Exemple de compuși ai alchenelor utilizați în medicină. Proprietățile fizice ale alchenelor, aplicații, metode de preparare. I. Moment organizatoric

În chimia organică, puteți găsi substanțe hidrocarburi cu cantități diferite de carbon în lanț și legătură C=C. Sunt omologi și se numesc alchene. Datorită structurii lor, sunt mai reactivi din punct de vedere chimic decât alcanii. Dar ce fel de reacții sunt tipice pentru ei? Să luăm în considerare distribuția lor în natură, diferite metode de producție și aplicare.

Ce sunt ei?

Alchenele, care sunt numite și olefine (uleioase), își iau numele de la clorura de etenă, un derivat al primului membru al acestui grup. Toate alchenele au cel puțin o legătură dublă C=C. C n H 2n este formula tuturor olefinelor, iar numele este format dintr-un alcan cu același număr de atomi de carbon în moleculă, doar sufixul -ane se schimbă în -enă. Cifra arabă de la sfârșitul numelui, despărțită printr-o cratimă, indică numărul de carbon de la care începe legătura dublă. Să ne uităm la principalele alchene, tabelul vă va ajuta să le amintiți:

Dacă moleculele au o structură simplă, neramificată, atunci se adaugă sufixul -ylene, acest lucru se reflectă și în tabel.

Unde le poți găsi?

Deoarece reactivitatea alchenelor este foarte mare, reprezentanții lor sunt extrem de rari în natură. Principiul de viață al unei molecule de olefină este „să fim prieteni”. Nu există alte substanțe în jur - nicio problemă, vom fi prieteni unul cu celălalt, formând polimeri.

Dar ele există, iar un număr mic de reprezentanți sunt incluși în gazul petrolier însoțitor, iar cei mai mari sunt în petrolul produs în Canada.

Primul reprezentant al alchenelor, etena, este un hormon care stimulează coacerea fructelor, deci este sintetizat în cantități mici de către reprezentanții florei. Există o alchenă, cis-9-tricosene, care joacă rolul unui atractant sexual la femelele muștelor de casă. Se mai numește și muscalur. (Un atractant este o substanță de origine naturală sau sintetică care provoacă atracție față de sursa de miros dintr-un alt organism). Din punct de vedere chimic, această alchenă arată astfel:

Deoarece toate alchenele sunt materii prime foarte valoroase, metodele de producere a acestora artificial sunt foarte diverse. Să ne uităm la cele mai comune.

Dacă ai nevoie de mult?

În industrie, clasa alchenelor se obține în principal prin cracare, adică. scindarea moleculei sub influența temperaturilor ridicate, alcanilor superiori. Reacția necesită încălzire în intervalul de la 400 la 700 °C. Alcanul descompune așa cum dorește, formând alchene, metodele de obținere pe care le avem în vedere, cu un număr mare de opțiuni de structură moleculară:

C7H16 -> CH3-CH=CH2 + C4H10.

O altă metodă comună se numește dehidrogenare, în care o moleculă de hidrogen este separată de un reprezentant al unei serii de alcani în prezența unui catalizator.

În condiții de laborator, alchenele și metodele de preparare diferă; ele se bazează pe reacții de eliminare (eliminarea unui grup de atomi fără înlocuirea acestora). Cei mai frecvent eliminați atomii de apă din alcooli sunt halogenii, hidrogenul sau halogenurile de hidrogen. Cel mai comun mod de a obține alchene este din alcooli în prezența unui acid ca catalizator. Este posibil să se utilizeze alți catalizatori

Toate reacțiile de eliminare sunt supuse regulii lui Zaitsev, care spune:

Un atom de hidrogen este separat de carbonul adiacent carbonului care poartă grupa -OH, care are mai puțini hidrogeni.

După ce a aplicat regula, răspundeți ce produs de reacție va predomina? Mai târziu vei afla dacă ai răspuns corect.

Proprietăți chimice

Alchenele reacţionează activ cu substanţele, rupându-le legătura pi (un alt nume pentru legătura C=C). La urma urmei, nu este la fel de puternică ca o singură legătură (sigma bond). O hidrocarbură este transformată din nesaturată în saturată fără a forma alte substanțe după reacție (adăugare).

• adaos de hidrogen (hidrogenare). Prezența unui catalizator și încălzirea este necesară pentru trecerea acestuia;
• adăugarea de molecule de halogen (halogenare). Este una dintre reacțiile calitative la legătura pi. La urma urmei, atunci când alchenele reacţionează cu apa de brom, aceasta devine din maro la transparent;
• reacția cu halogenuri de hidrogen (hidrohalogenare);
• adăugare de apă (hidratare). Condițiile pentru ca reacția să aibă loc sunt încălzirea și prezența unui catalizator (acid);

Reacțiile olefinelor nesimetrice cu halogenuri de hidrogen și apă respectă regula lui Markovnikov. Aceasta înseamnă că hidrogenul se va atașa de carbonul din dubla legătură carbon-carbon care are deja mai mulți atomi de hidrogen.

• combustie;
• catalitic de oxidare incomplet. Produsul este oxizi ciclici;
• Reacția Wagner (oxidare cu permanganat într-un mediu neutru). Această reacție alchenă este o altă legătură calitativă C=C. Pe măsură ce curge, soluția roz de permanganat de potasiu devine decolorată. Dacă aceeași reacție este efectuată într-un mediu acid combinat, produsele vor fi diferite (acizi carboxilici, cetone, dioxid de carbon);
• izomerizarea. Toate tipurile sunt caracteristice: cis- și trans-, mișcarea dublei legături, ciclizarea, izomerizarea scheletului;
• Polimerizarea este principala proprietate a olefinelor pentru industrie.

Aplicație în medicină

Produșii de reacție ai alchenelor sunt de mare importanță practică. Multe dintre ele sunt folosite în medicină. Glicerina se obține din propenă. Acest alcool polihidric este un solvent excelent, iar dacă este folosit în loc de apă, soluțiile vor fi mai concentrate. În scopuri medicale, în el se dizolvă alcaloizi, timol, iod, brom etc.. Glicerina este folosită și la prepararea unguentelor, pastelor și cremelor. Le împiedică să se usuce. Glicerina în sine este un antiseptic.

