Spôsoby získavania alkínov. Alkény: spôsoby prípravy, chemické vlastnosti a aplikácie. Fyzikálne vlastnosti alkénov

Alkény sú v prírode zriedkavé. Spôsoby výroby alkénov možno rozdeliť na priemyselné a laboratórne.

A.Priemyselné spôsoby výroby:

Typicky sa plynné alkény (etylén, propylén, butén) izolujú z plynov z deštruktívnej rafinácie ropy (ide o tepelné, katalytické krakovanie), pyrolýznych reakcií az plynov z koksovania uhlia. V závislosti od druhu surovín a podmienok sa môže obsah alkénov meniť od 15 do 55 %.

1. Reakcia dehydrogenácie alkánov..

B.Laboratórne metódy:

2. Čiastočná hydrogenácia acetylénových uhľovodíkov

2. Odstránenie halogenovodíkov z alkylhalogenidov pôsobením alkoholického alkalického roztoku na ne:

Zaitsevovo pravidlo: Keď sa odstráni halogén, atóm vodíka sa najľahšie odstráni zo susedného najmenej hydrogenovaného atómu uhlíka.

3. Dehydratácia alkoholov (odstránenie vody).

Existujú dva typy dehydratácie:

a) Kyselina sírová metóda H 2 SO 4 koncentrát.

b) Katalytická metóda, v prítomnosti Al 2 O 3 (pri 350-400 0 C)

Terciárne alkoholy reagujú ľahšie, potom sekundárne a reakcia s primárnymi sa stáva ťažšou.

Chemické vlastnosti

Na rozdiel od alkánov majú alkény významnú reaktivitu, ktorá je určená prítomnosťou dvojitej väzby.

1. Halogenácia(prídavok halogénov). Halogény sa ľahko pridávajú v mieste štiepenia dvojitej väzby za vzniku dihalogénových derivátov:

3. Hydrohalogenácia (prídavok halogenovodíkov)

Markovnikovovo pravidlo:

Pri reakcii adície halogenovodíka na nesymetrické alkény v normálnych podmienkach vodík sa pridáva k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka v mieste dvojitej väzby.

Pravidlo je vysvetlené z pohľadu elektrónovej teórie, prípadne teórie stability intermediárneho karbokationu

Odchýlka v hydrohalogenačnej reakcii nastáva v prítomnosti peroxidu vodíka H 2 O 2 alebo kyslíka. Poradie reakcie sa mení z iónovej na radikálovú a adícia ide proti Markovnikovovej reakcii, t.j. má opačné poradie. Táto reakcia má svoj vlastný názov:

Hydrohalogenácia. Peroxidový efekt Karash.

4. Hydratácia– k pridávaniu vody dochádza v prítomnosti kyseliny sírovej, pričom vznikajú alkoholy.

Oxidácia

a) oxidácia za miernych podmienok - Wagnerova reakcia (zriedený roztok KMnO 4 pri nulových podmienkach)

b) tvrdá oxidácia, nastáva pri pretrhnutí σ- a π-väzieb, pri vzniku karboxylové kyseliny alebo ketóny.

Polymerizácia

n- stupeň polymerizácie, n= 100 – 10 000

DIENE

Alkadiény– acyklické nenasýtené uhľovodíky, v molekulách ktorých sa okrem jednoduchých väzieb nachádzajú aj dve dvojité väzby medzi atómami uhlíka.

Všeobecný vzorec alkadiénov je CnH2n-2.

Štruktúra. V závislosti od relatívneho usporiadania dvojitých väzieb sa rozlišujú tri typy diénov:

Alkadiény s kumulatívne usporiadanie dvojitých väzieb

Alkadiény s konjugovanými dvojitými väzbami

CH2=CH-CH=CH2

Alkadiény s izolovanými dvojitými väzbami

CH2=CH-CH2-CH2-CH=CH2

Spôsoby príjmu.

1. Dehydrogenácia n-butánu (dvojstupňový katalytický proces).

Izoprén (2-metylbutadién-1,3) sa pripraví podobným spôsobom.

2. Lebedevova metóda. Príprava butadiénu z etylalkoholu, pri tejto metóde prebiehajú súčasne dve reakcie: dehydratácia a dehydrogenácia.

3. Dehydrohalogenácia.

Keď sa dibrómalkány vystavia pôsobeniu alkoholického alkalického roztoku, eliminujú sa dve molekuly halogenovodíka a vytvoria sa dve dvojité väzby.

Chemické vlastnosti.

Vlastnosti alkadiénov s izolovanými dvojitými väzbami sa len málo líšia od bežných alkénov. Zameriame sa na diény s konjugovanými väzbami, ktoré majú niektoré špeciálne vlastnosti.

