Najjednoduchšie Organické zlúčeniny sú nasýtené a nenasýtené uhľovodíky. Patria sem látky triedy alkánov, alkínov, alkénov.
Ich vzorce zahŕňajú atómy vodíka a uhlíka v určitom poradí a množstve. Často sa vyskytujú v prírode.
Definícia alkénov
Ich ďalším názvom sú olefíny alebo etylénové uhľovodíky. Tak sa táto trieda zlúčenín nazývala v 18. storočí, keď bola objavená olejovitá kvapalina, etylénchlorid.
Alkény sú zlúčeniny tvorené vodíkovými a uhlíkovými prvkami. Patria medzi acyklické uhľovodíky. V ich molekule je jednoduchá dvojitá (nenasýtená) väzba spájajúca dva atómy uhlíka navzájom.
Alkénové vzorce
Každá trieda zlúčenín má svoje vlastné chemické označenie. V nich symboly živlov periodický systém je uvedené zloženie a štruktúra väzby každej látky.
Všeobecný vzorec alkénov je označený nasledovne: C n H 2n, kde číslo n je väčšie alebo rovné 2. Pri jeho dešifrovaní možno vidieť, že na každý atóm uhlíka pripadajú dva atómy vodíka.
Molekulové vzorce alkénov z homologického radu sú reprezentované nasledujúcimi štruktúrami: 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. Je vidieť, že každý nasledujúci uhľovodík obsahuje o jeden uhlík viac a o dva vodíky viac.
Medzi atómami v molekule je grafické označenie umiestnenia a poradia chemických zlúčenín, ktoré znázorňuje štruktúrny vzorec alkénov.Pomocou valenčných čiar je naznačená väzba uhlíkov s vodíkmi.
Štruktúrny vzorec alkénov môže byť znázornený v rozšírenej forme, keď sú zobrazené všetky chemické prvky a väzby. Pri výstižnejšom vyjadrení olefínov nie je znázornená kombinácia uhlíka a vodíka pomocou valenčných čiar.
Kostrový vzorec označuje najjednoduchšiu štruktúru. Prerušovaná čiara znázorňuje základ molekuly, v ktorom sú atómy uhlíka reprezentované jej vrcholmi a koncami a vodík je označený väzbami.
Ako sa tvoria názvy olefínov
CH3-HC \u003d CH2 + H20 → CH3-OHCH-CH3.
Pri vystavení alkénom s kyselinou sírovou dochádza k procesu sulfonácie:
CH3-HC \u003d CH2 + HO-OSO-OH → CH3-CH3CH-0-S02-OH.
Reakcia pokračuje tvorbou esterov kyselín, napríklad kyseliny izopropylsírovej.
Alkény podliehajú oxidácii počas spaľovania pôsobením kyslíka na vodu a plynný oxid uhličitý:
2CH3-HC \u003d CH2 + 902 → 6C02 + 6H20.
Interakcia olefínových zlúčenín a zriedeného manganistanu draselného vo forme roztoku vedie k tvorbe glykolov alebo dvojsýtnych alkoholov. Táto reakcia tiež oxiduje za vzniku etylénglykolu a odfarbuje roztok:
3H2C \u003d CH2 + 4H20 + 2KMn04 -> 3OHCH-CHOH + 2Mn02 + 2KOH.
Molekuly alkénov môžu byť zapojené do procesu polymerizácie pomocou mechanizmu voľných radikálov alebo katión-aniónov. V prvom prípade sa pod vplyvom peroxidov získa polymér, ako je polyetylén.
Podľa druhého mechanizmu pôsobia kyseliny ako katiónové katalyzátory a organokovové látky sú aniónové katalyzátory s uvoľňovaním stereoselektívneho polyméru.
Čo sú alkány
Nazývajú sa tiež parafíny alebo nasýtené acyklické uhľovodíky. Majú lineárnu alebo rozvetvenú štruktúru, ktorá obsahuje iba nasýtené jednoduché väzby. Všetci zástupcovia tejto triedy majú všeobecný vzorec CnH2n+2.
Obsahujú iba atómy uhlíka a vodíka. Všeobecný vzorec alkénov je vytvorený z označenia nasýtených uhľovodíkov.
