Ациклические непредельные углеводороды (алкены)
Исследование состава и структуры алкенов как ациклических непредельных углеродов, содержащих одну двойную связь С=С. Процесс получения алкенов и свойства цис-транс-изомерии в ряду алкенов. Анализ физических и химических свойств алкенов и их применение.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.01.2011 |
| Размер файла | 41,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
2
«Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет»
Кафедра: «Физическая и органическая химия»
Реферат
Ациклические непредельные углеводороды (алкены)
Ст.гр.БТП-09-01
Антипин А.
Доцент
Калашников С.М.
Уфа 2010
Содержание
1. Алкены
2. Цис-транс-изомерия в ряду алкенов
3. Получение алкенов
4. Физические свойства алкенов
5. Химические свойства алкенов
6. Применение алкенов
7. Номенклатура
1. Алкены
АЛКЕНЫ (ОЛЕФИНЫ) (от лат. oleum-масло) (этиленовые углеводороды), ненасыщенные ациклические углеводороды, содержащие одну двойную связь С=С; общая формула СnН2n. Атомы углерода при двойной связи имеют sp2-гибридизацию и образуют s- и p-связи. Последняя состоит из двух базисных орбиталей-связывающей и разрыхляющей, образующихся за счет р-орбиталей атомов С. Энергия связи ~615 кДж/моль. Простейший олефин - этилен, валентные углы которого практически равны 120°. Для олефинов, начиная с С4Н8, наряду с изомерией углеродного скелета и разл. положения двойной связи, возможна геометрическая (цис-, транс-) изомерия, обусловленная большим барьером вращения вокруг двойной связи.
2. Цис-транс-изомерия в ряду алкенов
“Наряду с изомерией, связанной со строением углеродного скелета и положением двойной связи, в ряду алкенов имеет место геометрическая или цис-транс-изомерия. Ее существование обусловлено отсутствием свободного вращения атомов, связанных двойной связью.
|
CH3 |
|
CH3 |
|
CH3 |
|
H |
|
|
|
C=C |
|
|
|
C=C |
|
|
|
/ |
|
\ |
|
/ |
|
\ |
цис-изомер транс-изомер
Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться как по одну сторону двойной связи (такой изомер называется цис-изомером), так и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером). Названия упомянутых изомеров происходят от латинского cis - на этой стороне и trans- через, на другой стороне. Превращение изомеров друг в друга невозможно без разрыва двойной связи”.
3. Получение алкенов
1) Основным промышленным источником получения первых четырех членов ряда алкенов (этилена, пропилена, бутиленов и пентиленов ) являются газы крекинга и пиролиза нефтепродуктов, а также газы коксования угля (этилен, пропилен). Газы крекинга и пиролиза нефтепродуктов содержат от 15 до 30% олефинов. Так, крекинг бутана при 600?С приводит к смеси водорода, метана, этана и олефинов - этилена, пропилена, псевдобутилена (бутена -2) с соотношением олефинов ? 3,5 : 5 : 1,5 соответственно.
2) Все более значительные количества алкенов получают дегидрогенизацией алканов при повышенной температуре с катализатором.
|
CH3-CH2-CH2-CH3 --300?C,Cr2O3- |
| |
? CH2=CH-CH2-CH3(бутен-1) + H2 |
3) В лабораторной практике наиболее распространенным способом получения алкенов является дегидратация (отщепление воды) спиртов при нагревании с водоотнимающими средствами (концентрированная серная или фосфорная кислоты) или при пропускании паров спирта над катализатором (окись алюминия).
CH3-CH2-OH(этанол) --t?,Al2O3? CH2=CH2 + H2O
Порядок дегидратации вторичных и третичных спиртов определяется правилом А.М.Зайцева: при образовании воды атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного соседнего атома углерода, т.е. с наименьшим количеством водородных атомов.
|
CH3- |
CH-C |
H-CH3(бутанол-2) ? CH3-CH=CH-CH3(бутен-2) + H2O |
|
|
|
OH H |
|
4) Часто алкены получают реакцией дегидрогалогенирования (отщепление галогеноводорода) из галогенопроизводных при действии спиртового раствора щелочи. Направление данной реакции также соответствует правилу Зайцева.
|
CH3-CH-CH2-CH3(2-бромбутан) + NaOH(спирт p-p) ? CH3-CH=CH-CH3 + NaBr + H2O |
5) Реакция дегалогенирования (отщепление двух атомов галогена от соседних атомов углерода) при нагревании дигалогенидов с активными металлами также приводит к алкенам.
|
CH2-CH -CH3(1,2-дибромпропан) + Mg ? CH2=CH-CH3(пропен) + MgBr2 |
4. Физические свойства алкенов
По физическим свойствам этиленовые углеводороды близки к алканам. При нормальных условиях углеводороды C2-C4 - газы, C5-C17 - жидкости, высшие представители - твердые вещества. Температура их плавления и кипен я, а также плотность увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все олефины легче воды, плохо растворимы в ней, однако растворимы в органических растворителях.
