Конспект по химии на тему Алкены, 10 класс

Алкены - это углеводороды, в молекулах которых содержится одна двойная связь.

Состав, номенклатура, изомерия.

Общая формула: C_nH_2n

С₂Н₄ - этен (этилен) СН₂ СН₂ (изомеров нет)

С₃Н₆ - пропен (пропилен) СН₂ СН СН₃

Имеет структурные межклассовые изомеры с циклоалканами.

СН₂

СН₂ СН₂ циклопропан

С₄Н₈

Имеет структурные изомеры:

1) углеродного скелета:

СН₂ СН СН₂ СН₃ бутен - 1

СН₂ С СН₃ метилпропен

СН₃

2) положения двойной связи:

СН₂ СН СН₂ СН₃ бутен - 1

СН₃ СН СН СН₃ бутен - 2

3) межклассовые:

СН₂ СН₂

СН₂ СН₂ циклобутан

СН₂

СН₂ СН₂ метилциклопропан

Из - за отсутствия свободного вращения вокруг двойной связи бутен - 2 имеет пространственные цис - , транс - изомеры.

СН₃ СН СН СН₃ бутен - 2

Н Н

С С цис - бутен - 2

СН₃ СН₃

Н СН₃

С С транс - бутен - 2

СН₃ Н

Чтобы алкен имел пространственные цис - , транс - изомеры, каждый атом углерода при двойной связи должен иметь разные между собой заместители.

Цис - , транс - изомеров не имеют:

1) алкены - 1 4) n,n - диметилалкены - n

2) 2 - метилалкены - 2

3) 3 - этилалкены - 3

Строение алкенов:

Только атомы углерода, соединённые двойной связью, находятся в состоянии sp² - гибридизации.

Все остальные атомы углерода, от которых отходят одинарные связи, находятся в состоянии sp³ - гибридизации.

Три sp² - гибридные орбитали расположены под углом 120⁰ и лежат в одной плоскости.

Негибридные р - орбитали каждого атома углерода располагаются перпендикулярно плоскости молекулы и перекрываются над и под плоскостью молекулы, образуя

∏ - связь.

В одной плоскости лежат всегда шесть атомов: два атома углерода, соединённые двойной связью, и по два атома, непосредственно связанные с атомами углерода при двойной связи.

Длина связи: 0.134 нм

Вокруг двойной связи отсутствует свободное вращение, поэтому алкены могут иметь пространственные изомеры.

Физические свойства:

С₂ - С₄ - газы, С₅ - С₁₇ - жидкости, остальные - твёрдые вещества.

Имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем соответствующие алканы.

Алкены с нормальной цепью кипят при более высокой температуре, чем алкены с разветвлённой цепью.

Цис - изомеры кипят при более высокой температуре, чем транс - изомеры.

В воде растворяются плохо, но лучше, чем алканы.

Этилен при обычных условиях - бесцветный газ со сладковатым запахом, легче воздуха, мало растворим в воде, растворим в спирте и диэтиловом эфире.

Этилен, пропилен, бутен - 1, бутен - 2 можно собрать вытеснением воды.

Химические свойства алкенов

I) Реакции присоединения протекают за счёт разрыва

∏ - связи:

1) реакция гидрирования - присоединение водорода (обратимая, катализаторы: Pt и Ni)

Алкены превращаются в алканы:

С_nH_2n + H₂ C_nH_2n+2

С₂H₄ + H₂ C₂H₆

2) реакция галогенирования - присоединение галогенов при обычных условиях

Обесцвечивание бромной и иодной воды - качественная реакция на двойную связь.

В молекулу продукта реакции добавляется два атома галогена, причём к соседним атомам углерода.

С_nH_2n + Br_2(вода) C_nH_2n Br₂

CH₂ CH CH₃ + Br_2(вода) CH₂ CH CH₃

Br Br (1,2 - дибромпропан)

3) реакция гидрогалогенирования - присоединение галогеноводородов

Необратимая, протекает при нагревании без катализаторов, по ионному механизму.

