Alkeenid on aktiivsem ainete klass kui alkaanid. Alkeenide keemilised omadused on määratud nende molekulide struktuuriga.
Struktuur
Küllastumata süsivesinikud – alkeenid või olefiinid – erinevad teistest orgaaniliste ainete klassidest kahe- või π-sideme olemasolu poolest süsinikuaatomite vahel. Kaksikside võib olla molekulis kõikjal.
Pi-side tekib p-orbitaalide kattumisel. Tulenevalt asjaolust, et p-orbitaalil on teljest mõlemas suunas pikendused ja see meenutab hantlit, tekib pi-side kahes kohas. Erinevalt σ-sidemest, mis tekib siis, kui s-orbitaalid kattuvad sfääri kujul, on π-side vähem tugev ja muude ühendite poolt kergesti hävitatav. See põhjustab alkeenide aktiivsust.
Riis. 1. π-side ja σ-side.
Kaksikside toimib liitumisreaktsioonides elektronidoonorina. Seetõttu iseloomustavad alkeene elektrofiilsed liitumisreaktsioonid.
Füüsikalised omadused
Alkeenide üldised füüsikalised omadused:
- sulamis- ja keemistemperatuur tõusevad suurenedes molekulmass homoloogses seerias;
- ei lahustu vees;
- hoidke veepinnal, kuna nende tihedus on mitu korda väiksem kui vee tihedus;
- lahustuvad orgaanilistes lahustites - alkoholides, eetrites.
Ainete agregaatolek varieerub sõltuvalt süsinikuaatomite arvust homoloogses reas. 2-4 süsinikuaatomiga alkeenid on gaasid. Alates pepteenist (C 5 H 10) kuni heptadetseeni (C 17 H3 4) on ained vedel olek. Rohkem kui 17 süsinikuaatomit sisaldavad alkeenid on tahked ained.
Riis. 2. Alkeenide homoloogne seeria.
Keemilised omadused
Alkeenide omadused ja näited keemiliste omaduste kohta on toodud tabelis.
|
Reaktsioon |
Kirjeldus |
Reaktsioonivõrrandid |
|
Hüdrogeenimine – vesiniku lisamine |
Lekked kl kõrgsurve katalüsaatori - nikli, pallaadiumi või plaatina - juuresolekul. Moodustuvad alkaanid - küllastunud süsivesinikud |
CH2 \u003d CH-CH3 + H2 → CH3-CH2-CH3 |
|
Halogeenimine – halogeenide lisamine |
Töötab tavatingimustes. Halogeenid liituvad kaksiksidemetega. Tekivad dihaloalkaanid |
CH2 \u003d CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl (1,2-dikloroetaan); CH3-CH \u003d CH-CH3 + Br2 → CH3-CH-Br-CH-Br-CH3 (2,3-dibromobutaan) |
|
Hüdrohalogeenimine – vesinikhalogeniidide lisamine |
Elektrofiilne liitumisreaktsioon. Elektrofiil on vesiniku prooton halogeenis. tekivad haloalkaanid |
CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl (kloroetaan) |
|
Niisutamine – vee lisamine |
Reaktsioon toimub juuresolekul anorgaanilised happed- väävelhape, fosforhape. Need toimivad katalüsaatorina ja on vesiniku allikad. Moodustuvad ühehüdroksüülsed alkoholid |
CH2 \u003d CH2 + H2O → CH3-CH2OH |
|
Polümerisatsioon - aatomite arvu suurenemine |
See toimub katalüsaatori juuresolekul kõrgendatud rõhul ja temperatuuril. Sel viisil saadakse polüetüleen, polüvinüülkloriid, polüpropüleen |
nCH2 \u003d CH2 → (-CH2-CH2-) n |
|
Tekib liigse hapnikuga |
CH 2 \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + H 2 O |
|
|
mittetäielik oksüdatsioon |
Töötab katalüsaatori juuresolekul. Hapnikuga segatud alkeen juhitakse üle kuumutatud hõbeda. Tekib epoksiid - alkeenoksiid |
2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2CH2-O-CH2 |
|
Wagneri reaktsioon |
Oksüdeerimine kaaliumpermanganaadiga aluselises või neutraalses keskkonnas. Alkoholid tekivad |
3CH2 \u003d CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OH-CH2OH + 2KOH + 2MnO2 |
|
Oksüdeerimine keeva kaaliumpermanganaadiga happelises keskkonnas |
tekivad karboksüülhapped |
CH3-CH \u003d CH-CH3 + 4 [O] → 2CH3COOH |
Katalüsaatori juuresolekul kuumutamisel lülituvad alkeenid isomerisatsioonireaktsiooni. Kaksiksideme asend ehk süsinikskeleti struktuur muutub. Näiteks buteen-1 (kaksiksideme asend esimese ja teise aatomi vahel) muundatakse buteen-2-ks (kaksikside "nihutatakse" teise aatomi vastu).
Riis. 3. Alkeenide isomerisatsioon.
