Этиленовые, олефины, непредельные алкены

1. АЛКЕНЫ (этиленовые, олефины, непредельные)

Общая формула СnH2n
Алкены – алифатические непредельные углеводороды, в
молекулах которых помимо одинарных связей есть одна двойная
π-связь.

2. I. Строение и общие свойства

Простейший представитель этого класса – этилен СН2=СН2
H
H
C=C
π
H
H
плоскость π-связи
Н σ
Атом С находится в sp2-гибридизации,
состоящей из 3 sp-гибридизованных орбиталей
и 1 p-орбитали
σ Н
σ
плоскость σ-связи
С
С
σ
Н
σ Н
σ-Связи С-С и С-Н находятся в одной плоскости
под углом 120 0 друг к другу,
π-связь перпендикулярна плоскости σ-связи.
Характеристика π-связи С=С:
энергия (σ – π)
587 кДж/моль
энергия π
235 кДж/моль
длина
0,134 нм
валентный угол
120 0

3. II. Изомерия и номенклатура алкенов

Гомологический ряд алкенов СnH2n
Формула
Название
брутто
структурная
систематическое
тривиальное
С2Н4
СН2=СН2
этен
этилен
С3Н6
СН2=СН-СН3
пропен
пропилен
С4Н8
СН2=СН-СН2-СН3
бутен-1
бутилен
С4Н8
СН3-СН=СН-СН3
бутен-2
бутилен-2
С5Н10
СН2=СН-СН2-СН2-СН3
пентен-1
пентилен
В названии по систематической номенклатуре:
1. Главная цепь, обязательна должна содержать двойную связь.
2. Нумерация цепи с той стороны, где ближе двойная связь.
3. В названии углеводорода после суффикса –ен, цифрой указывают
положение двойной связи.
7
6
CH3-CH2
5 4
3
CH3-CH-CH-CH-CH3
3,4,5-триметигептен-1
2
1
метил
CH3 CH=CH2

4.

Рациональная номенклатура:
Названия алкенам дают от родоначальника ряда этилена, представляя,
что атомы водорода замещены на радикалы.
Записывая название соединения, радикалы располагают по алфавиту.
В случае одного или двух заместителей местоположение указывают
приставкой симм-или несимм-.
CH2-CH3
CH2=CH-CH2-CH2-CH3
пропилэтилен
CH3-CH-CH=CH-CH2-CH3
CH3
симм-этилизопропилэтилен
CH3-CH-C=CH2
CH3
несимм-этилизопропилэтилен
В случае трех или четырех заместителей местоположение радикалов
указывают буквенной нумерацией α- и β-.
H
1
R
C=C
R3
R2
CH3
CH3
β
α
CH3 - CH - CH = C - CH2 - CH - CH3
CH3- CH2
α-метил-α-изобутил-β-втор-бутилэтилен.

5. Назовите соединение:

CH3
6
7
CH2-CH3
CH2
1
2 3
4 5
CH3-CH-C=CH-CH-CH3
CH3
CH3
2,5-диметил-3-этилгептен-3
3
CH2 CH2-CHβ-втор-бутил-α-изопропил-α-этилэтилен
CHα
3-CH-C=CH-CH-CH
3
β
CH3

6.

Для алкенов характерна несколько видов изомерии:
• изомерия углеродного скелета
1
2
3
4
5
4
CH2=CH-CH2-CH2-CH3
C5H10
3
2
1
CH3-CH-CH=CH2
CH3
пентен-1
3-метилбутен-1
• изомерия положения двойной связи
С4Н8
СН2=СН-СН2-СН3
бутен-1
СН3-СН=СН-СН3
бутен-2
• межклассовая изомерия
C6 H12
CH2=CH-CH2-CH2-CH2-CH3
гексен-1
циклогексан
• геометрическая изомерия (пространственная)
C4H8
H3C
H
C=C
CH3
H
цис-бутен-2
т. пл.= -139 0С, т.кип. = +3,7 0С
H3C
H
H
C=C
CH3
транс-бутен-2
т.пл.=-106 0С, т.кип.= + 10С

7. III. Способы получения.

А. Промышленные методы получения:
В промышленности алкены получают при термической и термокаталитической
переработки нефтяных фракций (крекинг, пиролиз, коксование и т.д.).
1. Дегидрирование алканов.
CH2=CH-CH2-CH2-CH3 + H 2
0
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
пентан
560 C
Cr2O3
пентен-1
CH3-CH=CH-CH2-CH3 + H 2
пентен-2
Б. Лабораторные методы.
2.Частичное гидрирование ацетиленовых углеводородов
HC
H2
HC
C H Pb/BaSO
4
H
ацетилен
CH
H
этилен

8.

