Az alkének külön képviselői. Alkének – Tudáshipermarket
A legegyszerűbb szerves vegyületek a telített és telítetlen szénhidrogének. Ide tartoznak az alkánok, alkinek, alkének osztályába tartozó anyagok.
Képleteik meghatározott sorrendben és mennyiségben tartalmazzák a hidrogén- és szénatomokat. Gyakran megtalálhatók a természetben.
Az alkének definíciója
Másik nevük olefinek vagy etilén szénhidrogének. Így nevezték ezt a vegyületcsoportot a 18. században, amikor egy olajos folyadékot, az etilén-kloridot fedeztek fel.
Az alkének hidrogén- és szénelemekből álló vegyületek. Az aciklikus szénhidrogénekhez tartoznak. Molekulájukban egyetlen kettős (telítetlen) kötés található, amely két szénatomot köt össze egymással.
Alkén képletek
Minden vegyületosztálynak saját kémiai jelölése van. Ezekben a periódusos rendszer elemeinek szimbólumai jelzik az egyes anyagok kötéseinek összetételét és szerkezetét.
Az alkének általános képletét a következőképpen jelöljük: C n H 2n, ahol az n szám nagyobb vagy egyenlő, mint 2. Megfejtésekor látható, hogy minden szénatomhoz két hidrogénatom tartozik.
A homológ sorozatból származó alkének molekulaképleteit a következő szerkezetek képviselik: 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 , C9H18, C10H20. Látható, hogy minden további szénhidrogén eggyel több szenet és 2 hidrogént tartalmaz.
A molekulában található kémiai vegyületek elhelyezkedésének és sorrendjének grafikus jelölése az atomok között, amely az alkének szerkezeti képletét mutatja, vegyértékvonalak segítségével a szénatomok hidrogénekkel való kötését jelzik.
Az alkének szerkezeti képlete kiterjesztett formában is bemutatható, amikor az összes kémiai elem és kötés látható. Az olefinek tömörebb kifejezésével a szén és a hidrogén kombinációja vegyértékvonalak segítségével nem látható.
A vázképlet a legegyszerűbb szerkezetet jelöli. Szaggatott vonal jelzi a molekula alapját, amelyben a szénatomokat a csúcsok és a végek, a hidrogént pedig linkek jelzik.
Hogyan keletkeznek az olefinnevek
CH 3 -HC = CH 2 + H 2 O → CH 3 -OHCH-CH 3.
Kénsavval alkéneknek kitéve a szulfonálás folyamata megy végbe:
CH 3 -HC \u003d CH 2 + HO-OSO-OH → CH 3 -CH 3 CH-O-SO 2-OH.
A reakció sav-észterek, például izopropil-kénsav képződésével megy végbe.
Az alkének oxidációnak vannak kitéve égésük során oxigén hatására, és víz és szén-dioxid gáz keletkezik:
2CH 3 -HC \u003d CH 2 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.
Az olefin vegyületek és a híg kálium-permanganát kölcsönhatása oldat formájában glikolok vagy kétértékű alkoholok képződéséhez vezet. Ez a reakció szintén oxidatív, etilénglikol képződésével és az oldat elszíneződésével:
3H 2 C \u003d CH 2 + 4H 2 O + 2KMnO 4 → 3OHCH-CHOH + 2MnO 2 + 2KOH.
Az alkénmolekulák szabad gyökös vagy kation-anion mechanizmussal vehetnek részt a polimerizációs folyamatban. Az első esetben peroxidok hatására polimert, például polietilént kapnak.
A második mechanizmus szerint a savak kationos katalizátorként működnek, a fémorganikus anyagok pedig anionos katalizátorok, amelyekben sztereoszelektív polimer szabadul fel.
Mik azok az alkánok
Paraffinoknak vagy telített aciklikus szénhidrogéneknek is nevezik. Lineáris vagy elágazó szerkezetűek, amelyek csak telített egyszerű kötéseket tartalmaznak. Ennek az osztálynak minden képviselője a C n H 2n+2 általános képlettel rendelkezik.
Csak szén- és hidrogénatomot tartalmaznak. Az alkének általános képlete a telített szénhidrogének jelöléséből jön létre.
Alkánok nevei és jellemzőik
Ennek az osztálynak a legegyszerűbb képviselője a metán. Ezt olyan anyagok követik, mint az etán, a propán és a bután. Nevük a görög számnév gyökerén alapul, amelyhez az -an utótag is hozzáadódik. Az alkánok nevei az IUPAC-nómenklatúrában szerepelnek.
Az alkének, alkinek, alkánok általános képlete csak kétféle atomot tartalmaz. Ezek közé tartoznak a szén és a hidrogén elemek. A szénatomok száma mindhárom osztályban azonos, a különbség csak a hidrogének számában figyelhető meg, ami leválasztható vagy hozzáadható. A telítetlen vegyületek beszerzéséből. A paraffinok képviselői a molekulában 2-vel több hidrogénatomot tartalmaznak, mint az olefinek, amit az alkánok, alkének általános képlete is megerősít. Az alkén szerkezete telítetlennek tekinthető a kettős kötés jelenléte miatt.
Ha a víz-ro-dny és a szén-le-ro-dny atomok számát korreláljuk az al-ka-nah-ban, akkor az érték max-si-kicsi lesz a többi szén-le-vo osztályhoz képest. -to -ro-dov.
A metántól kezdve a butánig (C1-től C4-ig) az anyagok gáznemű formában léteznek.
Folyékony formában a C5-C16 homológ intervallumú szénhidrogének jelennek meg. A főláncban 17 szénatomos alkánból kiindulva a fizikai állapot szilárd halmazállapotúvá válik.
Jellemzőjük a szénváz izomériája és a molekula optikai módosulásai.
A paraffinokban a szén vegyértékeket teljesen elfoglalják a szomszédos szén-le-ro-da-mi vagy in-do-ro-da-mi σ-típusú kötések kialakulásával. Kémiai szempontból ez okozza gyenge tulajdonságaikat, ezért az alkánokat pre-del-ny-x vagy telített-schen-ny-x coal-le-to-do-rodovnak nevezik, affinitás nélkül.
A molekula gyökös halogénezésével, szulfoklórozásával vagy nitrálásával kapcsolatos szubsztitúciós reakciókba lépnek.
A paraffinok magas hőmérsékleten oxidációs, égési vagy bomlási folyamaton mennek keresztül. A reakciógyorsítók hatására a hidrogénatomok eliminálása vagy az alkánok dehidrogénezése következik be.
Mik azok az alkinek
Acetilén szénhidrogéneknek is nevezik őket, amelyeknek hármas kötése van a szénláncban. Az alkinok szerkezetét a C n H 2 n-2 általános képlet írja le. Ez azt mutatja, hogy az alkánokkal ellentétben az acetilén szénhidrogénekből négy hidrogénatom hiányzik. Helyüket egy hármas kötéssel helyettesítik, amelyet két π-vegyület alkot.
Ez a szerkezet határozza meg ennek az osztálynak a kémiai tulajdonságait. Az alkének és alkinek szerkezeti képlete jól mutatja molekuláik telítetlenségét, valamint kettős (H 2 C꞊CH 2) és hármas (HC≡CH) kötés jelenlétét.