Názvy alkánov a ich charakteristika
Najjednoduchším predstaviteľom tejto triedy je metán. Po ňom nasledujú látky ako etán, propán a bután. Ich názov vychádza z koreňa číslovky v gréčtine, ku ktorému sa pridáva prípona -an. Názvy alkánov sú uvedené v nomenklatúre IUPAC.
Všeobecný vzorec alkénov, alkínov, alkánov zahŕňa iba dva typy atómov. Patria sem prvky uhlík a vodík. Počet atómov uhlíka vo všetkých troch triedach je rovnaký, rozdiel je pozorovaný len v počte vodíka, ktorý je možné odštiepiť alebo pridať. Zo získajte nenasýtené zlúčeniny. Zástupcovia parafínov v molekule obsahujú o 2 atómy vodíka viac ako olefíny, čo potvrdzuje aj všeobecný vzorec alkánov, alkénov. Alkénová štruktúra sa považuje za nenasýtenú kvôli prítomnosti dvojitej väzby.
Ak korelujeme počet atómov voda-ro-dny a uhlík-le-ro-dny v al-ka-nah, potom hodnota bude max-si-malá v porovnaní s inými triedami uhlia-le-vo -to -ro-dov.
Počnúc metánom a končiac butánom (od C1 do C4) látky existujú v plynnej forme.
V kvapalnej forme sú prítomné uhľovodíky s homologickým intervalom od C5 do C16. Počnúc alkánom, ktorý má v hlavnom reťazci 17 atómov uhlíka, dochádza k prechodu fyzikálneho stavu na pevnú formu.
Vyznačujú sa izomériou v uhlíkovom skelete a optickými modifikáciami molekuly.
V parafínoch sa uhlíkové valencie považujú za úplne obsadené susednými uhlíkmi-le-ro-da-mi alebo in-do-ro-da-mi s vytvorením väzby typu σ. Z chemického hľadiska to spôsobuje ich slabé vlastnosti, a preto sa alkány nazývajú pre-del-ny-x alebo nasýtené-schen-ny-x uhlie-le-to-do-ro- dov, zbavené afinity.
Vstupujú do substitučných reakcií spojených s radikálovou halogenáciou, sulfochloráciou alebo nitráciou molekuly.
Parafíny podliehajú procesu oxidácie, spaľovania alebo rozkladu pri vysokých teplotách. Pôsobením urýchľovačov reakcie dochádza k eliminácii atómov vodíka alebo k dehydrogenácii alkánov.
Čo sú alkíny
Nazývajú sa aj acetylénové uhľovodíky, ktoré majú v uhlíkovom reťazci trojitú väzbu. Štruktúra alkínov je opísaná všeobecným vzorcom CnH2n-2. Ukazuje, že na rozdiel od alkánov acetylénovým uhľovodíkom chýbajú štyri atómy vodíka. Nahrádza ich trojitá väzba tvorená dvoma π-zlúčeninami.
Takáto štruktúra robí Chemické vlastnosti tejto triedy. Štrukturálny vzorec alkénov a alkínov jasne ukazuje nenasýtenosť ich molekúl, ako aj prítomnosť dvojitej (H 2 C꞊CH 2) a trojitej (HC≡CH) väzby.
Názvy alkínov a ich charakteristika
Najjednoduchším zástupcom je acetylén alebo HC≡CH. Nazýva sa aj etín. Pochádza z názvu nasýteného uhľovodíka, v ktorom sa odstraňuje prípona -an a pridáva sa -in. V názvoch dlhých alkínov číslo označuje umiestnenie trojitej väzby.
Pri znalosti štruktúry nasýtených a nenasýtených uhľovodíkov je možné určiť, pod ktorým písmenom je všeobecný vzorec alkínov označený: a) CnH2n; c) CnH2n+2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6. Správna odpoveď je tretia možnosť.
Počnúc acetylénom a končiac butánom (od C 2 do C 4), látky sú plynnej povahy.
V kvapalnej forme existujú uhľovodíky s homologickým intervalom od C5 do C17. Vychádzajúc z alkínu, ktorý má v hlavnom reťazci 18 atómov uhlíka, dochádza k prechodu fyzikálneho stavu do pevnej formy.