Mida me õppisime?
10. klassi keemiatunnist õpiti tundma alkeenide keemilisi omadusi. Kaksikside muudab need ained reaktsioonivõimelisemaks kui alkaanid. Alkeenid interakteeruvad halogeenide, hapniku, vee, vesiniku ja vesinikhalogeniididega. Enamik reaktsioone kulgeb katalüsaatori juuresolekul kõrgel temperatuuril või temperatuuril kõrge vererõhk. Polümeerid on valmistatud alkeenidest. Isomeerid tekivad ka katalüsaatorite toimel.
Teemaviktoriin
Aruande hindamine
Keskmine hinne: 4.6. Kokku saadud hinnanguid: 64.
Alkeenide seeria esimene esindaja on eteen (etüleen), seeria järgmise esindaja valemi koostamiseks peate algsesse valemisse lisama CH 2 rühma; Seda protseduuri mitu korda korrates saab konstrueerida alkeenide homoloogse seeria.
CH2 +CH2 +CH2 +CH2 +CH2 +CH2 +CH2 +CH2
C 2 H 4 ® C 3 H 6 ® C 4 H 8 ® C 5 H 10 ® C 6 H 12 ® C 7 H 14 ® C 8 H 16 ® C 9 H 18 ® C 10 H 20
Alkeeni nime konstrueerimiseks on vaja muuta vastava alkaani (sama süsinikuaatomite arvuga kui alkeenis) nimes sufiks - et peal - et(või -üleen).Näiteks alkaani, mille ahelas on neli süsinikuaatomit, nimetatakse butaaniks ja vastavaks alkeeniks on buteen (butüleen). Erandiks on dekaan, vastavat alkeeni nimetatakse mitte dekaaniks, vaid detseeniks (detsüleen). Alkeen, mille ahelas on viis süsinikuaatomit, kannab lisaks nimetusele penteen ka nimetust amüleen. Allolevas tabelis on toodud mitme alkeeni esimese kümne esindaja valemid ja nimed.
Kuid alates kolmandast, alkeenide seeria esindaja - buteen, peaks selle kirjutamise järel olema lisaks sõnalisele nimele "buteen" number 1 või 2, mis näitab kaksiksideme asukohta süsinikuahelas.
CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH 3 CH 3 - CH \u003d CH - CH 3
buteen 1 buteen 2
Lisaks süstemaatilisele nomenklatuurile kasutatakse sageli alkeenide ratsionaalseid nimetusi, samas kui alkeene käsitletakse etüleeni derivaatidena, mille molekulis on vesinikuaatomid asendatud radikaalidega ja aluseks võetakse nimetus "etüleen".
Näiteks CH 3 - CH \u003d CH - C 2 H 5 - sümmeetriline metüületüleen.
(CH 3) - CH \u003d CH - C 2 H 5 - sümmeetriline etüülisopropüületüleen.
(СH 3) C - CH \u003d CH - CH (CH 3) 2 - sümmeetriline isopropüülisobutüleen.
Küllastumata süsivesinikradikaalid nimetatakse süstemaatilise nomenklatuuri järgi, lisades järelliide - enüül: etenüül
CH 2 = CH -, propenüül-2 CH 2 = CH - CH 2 -. Kuid palju sagedamini kasutatakse nende radikaalide jaoks empiirilisi nimetusi - vastavalt vinüül Ja allüül.
Alkeenide isomeeria.
Alkeene iseloomustab suur hulk erinevad tüübid isomeeria.
A) Süsiniku skeleti isomeeria.
CH 2 \u003d C - CH 2 - CH 2 - CH 3 CH 2 \u003d CH - CH - CH 2 - CH 3
2-metüülpenteen-1 3-metüülpenteen-1
CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH - CH 3
4-metüülpenteen-1
B) Kaksiksideme asukoha isomeeria.
CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH 3 CH 3 - CH \u003d CH - CH 3
buteen-1 buteen-2
C) Ruumiline (stereoisomeeria).
Nimetatakse isomeere, milles samad asendajad asuvad kaksiksidet samal küljel cis-isomeerid, kuid erineval viisil - trans-isomeerid:
H 3 C CH 3 H 3 CH
cis-buteen transs-buteen
cis- Ja transs- isomeerid erinevad mitte ainult ruumilise struktuuri, vaid ka paljude füüsikaliste ja keemiliste (ja isegi füsioloogiliste) omaduste poolest. Trans- Isomeerid on stabiilsemad kui cis-isomeerid. Seda seletatakse kaksiksidemega seotud aatomitega rühmade suurema kaugusega ruumis transs- isomeerid.
G) Ainete isomeeria erinevad klassid orgaanilised ühendid.
Alkeenide isomeerid on tsükloparafiinid, mille üldvalem on neile sarnane - C n H2 n.
CH 3 - CH \u003d CH - CH 3
buteen -2
tsüklobutaan
4. Alkeenide leidmine loodusest ja nende saamise viisid.
Lisaks alkaanidele leidub looduses alkeene nafta, nendega seotud nafta ja maagaaside, pruuni ja kivisöe ning põlevkivi koostises.
