АЛКЕНЫ

ПЛАН ЗАНЯТИЯ 1. Определение понятия «алкены» 2. Строение молекулы алкена 3. Гомологический ряд 4. Изомерия 5. Номенклатура 6. Физические свойства алкенов 7. Применение алкенов 8. Химические свойства алкенов 9. Способы получение алкенов

АЛКЕНЫ это нециклические УВ, молекулы которых содержат в своем составе, помимо одинарных связей, одну двойную углерод-углеродную связь

Общая формула С n H 2n Отличаются от циклоалканов наличием открытой цепи

СТРОЕНИЕ АЛКЕНОВ В алкенах оба атома углерода, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp 2 -гибридизации

СВЯЗЬ ДЛИНА СВЯЗИ,нм (1 нм = м) ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ, к Дж/моль УГОЛ МЕЖДУ СВЯЗЯМИ С-С0, С=С0, СС0, С-Н0,109415

ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД АЛКЕНОВ С 2 Н 2 ЭТИЛЕН (ЭТЕН) Н Н Н СН3 \ / \ / С=С С=С / \ / \ Н Н Н Н С 3 Н 6 ПРОПИЛЕН (ПРОПЕН)

ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД АЛКЕНОВ Мол. ф-ла алкена С n H 2n Название алкена Международная номенклатура Тривиальное традиционное С2Н4С2Н4 Этен Этилен С3Н9С3Н9 Пропен Пропилен С4Н8С4Н8 Бутен Бутилен С 5 Н 10 Пентен Амилен

НОМЕНКЛАТУРА Назовите следующие вещества: СН 3 | СН-СН 2 -СН-СН 2 -СН=СН-СН 3 | | СН 3 С 2 Н 5

НОМЕНКЛАТУРА Назовите следующие вещества: СН 3 | СН 3 -СН 2 -С-СН-СН 3 | | HС СН 3 || H 2 С

НОМЕНКЛАТУРА Непредельные радикалы С n H 2n-1 СН 2 =СН- СН 2 =СН-СН 2 - ВИНИЛ АЛЛИЛ

НОМЕНКЛАТУРА Назовите следующие вещества: | | HС=СH 2 Н 2 С-СН=СН 2

ИЗОМЕРИЯ Первые два члена ряда алкенов изомеров не имеют Для остальных: 1. Структурная изомерия (углеродного скелета с С 4 ) 2. Изомерия положения «=» (с С 4 ) 3. Геометрическая (цис-трансс-) 4. Межклассовая изомерия

1. Изомерия углеродного скелета CH 2 =CH-CH 2 -СH 2 -СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-1 CH 2 =CH-СH-СH 2 -CH 3 3-МЕТИЛПЕНТЕН-1 | CH 3 CH 2 =CH-СH 2 -СH-CH 3 4-МЕТИЛПЕНТЕН-1 | CH 3

2. Изомерия положения «=» CH 2 =CH-CH 2 -СH 2 -СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-1 CH 3 -CH=CH-СH 2 -СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-2 CH 3 -CH 2 -CH=СH-СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-3

Геометрическая изомерия Правила существования цис-трансс изомеров 1. Кратная связь не может быть вначале цепи (после первого атома углерода) 2. У обоих атомов углерода при двойной связи должны быть два различных заместителя

3. Геометрическая изомерия H 3 C H H 3 C CH 3 \ / \ / С=C С=C / \ / \ H CH 3 H H трансс-бутен-2 цис-бутен-2

Составить цис-трансс изомеры CH 3 -CH=СH-СH 2 -CH 3 3-МЕТИЛПЕНТЕН-2 | CH 3 CH 2 =CH-CH 2 -СH 2 -СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-1 CH 3 -CH=CH-СH 2 -СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-2 CH 3 -CH 2 -CH=СH-СH 2 -CH 3 ГЕКСЕН-3

Составить цис-транс изомеры, если они возможны 2,3-диметилпентен-2 3-метил-4-этилгептен-3 3-метил-4-этилгексен-3

4. Межклассовая изомерия Алкены изомерны циклоалканам Гексен-1 циклогексан СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН=СН 2 Бутен-2 метилциклопропан СН 3 -СН=СН-СН 3 циклобутан CH H2CH2C H2CH2C CH 3

Для вещества 3-метилгексен-3 составить все возможные изомеры и назвать их

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА С 2...С 4 - газы без цвета и запаха С 5...С 15 - бесцветные жидкости С твердые вещества белого цвета, жирные на ощупь

Ткип, Тпл, плотность возрастают с увелием числа атомов С в цепи АЛКЕНЫ не растворяются в воде, но растворяются в органических растворителях

При равном количестве атомов С в цепи алкены плавятся и кипят при более низких температурах, чем алканы