Vyznačujú sa izomériou v uhlíkovom skelete, v polohe trojitej väzby, ako aj medzitriednymi modifikáciami molekuly.
Autor: chemické vlastnosti acetylénové uhľovodíky sú podobné alkénom.
Ak majú alkíny koncovú trojitú väzbu, potom pôsobia ako kyselina s tvorbou alkínových solí, napríklad NaC≡CNa. Prítomnosť dvoch π-väzieb robí z molekuly acetyledínu sodného silný nukleofil, ktorý vstupuje do substitučných reakcií.
Acetylén podlieha chlorácii v prítomnosti chloridu meďnatého, čím sa získa dichlóracetylén, kondenzáciou pôsobením halogénalkínov s uvoľnením molekúl diacetylénu.
Alkíny sa zúčastňujú reakcií, ktorých princípom je halogenácia, hydrohalogenácia, hydratácia a karbonylácia. Takéto procesy však prebiehajú slabšie ako v alkénoch s dvojitou väzbou.
Pre acetylénové uhľovodíky sú možné adičné reakcie nukleofilného typu molekuly alkoholu, primárneho amínu alebo sírovodíka.
alkény (olefíny, etylénové uhľovodíky C n H 2n
homologická séria.
|
etén (etylén) | |
Najjednoduchším alkénom je etylén (C 2 H 4). Podľa nomenklatúry IUPAC sa názvy alkénov tvoria z názvov zodpovedajúcich alkánov nahradením prípony „-an“ za „-en“; poloha dvojitej väzby je označená arabskou číslicou.
Uhľovodíkové radikály odvodené od alkénov majú príponu "-enyl". Triviálne mená: CH 2 =CH- "vinyl", CH 2 =CH=CH 2 - "allyl".
Atómy uhlíka v dvojitej väzbe sú v stave sp2 hybridizácie a majú väzbový uhol 120°.
Alkény sa vyznačujú izomériou uhlíkového skeletu, polohami dvojitých väzieb, medzitriednymi a priestorovými.
Fyzikálne vlastnosti
Teploty topenia a varu alkénov (zjednodušene) sa zvyšujú s molekulovou hmotnosťou a dĺžkou hlavného uhlíkového reťazca.
Za normálnych podmienok sú alkény od C2H4 do C4H8 plyny; od penténu C 5 H 10 po hexadecén C 17 H 34 vrátane - kvapaliny a vychádzajúc z oktadecénu C 18 H 36 - tuhé látky. Alkény sú nerozpustné vo vode, ale ľahko rozpustné v organických rozpúšťadlách.
Dehydrogenácia alkánov
Ide o jednu z priemyselných metód získavania alkénov.
Hydrogenácia alkínu
Čiastočná hydrogenácia alkínov vyžaduje špeciálne podmienky a prítomnosť katalyzátora
Dvojitá väzba je kombináciou sigma a pi väzieb. Sigma väzba sa vyskytuje s axiálnym prekrytím sp2 orbitálov a pí väzba s laterálnym prekrytím
Zaitsevovo pravidlo:
K eliminácii atómu vodíka pri eliminačných reakciách dochádza prevažne z najmenej hydrogenovaného atómu uhlíka.
13. Alkény. Štruktúra. sp 2 hybridizácia, viacnásobné parametre väzby. Reakcie elektrofilnej adície halogénov, halogenovodíkov, kyseliny chlórnej. Hydratácia alkénov. Morkovnikovovo pravidlo. Reakčné mechanizmy.
alkény (olefíny, etylénové uhľovodíky) - acyklické nenasýtené uhľovodíky obsahujúce jednu dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka, ktoré tvoria homológny rad so všeobecným vzorcom C n H 2n
Jeden s- a 2 p-orbitály sa zmiešajú a vytvoria 2 ekvivalentné sp2-hybridné orbitály umiestnené v rovnakej rovine pod uhlom 120.
Ak je väzba tvorená viac ako jedným párom elektrónov, potom sa nazýva viacnásobný.