A) Alkeenide valmistamine alkaanide katalüütilise dehüdrogeenimise teel.
CH 3 - CH - CH 3 ® CH 2 \u003d C - CH 3 + H 2
CH 3 kat. (K2O-Cr2O3-Al2O3) CH3
B) Alkoholide dehüdratsioon väävelhappe toimel või Al 2 O 3 osalusel(parafaasne dehüdratsioon).
etanool H2SO4 (konts.) eteen
C 2 H 5 OH ® CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O
etanool Al2O3 eteen
Alkoholide dehüdratsioon toimub vastavalt A.M. reeglile. Zaitsev, mille kohaselt vesinik eraldatakse kõige vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomist, see tähendab sekundaarsest või tertsiaarsest.
H 3 C - CH - C ® H 3 C - CH \u003d C - CH 3
3-metüülbutanool-2-2-metüülbuteen
IN) Haloalküülide interaktsioon leelistega(dehüdrohalogeenimine).
H 3 C - C - CH 2 Cl + KOH ® H 3 C - C \u003d CH 2 + H 2 O + KCl
1-kloor 2-metüülpropaan(alkoholi lahus) 2-metüülpropeen-1
D) Magneesiumi või tsingi toime dihalogeenitud alküülidele, mille külgnevates süsinikuaatomites on halogeeniaatomid (dehalogeenimine).
alkohol. t
CH3-CHCl-CH2Cl + Zn® CH3-CH \u003d CH2 + ZnCl2
1,2-dikloropropaanpropeen-1
D) Alküünide selektiivne hüdrogeenimine katalüsaatoril.
CH º CH + H 2 ® CH 2 \u003d CH 2
etüün eteen
5. Füüsikalised omadused alkeenid.
Etüleeni homoloogse seeria kolm esimest esindajat on gaasid.
Alates C 5 H 10 kuni C 17 H 34 - vedelikud, alustades C 18 H 36 ja seejärel tahked ained. Molekulmassi suurenedes sulamis- ja keemistemperatuur tõusevad. Tavalised ahela alkeenid keevad kõrgemal temperatuuril kui nende isomeerid. Keemistemperatuur cis- isomeerid kõrgemad kui transs- isomeerid ja sulamistemperatuur on vastupidi. Alkeenidel on madal polaarsus, kuid need polariseeruvad kergesti. Alkeenid lahustuvad vees halvasti (aga paremini kui vastavad alkaanid). Need lahustuvad hästi orgaanilistes lahustites. Etüleen ja propüleen põlevad keeva leegiga.
Allolevas tabelis on näidatud mitmete alkeenide mõnede esindajate peamised füüsikalised omadused.
| Alken | Valem | t sq. oC | t b.p. oC | d4 20 |
| Eteen (etüleen) | C2H4 | -169,1 | -103,7 | 0,5700 |
| Propeen (propüleen) | C3H6 | -187,6 | -47,7 | 0,6100 (koos t (pall)) |
| buteen (butüleen-1) | C4H8 | -185,3 | -6,3 | 0,5951 |
| cis– Buten-2 | C4H8 | -138,9 | 3,7 | 0,6213 |
| transs– Buten-2 | C4H8 | -105,5 | 0,9 | 0,6042 |
| Isobutüleen (2-metüülpropeen) | C4H8 | -140,4 | -7,0 | 0,6260 |
| Penten-1 (amüleen) | C5H10 | -165,2 | +30,1 | 0,6400 |
| Hekseen-1 (heksüleen) | C6H12 | -139,8 | 63,5 | 0,6730 |
| Hepteen-1 (heptüleen) | C7H14 | -119 | 93,6 | 0,6970 |
| Okteen-1 (oktüleen) | C8H16 | -101,7 | 121,3 | 0,7140 |
| Nonene-1 (nonüleen) | C9H18 | -81,4 | 146,8 | 0,7290 |
| Detsene-1 (detsüleen) | C 10 H 20 | -66,3 | 170,6 | 0,7410 |
6. Alkeenide keemilised omadused.
A) Vesiniku lisamine(hüdrogeenimine).
CH2 \u003d CH2 + H2® CH3 - CH3
eteen etaan
B) Koostoime halogeenidega(halogeenimine).
Alkeenidele on lihtsam lisada kloori ja broomi, raskem - joodi
CH 3 - CH \u003d CH 2 + Cl 2 ® CH 3 - CHCl - CH 2 Cl
propüleen-1,2-dikloropropaan
IN) Vesinikhalogeniidide lisamine ( hüdrohalogeenimine)
Vesinikhalogeniidide lisamine alkeenidele normaalsetes tingimustes toimub vastavalt Markovnikovi reeglile: vesinikhalogeniidide ioonsel lisamisel ebasümmeetrilistele alkeenidele (normaalsetes tingimustes) lisatakse vesinik kaksiksideme kohas kõige hüdrogeenitud (seotud suurima arvu vesinikuaatomitega) süsinikuaatomile ja halogeen on vähem hüdrogeenitud.
