 3 -(СН 2 ) 2 -СН 2 Br Х 1 Х 2 Х 3 Ответы: Х 1 бутен-1 Х 2 2-бромбутан Х 3 3,4-диметилгексан