Viacnásobná väzba sa vytvorí, keď je príliš málo elektrónov a väzbových atómov pre každý väzbový valenčný orbitál centrálneho atómu na to, aby sa prekrýval s akýmkoľvek orbitálom okolitého atómu.
Elektrofilné adičné reakcie
Pri týchto reakciách je útočiacou časticou elektrofil.
Halogenácia:
Hydrohalogenácia
Elektrofilná adícia halogenovodíkov na alkény prebieha podľa Markovnikovovho pravidla
Markovnikovovo pravidlo
Pridanie kyseliny chlórnej za vzniku chlórhydrínov:
Hydratácia
Adičná reakcia vody na alkény prebieha v prítomnosti kyseliny sírovej:
karbokation- častica, v ktorej je na atóme uhlíka sústredený kladný náboj, atóm uhlíka má prázdny p-orbitál.
14. Etylénové uhľovodíky. Chemické vlastnosti: reakcie s oxidačnými činidlami. Katalytická oxidácia, reakcia s perkyselinami, oxidačná reakcia na glykoly, s porušením väzby uhlík-uhlík, ozonizácia. Wackerov proces. substitučné reakcie.
alkény (olefíny, etylénové uhľovodíky) - acyklické nenasýtené uhľovodíky obsahujúce jednu dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka, ktoré tvoria homológny rad so všeobecným vzorcom C n H 2n
Oxidácia
K oxidácii alkénov môže dochádzať v závislosti od podmienok a typov oxidačných činidiel, a to tak pri porušení dvojitej väzby, ako aj pri zachovaní uhlíkovej kostry.
Pri spaľovaní na vzduchu olefíny produkujú oxid uhličitý a vodu.
H2C \u003d CH2 + 3O2 \u003d\u003e 2CO2 + 2H20
C n H 2n+ 3n/02 => nC02 + nH20 - všeobecný vzorec
katalytická oxidácia
V prítomnosti paládiových solí sa etylén oxiduje na acetaldehyd. Podobne vzniká acetón z propénu.
Pri pôsobení silných oxidačných činidiel (KMnO 4 alebo K 2 Cr 2 O 7 v prostredí H 2 SO 4) na alkény dochádza pri zahriatí k rozpadu dvojitej väzby:
Pri oxidácii alkénov zriedeným roztokom manganistanu draselného vznikajú dvojsýtne alkoholy - glykoly (E.E. Wagnerova reakcia). Reakcia prebieha v chlade.
Acyklické a cyklické alkény pri interakcii s peroxokyselinami RCOOOH v nepolárnom prostredí vytvárajú epoxidy (oxirány), preto sa samotná reakcia nazýva epoxidačná reakcia.
Ozonizácia alkénov.
Pri reakcii alkénov s ozónom vznikajú peroxidové zlúčeniny, ktoré sa nazývajú ozonidy. Reakcia alkénov s ozónom je najdôležitejšou metódou oxidačného štiepenia alkénov na dvojitej väzbe.
Alkény nepodliehajú substitučným reakciám.
Wackerov proces- proces získavania acetaldehydu priamou oxidáciou etylénu.
Wackerov proces je založený na oxidácii etylénu chloridom paládnatým:
CH 2 \u003d CH2 + PdCl2 + H20 \u003d CH3CHO + Pd + 2HCl
15. Alkény: chemické vlastnosti. Hydrogenácia. Lebedevovo pravidlo. Izomerizácia a oligomerizácia alkénov. Radikálová a iónová polymerizácia. Pojem polymér, oligomér, monomér, elementárna väzba, stupeň polymerizácie. Telomerizácia a kopolymerizácia.
hydrogenácia
K hydrogenácii alkénov priamo vodíkom dochádza len v prítomnosti katalyzátora. Hydrogenačné katalyzátory sú platina, paládium, nikel
Hydrogenácia sa môže uskutočňovať aj v kvapalnej fáze s homogénnymi katalyzátormi
Izomerizačné reakcie
Pri zahrievaní je možná izomerizácia molekúl alkénu, ktorá
môže viesť k posunutiu dvojitej väzby a zmenám v kostre
uhľovodík.