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Характерны реакции электрофильного ПРИСОЕДИНЕНИЯ за счет разрыва π-связи С=С При особых условиях – реакции ОКИСЛЕНИЯ, ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ 1. ГИДРИРОВАНИЕ p, Ni R-СH=СН 2 + Н 2 R-СН 2 -СH 3 kat – платина, палладий, никель. Протекает при атмосферном и повышенном давлении и не требует высокой температуры (р.экзотермическая) При повышении температуры- р. дегидрирования

2. ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ R-СH=СН 2 + Br 2(водн) R-СНBr-СH 2 Br Р. бромирования (с бромной водой) является качественной реакцией на все непредельные УВ Признак: обесцвечивание бромной воды

3. ГИДРОГАЛОГЕНИРОВАНИЕ СH 2 =СН 2 + НСl СН 2 Cl-СH 3 Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам происходит по правилу Марковникова

Правило Марковникова При присоединении веществ типа НХ (где Х = Г, ОН и т.п.) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к атому углерода у кратной связи, связанному с большим числом атомов водорода (более гидрированный) СН 3 -СН=СН 2 + НBr СН 3 -СН-СН 3 | Br

При наличии в молекуле непредельных УВ заместителей, проявляющих значительный электроноакцепторный эффект (-СN, -NO 2, -COOH), реакция идет против правила Марковникова СH 2 =СН-СООН + НСl СН 2 Сl-СH 2 -СООН

4. РЕАКЦИЯ ГИДРАТАЦИИ Н +, t СH 2 =СН 2 + Н 2 О СН 3 -СH 2 -ОН Н + – это среда Н 2 SO 4, H 3 PO 4 В несимметричных алкенах – по правилу Марковникова

ДОПИСАТЬ УРАВНЕНИЯ CNCH=CH 2 + HBr CH 3 CH=CH 2 + Н 2 О CH 3 C=CH 2 + НCl | CH 3

РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ Процесс полимеризации алкенов открыт А.М. Бутлеровым ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ – процесс соединения одинаковых молекул (мономеров), протекающий за счет разрыва кратных связей, с образованием ВМС (полимера)

t, p, kat СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 + ….....-СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -…. t, p, kat nСН 2 =СН 2 (-СН 2 -СН 2 -) n t=100 o C, p=100 м Па, Инициатор - Н 2 О 2

Где n-степень полимеризации (число молекул мономера) Al(C 2 H 5 ) 3 + TiCl 4, уф n СН 2 =СН 2 - СН 3 (-СН-СН 2 -)n | СН 3

Мономер – низкомолекулярное в-во, из которого образуется полимер Структурное звено – многократно повторяющееся в макромолекуле группа атомов Степень полимеризации – число, показывающее количество молекул мономера в составе полимера

ДОПИСАТЬ УРАВНЕНИЯ t, p, kat n CH 3 C=CH 2 | CH 3 t, p, kat n CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 3

Д/З § 14, 15, 16 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! ! !

РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ 1. р. ГОРЕНИЯ Полное окисление (изб. О 2 ) t С 2 Н 4 + 3О 2 2СО 2 + 2Н 2 О

Неполное окисление (недостаток О 2 ) t С 2 Н 4 + 2О 2 2СО + 2Н 2 О t С 2 Н 4 + О 2 2С + 2Н 2 О

2. Каталитическое окисление О PdCl 2, CuCl 2 // СН 2 = СН 2 + О 2 2СH 3 -C \ H ацетальдегид kat – влажная смесь солей – хлорида палладия и хлорида меди (II)

3. Взаимодействие с О 2 в присутствии катализатора- Аg 200, Аg 2СН 2 =СН 2 + О 2 2СН 2 -СН 2 \ / О образуются эпоксиды Эпоксиэтан (этиленоксид)

4. р. Вагнера Р-ция неполного, мягкого окисления, с сохранением углеродной цепи Под действием окислителей типа КMnO 4, K 2 Cr 2 O 7

При действии водного КMnO 4 (р) в слабощелочной среде происходит гидроксилирование алкенов, это качественная реакция на «=» Раствор КMnO 4 при этом обесцвечивается

р. Вагнера (упрощенное уравнение) СН 2 =СН 2 + [О] + НОН СН 2 -СН 2 | НО ОН Этиленгликоль (этандиол-1,2)

р. Вагнера (полное уравнение) 3СН 2 =СН 2 + 2КMnO 4 + 4НОН 3 СН 2 -СН MnO 2 + 2КОН | НО ОН 2C e 2C -1 Mn e Mn +4

Если р. Вагнера проводить в жестких условиях: t, кислая среда – разрыв цепи в месте «=» с образованием кислородсодержащих соединений Р. глубокого окисления [O] СН 3 - CH=СН-СН 3 2 СН 3 -СООН этановая кислота