Alkinek neve és jellemzőik
A legegyszerűbb képviselője az acetilén vagy a HC≡CH. Etinnek is nevezik. A telített szénhidrogén nevéből származik, amelyben az -an utótagot eltávolítják, és -in hozzáadják. A hosszú alkinek nevében a szám a hármas kötés helyét jelzi.
A telített és telítetlen szénhidrogének szerkezetének ismeretében meghatározható, hogy az alkinok általános képletét melyik betűvel jelöljük: a) CnH2n; c) CnH2n+2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6. A helyes válasz a harmadik lehetőség.
Az acetiléntől kezdve a butánig (C2-től C4-ig) az anyagok gáz halmazállapotúak.
Folyékony formában C 5 és C 17 közötti homológ intervallumú szénhidrogének vannak. A főláncban 18 szénatomos alkinból kiindulva a fizikai állapot szilárd halmazállapotúvá válik.
Jellemzőjük a szénváz izomériája, a hármas kötés helyzetében, valamint a molekula osztályok közötti módosulásai.
Az acetilén szénhidrogének kémiailag hasonlóak az alkénekhez.
Ha az alkinek terminális hármas kötést tartalmaznak, akkor savként működnek alkinidsók, például NaC≡CNa képződésével. Két π-kötés jelenléte a nátrium-acetiledin-molekulát erős nukleofilré teszi, amely szubsztitúciós reakciókba lép.
Az acetilént réz-klorid jelenlétében klórozzák, így diklór-acetilént kapnak, és halogén-alkinek hatására kondenzálódik, és diacetilénmolekulák szabadulnak fel.
Az alkinek olyan reakciókban vesznek részt, amelyek alapelve a halogénezés, a hidrohalogénezés, a hidratálás és a karbonilezés. Az ilyen folyamatok azonban gyengébbek, mint a kettős kötést tartalmazó alkénekben.
Az acetilénes szénhidrogének esetében lehetséges egy alkoholmolekula, egy primer amin vagy hidrogén-szulfid nukleofil típusú addíciós reakciója.
Az alkánok kémiai tulajdonságai
Az alkánok (paraffinok) nem ciklikus szénhidrogének, amelyek molekuláiban minden szénatom csak egyszeres kötéssel kapcsolódik össze. Más szóval, az alkánok molekuláiban nincsenek többszörös, kettős vagy hármas kötések. Valójában az alkánok olyan szénhidrogének, amelyek a lehető legtöbb hidrogénatomot tartalmazzák, ezért korlátozónak (telítettnek) nevezik őket.
A telítettség miatt az alkánok nem léphetnek be addíciós reakcióba.
Mivel a szén- és hidrogénatomok elektronegativitása meglehetősen közeli, ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a molekuláik CH-kötései rendkívül alacsony polaritásúak. E tekintetben az alkánokra jellemzőbbek az SR szimbólummal jelölt, gyökös szubsztitúciós mechanizmus szerint lezajló reakciók.
1. Szubsztitúciós reakciók
Az ilyen típusú reakciókban a szén-hidrogén kötések felbomlanak.
RH + XY → RX + HY
Halogénezés
Az alkánok halogénekkel (klór és bróm) reagálnak ultraibolya fény hatására vagy erős hő hatására. Ebben az esetben a hidrogénatomok különböző szubsztitúciós fokával rendelkező halogénszármazékok keveréke képződik - mono-, di-tri- stb. halogénnel szubsztituált alkánok.
A metán példáján ez így néz ki:
A reakcióelegyben a halogén/metán arány változtatásával biztosítható, hogy a termékek összetételében bármely adott metán-halogénszármazék domináljon.
|
reakció mechanizmus Elemezzük a szabad gyökös szubsztitúciós reakció mechanizmusát a metán és a klór kölcsönhatásának példáján. Három szakaszból áll:
A szabad gyököket, amint az a fenti ábrán látható, atomoknak vagy atomcsoportoknak nevezzük, amelyek egy vagy több párosítatlan elektront tartalmaznak (Cl, H, CH 3, CH 2 stb.); 2. Láncfejlesztés Ez a szakasz az aktív szabad gyökök és az inaktív molekulák kölcsönhatásából áll. Ebben az esetben új gyökök képződnek. Különösen, ha klór gyökök hatnak az alkánmolekulákra, alkilgyök és hidrogén-klorid képződik. Az alkilgyök viszont a klórmolekulákkal ütközve klórszármazékot és új klórgyököt képez: 3) A lánc elszakadása (elhalása): Két gyök egymással inaktív molekulákká való rekombinációja eredményeként jön létre: |
2. Oxidációs reakciók
Normál körülmények között az alkánok közömbösek az olyan erős oxidálószerekkel szemben, mint a tömény kénsav és salétromsav, permanganát és kálium-dikromát (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).
Égés oxigénben
A) teljes égés oxigénfelesleggel. Szén-dioxid és víz képződéséhez vezet:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
B) tökéletlen égés oxigénhiánnyal:
2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 \u003d C + 2H 2 O
Katalitikus oxidáció oxigénnel
Az alkánok oxigénnel (~200 o C) katalizátorok jelenlétében történő hevítése eredményeként sokféle szerves termék nyerhető belőlük: aldehidek, ketonok, alkoholok, karbonsavak.
Például a metán a katalizátor jellegétől függően oxidálható metil-alkohollá, formaldehiddé vagy hangyasavvá:
3. Alkánok termikus átalakulása
Reccsenés
A repedés (angol nyelvtől crack - to tear) egy magas hőmérsékleten lezajló kémiai folyamat, melynek eredményeként az alkánmolekulák szénváza megszakad, és az eredeti alkánokhoz képest kisebb molekulatömegű alkének és alkánmolekulák képződnek. Például:
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH \u003d CH2
A repedés lehet termikus vagy katalitikus. A katalitikus krakkolás megvalósításához a katalizátorok alkalmazása miatt lényegesen alacsonyabb hőmérsékleteket alkalmaznak a termikus krakkoláshoz képest.
Dehidrogénezés
A hidrogén eliminációja a CH-kötések felbomlásának eredményeként következik be; katalizátorok jelenlétében, emelt hőmérsékleten végezzük. A metán dehidrogénezése során acetilén keletkezik:
2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2
A metán 1200 °C-ra melegítése egyszerű anyagokra bomlásához vezet:
CH4 → C + 2H 2
Más alkánok dehidrogénezése alkéneket eredményez:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Dehidrogénezéskor n-bután, butén vagy butén-2 képződik (keverék cisz-és transz-izomerek):
Dehidrociklizálás
Izomerizáció
A cikloalkánok kémiai tulajdonságai
A négynél több szénatomot tartalmazó cikloalkánok kémiai tulajdonságai általában majdnem azonosak az alkánokéval. A ciklopropán és a ciklobután esetében furcsa módon az addíciós reakciók jellemzőek. Ez a cikluson belüli nagy feszültségnek köszönhető, ami ahhoz a tényhez vezet, hogy ezek a ciklusok hajlamosak megszakadni. Tehát a ciklopropán és a ciklobután könnyen ad brómot, hidrogént vagy hidrogén-kloridot:
Az alkének kémiai tulajdonságai
1. Addíciós reakciók
Mivel az alkénmolekulák kettős kötése egy erős szigma kötésből és egy gyenge pi kötésből áll, meglehetősen aktív vegyületek, amelyek könnyen lépnek be addíciós reakciókba. Az alkének gyakran még enyhe körülmények között is belépnek ilyen reakciókba - hidegben, vizes oldatokban és szerves oldószerekben.