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3
polymerizačné reakcie
Toto je typ adičnej reakcie. Polymerizácia je reakcia postupného spájania identických molekúl do väčších molekúl bez izolácie akéhokoľvek produktu s nízkou molekulovou hmotnosťou. Počas polymerizácie je atóm vodíka pripojený k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka nachádzajúcemu sa na dvojitej väzbe a zvyšok molekuly je pripojený k druhému atómu uhlíka.
CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...
alebo nCH2=CH2(-CH2-CH2-)n (polyetylén)
Látka, ktorej molekuly prechádzajú polymerizačnou reakciou, sa nazýva monomér. Molekula monoméru musí mať aspoň jednu dvojitú väzbu. Výsledné polyméry pozostávajú z veľkého počtu opakujúcich sa reťazcov s rovnakou štruktúrou ( elementárne odkazy). Nazýva sa číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát sa štruktúrna (elementárna) jednotka v polyméri opakuje stupeň polymerizácie(n).
V závislosti od typu medziproduktových častíc vznikajúcich pri polymerizácii existujú 3 polymerizačné mechanizmy: a) radikál; b) katiónové; c) aniónové.
Podľa prvej metódy sa získa vysokotlakový polyetylén:
Reakcia je katalyzovaná peroxidmi.
Druhý a tretí spôsob zahŕňajú použitie kyselín (katiónová polymerizácia) a organokovových zlúčenín ako katalyzátorov.
V chémii oligomér) - molekula vo forme reťazca malý počet identických komponentov.
Telomerizácia
Telomerizácia - oligomerizácia alkénov za prítomnosti látok - prenášačov reťazcov (telogénov). V dôsledku reakcie vzniká zmes oligomérov (telomér), ktorých koncové skupiny sú časťami telogénu. Napríklad pri reakcii CCI4 s etylénom je telogénom CCI4.
CCl 4 + nCH 2 \u003d CH 2 \u003d\u003e Cl (CH 2 CH 2) n CCl 3
Tieto reakcie môžu byť iniciované radikálovými iniciátormi alebo gama žiarením.
16. Alkény. Radikálové adičné reakcie halogénov a halogenovodíkov (mechanizmus). pridanie karbénov k olefínom. Etylén, propylén, butylény. Priemyselné zdroje a hlavné využitie.
Alkény ľahko pridávajú halogény, najmä chlór a bróm (halogenácia).
Typickou reakciou tohto typu je odfarbovanie brómovej vody
CH2=CH2 + Br2 → СH2Br-CH2Br (1,2-dibrómetán)
Elektrofilná adícia halogenovodíkov na alkény prebieha podľa Markovnikovovho pravidla:
Markovnikovovo pravidlo: keď sa k nesymetrickým alkénom alebo alkinamátu pridajú protické kyseliny alebo voda, vodík je pripojený k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka
Hydrogenovaný atóm uhlíka je atóm uhlíka, ku ktorému je pripojený vodík. Najviac hydrogenované - kde je najviac H
Adičné reakcie karbénu
CR 2 karbény: - vysoko reaktívne častice s krátkou životnosťou, ktoré sa môžu ľahko pridať na dvojitú väzbu alkénov. V dôsledku adičnej reakcie karbénu vznikajú deriváty cyklopropánu
Etylén je organická chemikália opísaná vzorcom C2H4. Je najjednoduchší malken ( olefín) zlúčenina. Za normálnych podmienok bezfarebný, horľavý plyn s miernym zápachom. Čiastočne rozpustný vo vode. Obsahuje dvojitú väzbu, a preto sa vzťahuje na nenasýtené alebo nenasýtené uhľovodíky. V priemysle zohráva mimoriadne dôležitú úlohu. Etylén je celosvetovo najviac vyrábaná organická zlúčenina: etylénoxid; polyetylén, kyselina octová, etylalkohol.
Základné chemické vlastnosti(neučte, len nech sú pre každý prípad, zrazu sa bude dať odpísať)
Etylén je chemicky aktívna látka. Keďže medzi atómami uhlíka v molekule je dvojitá väzba, jedna z nich, menej pevná, sa ľahko rozbije a v mieste prerušenia väzby sa molekuly spoja, oxidujú a polymerizujú.