CH2 \u003d CH2 + HBr® CH3 - CH2Br
eteen bromoetaan
G) Vee lisamine alkeenidele(hüdratsioon).
Vee lisamine alkeenidele toimub samuti Markovnikovi reegli järgi.
CH 3 - CH \u003d CH 2 + H - OH ® CH 3 - CHOH - CH 3
propeen-1 propanool-2
E) Alkaanide alküülimine alkeenidega.
Alküleerimine on reaktsioon, mille käigus saab orgaaniliste ühendite molekulidesse viia erinevaid süsivesinikradikaale (alküüle). Alküleerivate ainetena kasutatakse haloalküüle, küllastumata süsivesinikke, alkohole ja teisi. orgaaniline aine. Näiteks kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul toimub isobutaani alküülimine isobutüleeniga aktiivselt:
3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O ® 3CH 2 OH - CH 2 OH + 2 MnO 2 + 2KOH
etüleenglükool
(etaandiool-1,2)
Alkeenmolekuli lõhustumine kaksiksideme kohas võib viia vastava molekuli moodustumiseni. karboksüülhape kui kasutatakse tugevat oksüdeerivat ainet (kontsentreeritud lämmastikhape või kroomisegu).
HNO 3 (konts.)
CH 3 - CH \u003d CH - CH 3 ® 2CH 3 COOH
buteen-2 etaanhape ( äädikhape)
Etüleeni oksüdeerimine atmosfäärihapnikuga metallilise hõbeda juuresolekul põhjustab etüleenoksiidi moodustumist.
2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 ® 2CH 2 - CH 2
JA) Alkeeni polümerisatsiooni reaktsioon.
n CH 2 \u003d CH 2 ® [-CH 2 - CH 2 -] n
etüleen kass. polüetüleen
7.Alkeenide kasutamine.
A) Metallide lõikamine ja keevitamine.
B) Värvide, lahustite, lakkide, uute orgaaniliste ainete tootmine.
C) Plastide ja muude sünteetiliste materjalide tootmine.
D) Alkoholide, polümeeride, kummide süntees
D) Ravimite süntees.
IV. dieeni süsivesinikud(alkadieenid või diolefiinid) on küllastumata komplekssed orgaanilised ühendid üldvalemiga C n H 2n-2, mis sisaldab ahelas kahte kaksiksidet süsinikuaatomite vahel ja on süsinikuaatomi valentsküllastamatuse tõttu võimeline siduma vesiniku, halogeenide ja muude ühendite molekule.
Paljude dieeni süsivesinike esimene esindaja on propadieen (alleen). Dieeni süsivesinike struktuur on sarnane alkeenide struktuuriga, ainus erinevus on see, et dieeni süsivesinike molekulides on kaks kaksiksidet, mitte üks.
MÄÄRATLUS
Alkeenid nimetatakse küllastumata süsivesinikeks, mille molekulid sisaldavad ühte kaksiksidet. Alkeenmolekuli struktuur, kasutades näitena etüleeni, on näidatud joonisel fig. 1.
Riis. 1. Etüleeni molekuli struktuur.
Füüsikaliste omaduste poolest erinevad alkeenid vähe alkaanidest, mille molekulis on sama arv süsinikuaatomeid. Madalamad homoloogid C 2 - C 4 at normaalsetes tingimustes- gaasid; C5-C17- vedelikud; kõrgemad homoloogid on tahked ained. Alkeenid on vees lahustumatud. Väga hästi lahustuv orgaanilistes lahustites.
Alkeenide saamine
Tööstuses saadakse alkeene nafta rafineerimisel: alkaanide krakkimise ja dehüdrogeenimise teel. Laboratoorsed meetodid Jagasime alkeenide tootmise kahte rühma:
- Eliminatsioonireaktsioonid (lõhustumine)
- alkoholide dehüdratsioon
CH3-CH2-OH → CH2 \u003d CH2 + H2O (H2SO4 (konts.), t 0 = 170).
— monohaloalkaanide dehüdrohalogeenimine
CH 3 -CH (Br) -CH 2 -CH 3 + NaOH alkohol → CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + NaBr + H 2 O (t 0).
— dihaloalkaanide dehalogeenimine
CH3-CH (Cl) -CH (Cl) -CH2-CH3 + Zn (Mg) → CH3-CH \u003d CH-CH2-CH3 + ZnCl2 (MgCl2).
- Alküünide mittetäielik hüdrogeenimine
CH≡CH + H2 → CH2 = CH2 (Pd, t 0).
Alkeenide keemilised omadused
Alkeenid on väga reaktsioonivõimelised orgaanilised ühendid. See on tingitud nende struktuurist. Alkeenide keemia on kaksiksideme keemia. Tüüpilised alkeenide reaktsioonid on elektrofiilsed liitumisreaktsioonid.