La reacția cu acid clorhidric, se obțin derivați care sunt utilizați ca anestezie locală atunci când sunt aplicați pe piele, precum și pentru anestezie de scurtă durată în timpul intervențiilor chirurgicale minore, prin inhalare.

Alcadienele sunt alchene cu două legături duble într-o moleculă. Utilizarea lor principală este producția de cauciuc sintetic, din care se fabrică apoi diverse plăcuțe și seringi de încălzire, sonde și catetere, mănuși, suzete și multe altele, care sunt pur și simplu de neînlocuit atunci când se îngrijesc bolnavii.

Aplicații industriale

Tip de industrie	Ce se foloseste	Cum pot folosi
Agricultură	etena	accelerează coacerea legumelor și fructelor, defolierea plantelor, filme pentru sere
Lac și colorat	etenă, butenă, propenă etc.	pentru producerea de solvenți, eteri, solvenți
Inginerie mecanică	2-metilpropenă, etenă	producție de cauciuc sintetic, uleiuri lubrifiante, antigel
Industria alimentară	etena	producerea de teflon, alcool etilic, acid acetic
Industria chimica	etenă, polipropilenă	se obtin alcooli, polimeri (policlorura de vinil, polietilena, acetat de polivinil, poliizobtilena, acetaldehida).
Minerit	etena etc.	explozivi

Alchenele și derivații lor au găsit o utilizare mai largă în industrie. (Unde și cum sunt utilizate alchenele, tabelul de mai sus).

Aceasta este doar o mică parte din utilizarea alchenelor și a derivaților lor. În fiecare an cererea de olefine nu face decât să crească, ceea ce înseamnă că crește și nevoia de producție a acestora.

Subiectul lecției: Alchenele. Prepararea, proprietățile chimice și aplicațiile alchenelor.

Scopurile și obiectivele lecției:

• revizuirea proprietăților chimice specifice ale etilenei și proprietățile generale ale alchenelor;
• aprofundarea și concretizarea conceptelor de legături? și a mecanismelor reacțiilor chimice;
• dați idei inițiale despre reacțiile de polimerizare și structura polimerilor;
• analiza metodelor de laborator și industriale generale de producere a alchenelor;
• continua să-și dezvolte capacitatea de a lucra cu manualul.

Echipament: dispozitiv pentru producerea gazelor, soluție KMnO 4, alcool etilic, acid sulfuric concentrat, chibrituri, lampă cu alcool, nisip, tabele „Structura moleculei de etilenă”, „Proprietăți chimice de bază ale alchenelor”, mostre demonstrative „Polimeri”.

ÎN CURILE CURĂRILOR

I. Moment organizatoric

Continuăm să studiem seria omoloagă de alchene. Astăzi trebuie să ne uităm la metodele de preparare, proprietățile chimice și aplicațiile alchenelor. Trebuie să caracterizăm proprietățile chimice cauzate de dubla legătură, să obținem o înțelegere inițială a reacțiilor de polimerizare și să luăm în considerare metodele de laborator și industriale pentru producerea alchenelor.

II. Activarea cunoștințelor elevilor

1. Ce hidrocarburi se numesc alchene?

1. Care sunt caracteristicile structurii lor?

1. În ce stare hibridă sunt atomii de carbon care formează o legătură dublă într-o moleculă de alchenă?

Concluzie: alchenele diferă de alcani prin prezența unei duble legături în moleculele lor, ceea ce determină particularitățile proprietăților chimice ale alchenelor, metodele de preparare și utilizare a acestora.

III. Învățarea de materiale noi

1. Metode de producere a alchenelor

Întocmește ecuații de reacție care confirmă metodele de producere a alchenelor

– cracarea alcanilor C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (cracare termica la 400-700 o C)
octan buten butan
– dehidrogenarea alcanilor C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butan buten hidrogen
– dehidrohalogenarea haloalcanilor C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
hidroxid de clorbutan apă clorură de butenă
potasiu potasiu
– dehidrohalogenarea dihaloalcanilor
– deshidratarea alcoolilor C 2 H 5 OH ––> C 2 H 4 + H 2 O (la încălzire în prezența acidului sulfuric concentrat)
Tine minte! În reacțiile de dehidrogenare, deshidratare, dehidrohalogenare și dehalogenare, trebuie amintit că hidrogenul este extras de preferință din atomi de carbon mai puțin hidrogenați (regula lui Zaitsev, 1875)

2. Proprietăţile chimice ale alchenelor

Natura legăturii carbon-carbon determină tipul de reacții chimice în care intră substanțele organice. Prezența unei legături duble carbon-carbon în moleculele de hidrocarburi de etilenă determină următoarele caracteristici ale acestor compuși:
– prezența unei duble legături permite clasificarea alchenelor ca compuși nesaturați. Transformarea lor în saturate este posibilă numai ca urmare a reacțiilor de adiție, care este principala caracteristică a comportamentului chimic al olefinelor;
– legătura dublă reprezintă o concentrație semnificativă de densitate electronică, deci reacțiile de adiție sunt de natură electrofilă;
– o legătură dublă este formată dintr-o legătură și una, care se polarizează destul de ușor.

Ecuații de reacție care caracterizează proprietățile chimice ale alchenelor

a) Reacții de adiție

Tine minte! Reacțiile de substituție sunt caracteristice alcanilor și cicloalcanilor superiori, care au doar legături simple; reacțiile de adiție sunt caracteristice alchenelor, dienelor și alchinelor, care au legături duble și triple.

Tine minte! Sunt posibile următoarele mecanisme de rupere a legăturii:

a) dacă alchenele și reactivul sunt compuși nepolari, atunci legătura - este ruptă pentru a forma un radical liber:

H 2 C = CH 2 + H: H ––> + +

b) dacă alchena și reactivul sunt compuși polari, atunci scindarea legăturii - duce la formarea ionilor:

c) când reactivii care conțin atomi de hidrogen în moleculă se unesc la locul unei legături rupte, hidrogenul se atașează întotdeauna la un atom de carbon mai hidrogenat (regula lui Morkovnikov, 1869).

