Алкени (олефіни) – Речовини з подвійними зв’язками (алкени, алкадієни)

ХІМІЯ – Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання

РОЗДІЛ III. ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

11. Вуглеводні

11.2. Речовини з подвійними зв’язками (алкени, алкадієни)

11.2.1. Алкени (олефіни)

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

У молекулах алкенів є один подвійний зв’язок. Довжина зв’язку С=С в алкенах дорівнює 0,134 нм. Подвійний зв’язок – це зв’язок між двома атомами Карбону за допомогою двох електронних пар. Один із цих зв’язків – це дуже міцний о-зв’язок, а другий – менш міцний π (пі), який легко розривається під дією таких реагентів, як водень, вода, галогени, галогеноводні. Два атоми Карбону, що сполучаються подвійним зв’язком, перебувають у стані sp2-гібридизації. Три гібридні орбіталі розташовуються в одній площині під кутом 120° одна до одної. Саме в результаті перекривання двох гібридизованих орбіталей утворюється міцний σ-зв’язок (кожен з атомів Карбону дає одну таку орбіталь). У кожного з двох атомів Карбону залишається по одній негібридизованій р-орбіталі, які розміщуються у площині, що є перпендикулярною до осі σ-зв’язку. При їхньому перекриванні й утворюється π-зв’язок:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Номенклатура алкенів з розгалуженим ланцюгом

1. Вибирають найдовший карбоновий ланцюг, який містить подвійний зв’язок:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

2. Нумерацію починають з того кінця, до якого найближче розташований подвійний зв’язок (згідно з принципом найменших локантів):

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

А) якщо в молекулі алкену подвійний зв’язок рівновіддалений від обох кінців карбонового ланцюга, то нумерацію починають з того кінця, до якого ближче розташований алкільний замісник:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Б) при виборі нумерації користуються алфавітним порядком (етил → метил → пропіл):

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

3. Назву сполуки становлять:

А) замісники, перераховані за абеткою, як і у випадку з алканами;

Б) назва алкену, яка відповідає головному карбоновому ланцюгу (корінь) + ближчий до початку локант подвійного зв’язку + суфікс – ен, які відділяють один від одного дефісами:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Фізичні властивості алкенів, гомологи та ізомери

Перші алкени С2Н4, С3Н6, С4Н8 – гази, С5Н10-С16Н32 – рідини, решта – тверді речовини. У воді практично не розчиняються або розчиняються погано. Усі алкени мають характерний запах.

Молекулярна формула алкену

Структурні формули алкенів

Назва алкену

Міжнародна

Тривіальна (традиційна)

С2Н4

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Етен

Етилен1

С3Н6

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Пропен

Пропілен

С4Н8

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Бут-1-ен

Бутилен

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Бут-2-ен

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

2-метилпропен

1 За тривіальною назвою першого члена гомологічного ряду ці вуглеводні ще називають етиленовими.

Крім структурної та міжкласової ізомерії, етиленовим вуглеводням властивий ще один вид ізомерії – просторова (геометрична). Вона зумовлена розміщенням замісників щодо площини, в якій розташований подвійний зв’язок. Цей вид ізомерії спостерігається лише в тих випадках, коли кожний з атомів Карбону, сполучених подвійним зв’язком, використовує дві інші валентності на зв’язок з двома різними замісниками. Наприклад, ізомери бут-2-ену, в яких атоми або групи атомів розміщені в просторі по один бік від площини подвійного зв’язку, називають цис-ізомерами, а по різні боки – транс-ізомерами:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Для якісного виявлення алкенів (подвійного зв’язку) використовують дві реакції

1. Із бромною водою; під час пропускання алкену крізь бромну воду червоно-буре забарвлення зникає:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

2. Окиснення алкенів водним розчином калій перманганату. При цьому фіолетове забарвлення розчину, зумовлене наявністю йонів МnО4-, зникає, оскільки КМnO4 окислює алкени до двохатомних спиртів (гліколів):

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Добування алкенів

1. Крекінг насичених вуглеводнів, які містяться у нафті. Розрізняють:

А) термічний (t ≈ 600 ÷ 750 °С) крекінг;

Б) каталітичний крекінг (каталізатори: алюмосилікати, алюміній хлорид). Температура – близько 300 500 °С. Утворюється суміш алканів і алкенів:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

2. Дегідрування насичених вуглеводнів:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

3. Відщеплення галогеноводнів від алкілгалогенідів (дегідрогалогенування):

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

4. Відщеплення води від спиртів (дегідратація):

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Дегідратація теж може відбуватися при використанні цинк хлориду як речовини, що забирає воду, а також при пропусканні парів спирту над алюміній оксидом (t ≈ 500 °С).