A. Adičné reakcie. Diény sú schopné pridávať vodík, halogény a halogenovodíky. Zvláštnosťou adície k diénom je schopnosť pridať molekuly do 1,2- aj 1,4- polohy.

1. Hydrogenácia.

2. Halogenácia.

3. Hydrohalogenácia.

B. Polymerizačné reakcie.

Najdôležitejšou vlastnosťou diénov je schopnosť polymerizovať pod vplyvom katiónov alebo voľných radikálov. Táto reakcia je základom pre výrobu syntetických kaučukov.

Téma lekcie: Alkény. účtenka, Chemické vlastnosti a použitie alkénov.

Ciele a ciele lekcie:

preskúmať špecifické chemické vlastnosti etylénu a všeobecné vlastnosti alkénov;
prehĺbiť a konkretizovať pojmy?-spojenie, mechanizmy chemické reakcie;
poskytnúť počiatočné predstavy o polymerizačných reakciách a štruktúre polymérov;
analyzovať laboratórne a všeobecné priemyselné metódy výroby alkénov;
naďalej rozvíjať schopnosť pracovať s učebnicou.

Vybavenie: zariadenie na výrobu plynov, roztok KMnO 4, etylalkohol, koncentrovaný kyselina sírová, zápalky, liehová lampa, piesok, tabuľky „Štruktúra molekuly etylénu“, „Základné chemické vlastnosti alkénov“, demonštračné vzorky „Polyméry“.

POČAS VYUČOVANIA

I. Organizačný moment

Pokračujeme v štúdiu homologickej série alkénov. Dnes sa musíme pozrieť na spôsoby prípravy, chemické vlastnosti a aplikácie alkénov. Musíme charakterizovať chemické vlastnosti v dôsledku dvojitej väzby, získať počiatočné pochopenie polymerizačných reakcií, preskúmať laboratórium a priemyselné metódy získavanie alkénov.

II. Aktivizácia vedomostí žiakov

Aké uhľovodíky sa nazývajú alkény?

Aké sú vlastnosti ich štruktúry?

V akom hybridnom stave sú atómy uhlíka, ktoré tvoria dvojitú väzbu v molekule alkénu?

Zrátané a podčiarknuté: alkény sa líšia od alkánov prítomnosťou jednej dvojitej väzby vo svojich molekulách, čo určuje zvláštnosti chemických vlastností alkénov, spôsoby ich prípravy a použitia.

III. Učenie sa nového materiálu

1. Spôsoby výroby alkénov

Zostavte reakčné rovnice potvrdzujúce metódy výroby alkénov

– krakovanie alkánov C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C4H10; (tepelné praskanie pri 400-700 o C)
oktán butén bután
– dehydrogenácia alkánov C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
bután butén vodík
– dehydrohalogenácia halogénalkánov C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
chlórbutánhydroxid buténchlorid voda
draslík draslík
– dehydrohalogenácia dihalogénalkánov
– dehydratácia alkoholov C 2 H 5 OH ––> C 2 H 4 + H 2 O (pri zahrievaní v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej)
Pamätajte! Pri reakciách dehydrogenácie, dehydratácie, dehydrohalogenácie a dehalogenácie je potrebné mať na pamäti, že vodík sa prednostne abstrahuje z menej hydrogenovaných atómov uhlíka (Zaitsevovo pravidlo, 1875).

2. Chemické vlastnosti alkénov

Charakter väzby uhlík-uhlík určuje typ chemických reakcií, do ktorých organické látky vstupujú. Prítomnosť dvojitej väzby uhlík-uhlík v molekulách etylénových uhľovodíkov určuje nasledujúce vlastnosti týchto zlúčenín:
– prítomnosť dvojitej väzby umožňuje, aby boli alkény klasifikované ako nenasýtené zlúčeniny. Ich premena na nasýtené je možná len v dôsledku adičných reakcií, čo je hlavný znak chemického správania olefínov;
– dvojitá väzba predstavuje významnú koncentráciu elektrónovej hustoty, takže adičné reakcie sú elektrofilnej povahy;
– dvojitá väzba sa skladá z jednej a jednej väzby, ktorá sa pomerne ľahko polarizuje.

Reakčné rovnice charakterizujúce chemické vlastnosti alkénov

a) Adičné reakcie

Pamätajte! Substitučné reakcie sú charakteristické pre alkány a vyššie cykloalkány, ktoré majú len jednoduché väzby, adičné reakcie sú charakteristické pre alkény, diény a alkíny, ktoré majú dvojité a trojité väzby.