– reacția de polimerizare nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 –– > (– CH 2 – CH 2 –)n
eten polietilenă

b) reacţia de oxidare

Experienta de laborator. Obține etilenă și studiază proprietățile acesteia (instrucțiuni de pe birourile studenților)

Instrucțiuni pentru obținerea etilenei și experimente cu aceasta

1. Puneți 2 ml de acid sulfuric concentrat, 1 ml de alcool și o cantitate mică de nisip într-o eprubetă.
2. Închideți eprubeta cu un dop cu tub de evacuare a gazului și încălziți-o în flacăra unei lămpi cu alcool.
3. Se trece gazul eliberat printr-o soluție cu permanganat de potasiu. Observați schimbarea culorii soluției.
4. Aprindeți gazul la capătul tubului de evacuare a gazului. Atenție la culoarea flăcării.

– alchenele ard cu o flacără luminoasă. (De ce?)

C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (cu oxidare completă, produșii de reacție sunt dioxid de carbon și apă)

Reacție calitativă: „oxidare ușoară (în soluție apoasă)”

– alchenele decolorează o soluție de permanganat de potasiu (reacția Wagner)

În condiții mai severe într-un mediu acid, produșii de reacție pot fi acizi carboxilici, de exemplu (în prezența acizilor):

CH 3 – CH = CH 2 + 4 [O] ––> CH 3 COOH + HCOOH

– oxidare catalitică

Amintiți-vă principalul!

1. Hidrocarburile nesaturate participă activ la reacțiile de adiție.
2. Reactivitatea alchenelor se datorează faptului că legătura se rupe ușor sub influența reactanților.
3. Ca urmare a adăugării, trecerea atomilor de carbon de la sp 2 la sp 3 - are loc o stare hibridă. Produsul de reacție are un caracter limitativ.
4. Când etilena, propilena și alte alchene sunt încălzite sub presiune sau în prezența unui catalizator, moleculele lor individuale sunt combinate în lanțuri lungi - polimeri. Polimerii (polietilenă, polipropilenă) sunt de mare importanță practică.

3. Aplicarea alchenelor(mesajul elevului conform următorului plan).

1 – producerea de combustibil cu cifră octanică mare;
2 – materiale plastice;
3 – explozivi;
4 – antigel;
5 – solvenți;
6 – pentru a accelera coacerea fructelor;
7 – producerea de acetaldehidă;
8 – cauciuc sintetic.

III. Consolidarea materialului învățat

Teme pentru acasă:§§ 15, 16, ex. 1, 2, 3 p. 90, ex. 4, 5 p. 95.

Hipermarket de cunoștințe >>Chimie >>Chimie clasa a X-a >> Chimie: alchene

Nesaturatele includ hidrocarburile care conțin legături multiple între atomi de carbon în moleculele lor. Nesaturate sunt alchenele, alchinele, alcadienele (poliene). Hidrocarburile ciclice care conțin o dublă legătură în ciclu (cicloalchene), precum și cicloalcanii cu un număr mic de atomi de carbon în ciclu (trei sau patru atomi) au și ele un caracter nesaturat. Proprietatea „nesaturației” este asociată cu capacitatea acestor substanțe de a intra în reacții de adiție, în principal hidrogen, cu formarea de hidrocarburi saturate sau saturate - alcani.

Structura

Alchenele sunt aciclice, conținând în moleculă, pe lângă legăturile simple, o legătură dublă între atomi de carbon și corespunzătoare formulei generale C n H 2n.

Alchenele și-au primit al doilea nume - „olefine” prin analogie cu acizii grași nesaturați (oleic, linoleic), ale căror rămășițe fac parte din grăsimi lichide - uleiuri (din engleză ulei - ulei).

Atomii de carbon care au o legătură dublă între ei, după cum știți, sunt într-o stare de hibridizare sp 2. Aceasta înseamnă că un orbital s și doi p sunt implicați în hibridizare, iar un orbital p rămâne nehibridat. Suprapunerea orbitalilor hibrizi duce la formarea unei legături a și, datorită orbitalilor nehibridați ai atomilor de carbon vecini ai moleculei de etilenă, se formează un al doilea, P-conexiune. Astfel, o legătură dublă constă dintr-o legătură Þ și o legătură p.

Orbitalii hibrizi ai atomilor care formează o legătură dublă sunt în același plan, iar orbitalii care formează o legătură n sunt situați perpendicular pe planul moleculei (vezi Fig. 5).

Legătura dublă (0,132 nm) este mai scurtă decât legătura simplă, iar energia sa este mai mare, adică este mai puternică. Cu toate acestea, prezența unei legături 7g mobile, ușor polarizabile, duce la faptul că alchenele sunt mai active din punct de vedere chimic decât alcanii și sunt capabile să sufere reacții de adiție.

Seria omologă de etenă

Alchenele cu catenă dreaptă formează seria omoloagă de etenă (etilenă).

C2H4 - etenă, C3H6 - propenă, C4H8 - butenă, C5H10 - pentenă, C6H12 - hexenă etc.

Izomerie și nomenclatură

Alchenele, ca și alcanii, se caracterizează prin izomerie structurală. Izomerii structurali, după cum vă amintiți, diferă unul de celălalt în structura scheletului de carbon. Cea mai simplă alchenă, caracterizată prin izomeri structurali, este butena.

CH3-CH2-CH=CH2CH3-C=CH2
l
CH3
buten-1 metilpropenă

Un tip special de izomerie structurală este izomeria poziției dublei legături:

CH3-CH2-CH=CH2CH3-CH=CH-CH3
buten-1 buten-2

Rotația aproape liberă a atomilor de carbon este posibilă în jurul unei singure legături carbon-carbon, astfel încât moleculele de alcani pot lua o mare varietate de forme. Rotația în jurul legăturii duble este imposibilă, ceea ce duce la apariția unui alt tip de izomerie în alchene - geometrice sau izomerie cis-trans.

Izomerii cis diferă de izomerii toracelui în aranjarea spațială a fragmentelor moleculare (în acest caz, grupări metil) în raport cu planul P-conexiuni, și deci proprietăți.

Alchenele sunt izomeri la cicloalcani (izomerie interclasă), de exemplu:

CH2 = CH-CH2-CH2-CH2-CH3
hexen-1 ciclohexan

Nomenclatură alchene, dezvoltat de IUPAC, este similar cu nomenclatura alcanilor.