Alkeenide keemilised muundumised kulgevad lõhenemisega:
1) pi -C-C ühendused(lisamine, polümerisatsioon ja oksüdatsioon)
- hüdrogeenimine
CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH2 (kat = Pt).
- halogeenimine
CH3-CH2-CH \u003d CH2 + Br2 → CH3-CH2-CH (Br) -CH2Br.
- hüdrohalogeenimine (toimub Markovnikovi reegli järgi: vesinikuaatom kinnitub peamiselt rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga)
CH3-CH \u003d CH2 + H-Cl → CH3-CH (Cl) -CH3.
- niisutus
CH2 \u003d CH2 + H-OH → CH3-CH2-OH (H+, t 0).
- polümerisatsioon
nCH2 \u003d CH2 → -[-CH2-CH2-] - n (kat, t 0).
- oksüdatsioon
CH2 \u003d CH2 + 2KMnO4 + 2KOH → HO-CH2-CH2-OH + 2K2MnO4;
2CH 2 = CH 2 + O 2 → 2C 2 OH 4 (epoksiid) (kat \u003d Ag, t 0);
2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2CH3-C(O)H (kat = PdCl2, CuCl).
2) σ- ja π-sidemed С-С
CH3-CH \u003d CH-CH2-CH3 + 4 [O] → CH3COOH + CH3CH2COOH (KMnO4, H+, t 0).
3) sidemed sp 3 -H-ga (allüülasendis)
CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 = CH-Cl + HCl (t 0 = 400).
4) Katkesta kõik sidemed
C2H4 + 2O2 → 2CO2 + 2H2O;
C n H 2n + 3n/2 O 2 → nCO 2 + nH 2 O.
Alkeenide rakendamine
Alkeene on kasutatud erinevates tööstusharudes Rahvamajandus. Mõelge üksikute esindajate näitele.
Etüleeni kasutatakse laialdaselt tööstuslikus orgaanilises sünteesis, et saada mitmesuguseid orgaanilisi ühendeid, nagu halogeenderivaadid, alkoholid (etanool, etüleenglükool), atseetaldehüüd, äädikhape jne. suurel hulgal etüleeni kasutatakse polümeeride tootmiseks.
Propüleeni kasutatakse toorainena teatud alkoholide (näiteks propanool-2, glütseriin), atsetooni jne tootmisel. Polüpropüleeni saadakse propüleeni polümerisatsiooni teel.
Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
| Harjutus | Hüdrolüüsi ajal vesilahus naatriumhüdroksiid NaOH dikloriid, mis saadi etüleensüsivesinikule 6,72 liitri kloori lisamisel, tekkis 22,8 g kahehüdroksüülset alkoholi. Mis on alkeeni valem, kui on teada, et reaktsioonid kulgevad kvantitatiivsete saagistega (kadudeta)? |
| Lahendus | Kirjutame sisse alkeeni kloorimise võrrandi üldine vaade, samuti kahehüdroksüülse alkoholi saamise reaktsioon: C n H 2 n + Cl 2 \u003d C n H 2 n Cl 2 (1); C n H 2 n Cl 2 + 2NaOH \u003d C n H 2 n (OH) 2 + 2HCl (2). Arvutage kloori kogus: n (Cl 2) \u003d V (Cl 2) / V m; n (Cl 2) \u003d 6,72 / 22,4 \u003d 0,3 mol, seetõttu on ka etüleendikloriidi sisaldus 0,3 mol (võrrand 1), kahehüdroksüülset alkoholi peaks samuti olema 0,3 mol ja vastavalt ülesande olukorrale on see 22,8 g. Seega on selle molaarmass võrdne: M (C n H 2 n (OH) 2) \u003d m (C n H 2 n (OH) 2) / n (C n H 2 n (OH) 2); M (CnH2n(OH)2) \u003d 22,8/0,3 = 76 g/mol. Leidke alkeeni molaarmass: M (C n H 2 n) \u003d 76 - (2 × 17) \u003d 42 g / mol, mis vastab valemile C 3 H 6 . |
| Vastus | Alkeeni valem C3H6 |
NÄIDE 2
| Harjutus | Mitu grammi on vaja 16,8 g alkeeni broomimiseks, kui on teada, et sama koguse alkeeni katalüütilise hüdrogeenimise käigus lisati 6,72 liitrit vesinikku? Mis on koostis ja võimalik struktuur originaal süsivesinik? |