Alkének hidrogénezése
Az alkének képesek katalizátorok (platina, palládium, nikkel) jelenlétében hidrogént hozzáadni:
CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3
Az alkének hidrogénezése még normál nyomáson és enyhe melegítésen is könnyen lezajlik. Érdekes tény, hogy az alkánok alkénekké történő dehidrogénezésére ugyanazok a katalizátorok használhatók, csak a dehidrogénezési folyamat magasabb hőmérsékleten és alacsonyabb nyomáson megy végbe.
Halogénezés
Az alkének könnyen addíciós reakcióba lépnek brómmal mind vizes oldatban, mind szerves oldószerekben. A kölcsönhatás következtében kezdetben a bróm sárga oldatai elvesztik színüket, i.e. elszíntelenedik.
CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Hidrohalogénezés
Könnyen belátható, hogy hidrogén-halogenid hozzáadása egy aszimmetrikus alkénmolekulához elméletileg két izomer keverékéhez vezet. Például, ha hidrogén-bromidot adnak a propénhez, a következő termékeket kell előállítani:
Mindazonáltal speciális feltételek hiányában (például peroxidok jelenléte a reakcióelegyben) a hidrogén-halogenid molekula hozzáadása szigorúan szelektíven történik a Markovnikov-szabály szerint:
Hidrogén-halogenid hozzáadása egy alkénhez úgy történik, hogy a hidrogén egy nagyobb számú hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz kapcsolódik (több hidrogénezett), a halogén pedig egy kisebb számú hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz kapcsolódik. (kevésbé hidrogénezett).
Hidratáció
Ez a reakció alkoholok képződéséhez vezet, és a Markovnikov-szabálynak megfelelően megy végbe:
Mint sejthető, mivel a víz hozzáadása az alkénmolekulához a Markovnikov-szabály szerint történik, a primer alkohol képződése csak etilén hidratálása esetén lehetséges:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
Ez a reakció az etil-alkohol fő mennyisége a nagy kapacitású iparban.
Polimerizáció
Az addíciós reakció sajátos esete a polimerizációs reakció, amely a halogénezéstől, hidrohalogénezéstől és hidratálástól eltérően szabad gyökös mechanizmuson keresztül megy végbe:
Oxidációs reakciók
Mint minden más szénhidrogén, az alkének is könnyen égnek oxigénben, szén-dioxidot és vizet képezve. Az alkének oxigénfeleslegben való elégetésének egyenlete a következő:
C n H 2n+2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O
Az alkánokkal ellentétben az alkének könnyen oxidálódnak. A KMnO 4 vizes oldatának alkénekre gyakorolt hatására elszíneződés, amely minőségi reakció a szerves anyagok molekuláiban képződő kettős és hármas CC kötésekre.
Az alkének kálium-permanganáttal semleges vagy enyhén lúgos oldatban történő oxidációja diolok (kétértékű alkoholok) képződéséhez vezet:
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2 MnO 2 + 2KOH (hűtés)
Savas környezetben a kettős kötés teljes hasadása a kettős kötést létrehozó szénatomok karboxilcsoportokká történő átalakulásával történik:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8 MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (fűtés)
Ha a kettős C=C kötés az alkénmolekula végén van, akkor a kettős kötés szélső szénatomjának oxidációs termékeként szén-dioxid képződik. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az oxidációs közbenső termék, a hangyasav, önmagában könnyen oxidálódik oxidálószer feleslegében:
5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10 MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20 H 2 O (fűtés)
Az alkének oxidációja során, amelyekben a kettős kötés szénatomja két szénhidrogén szubsztituenst tartalmaz, keton keletkezik. Például a 2-metil-butén-2 oxidációja acetont és ecetsavat termel.
Az alkének oxidációját, amely a kettős kötésnél megbontja a szénvázat, a szerkezetük megállapítására használják.
Az alkadiének kémiai tulajdonságai
Addíciós reakciók
Például halogének hozzáadása:
A brómos víz színtelenné válik.
Normál körülmények között a halogénatomok hozzáadása a butadién-1,3 molekula végein történik, miközben a π kötések megszakadnak, a bróm atomok a szélső szénatomokhoz kapcsolódnak, és a szabad vegyértékek új π kötést képeznek. Így mintha a kettős kötés "mozgása" lenne. A bróm feleslegével még egy brómmolekulát lehet hozzáadni a kialakult kettős kötés helyére.
polimerizációs reakciók
Alkinok kémiai tulajdonságai
Az alkinek telítetlen (telítetlen) szénhidrogének, ezért addíciós reakciókba léphetnek be. Az alkinek addíciós reakciói közül az elektrofil addíció a leggyakoribb.
Halogénezés
Mivel az alkinmolekulák hármas kötése egy erősebb szigma kötésből és két gyengébb pi kötésből áll, képesek egy vagy két halogénmolekulát összekapcsolni. Két halogénmolekula hozzáadása egy alkinmolekulához az elektrofil mechanizmus révén, egymás után két lépésben történik:
Hidrohalogénezés
A hidrogén-halogenid molekulák hozzáadása szintén elektrofil mechanizmussal és két lépésben történik. Az összeadás mindkét szakaszban a Markovnikov-szabály szerint történik:
Hidratáció
A víz alkinekhez való hozzáadása rutiumsók jelenlétében, savas közegben történik, és ezt Kucserov-reakciónak nevezik.
A víz acetilénhez való hozzáadásának hidratálása következtében acetaldehid (ecetsav-aldehid) képződik:
Az acetilén homológok esetében a víz hozzáadása ketonok képződéséhez vezet:
Alkin hidrogénezés
Az alkinek két lépésben reagálnak a hidrogénnel. Katalizátorként olyan fémeket használnak, mint a platina, palládium, nikkel:
Alkin trimerizáció
Amikor az acetilént magas hőmérsékleten aktív szénen vezetik át, különféle termékek keveréke képződik belőle, amelyek fő része a benzol, az acetilén trimerizálásának terméke:
Alkinek dimerizációja
Az acetilén szintén dimerizációs reakcióba lép. Az eljárás katalizátorként rézsók jelenlétében megy végbe:
Alkin oxidáció
Az alkinek oxigénben égnek:
C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O
Alkinok kölcsönhatása bázisokkal
A molekula végén hármas C≡C-t tartalmazó alkinek – a többi alkinektől eltérően – képesek olyan reakciókba lépni, amelyekben a hármas kötésben a hidrogénatomot fém helyettesíti. Például az acetilén nátrium-amiddal reagál folyékony ammóniában:
HC≡CH + NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3,
valamint ezüst-oxid ammóniás oldatával, amely oldhatatlan sószerű anyagokat, úgynevezett acetilenideket képez:
Ennek a reakciónak köszönhetően lehetséges a terminális hármas kötéssel rendelkező alkinok felismerése, valamint az ilyen alkinek izolálása más alkinek keverékéből.
Meg kell jegyezni, hogy minden ezüst- és réz-acetilenid robbanásveszélyes anyag.