3. Дегидрогалогенирование галогенпроизводных.
NaOH
CH3-CH2-CH=CH2 + Na Cl + H 2O
CH3-CH2-CH-CH2
C2 H5OH
бутен-1
H Cl
Правило Зайцева: при отщеплении галогена атом водорода легче всего
отщепляется от соседнего наименее гидрогенизированного атома углерода.
CH3 CH3
CH3 CH3
CH2-C - C - CH2-CH3
H
Cl
NaOH CH -C=C-CH -CH NaCl H O
+ 2
3
2
3+
C2 H5OH
2,3-диметипентен-2
4. Дегидратация спиртов, протекает также по правилу Зайцева.
CH3-CH-CH-CH3
OH H
+ H2SO4
400 0 C
CH3-CH2-OH
Al2O3
0
140 C
CH3-CH=CH-CH3 + H2 O
бутен-2
CH2=CH2
+ H2 O

9. IV. Физические свойства

При обычных условиях:
С2-С4 – газы,
С5-С17 – жидкости,
С18- более – твердые вещества.
Алкены нерастворимы в воде,
но хорошо растворимы в органических растворителях.
По физическим свойствам алкены близки к алканам,
но имеют более низкие температуры плавления и кипения

10. V. Химические свойства

Алкены вступают в реакции:
- присоединения;
- окисления;
- полимеризации.
1. Гидрирование – присоединение водорода, с образованием алканов.
CH2 = CH-CH3
пропилен
+
H- H
Ni
t
CH3-CH2-CH3
пропан
2. Галогенирование – присоединение галогенов (Cl2, Br2, I2) с образованием
дигалогенпроизводных.
CH3-CH=CH-CH3 + Cl2
CH3-CH-CH-CH3
Cl Cl
бутен-2
2,3-дихлорбутан

11.

3. Гидрогалогенирование – присоединение галогеноводородов (НCl, HBr, HI),
с образованием моногалогенпроизводных.
CH2=CH2 + H Cl
CH3-CH=CH2 +
CH3-CH2C l
1-хлорэтан
H Br
CH3-CH-CH3
Br
2-бромпропан
пропилен
Правило Марковникова:
атом водорода присоединяется к более гидрированному атому углерода
по месту двойной связи.
4. Перекисный эффект Хараша – присоединение бромоводорода,
в присутствии перекиси Н2О2.
CH3-CH2-CH=CH2 +
бутен-1
H- Br
H2O2
CH3-CH2-CH2-CH2
Br
1-бромбутан

12.

5. Гидратация – присоединение воды, протекает в присутствии
серной кислоты, с образованием спиртов.
CH3-CH=CH2 +
H- OH
CH3-CH-CH3
OH
пропилен
изопропиловый спирт
6. Окисление алкенов, в зависимости от окислителя протекает с образованием
разных кислородсодержащих продуктов:
а) полное окисление - горение
C4H8 + 6 O2
4 CO + 4 H O
2
2
бутен
б) мягкое окисление протекает с разрывом π-связи – реакция Вагнера (1888 г).
3 CH2=CH2
этилен
+2 KMnO4
4 H2 O
3 CH2-CH2
OH OH
+ 2 MnO2 +
2 KOH
этиленгликоль
Качественная реакция обесцвечивания фиолетового раствора
перманганата калия, продуктом которой являются двухатомные спирты.

13.

в) жесткое окисление, протекает с разрывом σ- и π –связей, с образованием
карбоновых кислот или кетонов.
CH3-CH=CH-CH3 + KMnO4 + H2SO4
бутен-2
CH3-C
O
OH
+
O
HO
C-CH3
уксусная кислота
7. Полимеризация – (открыта А.М.Бутлеровым) процесс последовательного
соединения одинаковых молекул мономера друг с другом с образованием
молекул, называемых полимерами.
n CH2=CH2
p, t, кат
этилен
мономер
полиэтилен
полимер
n - степень полимеризации,
CH=CH2
n
стирол
-CH2-CH2-
p, t, кат
n
n = 100 – 10 000
- CH - CH2 -
полистирол
n

14. VI. Применение

Алкены не используют в качестве топлива, вследствие высокой химической
активности, их выгоднее использовать в качестве исходного сырья для
промышленного синтеза.
Например, этилен используют для получения более 500 продуктов:
полиэтилена в производстве пластмасс;
этилового спирта – в производстве синтетического каучука;
этиленгликоль – антифриз, взрывчатые вещества;
дихлорэтана – в качестве растворителя;
этиленоксида – синтетические волокна, моющие средства;
хлорэтана - анестезирующее средство;
этилен – средство ускоряющее созревание овощей и фруктов.