При написанні рівнянь реакції дегідратації спиртів і дегідрогалогенування керуємося правилом Зайцева1 : при відщепленні галогеноводнів від галогеноалканів чи води від спиртів атом Гідрогену відщеплюється від менш гідрогенізованого атома Карбону.

5. Відщеплення двох атомів галогенів від сусідніх атомів Карбону при дії цинку або міді (дегалогенування):

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

6. Часткове гідрування алкінів:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Хімічні властивості алкенів

Алкени більш реакційно здатні, ніж алкани. Це зумовлюється наявністю в їхніх молекулах подвійного зв’язку. Під дією різних реагентів (водню, води, галогенів, галогеноводнів) π-зв’язок слабший за σ-зв’язок, легко руйнується. Скориставшись електронними формулами, цей процес можна зобразити таким чином:

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Вільні валентності атомів Карбону, які з’явились у результаті розриву π-зв’язку, використовуються для приєднання атомів чи груп атомів молекули реагента.

Приєднання (найхарактерніші реакції)

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Гідрування (гідрогенізація). Кат. – Pt, Pd, Ni

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Галогенування

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Гідрогалогенування (за правилом Марковникова1)

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Гідратація (за правилом Марковникова)

Окиснення

Горіння

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Повне окиснення

За м’яких умов без розриву С-С-зв’язків

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Утворюються циклічні етери

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Утворюється оцтовий альдегід

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Утворюється етиленгліколь (реакція Вагнера)

За жорстких умов з розривом С-С-зв’язку

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Утворюються оцтова і пропіонова кислоти

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Утворюються альдегіди: етаналь і пропаналь

Полімеризація2

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

Індекс n – ступінь полімеризації

Ізомеризація

Алкени (олефіни)   Речовини з подвійними звязками (алкени, алкадієни)

1 Правило Марковникова: за приєднання несиметричного реагенту (ННаl, НОН) до несиметричного алкену атом Гідрогену реагенту приєднується до найбільш гідрогенізованого атома Карбону, що зв’язаний подвійним зв’язком.

2 Процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярних речовин з утворенням високомолекулярних сполук називають полімеризацією.

Застосування етену та пропену

Серед органічних речовин найбільше у світі синтезується етену – 113 млн. т на рік (2008); і виробництво постійно нарощується зі швидкістю 2-3 % на рік. Відповідно збільшується і його застосування у сучасній промисловості:

– для виробництва полімерів (поліетилен (до 60 %) та ін.);

– для синтезу етилового спирту, етиленгліколю;

– для синтезу інших органічних речовин: оксирану (14-15 %), дихлороетану (12 %) та інших розчинників, вінілацетату, оцтової кислоти, етилбензену, стирену, діетилового етеру.

Цікаво, що етен (як фітогормон) може прискорювати достигання багатьох городніх і садових плодів (помідорів, динь, груш, лимонів тощо). Використовуючи цю властивість, плоди можна транспортувати ще зеленими, а потім доводити їх до стиглого стану вже на місці споживання, вводячи в повітря складських приміщень невеликі кількості етилену.

Пропілен, якого у світі виробляється більше 50 млн. т на рік, – важлива сировина нафтохімічної промисловості. Використовують у виробництві ізопропілового спирту, ацетону, акрилової кислоти й акрилнітрилу, поліпропілену, пластмас, каучуків, мастил, присадок і мийних засобів, компонентів пального, розчинників.

_____________________________________________________________________

1 Олександр Михайлович Зайцев (1841-1910) – російський хімік-органік, учень О. М. Бутлерова.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Алкени (олефіни) – Речовини з подвійними зв’язками (алкени, алкадієни) - Довідник з хімії