Az acetilidok képesek reagálni halogénszármazékokkal, amelyeket összetettebb, hármas kötéssel rendelkező szerves vegyületek szintézisében használnak:
CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3
CH3-C≡CNa + CH3Br → CH3-C≡C-CH3 + NaBr
Az aromás szénhidrogének kémiai tulajdonságai
A kötés aromás jellege befolyásolja a benzolok és más aromás szénhidrogének kémiai tulajdonságait.
Egyetlen 6pi elektronrendszer sokkal stabilabb, mint a hagyományos pi kötések. Ezért az aromás szénhidrogénekre a szubsztitúciós reakciók jellemzőbbek, mint az addíciós reakciók. Az arének elektrofil mechanizmussal lépnek be szubsztitúciós reakciókba.
Szubsztitúciós reakciók
Halogénezés
Nitrálás
A nitrálási reakció legjobban nem tiszta salétromsav, hanem tömény kénsavval való elegye, az úgynevezett nitráló keverék hatására megy végbe:
Alkilezés
Az a reakció, amelyben az aromás magban az egyik hidrogénatomot szénhidrogéngyökkel helyettesítjük:
A halogénezett alkánok helyett alkének is használhatók. Katalizátorként alumínium-halogenidek, vas-vas-halogenidek vagy szervetlen savak használhatók.<
Addíciós reakciók
hidrogénezés
A klór csatlakozása
Radikális mechanizmussal megy végbe intenzív ultraibolya fénnyel történő besugárzás mellett:
Hasonlóképpen, a reakció csak klórral mehet végbe.
Oxidációs reakciók
Égés
2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q
nem teljes oxidáció
A benzolgyűrű ellenáll az olyan oxidálószereknek, mint a KMnO 4 és a K 2 Cr 2 O 7 . A reakció nem megy.
A benzolgyűrű szubsztituenseinek felosztása két típusra:
Tekintsük a benzolhomológok kémiai tulajdonságait, példaként a toluolt használva.
A toluol kémiai tulajdonságai
Halogénezés
A toluol molekula benzol- és metánmolekulák töredékeiből áll. Ezért logikus azt feltételezni, hogy a toluol kémiai tulajdonságainak bizonyos mértékig kombinálniuk kell e két anyag kémiai tulajdonságait külön-külön. A halogénezés során pontosan ez figyelhető meg. Azt már tudjuk, hogy a benzol elektrofil mechanizmussal lép szubsztitúciós reakcióba klórral, és ehhez a reakcióhoz katalizátorokat (alumínium- vagy vas-halogenideket) kell használni. Ugyanakkor a metán is képes reagálni klórral, de szabad gyökös mechanizmussal, ami a kezdeti reakcióelegy UV-fénnyel történő besugárzását igényli. A toluol, attól függően, hogy milyen körülmények között klórozódik, képes vagy a hidrogénatomok szubsztitúciós termékeit adni a benzolgyűrűben - ehhez ugyanazokat a feltételeket kell használni, mint a benzol klórozásánál, vagy a helyettesítés termékeit hidrogénatomok a metilgyökben, ha rajta van, hogyan kell hatni a metánra klórral ultraibolya sugárzással besugározva:
Amint látható, a toluol alumínium-klorid jelenlétében történő klórozása két különböző termékhez vezetett - orto- és para-klórtoluolhoz. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a metilcsoport az első típusú szubsztituens.
Ha a toluol klórozását AlCl 3 jelenlétében klórfeleslegben végezzük, triklórral szubsztituált toluol képződése lehetséges:
Hasonlóképpen, ha a toluolt fényben klórozzuk magasabb klór/toluol arány mellett, akkor diklór-metil-benzolt vagy triklór-metil-benzolt kaphatunk:
Nitrálás
A hidrogénatomok nitrocsoportok helyettesítése a toluol tömény salétromsav és kénsav keverékével történő nitrálása során szubsztitúciós termékekhez vezet az aromás magban, nem pedig a metilcsoportban:
Alkilezés
Mint már említettük, a metilgyök az első típusú orientáns, ezért Friedel-Crafts alkilezése orto és para helyzetben szubsztitúciós termékekhez vezet:
Addíciós reakciók
A toluol fémkatalizátorok (Pt, Pd, Ni) segítségével metilciklohexánná hidrogénezhető:
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
nem teljes oxidáció
Egy ilyen oxidálószer, például kálium-permanganát vizes oldatának hatására az oldallánc oxidáción megy keresztül. Az aromás mag nem oxidálható ilyen körülmények között. Ebben az esetben az oldat pH-értékétől függően vagy karbonsav, vagy sója képződik.
A telítetlen szénhidrogének közé tartoznak azok a szénhidrogének, amelyek több kötést tartalmaznak a molekulák szénatomjai között. Korlátlan alkének, alkinek, alkadiének (poliének). A ciklusban kettős kötést tartalmazó ciklikus szénhidrogének is telítetlenek ( cikloalkének), valamint a ciklusban kevés szénatomot tartalmazó cikloalkánok (három vagy négy atom). A "telítetlenség" tulajdonsága ezen anyagok azon képességével függ össze, hogy addíciós reakciókba lépjenek, elsősorban hidrogénnel, telített vagy telített szénhidrogének - alkánok - képződésével.
Az alkének szerkezete
Aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy kettős kötést tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a СnН2n általános képletnek. A második neve olefinek- az alkéneket a telítetlen zsírsavak (olajsav, linolsav) analógiájával nyerték, amelyek maradványai folyékony zsírok - olajok részét képezik.
Azok a szénatomok, amelyek között kettős kötés van, sp 2 hibridizációs állapotban vannak. Ez azt jelenti, hogy egy s- és két p-pálya vesz részt a hibridizációban, míg egy p-orbitál hibridizálatlan marad. A hibrid pályák átfedése σ-kötés kialakulásához vezet, és a nem hibridizált p-pályák miatt
szomszédos szénatomok, egy második, π-kötés jön létre. Így egy kettős kötés egy σ- és egy π-kötésből áll. A kettős kötést alkotó atomok hibrid pályái ugyanabban a síkban, a π kötést alkotó pályák pedig a molekula síkjára merőlegesen helyezkednek el. A kettős kötés (0,132 im) rövidebb, mint az egyszeres kötés, és az energiája nagyobb, mivel tartósabb. A mozgékony, könnyen polarizálható π-kötés jelenléte azonban azt a tényt eredményezi, hogy az alkének kémiailag aktívabbak, mint az alkánok, és addíciós reakciókba léphetnek be.
Az etilén szerkezete
Kettős kötés kialakulása alkénekben
Az etén homológ sorozata
Az el nem ágazó alkének az etén homológ sorozatát alkotják ( etilén): C 2 H 4 - etén, C 3 H 6 - propén, C 4 H 8 - butén, C 5 H 10 - pentén, C 6 H 12 - hexén, C 7 H 14 - heptén stb.
Alkének izomerizmusa
Az alkéneket szerkezeti izoméria jellemzi. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. A legegyszerűbb alkén, amelyet szerkezeti izomerek jellemeznek, a butén:
A szerkezeti izoméria egy speciális típusa a kettős kötési izoméria:
Az alkének izomerek a cikloalkánokkal szemben (osztályközi izoméria), például:
A szénatomok szinte szabad forgása lehetséges egyetlen szén-szén kötés körül, így az alkánmolekulák nagyon sokféle formát ölthetnek. A kettős kötés körüli forgás lehetetlen, ami egy másik típusú izoméria megjelenéséhez vezet az alkénekben - geometriai, ill. cisz és transzizoméria.
cisz izomerek különbözik transz-izomerek a molekula fragmenseinek (jelen esetben metilcsoportok) térbeli elrendezése a π-kötés síkjához viszonyítva, és ebből következően a tulajdonságok.