В молекулу продукта реакции добавляется один атом галогена и один атом водорода.

С_nH_2n + НBr C_nH_2n+1 Br

CH₂ CH₂ + HBr CH₃ CH₂

Br (бромэтан)

К несимметричным алкенам присоединение галогеноводородов происходит по правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к атому углерода при двойной связи, у которого больше атомов водорода, а атом галогена присоединяется к атому углерода при двойной связи, у которого меньше атомов водорода.

CH₂ CH CH₃ + HBr CH₃ CH CH₃

Br (2 -бромпропан)

В присутствии перекиси водорода присоединение галогеноводородов происходит против правила Марковникова:

CH₂ CH CH₃ + HBr CH₂ CH₂ CH₃

Br (1 -бромпропан)

Если в молекуле алкена уже присутствует атом галогена, то присоединение галогеноводородов происходит против правила Марковникова:

CH₂ CH CH₂ Br + HBr CH₂ CH₂ CH₂ Br

Br (1 -бромпропан)

4) реакция гидратации - присоединение воды

Обратимая, протекает при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты по ионному механизму.

В молекулу продукта реакции добавляется один атом водорода и одна гидроксильная группа.

С_nH_2n + Н₂O C_nH_2n+1 OH

CH₂ CH₂ + Н₂O CH₃ CH₂

OH (этанол)

К несимметричным алкенам присоединение воды происходит по правилу Марковникова: атом водорода присоединяется к атому углерода при двойной связи, у которого больше атомов водорода, а атом галогена присоединяется к атому углерода при двойной связи, у которого меньше атомов водорода.

CH₂ CH CH₃ + Н₂O CH₃ CH CH₃

ОН (пропанол -2)

Если в молекуле алкена уже присутствует атом галогена, то присоединение галогеноводородов происходит против правила Марковникова:

CH₂ CH CH₂Cl + Н₂O CH₂ CH₂ CH₃

ОН (пропанол -1)

5) реакция полимеризации - образование сложной молекулы полимера, в которой многократно повторяются структурные звенья более простых молекул - мономеров Необратимая, протекает при нагревании в присутствии катализаторов, по ионному механизму.

nCH₂ CH₂ ( CH₂ CH₂ )_n (полиэтилен)

nCH₂ CH CH₃ ( CH₂ CH )_n

CH₃ (полипропилен)

II) Реакции окисления:

1) реакция горения - взаимодействие с кислородом при начальном нагревании

С_nH_2n + 1,5n О₂ n СО₂ + n Н₂О + Q

С₂H₄ + 3 О₂ 2 СО₂ + 2 Н₂О + Q

2 С₃H₆ + 9 О₂ 6 СО₂ + 6 Н₂О + Q

2) окисление водным раствором KMnO₄ «вешает» две гидроксильные группы к атомам углерода, соединённым двойной связью

Образуется диол, в котором гидроксильные группы располагаются у соседних атомов углерода.

3 CH₂ CH₂ + 2 KMn⁺⁷O₄ + 4 Н₂О 3 CH₂ CH₂ + 2 Mn⁺⁴O₂ + 2 KOH

ОН ОН (этандиол - 1,2)

/ C^-2₂H⁺¹₄ C^-1₂H⁺¹₆O^-2₂ /

Mn⁺⁷ + 3e Mn⁺⁴ 2

2 C^{-2 _} 2e 2C^-1 3

Обесцвечивание водного раствора перманганата калия без нагревания - качественная реакция на двойную связь.

