Лекционный материал "Органическая химия.Алкены."
план-конспект урока по химии (10 класс) по теме

Непредельные углеводороды . Алкены.     Общая формула    CnH2n

Алкены, или олефины (от лат. olefiant - масло — старое название, но широко используемое в химической литературе. Поводом к такому названию послужил хлористый этилен, полученный в XVIII столетии, — жидкое маслянист вещество.) — алифатические непредельные углеводороды, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна двойная связь.

Алкены содержат в своей молекуле меньшее число водородных атомов, чем соответствующие им алканы (с тем же числом углеродных атомов), поэтому такие углеводороды называют непредельными или ненасыщенными.

Этилен.Этен.

Н2С=СН2     молекула плоская  , валентный угол 1200

II валентное состояние

1.SP2- гибридизация  

2. π , ϭ –связь   3.валентный угол=1200

4.Есвязи (С=С)=620 кДж

Есвязи (С-С)=620-350=270 кДж

5.межъядерное расстояние 1,34 А0( или нм)

Гомологический ряд этилена

С2Н4          СН2=СН2               этилен           этен          (-СН2=СН2  винил)

С3Н6       СН2=СН-СН3           пропилен       пропен

С4Н8     СН2=СН-СН2-СН3    бутилен         бутен

С5Н10 СН2=СН-СН2-СН2-СН 3 амилен      пентен

Возможные изомеры пентена (10)?

Номенклатура алкенов.

1.Главное в названии –двойная связь. Нумерация ат.С в цепи идет с того конца , ближе к которому она находится

2.Двойная связь обозначается в конце названия арабской цифрой ат.С, с которого она начинается и ставится через «-«.

Изомерия алкенов.

I-структурная изомерия

1.изомерия углеродного скелета

2.изомерия положения двойной связи

3.межклассовая изомерия с алканами

II Пространственная изомерия алкенов    цис-транс-изомерия

Причина-неподвижность ат.С при двойной связи

ВНИМАНИЕ! цис-транс- Изомерия не проявляется, если хотя бы один из атомов С при двойной связи имеет 2 одинаковых заместителя.Например,

бутен-1 СН2=СН–СН2–СН3 не имеет цис- и транс-изомеров, т.к. 1-й атом С связан с двумя одинаковыми атомами Н.

Изомеры цис- и транс- отличаются не только физическими, но и химическими свойствами, т.к. сближение или удаление частей молекулы друг от друга в пространстве способствует или препятствует химическому взаимодействию.Иногда цис-транс-изомерию не совсем точно называют геометрической изомерией. Неточность состоит в том, что все пространственные изомеры различаются своей геометрией, а не только цис- и транс-.

Физические свойства алкенов

Первые три представителя гомологического ряда алкенов (этилен, пропилен и бутилен) — газы, начиная с C5H10 (амилен, или пентен-1) — жидкости, а с С18Н36 — твердые вещества. С увеличением молекулярной массы повышаются температуры плавления и кипения. Алкены нормального строения кипят при более высокой температуре, чем их изомеры, имеющие изостроение. Температуры кипения цис-изомеров выше, чем транс-изомеров, а температуры плавления — наоборот.

Алкены плохо растворимы в воде (однако лучше, чем соответствующие алканы), но хорошо — в органических растворителях. Этилен и пропилен горят коптящим пламенем.

Получение алкенов

1. Крекинг алканов: 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.

 CnH2n+2  t, (400-700)  → CnH2n+2 + CnH2n

                                                 алкан       алкен

2. Дегидрирование алканов:

CnH2n+2 → t, kat-Ni или (Cr2O3)→ CnH2n +H2

3. Гидрирование алкинов:

CnH2n-2 + H2 →   t, kat-(Pt  или Pd, Ni) →   CnH2n

Получение в лаборатории

1. Дегидратация* спиртов:

R-CH2-CH2-OH    t>140°C, H2SO4(конц.)→   R-CH=CH2 + H2O       

*Правило А. М. Зайцева:

Отрыв атома водорода происходит от наименее гидрогенизированного атома углерода.