Pamätajte! Na prerušenie väzby sú možné nasledujúce mechanizmy:

a) ak sú alkény a činidlo nepolárne zlúčeniny, potom sa väzba - rozbije za vzniku voľného radikálu:

H2C = CH2 + H: H ––> + +

b) ak sú alkén a činidlo polárne zlúčeniny, potom štiepenie -väzby vedie k tvorbe iónov:

c) keď sa činidlá obsahujúce atómy vodíka v molekule spoja v mieste prerušenej väzby, vodík sa vždy pripojí k viac hydrogenovanému atómu uhlíka (Morkovnikovovo pravidlo, 1869).

– polymerizačná reakcia nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 –– > (– CH 2 – CH 2 –)n
etén polyetylén

b) oxidačná reakcia

Laboratórne skúsenosti. Získajte etylén a študujte jeho vlastnosti (návod na študentských laviciach)

Návod na získanie etylénu a pokusy s ním

1. Do skúmavky dajte 2 ml koncentrovanej kyseliny sírovej, 1 ml alkoholu a malé množstvo piesku.
2. Skúmavku uzavrieme zátkou s hadičkou na výstup plynu a zohrejeme ju v plameni alkoholovej lampy.
3. Uvoľnený plyn prejsť cez roztok s manganistanom draselným. Všimnite si zmenu farby roztoku.
4. Zapáľte plyn na konci výstupnej trubice plynu. Venujte pozornosť farbe plameňa.

– alkény horia žiarivým plameňom. (Prečo?)

C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (pri úplnej oxidácii sú produktmi reakcie oxid uhličitý a voda)

Kvalitatívna reakcia: „mierna oxidácia (vo vodnom roztoku)“

– alkény odfarbujú roztok manganistanu draselného (Wagnerova reakcia)

Za ťažších podmienok v kyslom prostredí môžu byť reakčnými produktmi karboxylové kyseliny, napríklad (v prítomnosti kyselín):

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

- katalytická oxidácia

Pamätajte na to hlavné!

1. Nenasýtené uhľovodíky sa aktívne zúčastňujú adičných reakcií.
2. Reaktivita alkénov je spôsobená tým, že väzba sa pod vplyvom činidiel ľahko rozbije.
3. V dôsledku adície dochádza k prechodu atómov uhlíka z sp 2 na sp 3 - nastáva hybridný stav. Reakčný produkt má limitujúci charakter.
4. Pri zahrievaní etylénu, propylénu a iných alkénov pod tlakom alebo v prítomnosti katalyzátora sa ich jednotlivé molekuly spájajú do dlhých reťazcov – polymérov. Veľký praktický význam majú polyméry (polyetylén, polypropylén).

3. Aplikácia alkénov(študentská správa podľa nasledujúceho plánu).

1 – výroba paliva s vysokým oktánovým číslom;
2 – plasty;
3 – výbušniny;
4 – nemrznúca zmes;
5 – rozpúšťadlá;
6 – na urýchlenie dozrievania ovocia;
7 – produkcia acetaldehydu;
8 – syntetická guma.

III. Posilnenie naučeného materiálu

Domáca úloha:§§ 15, 16, býv. 1, 2, 3 str. 90, býv. 4, 5 s. 95.

Nižšie alkény (C 2 - C 5) sa v priemyselnom meradle vyrábajú z plynov vznikajúcich pri tepelnom spracovaní ropy a ropných produktov. Alkény možno pripraviť aj pomocou laboratórnych metód syntézy.

4.5.1. Dehydrohalogenácia

Keď sa halogénalkány spracujú so zásadami v bezvodých rozpúšťadlách, napríklad v alkoholovom roztoku hydroxidu draselného, odstráni sa halogenovodík.

4.5.2. Dehydratácia

Keď sa alkoholy zahrievajú s kyselinou sírovou alebo fosforečnou, dochádza k intramolekulárnej dehydratácii (  - eliminácia).

Prevládajúcim smerom reakcie, ako v prípade dehydrohalogenácie, je tvorba najstabilnejšieho alkénu (Zaitsevovo pravidlo).

Dehydratácia alkoholov sa môže uskutočniť prechodom alkoholových pár cez katalyzátor (oxidy hliníka alebo tória) pri teplote 300 - 350 °C.

4.5.3. Dehalogenácia vicinálnych dihalogenidov

Pôsobením zinku v alkohole sa dibromidy obsahujúce halogény na susedných atómoch (vicinálnych) môžu premeniť na alkény.

4.5.4. Hydrogenácia alkínov

Pri hydrogenácii alkínov v prítomnosti platinových alebo niklových katalyzátorov, ktorých aktivita sa znižuje pridaním malého množstva zlúčenín olova (katalytický jed), vzniká alkén, ktorý nepodlieha ďalšej redukcii.

4.5.5. Reduktívna kombinácia aldehydov a ketónov

Pri reakcii s lítiumalumíniumhydridom a chloridom titaničitým vznikajú di- alebo tetrasubstituované alkény z dvoch molekúl aldehydu alebo ketónu v dobrých výťažkoch.