Alkén nómenklatúra
1. A főáramkör kiválasztása. A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca. Alkének esetében a főláncnak kettős kötést kell tartalmaznia.
2. A főlánc atomjainak számozása. A főlánc atomjainak számozása attól a végtől kezdődik, amelyikhez a kettős kötés a legközelebb van.
Például a kapcsolat helyes neve:
Ha a kettős kötés helyzete nem tudja meghatározni az atomok számozásának kezdetét a láncban, akkor a szubsztituensek helyzetét ugyanúgy meghatározza, mint a telített szénhidrogéneknél.
3. Névképzés. A név végén adja meg annak a szénatomnak a számát, amelynél a kettős kötés kezdődik, és az utótagot -en, ami azt jelzi, hogy a vegyület az alkének osztályába tartozik. Például:
Az alkének fizikai tulajdonságai
Az alkének homológ sorozatának első három képviselője gáz; C5H10 - C16H32 összetételű anyagok - folyadékok; a magasabb alkének szilárd anyagok.
A forrás- és olvadáspont természetesen növekszik a vegyületek molekulatömegének növekedésével.
Az alkének kémiai tulajdonságai
Addíciós reakciók. Emlékezzünk vissza, hogy a telítetlen szénhidrogének - alkének képviselőinek megkülönböztető jellemzője az addíciós reakciókba való belépés. A legtöbb ilyen reakció a mechanizmus szerint megy végbe elektrofil addíció.
1. Alkének hidrogénezése. Az alkének képesek hidrogént hozzáadni hidrogénező katalizátorok, fémek - platina, palládium, nikkel jelenlétében:
Ez a reakció atmoszférikus és megemelt nyomáson megy végbe, és nem igényel magas hőmérsékletet, mivel exoterm. Ugyanazon katalizátoron a hőmérséklet emelkedésével a fordított reakció, a dehidrogénezés fordulhat elő.
2. Halogénezés (halogének hozzáadása). Egy alkén kölcsönhatása brómos vízzel vagy bróm szerves oldószerben (CC14) készült oldatával ezeknek az oldatoknak a gyors elszíneződéséhez vezet, mivel az alkénhez halogénmolekulát adnak, és dihalogén-alkánokat képződnek.
3. Hidrohalogénezés (hidrogén-halogenid hozzáadása).
Ez a reakció ki van téve
Ha hidrogén-halogenidet adunk egy alkénhez, a hidrogén egy jobban hidrogénezett szénatomhoz kapcsolódik, azaz egy olyan atomhoz, amelynél több hidrogénatom van, és egy halogénatom egy kevésbé hidrogénezetthez kapcsolódik.
4. Hidratálás (víz hozzáadása). Az alkének hidratálása alkoholok képződéséhez vezet. Például az etil-alkohol előállításának egyik ipari módszere a víz eténhez való hozzáadása.
Megjegyzendő, hogy primer alkohol (a primer szénatomon hidroxocsoporttal) csak akkor képződik, ha az etént hidratálják. Ha a propén vagy más alkének hidratáltak, másodlagos alkoholok.
Ez a reakció is Markovnikov szabálya szerint megy végbe - a hidrogénkationt a jobban hidrogénezett szénatomhoz, a hidroxocsoportot pedig a kevésbé hidrogénezetthez adják.
5. Polimerizáció. Az addíció speciális esete az alkének polimerizációs reakciója:
Ez az addíciós reakció szabad gyökös mechanizmussal megy végbe.
Oxidációs reakciók.
1. Égés. Mint minden szerves vegyület, az alkének is égnek oxigénben CO2-t és H2O-t képezve:
2. Oxidáció oldatokban. Az alkánokkal ellentétben az alkének könnyen oxidálódnak a kálium-permanganát oldatok hatására. Semleges vagy lúgos oldatokban az alkének diolokká (kétértékű alkoholokká) oxidálódnak, a hidroxilcsoportok pedig azokhoz az atomokhoz kapcsolódnak, amelyek között az oxidáció előtt kettős kötés létezett:
A legegyszerűbb alkén az etén C 2 H 4. Az IUPAC nómenklatúra szerint az alkének nevei a megfelelő alkánok nevéből alakulnak ki az „-an” utótag „-én”-re cserélésével; a kettős kötés helyzetét arab szám jelzi.
Az etilén térszerkezete
A sorozat első képviselőjének - etilénnek - neve szerint az ilyen szénhidrogéneket etilénnek nevezik.
Nomenklatúra és izoméria
Elnevezéstan
Az egyszerű szerkezetű alkéneket gyakran úgy hívják, hogy az alkánokban az -an utótagot -ilénre cserélik: etán - etilén, propán - propilén stb.
A szisztematikus nómenklatúra szerint az etilén szénhidrogének nevei úgy jönnek létre, hogy a megfelelő alkánokban az -an utótagot -én utótaggal helyettesítik (alkán - alkén, etán - etén, propán - propén stb.). A főlánc kiválasztása és a névsorrend ugyanaz, mint az alkánoknál. A láncnak azonban szükségszerűen kettős kötést kell tartalmaznia. A lánc számozása attól a végétől kezdődik, amelyhez ez a kapcsolat közelebb van. Például:
Néha racionális neveket is használnak. Ebben az esetben az összes alkén szénhidrogén helyettesített etilénnek minősül:
A telítetlen (alkén) gyököket triviális neveknek vagy a szisztematikus nómenklatúra szerint nevezik:
H 2 C \u003d CH - - vinil (etenil)
H 2 C \u003d CH - CH 2 - - allil (propenil-2)
izoméria
Az alkéneket kétféle szerkezeti izoméria jellemzi. A szénváz szerkezetéhez kapcsolódó izoméria mellett (mint az alkánoknál) létezik egy izoméria, amely a kettős kötés láncban elfoglalt helyzetétől függ. Ez az izomerek számának növekedéséhez vezet az alkén sorozatban.
Az alkének homológ sorozatának első két tagja (etilén és propilén) nem tartalmaz izomereket, szerkezetük a következőképpen fejezhető ki:
H 2 C \u003d CH 2 etilén (etén)
H 2 C \u003d CH - CH 3 propilén (propén)
Többszörös kötéshelyzet izoméria
H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 butén-1
H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 butén-2
Geometriai izoméria - cisz-, transz-izoméria.
Ez az izoméria a kettős kötéssel rendelkező vegyületekre jellemző.
Ha egy egyszerű σ-kötés lehetővé teszi a szénlánc egyes láncszemeinek szabad forgását a tengelye körül, akkor ilyen forgás nem fordul elő kettős kötés körül. Ez az oka a geometriai ( cisz-, transz-) izomerek.
A geometriai izoméria a térbeli izoméria egyik fajtája.
Azokat az izomereket, amelyekben ugyanazok a szubsztituensek (különböző szénatomokon) helyezkednek el a kettős kötés egyik oldalán, cisz-izomereknek, különböző módon transz-izomereknek nevezzük:
cisz-és transz- Az izomerek nemcsak térszerkezetükben, hanem számos fizikai és kémiai tulajdonságukban is különböznek egymástól. Trance- izomerek stabilabbak, mint cisz- izomerek.