Halogenácia:
CH2 \u003d CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
Brómová voda sa odfarbí. Ide o kvalitatívnu reakciu na nenasýtené zlúčeniny.
Hydrogenácia:
CH 2 \u003d CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (pôsobením Ni)
Hydrohalogenácia:
CH2 \u003d CH2 + HBr → CH3 - CH2Br
Hydratácia:
CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (pod pôsobením katalyzátora)
Túto reakciu objavil A.M. Butlerov a používa sa na priemyselnú výrobu etylalkoholu.
Oxidácia:
Etylén ľahko oxiduje. Ak etylén prechádza cez roztok manganistanu draselného, stane sa bezfarebný. Táto reakcia sa používa na rozlíšenie medzi nasýtenými a nenasýtenými zlúčeninami. Etylénoxid je krehká látka, preruší sa kyslíkový mostík a spojí sa voda, čím vznikne etylénglykol. Reakčná rovnica:
3CH 2 \u003d CH 2 + 2 KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2 MnO 2 + 2 KOH
C2H4 + 302 -> 2C02 + 2H20
Polymerizácia (získanie polyetylénu):
nCH2 \u003d CH2 → (-CH2-CH2-)n
propylén(propén) CH 2 \u003d CH-CH 3 - nenasýtený (nenasýtený) uhľovodík etylénovej série, horľavý plyn. Propylén je plynná látka s nízkou teplotou varu t bp = -47,6 °C
Typicky sa propylén izoluje z rafinérskych plynov (počas krakovania ropy, pyrolýzy benzínových frakcií) alebo súvisiacich plynov, ako aj z koksovateľných plynov z uhlia.
Tie, ktoré obsahujú pí väzbu, sú nenasýtené uhľovodíky. Sú to deriváty alkánov, v molekulách ktorých sa odštiepili dva atómy vodíka. Vznikajú výsledné voľné valencie nový typ väzba, ktorá je kolmá na rovinu molekuly. Tak vzniká nová skupina zlúčenín – alkény. V tomto článku zvážime fyzikálne vlastnosti, prípravu a použitie látok tejto triedy v každodennom živote a priemysle.
Homológny rad etylénu
Všeobecný vzorec pre všetky zlúčeniny nazývané alkény, odrážajúci ich kvalitatívne a kvantitatívne zloženie, je CnH2n. Názvy uhľovodíkov podľa systematického názvoslovia sú nasledovné: v termíne zodpovedajúceho alkánu sa prípona mení z -an na -én, napr.: etán - etén, propán - propén atď. V niektorých zdrojoch môžete nájsť iný názov pre zlúčeniny tejto triedy - olefíny. Ďalej budeme študovať proces tvorby dvojitej väzby a fyzikálne vlastnosti alkénov, a tiež určiť ich závislosť od štruktúry molekuly.
Ako vzniká dvojitá väzba?
Elektrónovú povahu pí väzby na príklade etylénu možno znázorniť nasledovne: atómy uhlíka v jeho molekule sú vo forme sp2 hybridizácie. V tomto prípade sa vytvorí sigma väzba. Dva ďalšie hybridné orbitály, po jednom z atómov uhlíka, tvoria jednoduché sigma väzby s atómami vodíka. Dva zostávajúce voľné hybridné oblaky uhlíkových atómov sa prekrývajú nad a pod rovinou molekuly – vzniká pí väzba. Je to ona, ktorá určuje fyzikálne a chemické vlastnosti alkénov, o ktorých sa bude diskutovať neskôr.
Priestorová izoméria
Zlúčeniny, ktoré majú rovnaké kvantitatívne a kvalitatívne zloženie molekúl, ale odlišnú priestorovú štruktúru, sa nazývajú izoméry. Izoméria sa vyskytuje v skupine látok nazývaných organické. Charakterizáciu olefínov výrazne ovplyvňuje fenomén optickej izomérie. Vyjadruje sa v skutočnosti, že etylénové homológy obsahujúce rôzne radikály alebo substituenty na každom z dvoch atómov uhlíka v dvojitej väzbe sa môžu vyskytovať vo forme dvoch optických izomérov. Líšia sa od seba polohou substituentov v priestore vzhľadom na rovinu dvojitej väzby. Fyzikálne vlastnosti alkénov v tomto prípade budú tiež odlišné. Týka sa to napríklad bodov varu a topenia látok. Olefíny s priamym reťazcom majú teda vyššie teploty varu ako izomérne zlúčeniny. Tiež teploty varu cis izomérov alkénov sú vyššie ako teploty varu trans izomérov. Čo sa týka teplôt topenia, obraz je opačný.