5 СН 3 -CH=СН-СН 3 +8 KMnO 4 +12H 2 SO 4 10 СН 3 -СООН +8MnSO 4 +4 K 2 SO 4 +12H 2 O 2C e 2C +3 Mn e Mn +2

р. глубокого окисления (жёсткое окисление) [O] СН 3 - С=СН-СН 3 | CH 3 СН 3 -С=О + НООС-СН 3 | этановая кислота СН 3 пропанон-2

5СН 3 -С=СН-СН KMnO 4 + 9H 2 SO 4 | CH 3 5СН 3 -С=О +5 НООС-СН 3 +6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 +9H 2 O | СН 3 C e C +3 C 0 - 2e C +2 Mn e Mn +2

р. глубокого окисления [O] СН 2 =СН-СН 2 -СН 3СО 2 +НООС-СН 2 -СН 3 пропановая кислота [HCOOH]-пром., не уст. СО 2 + Н 2 О

СН 3 -CH 2 -СН=СН KMnO 4 +3H 2 SO 4 СН 3 -CH 2 -СООН + СО 2 + Н 2 О + + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3Н 2 О C e C +3 C e C +4 Mn e Mn +2

р.Вагнера используют для установления положения двойной связи

ДОПИСАТЬ и УРАВНЯТЬ CH 3 C=CH 2 +КMnO 4 + НОН | CH 3 CH 3 C=CH 2 +КMnO 4 + H 2 SO 4 | CH 3

Д/З § 14, 15, 16 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! ! !

ПРИМЕНЕНИЕ АЛКЕНОВ Благодаря высокой реакционной способности алкены используют в качестве сырья для химической промышленности

Этилен ускоряет созревание плодов и фруктов после их сбора, используют в производстве этанола, этиленгликоля, эпоксидов, дихлорэтана, полиэтилена

Из пропена получают глицерин, ацетон, изопропанол, растворители, полипропилен

На основе полученных полимеров (полиэтилен) производят волокна Например, волокно из полипропилена прочнее всех известных синтетических волокон

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКЕНОВ 1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ -Крекинг алканов -Дегидрирование алканов -Гидрирование алкинов 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ (внутримолекулярные) -Дегидратация спиртов -Дегидрогалогенирование моногалогеналканов -Дегалогенирование дигалогеналканов (соседние атомы «С»)

I. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 1. КРЕКИНГ АЛКАНОВ С 6 Н 14 С 3 Н 8 + С 3 Н 6

2. ДЕГИДРИРОВАНИЕ АЛКАНОВ условия (t , К 2 О+Сr 2 О 3 +Al 2 O 3, Pt, Ni) СН 3 - СН-СН 3 | CH 3 СН 2 =С-СН3 + Н 2 | СН 3

3. ГИДРИРОВАНИЕ АЛКИНОВ Ni, Pt, t C n H 2n-2 +H 2 C n H 2n+2 Ni, Pt, t СН 3 -СН 2 -С СН + Н 2 СН 3 - СН 2 - СН=СН 2

1. ДЕГИДРОГАЛОГЕНИРОВАНИЕ моногалогеналканов действием твердой щёлочи или её спиртового р-ра при нагревании t CН 2 -СН 2 + NaOH (сп.р-р) | | Н Сl СН 2 =СН 2 + Na Сl + HOH

t CН 2 -СН-СН-CН 3 + NaOH (сп.р-р) | | | Н Сl Н б а а) СН 3 -СН=СН-СН 3 +NaСl +HOH б) СН 2 =СН-СН 2 -СН 3 +NaСl +HOH преимущественно а) – протекает по правилу Зайцева

Согласно правилу Зайцева: В реакциях отщепления у алканов атом водорода отщепляется от атома углерода, связанного с наименьшим числом атомов водорода, т.е. от менее гидрированного

по правилу Зайцева СН 3 | t СН 3 -СН 2 -СН-СН-СН 3 + KOH (сп. р-р) | Сl СН 3 | СН 3 -СН 2 -СН=С-СН 3 + КСl + H 2 O

2. ДЕГИДРАТАЦИЯ СПИРТОВ 180, H 2 SO 4 (к) СН 3 -СН-СН-СН 3 | | HO H СН 3 -СН=СН-СН 3 + H 2 O kat= H 2 SO 4, H 3 PO 4, Al 2 O 3, ZnCl 2

3. ДЕГАЛОГЕНИРОВАНИЕ дигалогеналканов с атомами галогена у соседних атомов «С» действием Zn или Mg t CН 3 -СН-СН 2 + Zn | | Br Br CН 3 -СН=СН 2 + Zn Br 2

ПРЕДЛОЖИТЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ: ПРОПЕНА 2-МЕТИЛБУТЕНА-2

Д/З § 14, 15, 16 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! ! !