5. Химические свойства алкенов
Углеродные атомы в молекуле этилена находятся в состоянии sp2- гибридизации, т.е. в гибридизации участвуют одна s- и две p -орбитали.
Схематическое изображение строения молекулы этилена
В результате каждый атом углерода обладает тремя гибридными sp2 -орбиталями, оси которых находятся в одной плоскости под углом 120є друг к другу, и одной негибридной гантелеобразной p-орбиталью, ось которой расположена под прямым углом к плоскости осей трех sp2 -орбиталей. Одна из трех гибридных орбиталей атома углерода перекрывается с подобной орбиталью другого атома углерода, образуя ?- связь. Каждая оставшаяся гибридная орбиталь атомов углерода перекрывается с s- орбиталью атомов водорода, приводя к образованию в той же плоскости четырех ?- связей C-H. Две негибридные p- орбитали атомов углерода взаимно перекрываются и образуют ?- связь, максимальная плотность которой расположена перпендикулярно плоскости ?- связей. Следовательно, двойная связь алкенов представляет собой сочетание ?- и ?- связей.
?- Связь менее прочна, чем ?- связь, так как p- орбитали с параллельными осями перекрываются значительно меньше, чем при образовании теми же p- орбиталями и s- орбиталями ?- связи (перекрывание осуществляется по оси орбиталей). В связи с этим, ?- связь легко разрывается и переходит в две новые ?- связи посредством присоединения по месту двойной связи двух атомов или групп атомов реагирующих веществ.
Иными словами, для алкенов наиболее типичными являются реакции присоединения.
В реакциях присоединения двойная связь выступает как донор электронов, поэтому для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения.
1) Галогенирование. Алкены при обычных условиях присоединяют галогены, приводя к дигалогенопроизводным алканов, содержащим атомы галогена у соседних углеродных атомов.
H2C=CH2 + Br2 ? BrCH2-CH2Br(1,2-дибромэтан)
Приведенная реакция - обесцвечивание алкеном бромной воды является качественной реакцией на двойную связь.
2) Гидрирование. Алкены легко присоединяют водород в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni), образуя предельные углеводороды.
CH3-CH=CH2 + H2 --Ni? CH3-CH2-CH3(пропан)
3) Гидрогалогенирование. Этилен и его гомологи присоединяют галогеноводороды, приводя к галогенопроизводным углеводородов.
H2C=CH2 + HBr ? CH3-CH2Br(бромистый этил)
Присоединение галогеноводородов к пропилену и другим алкенам происходит в соответствии с правилом В.В.Марковникова (водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи).
|
CH3?CH=CH2 + HCl ? CH3? |
CH?CH3(2-хлорпропан) |
4) Гидратация. В присутствии минеральных кислот олефины присоединяют воду, образуя спирты.
|
|
OH |
||
|
CH3? |
C=CH2(2-метилпропен-1) + H2O --H+? CH3? |
C?CH3(2-метилпропанол-2) |
|
|
|
I |
I |
5) Сульфатация (O- сульфирование). Взаимодействие алкенов с серной кислотой приводит к кислым эфирам серной кислоты.
|
CH2=CH?CH3 + HO?SO2?OH ? CH3? |
CH?O?SO2?OH(изопропилсерная кислота) |
Как видно, направление реакций гидратации и сульфирования также определяется правилом Марковникова.
6) Окисление. Алкены легко окисляются. В зависимости от условий проведения реакции образуются различные продукты.
a) При сжигании на воздухе олефины дают углекислый газ и воду.