Alkének beszerzése
Az alkének ritkák a természetben. Általában a gáznemű alkéneket (etilént, propilént, butiléneket) a finomítói gázokból (krakkolás során) vagy a kapcsolódó gázokból, valamint a szén kokszoló gázaiból izolálják.
Az iparban alkéneket alkánok dehidrogénezésével állítanak elő katalizátor (Cr 2 O 3) jelenlétében.
Alkánok dehidrogénezése
H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (butén-1)
H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + H 2 (butén-2)
A beszerzés laboratóriumi módszerei közül a következőket lehet megjegyezni:
1. Hidrogén-halogenid lehasítása halogénezett alkilekből alkoholos lúgoldat hatására:
2. Acetilén hidrogénezése katalizátor (Pd) jelenlétében:
H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2
3. Alkoholok dehidratálása (víz hasítása).
Katalizátorként savakat (kénsav vagy foszforsav) vagy Al 2 O 3 használnak:
Az ilyen reakciókban a hidrogén leválik a legkevésbé hidrogénezett (legkisebb hidrogénatomszámú) szénatomról (A. M. Zaitsev szabálya):
Fizikai tulajdonságok
Néhány alkén fizikai tulajdonságait az alábbi táblázat mutatja be. Az alkének homológ sorozatának első három képviselője (etilén, propilén és butilén) gázok, a C 5 H 10-től kezdve (amilén vagy pentén-1) folyadékok, a C 18 H 36 pedig szilárd anyagok. A molekulatömeg növekedésével nő az olvadáspont és a forráspont. A normál alkének magasabb hőmérsékleten forrnak, mint izomerjeik. Forráspontok cis-nál magasabb izomerek transz-izomerek és olvadáspontok - fordítva.
Az alkének rosszul oldódnak vízben (azonban jobban, mint a megfelelő alkánok), de jól - szerves oldószerekben. Az etilén és a propilén füstös lánggal ég.
Egyes alkének fizikai tulajdonságai
Név |
t pl, °С |
t kip, °С |
||
Etilén (etén) |
||||
propilén (propén) |
||||
Butilén (butén-1) |
||||
cisz-butén-2 |
||||
Transz-butén-2 |
||||
Izobutilén (2-metilpropén) |
||||
Amilen (pentén-1) |
||||
Hexilén (hexén-1) |
||||
Heptilén (heptén-1) |
||||
Oktén (oktén-1) |
||||
Nonilén (nonene-1) |
||||
Decylen (decén-1) |
Az alkének alacsony polaritásúak, de könnyen polarizálódnak.
Kémiai tulajdonságok
Az alkének nagyon reaktívak. Kémiai tulajdonságaikat elsősorban a szén-szén kettős kötés határozza meg.
A π-kötés, mint a legkevésbé erős és könnyebben hozzáférhető, a reagens hatására felszakad, és a szénatomok felszabaduló vegyértékei a reagens molekulát alkotó atomok összekapcsolására fordítják. Ezt diagramként ábrázolhatjuk:
Így az addíciós reakciók során a kettős kötés mintegy felére szakad (a σ-kötés megőrzésével).
Az alkénekre az addíció mellett az oxidációs és polimerizációs reakciók is jellemzőek.
Addíciós reakciók
Az addíciós reakciók gyakrabban a heterolitikus típus szerint mennek végbe, azaz elektrofil addíciós reakciók.
1. Hidrogénezés (hidrogén hozzáadása). Az alkének katalizátorok (Pt, Pd, Ni) jelenlétében hidrogént adva telített szénhidrogénekké - alkánokká alakulnak:
H 2 C = CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (etán)
2. Halogénezés (halogének hozzáadása). A halogének könnyen hozzáadódnak a kettős kötés szakadásának helyén, így dihalogénszármazékok keletkeznek:
H 2 C \u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-diklór-etán)
A klór és bróm hozzáadása könnyebb, a jód pedig nehezebb. A fluor az alkénekkel, akárcsak az alkánok, robbanással lép kölcsönhatásba.
Hasonlítsa össze: az alkénekben a halogénezési reakció addíciós, nem szubsztitúciós folyamat (mint az alkánoknál).
A halogénezési reakciót általában oldószerben, normál hőmérsékleten hajtjuk végre.
A bróm és klór hozzáadása az alkénekhez ionos, nem pedig gyökös mechanizmussal történik. Ez a következtetés abból a tényből következik, hogy a halogén hozzáadása sebessége nem függ a besugárzástól, az oxigén jelenlététől és egyéb, gyökfolyamatokat elindító vagy gátló reagensektől. Számos kísérleti adat alapján javasoltak egy mechanizmust erre a reakcióra, amely több egymást követő szakaszból áll. Az első szakaszban a halogénmolekula polarizációja π-kötés elektronok hatására megy végbe. A halogénatom, amely némi pozitív töltést vesz fel, a π kötés elektronjaival instabil intermediert képez, amelyet π komplexnek vagy töltésátviteli komplexnek neveznek. Meg kell jegyezni, hogy a π-komplexben a halogén nem képez irányított kötést egyetlen szénatommal sem; ebben a komplexumban egyszerűen megvalósul a π-kötés, mint donor és a halogén, mint akceptor elektronpárjának donor-akceptor kölcsönhatása.
Továbbá a π-komplex ciklikus bróniumionná alakul. Ennek a ciklikus kationnak a képződése során a Br-Br kötés heterolitikus hasadása következik be, és egy üres R-orbitális sp 2 -hibridizált szénatom átfedésben van azzal R-a halogénatom "magányos elektronpárjának" pályája, ciklusos bróniumiont képezve.
Az utolsó, harmadik szakaszban a bróm anion, mint nukleofil szer, megtámadja a bróniumion egyik szénatomját. A bromidion nukleofil támadása a háromtagú gyűrű felnyílásához és egy vicinális dibromid képződéséhez vezet. vic-mellett). Ez a lépés formálisan az S N 2 nukleofil szubsztitúciójának tekinthető a szénatomon, ahol a kilépő csoport Br +.
Ennek a reakciónak az eredményét nem nehéz megjósolni: a bróm anion megtámadja a karbokationt, és dibróm-etánt képez.
A bróm CCl 4-ben készült oldatának gyors elszíneződése az egyik legegyszerűbb telítetlenségi teszt, mivel az alkének, alkinek és diének gyorsan reagálnak a brómmal.
A bróm hozzáadása az alkénekhez (brómozási reakció) a telített szénhidrogének minőségi reakciója. Ha telítetlen szénhidrogéneket vezetünk át brómos vízen (bróm vizes oldata), a sárga szín eltűnik (korlátozó szénhidrogének esetén megmarad).
3. Hidrohalogénezés (hidrogén-halogenidek hozzáadása). Az alkének könnyen hozzáadnak hidrogén-halogenideket:
H 2 C \u003d CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br
A hidrogén-halogenidek hozzáadása az etilénhomológokhoz V. V. Markovnikov (1837-1904) szabályát követi: normál körülmények között a hidrogén-halogenid hidrogénje a kettős kötés helyén kapcsolódik a leginkább hidrogénezett szénatomhoz, a halogénje pedig a kevésbé hidrogénatomhoz. hidrogénezett:
Markovnikov szabálya azzal magyarázható, hogy az aszimmetrikus alkénekben (például propilénben) az elektronsűrűség egyenetlenül oszlik el. A kettős kötéshez közvetlenül kapcsolódó metilcsoport hatására az elektronsűrűség e kötés felé tolódik el (a szélső szénatomig).