Porovnávacia charakteristika fyzikálnych vlastností etylénu a jeho homológov
Prví traja zástupcovia olefínov sú plynné zlúčeniny, potom od penténu C5H10 až po alkén so vzorcom C17H34 sú to kvapaliny a potom pevné látky. Eténové homológy vykazujú nasledujúci trend: teploty varu zlúčenín klesajú. Napríklad pre etylén je tento indikátor -169,1 ° C a pre propylén -187,6 ° C. Ale teploty varu sa zvyšujú so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou. Takže pre etylén je to -103,7 °C a pre propén -47,7 °C. Zhrnutím toho, čo bolo povedané, môžeme konštatovať, že fyzikálne vlastnosti alkénov závisia od ich molekulovej hmotnosti. S jeho nárastom sa agregovaný stav zlúčenín mení v smere: plyn - kvapalina - pevná látka a tiež klesá teplota topenia a zvyšujú sa teploty varu.
Charakteristika eténu
Prvým zástupcom homologickej série alkénov je etylén. Je to bezfarebný plyn, mierne rozpustný vo vode, ale vysoko rozpustný v organických rozpúšťadlách. Molekulová hmotnosť- 28, etén je o niečo ľahší ako vzduch, má jemnú sladkú vôňu. Ľahko reaguje s halogénmi, vodíkom a halogenovodíkmi. Fyzikálne vlastnosti alkénov a parafínov sú si však dosť blízke. Napríklad stav agregácie, schopnosť metánu a etylénu podliehať silnej oxidácii atď. Ako možno rozlíšiť alkény? Ako odhaliť nenasýtený charakter olefínu? Na tento účel existujú kvalitatívne reakcie, ktorým sa budeme podrobnejšie venovať. Pripomeňme si, akú vlastnosť majú v štruktúre molekuly alkény. Fyzikálne a chemické vlastnosti týchto látok sú určené prítomnosťou dvojitej väzby v ich zložení. Aby sa dokázala jeho prítomnosť, plynný uhľovodík prechádza cez purpurový roztok manganistanu draselného alebo brómovej vody. Ak sú sfarbené, potom zlúčenina obsahuje väzby pí v zložení molekúl. Etylén vstupuje do oxidačnej reakcie a odfarbuje roztoky KMnO 4 a Br 2 .
Mechanizmus adičných reakcií
Rozbitie dvojitej väzby končí pridaním ďalších atómov k voľným uhlíkovým valenciám. chemické prvky. Napríklad reakciou etylénu s vodíkom, nazývanou hydrogenácia, vzniká etán. Je potrebný katalyzátor, ako je práškový nikel, paládium alebo platina. Reakcia s HCl končí tvorbou chlóretánu. Alkény obsahujúce vo svojich molekulách viac ako dva atómy uhlíka podliehajú adičnej reakcii halogenovodíkov, berúc do úvahy pravidlo V. Markovnikova.
Ako homológy eténu interagujú s halogenovodíkmi
Ak stojíme pred úlohou „Charakterizovať fyzikálne vlastnosti alkénov a ich príprava“, musíme sa podrobnejšie zaoberať pravidlom V. Markovnikova. V praxi sa zistilo, že homológy etylénu reagujú s chlorovodíkom a inými zlúčeninami v mieste prerušenia dvojitej väzby podľa určitého vzoru. Spočíva v tom, že atóm vodíka je naviazaný na najviac hydrogenovaný atóm uhlíka a ión chlóru, brómu alebo jódu je naviazaný na atóm uhlíka, ktorý obsahuje najmenší počet atómov vodíka. Táto vlastnosť priebehu adičných reakcií sa nazýva pravidlo V. Markovnikova.
Hydratácia a polymerizácia
Pokračujme v úvahách o fyzikálnych vlastnostiach a aplikácii alkénov na príklade prvého zástupcu homologickej série - eténu. Jeho reakcia s vodou sa používa v priemysle organickej syntézy a má veľký praktický význam. Tento proces prvýkrát vykonal v 19. storočí A.M. Butlerov. Reakcia vyžaduje splnenie niekoľkých podmienok. V prvom rade ide o použitie koncentrovanej kyseliny sírovej alebo olea ako katalyzátora a rozpúšťadla pre etén, pri tlaku asi 10 atm a teplote do 70 °C. Proces hydratácie prebieha v dvoch fázach. Najprv sa v mieste pretrhnutia pí väzby k eténu pridajú molekuly síranu a vznikne kyselina etylsírová. Potom výsledná látka reaguje s vodou, získa sa etylalkohol. Etanol je dôležitý produkt používaný v potravinárskom priemysle na výrobu plastov, syntetických kaučukov, lakov a iných organických chemikálií.
Polyméry na báze olefínov
Pokračovaním v štúdiu problematiky použitia látok patriacich do triedy alkénov budeme študovať proces ich polymerizácie, pri ktorom zlúčeniny obsahujúce nenasýtené chemické väzby v ich molekulách. Je známych niekoľko typov polymerizačných reakcií, podľa ktorých vznikajú vysokomolekulárne produkty - polyméry, napr. polyetylén, polypropylén, polystyrén a pod. Mechanizmus voľných radikálov vedie k produkcii polyetylénu vysoký tlak. Je to jedna z najpoužívanejších zlúčenín v priemysle. Katiónovo-iónový typ poskytuje polymér so stereoregulárnou štruktúrou, ako je polystyrén. Je považovaný za jeden z najbezpečnejších a najpohodlnejších polymérov na použitie. Výrobky z polystyrénu sú odolné voči agresívnym látkam: kyselinám a zásadám, sú nehorľavé, ľahko sa natierajú. Ďalším typom polymerizačného mechanizmu je dimerizácia, ktorá vedie k produkcii izobuténu, ktorý sa používa ako antidetonačná prísada do benzínu.
Ako získať
Alkény, ktorých fyzikálne vlastnosti študujeme, sa v laboratóriu a priemysle získavajú rôznymi metódami. Pri pokusoch v školský kurz organická chémia využíva proces dehydratácie etylalkoholu pomocou činidiel odstraňujúcich vodu, ako je oxid fosforečný alebo kyselina síranová. Reakcia prebieha pri zahrievaní a je opačným postupom ako pri získavaní etanolu. Iný bežný spôsob získavania alkénov našiel uplatnenie v priemysle, a to: zahrievanie halogénderivátov nasýtených uhľovodíkov, ako je chlórpropán, s koncentrovanými alkoholovými roztokmi zásad - hydroxidu sodného alebo draselného. Pri reakcii sa odštiepi molekula chlorovodíka, vznikne dvojitá väzba v mieste, kde vznikajú voľné valencie atómov uhlíka. Konečným produktom chemického procesu bude olefín – propén. Pokračujúc v zvažovaní fyzikálnych vlastností alkénov, zastavme sa pri hlavnom procese získavania olefínov - pyrolýze.
Priemyselná výroba nenasýtených uhľovodíkov etylénového radu
Lacné suroviny – plyny vznikajúce v procese krakovania ropy, slúžia ako zdroj olefínov v chemickom priemysle. Na tento účel použite technologickú schému pyrolýzy - štiepenie zmesi plynov, ktoré vedie k pretrhnutiu uhlíkových väzieb a tvorbe etylénu, propénu a iných alkénov. Pyrolýza sa vykonáva v špeciálnych peciach, ktoré pozostávajú z jednotlivých pyro-cievkov. Vytvárajú teplotu rádovo 750-1150°C a ako riedidlo je vodná para. Reakcie prebiehajú reťazovým mechanizmom, ktorý pokračuje tvorbou intermediárnych radikálov. Konečným produktom je etylén alebo propén a vyrábajú sa vo veľkých objemoch.
Podrobne sme študovali fyzikálne vlastnosti, ako aj aplikáciu a metódy získavania alkénov.