3) окисление KMnO₄ в кислой среде при нагревании происходит по-разному:

Этилен окисляется до углекислого газа и воды:

5CH₂ CH₂ + 12 KMn⁺⁷O₄ + 18Н₂SO₄ 10 C⁺⁴O₂ + 6 K₂SO₄ + 12 Mn⁺²SO₄ +28Н₂О

/ C^-2₂H⁺¹₄ C⁺⁴O₂ /

Mn⁺⁷ + 5e Mn⁺² 12

2 C^{-2 _} 12e 2C⁺⁴ 5

Пропен окисляется до углекислого газа и уксусной кислоты:

.CH₂ CH CH₃ + 2 KMn⁺⁷O₄ + 3 Н₂SO₄

.C⁺⁴O₂ + .СН₃СООН + .K₂SO₄ + 2 Mn⁺²SO₄ + 4 Н₂О

/ C^-2₃H⁺¹₆ C⁺⁴O₂ + С⁰₂Н⁺¹₄О^-2₂/

Mn⁺⁷ + 5e Mn⁺² 2

3 C^{-2 _} 10e C⁺⁴ + 2 С⁰ 1

Бтен -2 (симметричен) окисляется до уксусной кислоты:

5 CH₃ CH CH CH₃ + 8 KMn⁺⁷O₄ + 12 Н₂SO₄

10 СН₃СООН + 4 K₂SO₄ + 8 Mn⁺²SO₄ + 12 Н₂О

/ C^-2₄H⁺¹₈ 2 С⁰₂Н⁺¹₄О^-2₂/

Mn⁺⁷ + 5e Mn⁺² 8

4 C^{-2 _} 8e 4 С⁰ 5

Алкены - 1 окисляются по типу пропена до углекислого газа и карбоновой кислоты.

Алкены, содержащие двойную связь в середине углеродной цепи, рвутся по месту двойной связи с образованием карбоновых кислот. По тому, сколько каждая кислота содержит атомов углерода, можно определить место положение двойной связи.

4) Этилен окисляется кислородом при нагревании в присутствии катализатора серебра до этиленоксида:

2 CH₂ CH₂ + О₂ ^t 2 CH₂ CH₂

О

5) Этилен окисляется кислородом при нагревании в присутствии катализатора хлорида палладия до уксусного альдегида.

Эта реакция является современным промышленным способом получения этаналя.

CH₂ CH₂ + PdCl₂ + H₂O CH₃COH + Pd + 2 HCl

III) При нагревании выше 450⁰ или облучении алкены, начиная с пропена, реагируют с галогенами в предельной части молекулы по аналогии с алканами, т.е. по реакции свободнорадикального замещения.

Замещение водорода происходит у атома углерода, соседнего с двойной связью :

CH₂ CH CH₃ + Cl₂ ^свет CH₂ CH CH₂Сl + HCl

Получение

1) дегидрирование алканов в присутствии Pt, Ni:

C_nH_2n+2 C_nH_2n + H₂

С₂H₆ C₂H₄ + H₂

2) дегалогенирование дигалогенопроизводных алканов при нагревании с Zn:

CH₂ CH CH₃ + Zn CH₂ CH CH₃ + ZnBr₂

Br Br

3) дегидрогалогенирование моногалогенопроизводных алканов при нагревании со спиртовым раствором щёлочи:

CH₂ CH₃ + KOH _{(спиртовой р-р)} CH₂ CH₂ + КBr + Н₂О

Br

При дегидрогалогенировании несимметричных моногалогенопроизводных алканов преимущественно протекает реакция согласно правилу Зайцева:

Отщепление водорода происходит от соседнего атома углерода, менее богатого водородом.

CH₃ CH CH₂ CH₃ + KOH _{(спиртовой р-р)}

Cl

CH₃ CH CH CH₃ + КCl + Н₂О

4) дегидратация одноатомных предельных спиртов при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты:

C_nH_2n+1 OH С_nH_2n + Н₂O

CH₃ CH₂ CH₂ CH₂ + Н₂O

OH (этанол)

При дегидратации несимметричных одноатомных предельных спиртов преимущественно протекает реакция согласно правилу Зайцева:

Отщепление водорода происходит от соседнего атома углерода, менее богатого водородом.

CH₃ CH CH₂ CH₃

ОН

CH₃ CH CH CH₃ + Н₂О

5) крекинг алканов:

C_nH_2n+2 C_kH_2k+2 + C_n-kH_2n-2k

алкан алкен