Ennek az eltolódásnak köszönhetően a p-kötés polarizálódik, és részleges töltések jelennek meg a szénatomokon. Könnyen elképzelhető, hogy egy pozitív töltésű hidrogénion (proton) egy részleges negatív töltésű szénatomot (elektrofil addíció) és egy bróm-aniont kapcsol a részlegesen pozitív töltésű szénhez.
Az ilyen kötődés a szerves molekulában lévő atomok kölcsönös hatásának a következménye. Mint tudják, a szénatom elektronegativitása valamivel nagyobb, mint a hidrogéné.
Ezért a metilcsoportban a C-H σ-kötések némi polarizációja figyelhető meg, ami az elektronsűrűség hidrogénatomról szénre való eltolódásával jár. Ez viszont az elektronsűrűség növekedését okozza a kettős kötés tartományában, és különösen annak szélső atomján. Így a metilcsoport más alkilcsoportokhoz hasonlóan elektrondonorként működik. Azonban peroxidvegyületek vagy O 2 jelenlétében (ha a reakció gyökös) ez a reakció a Markovnikov-szabályba is ütközhet.
Ugyanezen okokból Markovnikov szabálya érvényesül, amikor nem csak hidrogén-halogenideket adnak az aszimmetrikus alkénekhez, hanem más elektrofil reagenseket is (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl stb.).
4. Hidratálás (víz hozzáadása). Katalizátorok jelenlétében vizet adnak az alkénekhez, hogy alkoholokat képezzenek. Például:
H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (izopropil-alkohol)
Oxidációs reakciók
Az alkének könnyebben oxidálódnak, mint az alkánok. Az alkének oxidációja során keletkező termékek és szerkezetük az alkének szerkezetétől és a reakció körülményeitől függ.
1. Égés
H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
2. Hiányos katalitikus oxidáció
3. Oxidáció normál hőmérsékleten. Amikor a KMnO 4 vizes oldata etilénre hat (normál körülmények között, semleges vagy lúgos közegben - Wagner-reakció), kétértékű alkohol - etilénglikol képződik:
3H 2 C \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (etilénglikol) + 2MnO 2 + KOH
Ez a reakció kvalitatív: a kálium-permanganát oldat lila színe megváltozik, ha telítetlen vegyületet adunk hozzá.
Súlyosabb körülmények között (a KMnO 4 oxidációja kénsav vagy króm keverék jelenlétében) a kettős kötés az alkénben felbomlik, és oxigéntartalmú termékek keletkeznek:
H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (ecetsav)
Izomerizációs reakció
Hevítéskor vagy katalizátorok jelenlétében az alkének izomerizálódnak - kettős kötés mozog vagy izostruktúra jön létre.
polimerizációs reakciók
A π-kötések felszakadása miatt az alkénmolekulák egyesülhetnek egymással, hosszú láncú molekulákat képezve.
A természetben való megtalálás és az alkének élettani szerepe
A természetben az aciklusos alkének gyakorlatilag nem találhatók. A szerves vegyületek ezen osztályának legegyszerűbb képviselője - az etilén C 2 H 4 - a növények hormonja, és kis mennyiségben szintetizálódik bennük.
A természetben előforduló kevés alkének egyike a muscalur ( cisz- tricosen-9) a nőstény házilégy szexuális vonzereje (Musca domestica).
Az alacsonyabb alkének nagy koncentrációban kábító hatásúak. A sorozat magasabb tagjai görcsöket és a légutak nyálkahártyájának irritációját is okozzák.
Egyéni képviselők
Az etilén (etén) egy szerves kémiai vegyület, amelyet a C 2 H 4 képlet ír le. Ez a legegyszerűbb alkén. Kettős kötést tartalmaz, ezért telítetlen vagy telítetlen szénhidrogénekre utal. Rendkívül fontos szerepet tölt be az iparban, emellett fitohormon (növények által termelt kis molekulatömegű, szabályozó funkciót betöltő szerves anyagok).
Etilén - érzéstelenítést okoz, irritáló és mutagén hatású.
Az etilén a legtöbbet előállított szerves vegyület a világon; a világ teljes etiléntermelése 2008-ban 113 millió tonna volt, és továbbra is évi 2-3%-kal növekszik.
Az etilén a fő szerves szintézis vezető terméke, és polietilén előállításához használják (1. hely, a teljes térfogat legfeljebb 60%-a).
A polietilén az etilén hőre lágyuló polimerje. A legelterjedtebb műanyag a világon.
Ez egy fehér színű viaszszerű tömeg (a vékony átlátszó lapok színtelenek). Kémiailag és fagyálló, szigetelő, ütésekre nem érzékeny (lengéscsillapító), melegítéskor (80-120 °C) meglágyul, lehűlve megfagy, adhéziós (különböző szilárd és/vagy folyékony testek felületeinek tapadása) rendkívül alacsony. Néha a köztudatban a celofánnal azonosítják - egy hasonló növényi eredetű anyaggal.
Propilén - érzéstelenítést okoz (erősebb, mint az etilén), általános mérgező és mutagén hatása van.
Vízálló, nem lép reakcióba semmilyen koncentrációjú lúgokkal, semleges, savas és bázikus sók oldataival, szerves és szervetlen savakkal, még tömény kénsavval is, de 50%-os salétromsav hatására szobahőmérsékleten és hatása alatt lebomlik folyékony és gáz halmazállapotú klór és fluor. Idővel hőöregedés következik be.
Polietilén fólia (különösen csomagolás, például buborékfólia vagy szalag).
Tartályok (palackok, üvegek, dobozok, kannák, kerti öntözőkannák, cserepek palántáknak.
Polimer csövek csatornázáshoz, vízelvezetéshez, víz- és gázellátáshoz.
elektromos szigetelőanyag.
A polietilén port melegen olvadó ragasztóként használják.
Butén-2 - érzéstelenítést okoz, irritáló hatású.
Az alkének azok telítetlen szénhidrogének, amelyek egy kettős kötést tartalmaznak az atomok között. Másik nevük az olefinek, ez a vegyületcsoport felfedezésének történetéhez kapcsolódik. Alapvetően ezek az anyagok nem fordulnak elő a természetben, hanem az ember szintetizálja őket gyakorlati célokra. Az IUPAC-nómenklatúrában ezeknek a vegyületeknek a neve ugyanazon elv szerint van kialakítva, mint az alkánoké, csak az „an” utótagot „ene” helyettesíti.
Kapcsolatban áll
Az alkének szerkezete
A kettős kötés kialakulásában részt vevő két szénatom mindig sp2 hibridizációban van, és a köztük lévő szög 120 fok. A kettős kötés π -π pályák átfedésével jön létre, és nem túl erős, így ez a kötés meglehetősen könnyen felszakad, amit az anyagok kémiai tulajdonságaiban használnak fel.
izoméria
A korlátozókkal összehasonlítva ezekben a szénhidrogénekben ez lehetséges több fajta, térbeli és szerkezeti egyaránt. A szerkezeti izoméria is több típusra osztható.