1. Selectarea circuitului principal

Formarea numelui unei hidrocarburi începe cu definirea lanțului principal - cel mai lung lanț de atomi de carbon din moleculă. În cazul alchenelor, lanțul principal trebuie să conțină o legătură dublă.

2. Numerotarea atomilor din lanțul principal

Numerotarea atomilor lanțului principal începe de la capătul de care este cea mai apropiată legătură dublă. De exemplu, numele corect al conexiunii este

dn3-dn-dn2-dn=dn-dn3 dn3

5-metilhexen-2, nu 2-metilhexen-4, așa cum s-ar putea aștepta.

Dacă poziția dublei legături nu poate determina începutul numerotării atomilor din lanț, atunci aceasta este determinată de poziția substituenților în același mod ca și pentru hidrocarburile saturate.

CH3-CH2-CH=CH-CH-CH3
l
CH3
2-metilhexen-3

3. Formarea numelui

Denumirile alchenelor sunt formate în același mod ca și numele alcanilor. La sfârșitul numelui, indicați numărul atomului de carbon de la care începe legătura dublă și sufixul care indică faptul că compusul aparține clasei alchenelor, -ene.

Chitanță

1. Cracarea produselor petroliere. În procesul de cracare termică a hidrocarburilor saturate, odată cu formarea de alcani, are loc formarea de alchene.

2. Dehidrogenarea hidrocarburilor saturate. Când alcanii sunt trecuți peste un catalizator la temperaturi ridicate (400-600 °C), o moleculă de hidrogen este eliminată și se formează o alchenă:

3. Deshidratarea alcoolilor (eliminarea apei). Efectul agenților de îndepărtare a apei (H2804, Al203) asupra alcoolilor monohidroxilici la temperaturi ridicate duce la eliminarea unei molecule de apă și formarea unei duble legături:

Această reacție se numește deshidratare intramoleculară (spre deosebire de deshidratarea intermoleculară, care duce la formarea de eteri și va fi studiată în § 16 „Alcooli”).

4. Dehidrohalogenarea (eliminarea halogenurilor de hidrogen).

Când un haloalcan reacţionează cu un alcali într-o soluţie de alcool, se formează o legătură dublă ca urmare a eliminării unei molecule de halogenură de hidrogen.

Rețineți că această reacție produce predominant buten-2, mai degrabă decât buten-1, ceea ce corespunde Regula lui Zaitsev:

Când o halogenură de hidrogen este eliminată din haloalcanii secundari și terțiari, un atom de hidrogen este eliminat din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat.

5. Dehalogenarea. Când zincul acționează asupra unui derivat dibrom al unui alcan, atomii de halogen situati la atomii de carbon vecini sunt eliminați și se formează o legătură dublă:

Proprietăți fizice

Primii trei reprezentanți ai seriei omoloage de alchene sunt gazele, substanțele din compoziția C5H10-C16H32 sunt lichide, iar alchenele superioare sunt solide.

Punctele de fierbere și de topire cresc în mod natural odată cu creșterea greutății moleculare a compușilor.

Proprietăți chimice

Reacții de adaos

Să ne amintim că o trăsătură distinctivă a reprezentanților hidrocarburilor nesaturate - alchene este capacitatea de a intra în reacții de adiție. Majoritatea acestor reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.

1. Hidrogenarea alchenelor. Alchenele sunt capabile să adauge hidrogen în prezența catalizatorilor de hidrogenare - metale - platină, paladiu, nichel:

CH3-CH2-CH=CH2 + H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3

Această reacție are loc atât la presiune atmosferică, cât și la presiune ridicată și nu necesită temperatură ridicată, deoarece este exotermă. Când temperatura crește, aceiași catalizatori pot provoca o reacție inversă - dehidrogenare.

2. Halogenare (adăugarea de halogeni). Interacțiunea unei alchene cu apa de brom sau o soluție de brom într-un solvent organic (CCl4) duce la decolorarea rapidă a acestor soluții ca urmare a adăugării unei molecule de halogen la alchenă și a formării dihaloalcanilor.

Markovnikov Vladimir Vasilievici

(1837-1904)

chimist organic rus. A formulat (1869) reguli privind direcția de substituție, eliminare, adăugare la o legătură dublă și reacții de izomerizare în funcție de structura chimică. A studiat (din 1880) compoziția petrolului și a pus bazele petrochimiei ca știință independentă. A descoperit (1883) o nouă clasă de substanțe organice - ciclo-parafinele (naftene).

3. Hidrohalogenare (adaos de halogenură de hidrogen).

Reacția de adiție cu halogenură de hidrogen va fi discutată mai detaliat mai jos. Această reacție se supune regulii lui Markovnikov:

Când o halogenură de hidrogen se leagă de o alchenă, hidrogenul se atașează de atomul de carbon mai hidrogenat, adică atomul la care există mai mulți atomi de hidrogen, iar halogenul de cel mai puțin hidrogenat.

4. Hidratarea (adăugarea de apă). Hidratarea alchenelor duce la formarea de alcooli. De exemplu, adăugarea de apă la etenă stă la baza uneia dintre metodele industriale de producere a alcoolului etilic:

CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2OH
eten etanol

Rețineți că un alcool primar (cu o grupare hidroxi pe carbonul primar) se formează numai atunci când etena este hidratată. Când propena sau alte alchene sunt hidratate, se formează alcooli secundari.

Această reacție se desfășoară, de asemenea, în conformitate cu regula lui Markovnikov - un cation de hidrogen se atașează la un atom de carbon mai hidrogenat, iar o grupare hidroxi se atașează la unul mai puțin hidrogenat.

5. Polimerizare. Un caz special de adiție este reacția de polimerizare a alchenelor:

Această reacție de adiție are loc printr-un mecanism de radicali liberi.

Reacții de oxidare

Ca orice compuși organici, alchenele ard în oxigen pentru a forma CO2 și H20.

Spre deosebire de alcani, care sunt rezistenți la oxidare în soluții, alchenele sunt ușor oxidate prin acțiunea soluțiilor apoase de permanganat de potasiu. În soluții neutre sau ușor alcaline, alchenele sunt oxidate în dioli (alcooli dihidroxilici), iar la acei atomi între care a existat o dublă legătură înainte de oxidare se adaugă grupări hidroxil.

După cum știți deja, hidrocarburile nesaturate - alchene sunt capabile să intre în reacții de adiție. Majoritatea acestor reacții au loc prin mecanismul de adiție electrofilă.

Conexiune electrofilă

Reacțiile electrofile sunt reacții care apar sub influența electrofililor - particule care au o lipsă de densitate electronică, de exemplu, un orbital neumplut. Cea mai simplă particulă electrofilă este cationul hidrogen. Se știe că atomul de hidrogen are un electron în al treilea orbital. Un cation de hidrogen se formează atunci când un atom pierde acest electron, astfel că cationul de hidrogen nu are deloc electroni:

Н· - 1е - -> Н +

În acest caz, cationul are o afinitate electronică destul de mare. Combinația acestor factori face ca cationul de hidrogen să fie o particulă electrofilă destul de puternică.

Formarea unui cation de hidrogen este posibilă în timpul disocierii electrolitice a acizilor:

НВr -> Н + + Вr -

Din acest motiv, multe reacții electrofile apar în prezența și participarea acizilor.

Particulele electrofile, așa cum am menționat mai devreme, acționează asupra sistemelor care conțin zone cu densitate electronică crescută. Un exemplu de astfel de sistem este o legătură multiplă (dublă sau triplă) carbon-carbon.

Știți deja că atomii de carbon între care se formează o legătură dublă sunt în stare de hibridizare sp 2. Orbitalii p nehibridați ai atomilor de carbon vecini aflați în același plan se suprapun, formându-se P-legatura, care este mai putin puternica decat legatura Þ si, cel mai important, se polarizeaza usor sub influenta unui camp electric extern. Aceasta înseamnă că atunci când o particulă încărcată pozitiv se apropie, electronii legăturii CS se deplasează spre ea și așa-numita P- complex.

Se dovedește P-complex și la adăugarea unui cation de hidrogen la P- conexiuni. Cationul de hidrogen pare să se lovească de densitatea electronică care iese din planul moleculei P-conectare și se alătură acesteia.

În etapa următoare, are loc o deplasare completă a perechii de electroni P-legarea la unul dintre atomii de carbon, ceea ce duce la apariția unei perechi de electroni singuratice pe acesta. Orbitul atomului de carbon pe care se află această pereche și orbitalul neocupat al cationului de hidrogen se suprapun, ceea ce duce la formarea unei legături covalente prin mecanismul donor-acceptor. Al doilea atom de carbon are încă un orbital neumplut, adică o sarcină pozitivă.

Particula rezultată se numește carbocation deoarece conține o sarcină pozitivă asupra atomului de carbon. Această particulă se poate combina cu orice anion, o particulă care are o pereche de electroni singuratică, adică un nucleofil.

Să luăm în considerare mecanismul reacției de adiție electrofilă folosind exemplul de bromhidratare (adăugarea de bromură de hidrogen) a etenei:

СН2= СН2 + НВг --> СНВr-СН3

Reacția începe cu formarea unei particule electrofile - un cation de hidrogen, care are loc ca urmare a disocierii unei molecule de bromură de hidrogen.

Atacuri de cationi de hidrogen P- legătură, formare P- un complex care se transformă rapid într-un carbocation:

Acum să ne uităm la un caz mai complex.

Reacția de adăugare a bromurii de hidrogen la etenă are loc fără ambiguitate, iar interacțiunea bromurii de hidrogen cu propenă poate da teoretic doi produși: 1-brompropan și 2-brompropan. Datele experimentale arată că 2-bromopropanul este produs în principal.

Pentru a explica acest lucru, va trebui să luăm în considerare particula intermediară - carbocationul.

Adăugarea unui cation de hidrogen la propenă poate duce la formarea a doi carbocationi: dacă un cation de hidrogen se unește cu primul atom de carbon, atomul situat la capătul lanțului, atunci al doilea va avea o sarcină pozitivă, adică în centrul moleculei (1); dacă se alătură celui de-al doilea, atunci primul atom va avea o sarcină pozitivă (2).

Direcția preferențială a reacției va depinde de care carbocation este mai abundent în mediul de reacție, care, la rândul său, este determinat de stabilitatea carbocationului. Experimentul arată formarea predominantă a 2-bromopropanului. Aceasta înseamnă că formarea carbocationului (1) cu sarcină pozitivă pe atomul central are loc într-o măsură mai mare.

Stabilitatea mai mare a acestui carbocation se explică prin faptul că sarcina pozitivă asupra atomului de carbon central este compensată de efectul inductiv pozitiv al două grupări metil, al căror efect total este mai mare decât efectul +/- al unei grupări etil:

Legile reacțiilor de hidrohalogenare a alchenelor au fost studiate de celebrul chimist rus V.V. Markovnikov, un student al lui A.M. Butlerov, care, după cum am menționat mai sus, a formulat regula care îi poartă numele.

Această regulă a fost stabilită empiric, adică experimental. În prezent, putem oferi o explicație complet convingătoare pentru aceasta.

Interesant este că și alte reacții de adiție electrofile se supun regulii lui Markovnikov, așa că ar fi corect să o formulăm într-o formă mai generală.

În reacțiile de adiție electrofile, un electrofil (o particulă cu un orbital neumplut) se adaugă la un atom de carbon mai hidrogenat, iar un nucleofil (o particulă cu o pereche de electroni singură) se adaugă la unul mai puțin hidrogenat.

Polimerizare

Un caz special de reacție de adiție este reacția de polimerizare a alchenelor și a derivaților acestora. Această reacție are loc prin mecanismul de adăugare a radicalilor liberi:

Polimerizarea se realizează în prezența inițiatorilor - compuși peroxidici, care sunt o sursă de radicali liberi. Compușii peroxidici sunt substanțe ale căror molecule includ grupa -O-O-. Cel mai simplu compus cu peroxid este peroxidul de hidrogen HOOH.