5. ALKYN

Alkíny sú uhľovodíky obsahujúce trojitú väzbu uhlík-uhlík –СС–.

Všeobecný vzorec jednoduchých alkínov je CnH2n-2. Najjednoduchším predstaviteľom triedy alkínov je acetylén H–СС–H, preto sa alkíny nazývajú aj acetylénové uhľovodíky.

5.1. Štruktúra acetylénu

Atómy uhlíka acetylénu sú v sp- hybridný stav. Ukážme si orbitálnu konfiguráciu takéhoto atómu. Počas hybridizácie 2s-orbitály a 2p-orbitály sa sformujú na dva rovnaké sp-hybridné orbitály umiestnené na rovnakej priamke, pričom zostávajú dva nehybridizované R-orbitály.

Ryža. 5.1 Schématvoreniesp -hybridné orbitály atómu uhlíka

Smery a tvary orbitálov sR-hybridizovaný atóm uhlíka: hybridizované orbitály sú ekvivalentné, maximálne vzdialené od seba

V molekule acetylénu je jednoduchá väzba (  - väzba) medzi atómami uhlíka vzniká prekrytím dvoch sp-hybridizované orbitály. Dve vzájomne kolmé  - väzby vznikajú, keď sa dva páry nehybridizovaných párov laterálne prekrývajú 2p- orbitály,  - elektrónové oblaky pokrývajú kostru tak, že elektrónový oblak má symetriu blízku valcovej. Väzby s atómami vodíka vznikajú v dôsledku sp-hybridné orbitály atómu uhlíka a 1 s-orbitály atómu vodíka, molekula acetylénu je lineárna.

Ryža. 5.2 Molekula acetylénu

a - bočné prekrytie 2p dáva dva orbitály  - komunikácie;

b - molekula je lineárna,  -oblak má valcový tvar

V propyne je jednoduché spojenie (  - komunikácia s sp-S sp3 kratšie ako podobné spojenie C sp-S sp2 v alkénoch sa to vysvetľuje tým, že sp- orbitál je bližšie k jadru ako sp 2 - orbitálny .

Trojitá väzba uhlík-uhlík C  C je kratšia ako dvojitá väzba a celková energia trojitej väzby sa približne rovná súčtu energií jednej jednoduchej väzby C–C (347 kJ/mol) a dvoch  väzieb. (259 2 kJ/mol) (Tabuľka 5.1).

Alkény- nenasýtené uhľovodíky, ktoré obsahujú jednu dvojitú väzbu. Príklady alkénov:

Spôsoby získavania alkénov.

1. Krakovanie alkánov pri 400-700°C. Reakcia prebieha mechanizmom voľných radikálov:

2. Dehydrogenácia alkánov:

3. Eliminačná reakcia (eliminácia): zo susedných atómov uhlíka sú eliminované 2 atómy alebo 2 skupiny atómov a vzniká dvojitá väzba. Takéto reakcie zahŕňajú:

A) Dehydratácia alkoholov (zahriatie nad 150 °C, za účasti kyseliny sírovej ako činidla odstraňujúceho vodu):

B) Eliminácia halogenovodíkov pri vystavení alkoholovému alkalickému roztoku:

Atóm vodíka sa prednostne odštiepi od atómu uhlíka, ktorý je naviazaný na menší počet atómov vodíka (najmenej hydrogenovaný atóm) - Zaitsevovo pravidlo.

B) Dehalogenácia:

Chemické vlastnosti alkénov.

Vlastnosti alkénov sú určené prítomnosťou násobnej väzby, preto alkény vstupujú do elektrofilných adičných reakcií, ktoré prebiehajú v niekoľkých stupňoch (H-X - činidlo):

1. etapa:

2. etapa:

Vodíkový ión pri tomto type reakcie patrí k atómu uhlíka, ktorý má zápornejší náboj. Rozdelenie hustoty je:

Ak je substituent donor, ktorý prejavuje +I- efekt, potom sa hustota elektrónov posunie smerom k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka, čím sa na ňom vytvorí čiastočne negatívny náboj. Reakcie idú podľa Markovnikovovo pravidlo: pri spájaní polárnych molekúl ako NH (HCl, HCN, HOH atď.) k nesymetrickým alkénom sa vodík viaže prednostne na viac hydrogenovaný atóm uhlíka na dvojitej väzbe.

A) Adičné reakcie:
1) Hydrohalogenácia:

Reakcia sa riadi Markovnikovovým pravidlom. Ak je však v reakcii prítomný peroxid, pravidlo sa neberie do úvahy:

2) Hydratácia. Reakcia sa riadi Markovnikovovým pravidlom v prítomnosti kyseliny fosforečnej alebo sírovej: