Методи за получаване на алкини. Алкени: методи за получаване, химични свойства и приложения. Физични свойства на алкените

Алкените са рядкост в природата. Методите за получаване на алкени могат да бъдат разделени на промишлени и лабораторни.

А.Методи за промишлено производство:

Обикновено газообразните алкени (етилен, пропилен, бутен) се изолират от газовете от деструктивно рафиниране на нефт (това е термичен, каталитичен крекинг), пиролизни реакции и от газове от коксуване на въглища. В зависимост от вида на суровините и условията, съдържанието на алкени може да варира от 15 до 55%.

1. Реакцията на дехидрогениране на алкани ..

b.Лабораторни методи:

2. Частично хидрогениране на ацетиленови въглеводороди

2. Разцепване на халогеноводороди от халогенирани алкили под действието на алкохолен разтвор на алкали върху тях:

Правилото на Зайцев:когато се отделя халоген, водородният атом се отделя най-лесно от съседния най-малко хидрогениран въглероден атом.

3. Дехидратация на алкохоли (отнемане на вода).

Има два вида дехидратация:

а) Метод със сярна киселина H 2 SO 4 конц.

б) Каталитичен метод, в присъствието на Al 2 O 3 (при 350-400 0 С)

По-лесно е да реагирате с третични алкохоли, след това с вторични, а с първичните става по-трудно.

Химични свойства

За разлика от алканите, алкените имат значителна реактивност, която се определя от наличието на двойна връзка.

1. Халогениране(добавяне на халогени). Халогените лесно се добавят на мястото на разкъсване на двойната връзка, за да образуват дихалогенни производни:

3. Хидрохалогениране (добавяне на халогеноводороди)

Правилото на Марковников:

В реакцията на присъединяване на халогеноводород към несиметрични алкени в нормални условия, водородът е прикрепен към най-хидрогенирания въглероден атом на мястото на двойната връзка.

Правилото е обяснено от гледна точка на електронната теория или теорията за стабилността на междинния карбокатион

Отклонението в реакцията на хидрохалогениране възниква в присъствието на водороден пероксид H 2 O 2 или кислород. Редът на реакцията се променя от йонна към радикална и добавянето върви срещу реакцията на Марковников, т.е. е в обратен ред. Тази реакция има собствено име:

Хидрохалогениране. Пероксиден ефект на Караш.

4. Хидратация- добавянето на вода протича в присъствието на сярна киселина с образуване на алкохоли.

Окисляване

а) окисление при меки условия - реакция на Вагнер (разреден разтвор на KMnO 4 при n.o.)

б) твърдо окисление, протича с разкъсване на σ- и π-връзки, с образуването карбоксилни киселиниили кетони.

Полимеризация

н- степен на полимеризация, н= 100 – 10 000

ДИЕНЕС

Алкадиени- ациклични ненаситени въглеводороди, в молекулите на които, в допълнение към единичните връзки, има две двойни връзки между въглеродните атоми.

Общата формула на алкадиените C n H 2 n-2.

Структура. В зависимост от взаимното разположение на двойните връзки има три вида диени:

Алкадиени с натрупаниподреждане на двойни връзки

Алкадиени със спрегнати двойни връзки

CH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2

Алкадиени с изолирани двойни връзки

CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 2 -CH \u003d CH 2

Методи за придобиване.

1. Дехидрогениране на n-бутан (двустепенен каталитичен процес).

Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) се получава по подобен начин.

2. Метод на Лебедев. Получаването на бутадиен от етилов алкохол, при този метод протичат две реакции едновременно, дехидратация и дехидрогениране.

3. Дехидрохалогениране.

Под действието на алкохолен разтвор на алкали върху дибромоалкани се разцепват две молекули на халогеноводород и се образуват две двойни връзки.

Химични свойства.

Свойствата на алкадиените с изолирани двойни връзки се различават малко от обикновените алкени. Ще се спрем на диените със спрегнати връзки, които имат някои особености.

А. Реакции на присъединяване. Диените са способни да свързват водород, халогени и водородни халиди. Характеристика на прикрепването към диени е способността да се прикрепят молекули както към 1,2-, така и към 1,4-позиции.

1. Хидрогениране.

2. Халогениране.

3. Хидрохалогениране.

Б. Реакции на полимеризация.

Най-важното свойство на диените е способността да полимеризират под въздействието на катиони или свободни радикали. Тази реакция е в основата на производството на синтетичен каучук.

Тема на урока:Алкени. получаване, Химични свойстваи използването на алкени.

Цели и задачи на урока:

• разгледайте специфичните химични свойства на етилена и общите свойства на алкените;
• за задълбочаване и конкретизиране на понятията за?-връзка, за механизмите химична реакция;
• дават начални представи за реакциите на полимеризация и структурата на полимерите;
• анализират лабораторни и общопромишлени методи за получаване на алкени;
• продължават да развиват умението за работа с учебник.

Оборудване:устройство за получаване на газове, KMnO 4 разтвор, етилов алкохол, концентриран сярна киселина, кибрит, спиртна лампа, пясък, таблици "Строеж на молекулата на етилена", "Основни химични свойства на алкените", демонстрационни образци "Полимери".

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

I. Организационен момент

Продължаваме да изучаваме хомоложната серия от алкени. Днес трябва да разгледаме методите за получаване, химичните свойства и приложенията на алкените. Трябва да характеризираме химичните свойства, дължащи се на двойната връзка, да получим първоначално разбиране за реакциите на полимеризация, да разгледаме лабораторните и индустриални методиполучаване на алкени.

II. Активизиране на знанията на учениците

1. Какви въглеводороди се наричат ​​алкени?

1. Какви са характеристиките на тяхната структура?

1. В какво хибридно състояние са въглеродните атоми, които образуват двойна връзка в молекулата на алкена?

В крайна сметка: алкените се различават от алканите по наличието на една двойна връзка в молекулите, което определя особеностите на химичните свойства на алкените, методите за тяхното получаване и използване.

III. Учене на нов материал

1. Методи за получаване на алкени

Съставете реакционни уравнения, потвърждаващи методите за получаване на алкени

– крекинг на алкани C 8 H 18 ––> ° С 4 з 8 + C4H10; (термичен крекинг при 400-700 o C)
октан бутен бутан
– дехидрогениране на алкани C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
бутан бутен водород
– дехидрохалогениране на халоалкани C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
хлоробутан хидроксид бутен хлорид вода
калий калий
– дехидрохалогениране на дихалоалкани
- дехидратация на алкохоли C 2 H 5 OH -–> C 2 H 4 + H 2 O (при нагряване в присъствието на концентрирана сярна киселина)
Помня! При реакциите на дехидрогениране, дехидратация, дехидрохалогениране и дехалогениране трябва да се помни, че водородът се отделя предимно от по-малко хидрогенирани въглеродни атоми (правилото на Зайцев, 1875 г.)

2. Химични свойства на алкените

Естеството на връзката въглерод - въглерод определя вида на химичните реакции, в които органичните вещества влизат. Наличието на двойна въглерод-въглеродна връзка в молекулите на етиленови въглеводороди определя следните характеристики на тези съединения:
- наличието на двойна връзка прави възможно класифицирането на алкените като ненаситени съединения. Превръщането им в наситени е възможно само в резултат на реакции на присъединяване, което е основната характеристика на химичното поведение на олефините;
- двойната връзка е значителна концентрация на електронна плътност, така че реакциите на присъединяване са електрофилни по природа;
- двойната връзка се състои от една - и една - връзка, която е доста лесно поляризирана.

Реакционни уравнения, характеризиращи химичните свойства на алкените

а) Реакции на присъединяване

Помня! Реакциите на заместване са характерни за алкани и висши циклоалкани, които имат само единични връзки, реакциите на присъединяване са характерни за алкени, диени и алкини, които имат двойни и тройни връзки.

Помня! Възможни са следните механизми за прекъсване на връзката:

а) ако алкените и реагентът са неполярни съединения, тогава -връзката се разпада с образуването на свободен радикал:

H 2 C \u003d CH 2 + H: H -–> + +

б) ако алкенът и реагентът са полярни съединения, тогава разкъсването на връзката води до образуването на йони:

в) при свързване на мястото на прекъсване на връзката на реагенти, съдържащи водородни атоми в молекулата, водородът винаги се свързва с по-хидрогениран въглероден атом (правилото на Морковников, 1869).

- реакция на полимеризация nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
етилен полиетилен

б) реакция на окисление

Лабораторен опит.Получаване на етилен и изучаване на неговите свойства (инструкция на ученически бюра)

Инструкции за получаване на етилен и експерименти с него

1. Поставете 2 ml концентрирана сярна киселина, 1 ml алкохол и малко количество пясък в епруветка.
2. Затворете епруветката със запушалка с газоотвеждаща тръба и я нагрейте на пламъка на спиртна лампа.
3. Прекарайте изтичащия газ през разтвор на калиев перманганат. Обърнете внимание на промяната в цвета на разтвора.
4. Запалете газа в края на газовата тръба. Обърнете внимание на цвета на пламъка.

- Алкените горят със светещ пламък. (Защо?)

C 2 H 4 + 3O 2 -–> 2CO 2 + 2H 2 O (при пълно окисление реакционните продукти са въглероден диоксид и вода)

Качествена реакция: "леко окисление (във воден разтвор)"

- алкените обезцветяват разтвор на калиев перманганат (реакция на Вагнер)

При по-тежки условия в кисела среда реакционните продукти могат да бъдат например карбоксилни киселини (в присъствието на киселини):

CH 3 - CH \u003d CH 2 + 4 [O] -–> CH 3 COOH + HCOOH

– каталитично окисление

Запомнете основното!

1. Ненаситените въглеводороди активно влизат в реакции на добавяне.
2. Реактивността на алкените се дължи на факта, че - връзката лесно се разкъсва под действието на реагенти.
3. В резултат на добавянето възниква преходът на въглеродните атоми от sp 2 - към sp 3 - хибридно състояние. Реакционният продукт има лимитиращ характер.
4. При нагряване на етилен, пропилен и други алкени под налягане или в присъствието на катализатор отделните им молекули се обединяват в дълги вериги - полимери. Полимерите (полиетилен, полипропилен) имат голямо практическо значение.

3. Използване на алкени(съобщение на ученика по следния план).

1 - получаване на гориво с високо октаново число;
2 - пластмаси;
3 - експлозиви;
4 - антифриз;
5 - разтворители;
6 - за ускоряване на узряването на плодовете;
7 - получаване на ацеталдехид;
8 - синтетичен каучук.

III. Затвърдяване на изучения материал

Домашна работа:§§ 15, 16, пр. 1, 2, 3 стр. 90, пр. 4, 5 стр. 95.

Нисшите алкени (С 2 - С 5) се получават в промишлен мащаб от газове, образувани по време на термичната обработка на нефт и нефтопродукти. Алкени могат да бъдат получени и чрез лабораторни методи за синтез.

4.5.1. Дехидрохалогениране

Когато халоалканите се третират с основи в безводни разтворители, например алкохолен разтвор на калиев хидроксид, халогеноводородът се елиминира.

4.5.2. Дехидратация

Когато алкохолите се нагряват със сярна или фосфорна киселина, настъпва вътрешномолекулна дехидратация (  - елиминиране).

Преобладаващата посока на реакцията, както в случая на дехидрохалогениране, е образуването на най-стабилния алкен (правилото на Зайцев).

Дехидратацията на алкохолите може да се извърши чрез преминаване на алкохолни пари през катализатор (алуминиев или ториев оксид) при 300 - 350 o C.

4.5.3. Дехалогениране на вицинални дихалогениди

Чрез действието на цинка в алкохола дибромидите, съдържащи халогени в съседни атоми (вицинални), могат да се превърнат в алкени.

4.5.4. Хидрогениране на алкини

Хидрогенирането на алкини в присъствието на платинови или никелови катализатори, чиято активност се намалява чрез добавяне на малко количество оловни съединения (каталитична отрова), образува алкен, който не се подлага на по-нататъшна редукция.

4.5.5. Редуктивна комбинация от алдехиди и кетони

При третиране с литиево-алуминиев хидрид и титанов (III) хлорид се образуват ди- или тетразаместени алкени с добри добиви от две молекули алдехид или кетон.

5. АЛКИН

Алкините са въглеводороди, съдържащи тройна връзка въглерод-въглерод -СС-.

Общата формула за прости алкини е C n H 2n-2. Най-простият представител на класа на алкините е ацетилен H–CC–H, поради което алкините се наричат ​​още ацетиленови въглеводороди.

5.1. Структурата на ацетилена

Въглеродните атоми на ацетилена са вътре sp- хибридно състояние. Нека изобразим орбиталната конфигурация на такъв атом. При хибридизиране 2s-орбитали и 2т-орбиталите се образуват два еквивалента sp-хибридни орбитали, разположени на една и съща права линия, и остават две нехибридизирани орбитали Р-орбитали.

Ориз. 5.1 Схемаобразуванеsp -хибридни орбитали на въглеродния атом

Посоки и форми на орбиталите сР-хибридизиран въглероден атом: хибридизираните орбитали са еквивалентни, доколкото е възможно една от друга

В ацетиленовата молекула единична връзка (  - връзка) между въглеродните атоми се образува от припокриването на два spхибридизирани орбитали. Две взаимно перпендикулярни  - връзките възникват, когато две двойки нехибридизирани 2p-орбитали,  - електронните облаци покриват скелета, така че електронният облак има симетрия, близка до цилиндричната. Връзките към водородните атоми се образуват от sp-хибридни орбитали на въглеродния атом и 1 с-орбитали на водородния атом, молекулата на ацетилена е линейна.

Ориз. 5.2 Ацетиленова молекула

a - страничен капак 2торбитали дава две  - комуникации;

b - молекулата е линейна,  облакът е цилиндричен

В пропин, проста връзка (  - комуникация с sp-ОТ sp3по-къса от подобна връзка C sp-ОТ sp2в алкените това се дължи на факта, че sp-орбитала по-близо до ядрото от sp 2 - орбитален .

Тройната връзка въглерод-въглерод C  C е по-къса от двойната връзка, а общата енергия на тройната връзка е приблизително равна на сумата от енергиите на една проста C-C връзка (347 kJ / mol) и две -връзки ( 259 2 kJ / mol) (Таблица 5.1).

Алкени- ненаситени въглеводороди, които съдържат една двойна връзка. Примери за алкени:

Методи за получаване на алкени.

1. Крекинг на алкани при 400-700°C. Реакцията протича по механизма на свободните радикали:

2. Дехидрогениране на алкани:

3. Реакция на елиминиране (разцепване): 2 атома или 2 групи от атоми се отцепват от съседните въглеродни атоми и се образува двойна връзка. Тези реакции включват:

А) Дехидратация на алкохоли (нагряване над 150 ° C, с участието на сярна киселина като реагент за отстраняване на водата):

Б) Разцепване на халогеноводороди при излагане на алкохолен разтвор на алкали:

Водородният атом се отделя главно от въглеродния атом, който е свързан с по-малък брой водородни атоми (най-малко хидрогенираният атом) - Правилото на Зайцев.

B) Дехалогениране:

Химични свойства на алкените.

Свойствата на алкените се определят от наличието на множествена връзка, следователно алкените влизат в реакции на електрофилно присъединяване, което протича на няколко етапа (H-X - реагент):

1-ви етап:

2-ри етап:

.

Водородният йон при този тип реакция принадлежи към въглеродния атом, който има по-отрицателен заряд. Разпределението на плътността е:

Ако има донор като заместител, което се проявява като +I- ефект, тогава електронната плътност се измества към най-хидрогенирания въглероден атом, създавайки частично отрицателен заряд върху него. Реакциите вървят заедно Правилото на Марковников: при свързване на полярни молекули от типа HX (НС1, HCN, ХОХи т.н.) за несиметрични алкени, водородът се добавя за предпочитане към по-хидрогенирания въглероден атом при двойната връзка.

А) Реакции на присъединяване:
1) Хидрохалогениране:

Реакцията протича по правилото на Марковников. Но ако в реакцията присъства пероксид, тогава правилото не се взема предвид:

2) Хидратация. Реакцията протича по правилото на Марковников в присъствието на фосфорна или сярна киселина:

3) Халогениране. В резултат на това бромната вода се обезцветява - това е качествена реакция на множествена връзка:

4) Хидрогениране. Реакцията протича в присъствието на катализатори.