La o temperatură de 100 °C și o presiune de 100 MPa are loc omoliza legăturii instabile oxigen-oxigen și formarea de radicali - inițiatori de polimerizare. Sub influența radicalilor KO- se inițiază polimerizarea, care se dezvoltă ca o reacție de adiție a radicalilor liberi. Creșterea lanțului se oprește atunci când are loc recombinarea radicalilor în amestecul de reacție - lanțul polimeric și radicalii sau COCH2CH2-.

Folosind reacția de polimerizare prin radicali liberi a substanțelor care conțin o legătură dublă, se obțin un număr mare de compuși cu greutate moleculară mare:

Utilizarea alchenelor cu diverși substituenți face posibilă sintetizarea unei game largi de materiale polimerice cu o gamă largă de proprietăți.

Toți acești compuși polimerici sunt utilizați pe scară largă într-o varietate de domenii ale activității umane - industrie, medicină, utilizați pentru fabricarea echipamentelor pentru laboratoarele biochimice, unii sunt intermediari pentru sinteza altor compuși cu molecul mare.

Oxidare

Știți deja că în soluții neutre sau ușor alcaline are loc oxidarea alchenelor în dioli (alcooli dihidroxilici). Într-un mediu acid (o soluție acidulată cu acid sulfuric), legătura dublă este complet distrusă, iar atomii de carbon între care a existat legătura dublă sunt transformați în atomi de carbon din grupa carboxil:

Oxidarea distructivă a alchenelor poate fi utilizată pentru a determina structura lor. Deci, de exemplu, dacă se obțin acizi acetic și propionic în timpul oxidării unei anumite alchene, aceasta înseamnă că pentena-2 a suferit oxidare, iar dacă se obțin acid butiric și dioxid de carbon, atunci hidrocarbura originală este pentena-1 .

Aplicație

Alchenele sunt utilizate pe scară largă în industria chimică ca materii prime pentru producerea unei varietăți de substanțe și materiale organice.

De exemplu, etena este materia primă pentru producerea de etanol, etilen glicol, epoxizi și dicloroetan.

O cantitate mare de etenă este procesată în polietilenă, care este folosită pentru a face folii de ambalare, veselă, țevi și materiale electrice izolante.

Din propenă se obțin glicerina, acetona, izopropanolul și solvenții. Prin polimerizarea propenei se obtine polipropilena, care este superioara polietilenei in multe privinte: are un punct de topire mai mare si rezistenta chimica.

În prezent, fibrele cu proprietăți unice sunt produse din polimeri - analogi ai polietilenei. De exemplu, fibra de polipropilenă este mai puternică decât toate fibrele sintetice cunoscute.

Materialele realizate din aceste fibre sunt promițătoare și sunt din ce în ce mai utilizate în diverse domenii ale activității umane.

1. Ce tipuri de izomerie sunt caracteristice alchenelor? Scrieți formulele pentru posibilii izomeri ai pentenei-1.
2. Din ce compuşi se pot obţine: a) izobutenă (2-metilpropenă); b) buten-2; c) buten-1? Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
3. Descifrează următorul lanț de transformări. Numiți compușii A, B, C. 4. Propuneți o metodă de obținere a 2-cloropropanului din 1-cloropropan. Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
5. Sugerați o metodă pentru purificarea etanului de impuritățile de etilenă. Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
6. Dați exemple de reacții care pot fi folosite pentru a face distincția între hidrocarburile saturate și nesaturate.
7. Pentru hidrogenarea completă a 2,8 g de alchenă s-au consumat 0,896 litri de hidrogen (n.e.). Care este greutatea moleculară și formula structurală a acestui compus, care are un lanț normal de atomi de carbon?
8. Ce gaz se află în cilindru (etenă sau propenă), dacă se știe că arderea completă a 20 cm3 din acest gaz a necesitat 90 cm3 (n.s.) de oxigen?
9*. Când o alchenă reacţionează cu clorul în întuneric, se formează 25,4 g de diclorură, iar când această alchenă de aceeaşi masă reacţionează cu bromul în tetraclorura de carbon, se formează 43,2 g de dibromură. Determinați toate formulele structurale posibile ale alchenei inițiale.

Istoria descoperirii

Din materialul de mai sus, am înțeles deja că etilena este strămoșul serii omoloage de hidrocarburi nesaturate, care are o dublă legătură. Formula lor este C n H 2n și se numesc alchene.

În 1669, medicul și chimistul german Becher a fost primul care a obținut etilenă prin reacția acidului sulfuric cu alcoolul etilic. Becher a descoperit că etilena este mai activă din punct de vedere chimic decât metanul. Dar, din păcate, la acel moment, omul de știință nu a putut identifica gazul rezultat și, prin urmare, nu i-a atribuit niciun nume.

Puțin mai târziu, chimiștii olandezi au folosit aceeași metodă pentru producerea etilenei. Și deoarece, atunci când interacționa cu clorul, acesta tindea să formeze un lichid uleios, a primit, în consecință, numele de „gaz petrolier”. Mai târziu s-a cunoscut că acest lichid era dicloroetan.

În franceză, termenul „ulei” este oléfiant. Și după ce au fost descoperite alte hidrocarburi de acest tip, Antoine Fourcroix, un chimist și om de știință francez, a introdus un nou termen care a devenit comun întregii clase de olefine sau alchene.

Dar deja la începutul secolului al XIX-lea, chimistul francez J. Gay-Lussac a descoperit că etanolul constă nu numai din gaz „petrol”, ci și din apă. În plus, același gaz a fost descoperit în clorură de etil.

Și deși chimiștii au stabilit că etilena constă din hidrogen și carbon și cunoșteau deja compoziția substanțelor, ei nu au putut găsi formula reală pentru o lungă perioadă de timp. Și abia în 1862 E. Erlenmeyer a reușit să demonstreze prezența unei duble legături în molecula de etilenă. Acest lucru a fost recunoscut și de omul de știință rus A.M. Butlerov și a confirmat experimental corectitudinea acestui punct de vedere.

Apariția în natură și rolul fiziologic al alchenelor

Mulți oameni sunt interesați de problema unde pot fi găsite alchenele în natură. Deci, se dovedește că practic nu apar în natură, deoarece cel mai simplu reprezentant al său, etilena, este un hormon pentru plante și este sintetizat în ele doar în cantități mici.