H2C=CH2 + 3O2 ? 2CO2 + 2H2O
b) При окислении алкенов разбавленным раствором перманганата калия образуются двухатомные спирты - гликоли (реакция Е.Е.Вагнера). Реакция протекает на холоде.
|
3H2C=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O ? 3 |
CH2?CH2(этиленгликоль) + 2MnO2 + 2KOH |
В результате реакции наблюдается обесцвечивание раствора перманганата калия. Реакция Вагнера служит качественной пробой на двойную связь.
c) При жестком окислении алкенов кипящим раствором перманганата калия в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи и образование кислот или кетонов.
|
|
O |
O |
|
|
CH3?CH=CH?CH2?CH3(пентен-2) -[O]? CH3? |
C (уксусная кислота) + |
C?CH2?CH3(пропионовая кислота) |
|
|
|
I |
I |
|
|
|
|
O |
|
|
CH3? |
C=CH?CH3(2-метилбутен-2) -[O]? CH3? |
C=O(пропанон-2) + |
C?CH3(уксусная кислота) |
|
|
|
I |
I |
I |
6. Применение алкенов
Алкены широко используются в промышленности в качестве исходных веществ для получения растворителей (спирты, дихлорэтан, эфиры гликолей и пр.), полимеров (полиэтилен, поливинилхлорид, полиизобутилен и др.), а также многих других важнейших продуктов.
Номенклатура
В алкенах с неразветвленной углеродной цепью нумерацию начинают с того конца, ближе к которому находится двойная связь. В названии соответствующего алкана окончание -ан заменяется на -ен. В разветвленных алкенах выбирают главную цепь так, чтобы она содержала двойную связь, даже если она при этом и не будет самой длинной. Перед названием главной цепи указывают номер атома углерода, при котором находится заместитель, и название этого заместителя. Номер после названия главной цепи указывает положение двойной связи, например:
4-метил-2-пентен
Подобные документы
Строение, номенклатура алкенов. Ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную С-С-связь. Гибридизация орбиталей. Изображение пространственного строения атомов. Пространственная изомерия углеродного скелета. Физические свойства алкенов.
презентация [606,4 K], добавлен 06.08.2015Номенклатура и изомерия алкенов. Промышленные и лабораторные способы получения олефинов. Расчет уровня энергии молекулярных орбиталей. Окисление и восстановление алкенов, присоединение к ним электрофильных реагентов, свободных радикалов, карбенов.
контрольная работа [308,8 K], добавлен 05.08.2013Предмет органической химии. Понятие о химических реакциях. Номенклатура органических соединений. Характеристика и способы получения алканов. Ковалентные химические связи в молекуле метана. Химические свойства галогеналканов. Структурная изомерия алкенов.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 01.07.2013История открытия циклоалканов, их номенклатура, строение, изомерия, свойства, значение в жизни человека, а также общая характеристика методики их получения. Особенности межклассовой изомерии алкенов. Принципы дегалогенирования дигалогенопроизводных.
реферат [589,7 K], добавлен 30.11.2010Что такое алкены, строение молекулы, физические и химические свойства. Выбор главной цепи, нумерация атомов главной цепи, формирование названия. Структурная изометрия. Химические свойства этилена, классификация способов получения, сфера применения.
презентация [279,2 K], добавлен 20.12.2010Критическая температура изменяется нелинейно с изменением числа углеродных атомов в молекуле во всех гомологических группах. При расчете критической температуры для алканов и алкенов используют индексы молекулярной связности Рандича и метод Джобака.
реферат [284,9 K], добавлен 21.01.2009Виды спиртов, их применение, физические свойства (кипение и растворимость в воде). Ассоциаты спиртов и их строение. Способы получения спиртов: гидрогенизация окиси углерода, ферментация, брожение, гидратация алкенов, оксимеркурирование-демеркурирование.
реферат [116,8 K], добавлен 04.02.2009Алканы - предельные углеводороды, содержащие только простые связи углерода. Получение алканов: промышленный метод, нитрование и окисление. Углеводороды, содержащие двойную связь углерода - алкены или этиленовые углеводороды. Диеновые углеводороды.
лекция [146,5 K], добавлен 05.02.2009Характеристика химических свойств карбенов. Электронная структура и геометрия карбенов. Реакции перегруппировки карбенов, миграции алкильных и арильных групп, синтез алкенов. Методика квантовохимических расчетов, метод теории функционала плотности.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 06.01.2009Зависимость показателей процесса сернокислотного алкилирования изобутана от состава алкенов. Влияние отношения изобутана к бутиленам на выходные показатели С-алкилирования. Свойства фтористоводородной кислоты. Технологический режим С-алкилирования.
реферат [204,3 K], добавлен 22.02.2013