2. Дегидрогенирование* моногалогеналканов (по правилу Зайцева)

R-CH2-CH2-Г +NaOH спиртовой раствор, t→R-CH=CH2+NaГ+H2O

3. Дегалогенирование дигалогеналканов:

R-CH(Г)-CH2(Г) + Zn →  t,  спирт. раствор →  R-CH=CH2 + ZnГ2

Химические свойства алкенов

Для алкенов наиболее типичными являются реакции присоединения. В реакциях присоединения двойная связь выступает как донор электронов, поэтому для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения.

Реакции присоединения

1. Гидрирование (гидрогенизация – взаимодействие с водородом):

CnH2n + H2 →t, Ni → CnH2n+2

2. Галогенирование (взаимодействие с галогенами):

CnH2n + Г2 → СnH2nГ2

CH2=CH2 + Br2   → CH2Br-CH2Br   (1,2-дибромэтан)

Это качественная реакция алкенов – бромная вода Br2 (бурая жидкость) обесцвечивается.

3. Гидрогалогенирование* (взаимодействие с галогенводородами):

R-CH=CH2 + HГ → R-CHГ-CH3

4. Гидратация* (присоединение молекул воды):

R-CH=CH2 + H-OH → t,H3PO4→ R- CH(ОН)-CH3    

CH2=CH2 + H2O→ t,H3PO4→ CH3-CH2-OH        (этанол – этиловый спирт)

* Присоединение галогенводородов и воды к несимметричным алкенам происходит по правилу Марковникова В.В.

Присоединение водорода происходит к наиболее гидрированному атому углерода при двойной углерод-углеродной связи.

Исключения!!!

1) Если в алкене присутствует электроноакцепторный заместитель, т.е. группа, способная оттягивать на себя электронную плотность:

F3C ← CH=CH2 + H-Br   → F3C - CH2 - CH2(Br)   1,1,1- трифтор-3-бромпропан

2) Присоединение в присутствии Н2О2 (эффект Хараша)  или органической перекиси (R-O-O-R ):

 СH3-CH=CH2 + H-Br → Н2О2 →   H3C - CH2 - CH2(Br)  

5. Реакции полимеризации:

nCH2=CH2  →    t, p, kat-TiCl4, Al(C2H5)3 →      (-CH2-CH2-)n

мономер - этилен                                                  полимер – полиэтилен

Реакции окисления

1. Горение:
2. CnH2n + 3n/2O2 t, p, kat →  nCO2 + nH2O + Q   (пламя ярко светящее)

 2. Окисление перманганатом калия (р. Вагнера) в нейтральной среде– это качественная реакция алкенов, розовый раствор марганцовки обесцвечивается.

R-CH=CH2 + KMnO4 + H2O → R-CH(ОН)-CH2(ОН) + MnO2↓ + KOH

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2(ОН)-CH2(ОН) + 2MnO2↓ + 2KOH

                                                               (этиленгликоль)

Влияние среды на характер продуктов реакций окисления

1) Окисление в кислой среде при нагревании идёт до а) карбоновых кислот; б) кетонов (если атом углерода при двойной связи содержит два заместителя); в) углекислого газа (если двойная связь на конце молекулы, то образуется муравьиная кислота, которая легко окисляется до CO2):

а) 5CH3-CH=CH-CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 10CH3COOH + 8MnSO4 +4K2SO4 + 12H2O

б) 5CH3 – C(СН3) = CH – CH3+6KMnO4+9H2SO4 → 5CH3 – C(О) – CH3 +5CH3COOH+6MnSO4+3K2SO4+9H2O

в) CH3 – CH2 – CH = CH2  + 2KMnO4 + 3H2SO4 → CH3CH2COOH + CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

2) Окисление в нейтральной или слабощелочной среде на холоде (см. выше)

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.