Este adevărat că în natură există o astfel de alchenă ca muskalur. Aceasta dintre alchenele naturale este un atractant sexual al muștei de casă femele.

Merită să acordați atenție faptului că, având o concentrație mare, alchenele inferioare au un efect narcotic care poate provoca convulsii și iritații ale mucoaselor.

Aplicații ale alchenelor

Este dificil să ne imaginăm viața societății moderne de astăzi fără utilizarea materialelor polimerice. Deoarece, spre deosebire de materialele naturale, polimerii au proprietăți diferite, sunt ușor de prelucrat, iar dacă te uiți la preț, sunt relativ ieftini. Un alt aspect important în favoarea polimerilor este că mulți dintre ei pot fi reciclați.

Alchenele și-au găsit utilizarea în producția de materiale plastice, cauciucuri, filme, teflon, alcool etilic, acetaldehidă și alți compuși organici.

În agricultură, este folosit ca mijloc care accelerează procesul de coacere a fructelor. Propilena și butilena sunt folosite pentru a produce diferiți polimeri și alcooli. Dar în producția de cauciuc sintetic, se folosește izobutilenă. Prin urmare, putem concluziona că este imposibil să faceți fără alchene, deoarece acestea sunt cele mai importante materii prime chimice.

Utilizări industriale ale etilenei

La scară industrială, propilena este utilizată de obicei pentru sinteza polipropilenei și pentru producerea de izopropanol, glicerol, butiraldehide etc. În fiecare an, cererea de propilenă crește.

Proprietățile fizice ale alchenelor sunt similare cu cele ale alcanilor, deși toate au puncte de topire și de fierbere puțin mai mici decât alcanii corespunzători. De exemplu, pentanul are un punct de fierbere de 36 °C, iar pentena-1 - 30 °C. În condiții normale, alchenele C 2 - C 4 sunt gaze. C 5 – C 15 sunt lichide, începând de la C 16 sunt solide. Alchenele sunt insolubile în apă, dar foarte solubile în solvenți organici.

Alchenele sunt rare în natură. Deoarece alchenele sunt materii prime valoroase pentru sinteza organică industrială, au fost dezvoltate multe metode de preparare a acestora.

1. Principala sursă industrială de alchene este cracarea alcanilor care fac parte din ulei:

3. În condiții de laborator, alchenele se obțin prin reacții de eliminare, în care doi atomi sau două grupe de atomi sunt eliminate din atomii de carbon vecini și se formează o legătură p suplimentară. Astfel de reacții includ următoarele.

1) Deshidratarea alcoolilor are loc atunci când sunt încălziți cu agenți de îndepărtare a apei, de exemplu cu acid sulfuric la temperaturi peste 150 ° C:

Când H 2 O este eliminat din alcooli, HBr și HCl din halogenuri de alchil, atomul de hidrogen este eliminat de preferință de cel al atomilor de carbon vecini care este legat de cel mai mic număr de atomi de hidrogen (din atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat). Acest model se numește regula lui Zaitsev.

3) Dehalogenarea are loc atunci când dihalogenurile care au atomi de halogen la atomi de carbon adiacenți sunt încălzite cu metale active:

CH2Br -CHBr -CH3 + Mg → CH2 =CH-CH3 + Mg Br2.

Proprietățile chimice ale alchenelor sunt determinate de prezența unei duble legături în moleculele lor. Densitatea electronică a legăturii p este destul de mobilă și reacționează ușor cu particulele electrofile. Prin urmare, multe reacții ale alchenelor decurg în funcție de mecanism adiție electrofilă, desemnat prin simbolul A E (din engleză, adaos electrofil). Reacțiile de adiție electrofile sunt procese ionice care au loc în mai multe etape.

În prima etapă, o particulă electrofilă (cel mai adesea acesta este un proton H +) interacționează cu electronii p ai dublei legături și formează un complex p, care este apoi transformat într-un carbocation prin formarea unei legături s covalente între particula electrofilă și unul dintre atomii de carbon:

carbocation alchenic al complexului p

În a doua etapă, carbocationul reacționează cu anionul X, formând o a doua legătură s datorită perechii de electroni a anionului:

În reacțiile de adiție electrofile, un ion de hidrogen se atașează de atomul de carbon la legătura dublă care are o sarcină negativă mai mare. Distribuția sarcinii este determinată de schimbarea densității electronilor p sub influența substituenților: .

Substituenții donatori de electroni care prezintă efectul +I schimbă densitatea electronului p la un atom de carbon mai hidrogenat și creează o sarcină negativă parțială asupra acestuia. Aceasta explică regula lui Markovnikov: atunci când se adaugă molecule polare precum HX (X = Hal, OH, CN, etc.) la alchenele nesimetrice, hidrogenul se atașează de preferință la atomul de carbon mai hidrogenat la legătura dublă.

Să ne uităm la exemple specifice de reacții de adiție.

1) Hidrohalogenare. Când alchenele interacționează cu halogenuri de hidrogen (HCl, HBr), se formează halogenuri de alchil:

CH3-CH = CH2 + HBr® CH3-CHBr-CH3.

Produșii de reacție sunt determinați de regula lui Markovnikov.

Cu toate acestea, trebuie subliniat că, în prezența oricărui peroxid organic, moleculele polare de HX nu reacţionează cu alchenele conform regulii lui Markovnikov:

	R-O-O-R
CH3-CH = CH2 + HBr		CH3-CH2-CH2Br

Acest lucru se datorează faptului că prezența peroxidului determină mai degrabă mecanismul radical al reacției decât cel ionic.

2) Hidratarea. Când alchenele reacţionează cu apa în prezenţa acizilor minerali (sulfuric, fosforic), se formează alcooli. Acizii minerali acționează ca catalizatori și sunt surse de protoni. Adăugarea de apă urmează, de asemenea, regula lui Markovnikov:

CH3-CH = CH2 + HON® CH3-CH(OH)-CH3.

3) Halogenare. Alchenele decolorează apa cu brom:

CH2 = CH2 + Br2® B-CH2-CH2Br.

Această reacție este calitativă pentru o legătură dublă.