| Lahendus | Kirjutame üldkujul alkeeni broomimise ja hüdrogeenimise võrrandid: CnH2n + Br2 = CnH2nBr2 (1); C n H 2 n + H 2 = C n H 2 n +2 (2). Arvutage vesiniku aine kogus: n(H2) \u003d V (H2) / Vm; n (H 2) \u003d 6,72 / 22,4 \u003d 0,3 mol, seetõttu on ka alkeeni 0,3 mol (võrrand 2) ja vastavalt ülesande tingimusele on see 16,8 g. Seega on selle molaarmass võrdne: M(CnH2n) = m(CnH2n)/n(CnH2n); M (C n H 2 n) \u003d 16,8 / 0,3 \u003d 56 g / mol, mis vastab valemile C 4 H 8 . Vastavalt võrrandile (1) n(C n H 2 n) :n(Br 2) = 1:1, s.o. n (Br 2) \u003d n (C n H 2 n) \u003d 0,3 mol. Leidke broomi mass: m(Br2) = n(Br2) × M(Br2); M (Br 2) \u003d 2 × Ar (Br) = 2 × 80 = 160 g / mol; m (MnO 2) = 0,3 × 160 \u003d 48 g. Koostame struktuurivalemid isomeerid: buteen-1 (1), buteen-2 (2), 2-metüülpropeen (3), tsüklobutaan (4). CH2=CH-CH2-CH3 (1); CH3-CH=CH-CH3 (2); CH2=C(CH3)-CH3(3); |
| Vastus | Broomi mass on 48 g |
ETÜLEENISERI KÜLLASTAMATA VÕI KÜLLASTAMATA SÜSIVESIINID (ALKEENID VÕI OLEFIINID)
Alkeenid, või olefiinid(ladina keelest olefiant - õli - vana nimi, kuid keemiakirjanduses laialt kasutusel. Selle nime põhjus oli 18. sajandil saadud etüleenkloriid on vedel õline aine.) - alifaatsed küllastumata süsivesinikud, mille molekulides on süsinikuaatomite vahel üks kaksikside.
Alkeenid moodustavad üldvalemiga homoloogse seeria CnH2n
1. Alkeenide homoloogne seeria
Homoloogid:
KOOSH2 = CH2 eteen
KOOSH2 = CH- CH3 propeen
KOOSH2=CH-CH2-CH3buteen-1
KOOSH2=CH-CH2-CH2-CH3 penteen-1
2. Füüsikalised omadused
Etüleen (eteen) on väga nõrga magusa lõhnaga värvitu gaas, õhust veidi kergem, vees vähe lahustuv.
C2 - C4 (gaasid)
C5–C17 (vedelikud)
С18 – (tahke)
Alkeenid on vees lahustumatud, lahustuvad orgaanilistes lahustites (bensiin, benseen jne)
Kergem kui vesi
Mr suurenemisega sulamis- ja keemistemperatuur tõusevad
3. Lihtsaim alkeen on etüleen - C2H4
Struktuursed ja elektrooniline valem etüleen näeb välja selline:
Etüleeni molekulis üks s- ja kaks lk-C aatomite orbitaalid ( sp 2-hübridiseerimine).
Seega on igal C-aatomil kolm hübriidorbitaali ja üks mittehübriidorbitaal. lk-orbitaalid. Kaks C-aatomite hübriidorbitaali kattuvad ja moodustuvad C-aatomite vahel
σ - ühendus. Ülejäänud neli C-aatomite hübriidorbitaali kattuvad samal tasapinnal neljaga s-H-aatomite orbitaalid ja moodustavad ka neli σ-sidet. Kaks mittehübriidset lk-C aatomite orbitaalid kattuvad omavahel tasapinnal, mis on risti tasapinnaga σ - side, s.o. moodustub üks P- ühendus.
Oma olemuselt P- ühendus erineb järsult σ-st - ühendus; P- side on vähem tugev elektronpilvede kattumise tõttu väljaspool molekuli tasapinda. Reaktiivide mõjul P- ühendus katkeb kergesti.
Etüleeni molekul on sümmeetriline; kõigi aatomite tuumad paiknevad samal tasapinnal ja sidemete nurgad on lähedased 120°; C-aatomite tsentrite vaheline kaugus on 0,134 nm.
Kui aatomid on ühendatud kaksiksidemega, on nende pöörlemine ilma elektronpilvedeta võimatu P- ühendust ei avata.
4. Alkeenide isomeeria
Koos süsiniku skeleti struktuurne isomeeria alkeene iseloomustavad esiteks muud tüüpi struktuursed isomeerid - mitme sideme positsiooni isomeeria Ja klassidevaheline isomeeria.
Teiseks alkeenide seerias ruumiline isomeeria , mis on seotud asendajate erineva positsiooniga kaksiksideme suhtes, mille ümber molekulisisene pöörlemine on võimatu.
Alkeenide struktuurne isomeeria
1. Süsiniku skeleti isomeeria (alates C4H8):
2. Kaksiksideme positsiooni isomeeria (alates С4Н8):
3. Klassidevaheline isomeeria tsükloalkaanidega, alates C3H6-st:
Alkeenide ruumiline isomeeria
Aatomite pöörlemine kaksiksideme ümber on võimatu ilma seda purustamata. See on tingitud p-sideme struktuurilistest iseärasustest (p-elektronipilv on koondunud molekuli tasandist kõrgemale ja allapoole). Aatomite jäiga kinnitumise tõttu ei ilmne kaksiksideme suhtes rotatsiooniisomeeria. Kuid see muutub võimalikuks cis-transs-isomeeria.