Az első az alkánok esetében is létezik, és a szénatomok kapcsolódási sorrendje eltérő. Tehát a pentén-2 és a 2-metil-butén-2 izomerek lehetnek. A második pedig a kettős kötés helyzetének megváltozása.
Ezekben a vegyületekben a térbeli izoméria kettős kötés megjelenése miatt lehetséges. Kétféle - geometriai és optikai.
A geometriai izomerizmus az egyik leggyakoribb típus a természetben, és a geometriai izomerek szinte mindig gyökeresen eltérő fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Megkülönböztetni cisz és transz izomerek. Az előbbiekben a szubsztituensek a többszörös kötés egyik oldalán, míg a transz-izomerekben különböző síkban helyezkednek el.
Alkének beszerzése
Először sok más anyaghoz hasonlóan teljesen véletlenül kerültek hozzájuk.
Becher német vegyész és kutató a 17. század végén a kénsav etil-alkoholra gyakorolt hatását tanulmányozta, és rájött, hogy ismeretlen gázt kapott, amely reaktívabb, mint a metán.
Később több tudós is végzett hasonló vizsgálatokat, és azt is megtudták, hogy ez a gáz a klórral kölcsönhatásba lépve olajos anyagot képez.
Ezért kezdetben ez a vegyületosztály volt nevű olefinek, ami lefordítva olajos. Ennek ellenére a tudósok nem tudták meghatározni ennek a vegyületnek az összetételét és szerkezetét. Ez csak majdnem két évszázaddal később, a tizenkilencedik század végén történt.
Jelenleg számos módja van az alkének előállításának.
ipari módszerek
Nyugta ipari módszerek:
- Telített szénhidrogének dehidrogénezése. Ez a reakció csak magas hőmérséklet (körülbelül 400 fok) és katalizátorok - akár króm-oxid 3, akár alumínium-platina katalizátorok - hatására lehetséges.
- Dihalogén-alkánok dehalogénezése. Csak cink vagy magnézium jelenlétében és magas hőmérsékleten fordul elő.
- Haloalkánok dehidrohalogénezése. Ezt szerves savak nátrium- vagy káliumsóival végezzük emelt hőmérsékleten.
Fontos! Ezek az alkének előállítására szolgáló eljárások nem adnak tiszta terméket, a reakció eredménye telítetlen szénhidrogének keveréke lesz. A közöttük uralkodó vegyületet a Zaitsev-szabály segítségével határozzuk meg. Azt állítja, hogy a hidrogén nagy valószínűséggel abból a szénatomból válik le, amelyik a legkevesebb kötéssel rendelkezik a hidrogénekhez.
Az alkoholok kiszáradása. Csak melegítve és erős ásványi savak oldatának jelenlétében végezhető, amely vízelvezető tulajdonsággal rendelkezik.
alkinok hidrogénezése. Csak paladium katalizátorok jelenlétében lehetséges.
Az alkének kémiai tulajdonságai
Az alkének nagyon kémiailag aktív anyagok. Ez nagyrészt a kettős kötés jelenlétének köszönhető. A vegyületcsoport legjellemzőbb reakciói az elektrofil és a gyökös addíció.
- Az alkén halogénezés klasszikus elektrofil addíciós reakció. Csak inert szerves oldószerek, leggyakrabban szén-tetraklorid jelenlétében fordul elő.
- Hidrohalogénezés. Az ilyen típusú rögzítés a Markovnikov-szabály szerint történik. Az ion a kettős kötés közelében lévő hidrogénezettebb szénatomhoz kapcsolódik, ennek megfelelően a halogenidion a második szénatomhoz kapcsolódik. Ezt a szabályt megsértik peroxidvegyületek jelenlétében - a Harrosh-hatás. A hidrogén-halogenid hozzáadása teljesen ellentétes a Markovnikov-szabállyal.
- Hidroboráció. Ennek a reakciónak jelentős gyakorlati jelentősége van. Ezért a tudós, aki felfedezte és tanulmányozta még kapott Nobel-díjat. Ez a reakció több lépésben megy végbe, míg a bórion hozzáadása nem a Markovnikov-szabály szerint történik.
- Alkén hidratálás vagy addíció. Ez a reakció is Markovnikov szabálya szerint megy végbe. A hidroxidion a kettős kötésnél a legkevésbé hidrogénezett szénatomhoz járul hozzá.
- Az alkilezés egy másik, az iparban gyakran alkalmazott reakció. Ez abból áll, hogy telített szénhidrogéneket adnak a telítetlenekhez alacsony hőmérséklet és katalizátorok hatására a vegyületek atomtömegének növelése érdekében. A leggyakoribb katalizátorok az erős ásványi savak. Ez a reakció a szabad gyökös mechanizmus szerint is lezajlik.
- Az alkének polimerizációja egy másik nem jellemző reakció a telített szénhidrogénekre. Ez magában foglalja számos molekula összekapcsolását egymással annak érdekében, hogy erős, fizikai tulajdonságaiban eltérő kapcsolatot hozzon létre.
n ebben a reakcióban a kötésbe lépett molekulák száma. A megvalósítás előfeltétele a savas környezet, a magasabb hőmérséklet és a megnövekedett nyomás.
Az alkéneket más elektrofil addíciós reakciók is jellemzik, amelyek nem alkalmazták széles körben a gyakorlatban.
Például alkoholok addíciós reakciója éterek képződésével.
Vagy savkloridok hozzáadása telítetlen ketonok előállításával - a Kondakov-reakció.
Jegyzet! Ez a reakció csak cink-klorid katalizátor jelenlétében lehetséges.
Az alkénekre jellemző reakciók következő fő osztálya a gyökös addíciós reakció. Ezek a reakciók csak szabad gyökök képződésével lehetségesek magas hőmérséklet, sugárzás és egyéb hatások hatására. A legjellemzőbb gyökös addíciós reakció a hidrogénezés telített szénhidrogének képződésével. Kizárólag hőmérséklet hatására és platina katalizátor jelenlétében fordul elő.
A kettős kötés jelenléte miatt az alkének nagyon jellemzőek különféle oxidációs reakciók.
- Az égés klasszikus oxidációs reakció. Katalizátor nélkül is jól megy. Az oxigén mennyiségétől függően különféle végtermékek lehetségesek: a szén-dioxidtól a szénig.
- Oxidálás kálium-permanganáttal semleges közegben. A termékek többértékű alkoholok és barna mangán-dioxid csapadék. Ez a reakció az alkének esetében kvalitatívnak tekinthető.
- Az enyhe oxidáció is végrehajtható hidrogén-peroxiddal, ozmium-oxiddal 8 és más oxidálószerekkel semleges környezetben. Az alkének enyhe oxidációjához csak egy kötés szakad meg, a reakciótermék általában többértékű alkohol.
- Kemény oxidáció is lehetséges, amelyben mindkét kötés felszakad, és savak vagy ketonok képződnek. Előfeltétel a savas környezet, leggyakrabban kénsavat használnak, mivel más savak is oxidálódhatnak melléktermékek képződésével.
Előző cikk: Tengerészeti angol vitorláshajósoknak Tengerészeti kifejezések angolul Következő cikk: A Kaszpi-tengerbe ömlő folyók: lista, leírás, jellemzők Ki határolja a Kaszpi-tengert