4) Hidrogenarea. Adăugarea de hidrogen are loc sub acțiunea catalizatorilor metalici:

unde R = H, CH3, CI, C6H5 etc. Molecula CH 2 =CHR se numește monomer, compusul rezultat se numește polimer, numărul n este gradul de polimerizare.

Polimerizarea diverșilor derivați de alchenă produce produse industriale valoroase: polietilenă, polipropilenă, clorură de polivinil și altele.

Pe lângă în plus, alchenele suferă și reacții de oxidare. În timpul oxidării ușoare a alchenelor cu o soluție apoasă de permanganat de potasiu (reacția Wagner), se formează alcooli dihidroxilici:

ZSN2 =CH2 + 2KMnO4 + 4H2O® ZNOSN2-CH2OH + 2MnO2↓ + 2KOH.

Ca urmare a acestei reacții, soluția violetă de permanganat de potasiu se decolorează rapid și precipită un precipitat maro de oxid de mangan (IV). Această reacție, ca și reacția de decolorare a apei cu brom, este calitativă pentru o legătură dublă. În timpul oxidării severe a alchenelor cu o soluție de fierbere de permanganat de potasiu într-un mediu acid, legătura dublă este complet ruptă cu formarea de cetone, acizi carboxilici sau CO2, de exemplu:

	[DESPRE]
CH3-CH=CH-CH3		2CH3-COOH

Pe baza produșilor de oxidare, se poate determina poziția dublei legături în alchena originală.

Ca toate celelalte hidrocarburi, alchenele ard și, cu mult aer, formează dioxid de carbon și apă:

CnH2n+Zn/2O2®nCO2+nH2O.

Când aerul este limitat, arderea alchenelor poate duce la formarea de monoxid de carbon și apă:

CnH2n + n02® nCO + nH20.

Dacă amestecați o alchenă cu oxigen și treceți acest amestec peste un catalizator de argint încălzit la 200°C, se formează un oxid de alchenă (epoxialcan), de exemplu:

La orice temperatură, alchenele sunt oxidate de ozon (ozonul este un agent oxidant mai puternic decât oxigenul). Dacă ozonul gazos este trecut printr-o soluție de alchenă în tetraclorura de metan la temperaturi sub temperatura camerei, are loc o reacție de adiție și se formează ozonidele corespunzătoare (peroxizi ciclici). Ozonidele sunt foarte instabile și pot exploda ușor. Prin urmare, de obicei nu sunt izolate, dar imediat după producție sunt descompuse cu apă - aceasta produce compuși carbonilici (aldehide sau cetone), a căror structură indică structura alchenei care a fost supusă ozonării.

Alchenele inferioare sunt materii prime importante pentru sinteza organică industrială. Alcoolul etilic, polietilena și polistirenul sunt produse din etilenă. Propena este utilizată pentru sinteza polipropilenei, fenolului, acetonei și glicerinei.

Alchenele sunt utilizate ca produse de pornire în producția de materiale polimerice (plastice, cauciucuri, folii) și alte substanțe organice.

Etilenă(etenă) H2C=CH2 este utilizat pentru a produce polietilenă, politetrafluoretilenă (Teflon), alcool etilic, acetaldehidă, derivați de halogen și mulți alți compuși organici.

Este folosit ca mijloc de accelerare a coacerii fructelor.

propilenă(propenă) H2C=CH2 –CH3 şi butilene(butenă-1 și butenă-2) sunt folosite pentru a produce alcooli și polimeri.

izobutilenă(2-metilpropenă) H2C=C(CH3)2 este utilizat în producerea cauciucului sintetic.

Întrebări pentru consolidarea subiectului:

1. Ce hidrocarburi se numesc alchene?

2. Care este formula generală a alchenelor?

3. Ce tip de hibridizare au alchenele?

4. Ce proprietăți chimice sunt caracteristice alchenelor?

5. De ce sunt utilizate alchenele ca produs de pornire pentru producerea BMC?

6. Care este esența domniei lui Markovnikov?

7. Ce metode de obținere a alchenelor cunoașteți?

8. Prin ce mecanism are loc reacția de adiție în alchene?

9. Cum se modifică proprietățile fizice în seria omoloagă de alchene?

10. Unde se folosesc alchenele?

Curs nr. 17: Alcadiene. Structura. Proprietăți. Cauciuc.

Alcadiene (diene)– hidrocarburi alifatice nesaturate ale căror molecule conțin două legături duble.
Formula generală a alcadienelor CnH2n-2.

Proprietățile alcadienelor depind în mare măsură de aranjarea relativă a dublelor legături în moleculele lor. Pe baza acestei caracteristici, se disting trei tipuri de duble legături în diene.

1. Legăturile duble izolate sunt separate în lanț prin două sau mai multe legături σ:

CH2 =CH–CH2 –CH=CH2

Separate de atomi de carbon sp 3, astfel de legături duble nu se influențează reciproc și intră în aceleași reacții ca și legătura dublă din alchene. Astfel, alcadienele de acest tip prezintă proprietăți chimice caracteristice alchenelor.

2. Legăturile duble cumulate sunt situate la un atom de carbon:

CH2 =C=CH2(Allen)

Astfel de diene (alene) aparțin unui tip destul de rar de compuși.

3. Legăturile duble conjugate sunt separate printr-o legătură σ:

CH2 =CH–CH=CH2

Dienele conjugate sunt de cel mai mare interes. Ele se disting prin proprietăți caracteristice datorită structurii electronice a moleculelor, și anume, o secvență continuă de 4 atomi de carbon sp 2.

Unii reprezentanți ai acestor diene sunt utilizați pe scară largă în producția de cauciucuri sintetice și diferite substanțe organice.

Conform regulilor IUPAC, coloana vertebrală a unei molecule de alcadienă trebuie să includă ambele legături duble. Atomii de carbon din lanț sunt numerotați astfel încât legăturile duble să primească cele mai mici numere. Denumirile alcadienelor sunt derivate din numele alcanilor corespunzători (cu același număr de atomi de carbon), în care ultima literă este înlocuită cu terminația – dienă.

Locația legăturilor duble este indicată la sfârșitul numelui, iar locația substituenților este indicată la începutul numelui.

De exemplu:

Numele „divinil” provine de la numele radicalului –CH=CH2„vinil”.