Alkeenid, millel on kaksiksideme kahel süsinikuaatomil erinevad asendajad, võivad esineda kahe ruumilise isomeerina, mis erinevad asendajate paigutuse poolest p-sideme tasandi suhtes. Niisiis, buteen-2 molekulis CH3-CH=CH-CH3 CH3 rühmad võivad olla kas kaksiksideme ühel küljel cis-isomeer või vastaskülgedel sisse transs-isomeer.
TÄHELEPANU! cis-trans- Isomeeria ei ilmne, kui vähemalt ühel kaksiksideme C-aatomil on 2 identset asendajat.
Näiteks,
buteen-1 CH2=CH-CH2-CH3 ei oma cis- Ja transs-isomeerid, sest Esimene C-aatom on seotud kahe identse H-aatomiga.
Isomeerid cis- Ja transs- erinevad mitte ainult füüsiliselt
,
aga ka keemilised omadused, tk. molekuli osade lähenemine või eemaldamine üksteisest ruumis soodustab või takistab keemilist vastasmõju.
Mõnikord cis-trans isomeeriat täpselt ei nimetata geomeetriline isomeeria. Ebatäpsus seisneb selles Kõik ruumilised isomeerid erinevad oma geomeetria poolest ja mitte ainult cis- Ja transs-.
5. Nomenklatuur
Lihtsaid alkeene nimetatakse sageli, asendades alkaanides oleva järelliide -an -ga -üleen: etaan -etüleen, propaan - propüleen jne.
Süstemaatilise nomenklatuuri järgi saadakse etüleeni süsivesinike nimetused, asendades vastavates alkaanides sufiksi -an sufiksiga -een (alkaan - alkeen, etaan - eteen, propaan - propeen jne). Peaahela valik ja nimede järjekord on sama, mis alkaanide puhul. Kuid kett peab tingimata sisaldama kaksiksidet. Keti nummerdamine algab otsast, millele see ühendus on lähemal. Näiteks:
Küllastumata (alkeen) radikaale nimetatakse triviaalseteks nimedeks või süstemaatilise nomenklatuuri järgi:
(H2C=CH-)vinüül või etenüül
(Н2С=CH—CH2) allüül
Küllastumata süsivesinikud hõlmavad süsivesinikke, mis sisaldavad molekulides mitut sidet süsinikuaatomite vahel. Neid on piiramatud alkeenid, alküünid, alkadieenid (polüeenid). Tsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad tsüklis kaksiksidet, on samuti küllastumata ( tsükloalkeenid), samuti tsükloalkaanid, mille tsüklis on väike arv süsinikuaatomeid (kolm või neli aatomit). "Küllastumatuse" omadus on seotud nende ainete võimega astuda liitumisreaktsioonidesse, peamiselt vesiniku, küllastunud või küllastunud süsivesinike - alkaanide moodustumisega.
Alkeenide struktuur
Atsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad molekulis lisaks üksiksidemetele üht kaksiksidet süsinikuaatomite ja vastavate üldine valem CnH2n. Selle teine nimi olefiinid- alkeenid saadi analoogselt küllastumata rasvhapetega (oleiin-, linoolhape), mille jäänused on osa vedelast rasvast - õlidest.
Süsinikuaatomid, mille vahel on kaksikside, on sp 2 hübridisatsiooni olekus. See tähendab, et hübridisatsioonis osaleb üks s- ja kaks p-orbitaali, samas kui üks p-orbitaal jääb hübridiseerimata. Hübriidorbitaalide kattumine viib σ-sideme moodustumiseni ja hübridiseerimata p-orbitaalide tõttu
naabersüsinikuaatomitest moodustub teine, π-side. Seega koosneb kaksikside ühest σ- ja ühest π-sidemest. Kaksiksidet moodustavate aatomite hübriidorbitaalid on samas tasapinnas ja π-sideme moodustavad orbitaalid paiknevad risti molekuli tasapinnaga. Kaksikside (0,132 im) on lühem kui üksikside ja selle energia on suurem, kuna see on vastupidavam. Liikuva, kergesti polariseeruva π-sideme olemasolu viib aga selleni, et alkeenid on keemiliselt aktiivsemad kui alkaanid ja on võimelised astuma liitumisreaktsioonidesse.
Etüleeni struktuur
Topeltsidemete moodustumine alkeenides
Eteeni homoloogne seeria
Hargnemata alkeenid moodustavad eteeni homoloogse seeria ( etüleen): C 2 H 4 - eteen, C 3 H 6 - propeen, C 4 H 8 - buteen, C 5 H 10 - penteen, C 6 H 12 - hekseen, C 7 H 14 - hepteen jne.
Alkeenide isomeeria
Alkeene iseloomustab struktuurne isomeeria. Struktuuriisomeerid erinevad üksteisest süsiniku skeleti struktuuri poolest. Lihtsaim alkeen, mida iseloomustab struktuursed isomeerid, on buteen:
Struktuurse isomeeria eritüüp on kaksiksideme positsiooni isomeeria:
Alkeenid on tsükloalkaanide suhtes isomeersed (klassidevaheline isomeeria), näiteks:
Süsinikuaatomite peaaegu vaba pöörlemine on võimalik ühe süsinik-süsinik sideme ümber, nii et alkaanimolekulid saavad kõige rohkem omandada mitmekesine vorm. Pöörlemine ümber kaksiksideme on võimatu, mis põhjustab alkeenides teist tüüpi isomeeride ilmnemist - geomeetrilist või cis ja transisomeeria.
Cis isomeerid erineda trans-isomeerid molekulaarsete fragmentide ruumiline paigutus (in sel juhul metüülrühmad) π-sideme tasapinna ja sellest tulenevalt ka omaduste suhtes.
Alkeenide nomenklatuur
1. Põhiahela valimine. Süsivesiniku nime kujunemine algab peaahela – molekuli pikima süsinikuaatomite ahela – määratlemisest. Alkeenide puhul peab põhiahel sisaldama kaksiksidet.
2. Peaahela aatomite nummerdamine. Peaahela aatomite nummerdamine algab otsast, millele kaksikside on kõige lähemal.
Näiteks on õige ühenduse nimi:
Kui kaksiksideme asend ei suuda määrata aatomite numeratsiooni algust ahelas, siis määrab see asendajate asukoha samamoodi nagu küllastunud süsivesinike puhul.
3. Nimemoodustus. Nime lõpus märkige süsinikuaatomi number, millest kaksikside algab, ja järelliide -en, mis näitab, et ühend kuulub alkeenide klassi. Näiteks:
Alkeenide füüsikalised omadused
Alkeenide homoloogse seeria kolm esimest esindajat on gaasid; ained koostisega C5H10 - C16H32 - vedelikud; kõrgemad alkeenid on tahked ained.
Keemis- ja sulamistemperatuurid tõusevad loomulikult koos ühendite molekulmassi suurenemisega.
Alkeenide keemilised omadused
Lisamisreaktsioonid. Tuletage seda meelde tunnusmärk küllastumata süsivesinike esindajad - alkeenid on võime siseneda liitumisreaktsioonidesse. Enamik neist reaktsioonidest kulgeb mehhanismi kaudu elektrofiilne lisamine.
1. Alkeenide hüdrogeenimine. Alkeenid on võimelised lisama vesinikku hüdrogeenimiskatalüsaatorite, metallide - plaatina, pallaadiumi, nikli juuresolekul:
See reaktsioon kulgeb atmosfäärirõhul ja kõrgendatud rõhul ega vaja kõrge temperatuur, kuna see on eksotermiline. Samade katalüsaatorite temperatuuri tõusuga võib toimuda pöördreaktsioon, dehüdrogeenimine.
2. Halogeenimine (halogeenide lisamine). Alkeeni interaktsioon broomveega või broomi lahusega orgaanilises lahustis (CC14) põhjustab nende lahuste kiiret värvimuutust, kuna alkeenile lisatakse halogeeni molekul ja tekivad dihaloalkaanid.
3. Hüdrohalogeenimine (vesinikhalogeniidi lisamine).
See reaktsioon allub
Kui alkeenile lisatakse vesinikhalogeniid, seotakse vesinik rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga, st aatomiga, mille juures see asub rohkem aatomeid vesinik ja halogeen - vähem hüdrogeenitud.
4. Hüdratsioon (vee lisamine). Alkeenide hüdratsioon põhjustab alkoholide moodustumist. Näiteks vee lisamine eteenile on ühe etüülalkoholi tootmise tööstusliku meetodi aluseks.
Pange tähele, et primaarne alkohol (mille primaarse süsiniku juures on hüdroksorühm) moodustub ainult siis, kui eteen on hüdraatunud. Kui propeen või muud alkeenid on hüdreeritud, sekundaarsed alkoholid.
See reaktsioon kulgeb samuti vastavalt Markovnikovi reeglile – vesinikkatioon lisatakse rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomile ja hüdroksorühm vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomile.
5. Polümerisatsioon. erijuhtum lisamine on alkeenide polümerisatsioonireaktsioon:
See liitumisreaktsioon toimub vabade radikaalide mehhanismi kaudu.
Oksüdatsioonireaktsioonid.
1. Põlemine. Nagu kõik orgaanilised ühendid, põlevad alkeenid hapnikus, moodustades CO2 ja H2O:
2. Oksüdatsioon lahustes. Erinevalt alkaanidest oksüdeeruvad alkeenid kaaliumpermanganaadi lahuste toimel kergesti. Neutraalsetes või leeliselistes lahustes oksüdeeritakse alkeenid dioolideks (kahehüdroksüülsed alkoholid) ja hüdroksüülrühmad on seotud nende aatomitega, mille vahel oli enne oksüdatsiooni kaksikside:
