Nesotieji angliavandeniliai Alkenai

TURINYS Alkenų sandara....................................................3 Paplitimas gamtoje..............................................4 Alkenų sandara...................................................5 Izomerija..............................................................8 Nomenkatūra.....................................................18 Alkenų gavimo būdai.........................................23 Alkenų fizikinės savybės....................................28 Alkenų cheminės savybės..................................29 Atpažinimo reakcija............................................34 Šaltiniai..............................................................50

Alkenai – tai nesotieji angliavandeniliai, kurių molekulėje yra viena dviguba jungtis. Alkenai dar vadinami etileno eilės angliavandeniliais. Dažnai jiems taikomas ir olefinų pavadinimas.

► Priešingai alkanams, alkenai gamtoje mažai paplitę. Paplitimas gamtoje ► Priešingai alkanams, alkenai gamtoje mažai paplitę. ► Žemesniųjų alkenų nedideliais kiekiais būna naftos dujose, aukštesniųjų – kai kurių rūšių naftoje (Kanados). ► Svarbiausia pramoninė alkenų tiekėja yra naftos perdirbimo pramonė.

Alkenų sandara -9 Hibridizacijos būklė sp 2. Jungties ilgis 0,133 nm (1 nm – 10 m). Kiekvienas anglies atomas sudaro 3 σ jungtis, esančias vienoje plokštumoje 1200 kampu. Nehibridizuotos p elektronų orbitalės yra statmenos σ jungčių plokštumai ir lygiagrečios viena su kita, jos sudaro antrąją π jungtį.

Alkenų sandara Dalis π jungties elektroninio debesies yra virš atomų plokštumos, dalis – po šią plokštuma. Taigi dvi elektronų poros sudaro skirtingos geometrinės formos jungtis – σ ir π. Dviguba jungtis yra σ ir π jungčių derinys.

Alkenų sandara Dėl nehibridizuotų p orbitalių, sudarančių π jungtį, šoninės sąnaros sumažėja atstumas tarp anglies atomų: C = C jungties ilgis 0,133 nm C – C jungties ilgis 0,154 nm ryšio C=C-H kampas 121.7 ryšio H-C-H kampas 116. 6

Izomerija Struktūriniai alkanų izomerai gali skirtis anglies grandinės šakotumu (anglies skeleto izomerija) ir dvigubos jungties padėtimi (padėties izomerija). Pirmasis alkenas, kuris gali turėti izomerų, yra butenas C4H8. Žinomi 3 jo izomerai:

Anglies skeleto izomerija

Anglies skeleto izomerija

Anglies skeleto izomerija

Dvigubos jungties padėties izomerija

Dvigubos jungties padėties izomerija

Dvigubos jungties padėties izomerija

Dvigubos jungties padėties izomerija

Dvigubos jungties padėties izomerija

Erdvinė izomerija Alkenams būdinga dar viena izomerija – erdvinė. Ji priklauso nuo pakaitų padėties dvigubos jungties plokštumos atžvilgiu. Tokia izomerija būna tada, kai kiekvienas anglies atomas, sujungtas dviguba jungtimi, likusiais dviem valentingumais yra sujungtas su dviem skirtingais pakaitas. cis – izomeras trans – izomeras tlyd = -139,3°C tlyd = -105,8°C tvir = 3,70°C tvir = 0,96°C

Nomenklatūra Alkenų pavadinimai sudaromi panašiai, kaip alkanų. Skirtumas yra tas, kad galūnė –anas pakeičiama galūne –enas.

Nomenklatūra Ilgiausioji grandinė, turinti dvigubąjį ryšį tarp anglies atomų, pradedama numeruoti nuo to galo, prie kurio arčiausiai yra dvigubasis ryšys.

Nomenklatūra 2,5-dimetil-2-heksenas Sudarant alkeno pavadinimą nurodomas pagrindinėje grandinėje esantis anglies atomo numeris, prie kurio yra prijungta atšaka. Pagrindinė grandinė laikoma ta, kurioje yra dviguba jungtis, net jeigu ji ir nėra ilgiausia. Jei yra kelio atšakos, nurodomi keli numeriai. Vienodos atšakos nurodomos su priesaga -di-, -tri- ir pan.: 2,5-dimetil-2-heksenas

Nomenklatūra Atšakos pavadinime išdėstomos pagal abėcėlę (etil- prieš metil-). :

Nomenklatūra Iš alkenų susidarę radikalai vadinami alkenilais. Pavyzdžiui:

CH3 — CH2 — CH2 — CH3 → CH3 — CH3 + CH2 = CH2 Alkenų gavimo būdai Daug alkenų susidaro, atliekant naftos krekingą ir pirolizę. Krekingo dujose – jų susidaro 25% nuo perdirbamos žaliavos – daug žemųjų dujinių alkenų C2-C4. Krekingo benzine yra daug skystų alkenų. CH3 — CH2 — CH2 — CH3 → CH3 — CH3 + CH2 = CH2 butanas etanas etenas Aukštesnėse temperatūrose (650-700 °С) vyksta gilesnis skilimas – pirolizė

Katalozitorius – chromo oksidas. Alkanų dehidrinimas Katalozitorius – chromo oksidas. Procesas vyksta 450-460°C

Alkinų hidrinimas

Alkoholių dehidratacija Laboratorijose alkenai dažniausiai gaunami, vykdant atskėlimo reakcijas. Svarbiausias iš šių būdų – alkoholio dehidratacija. Šildant alkoholius su vandenį atimančiomis medžiagomis (H2SO4 arba H3PO4) arba leidžiant alkoholio garus virš katalizatorių (kaolinas, Al2O3, ToO): (2.VII.1841 - 1.IX.1910) A. Zaicevo (1875 m.) taisyklė: vandenilis pirmiau atskeliamas nuo to iš gretimų anglies atomų, kuris turi mažiau vandenilio:

Alkanų dehidrohalogeninimas Monohalogenintą alkaną lydant su KOH: Dihalogenintą alkaną veikiant Zn arba Mg:

Alkenų fizikinės savybės

Alkenų cheminės savybės Alkenų chemines savybes lemia dviguba jungtis – pirmiausiai σ ir π erdvinė kryptis. Būdinga π elektronų savybė – jų judrumas. Atomų branduoliai laiko ne taip stipriai, kaip σ elektronus. Todėl π jungtis lengviau poliarizuojasi. Elektronai, sudarantys jungtį, lengviau reaguoja su elektrofilais. Šie sužadina jungties poliarizaciją, ir jungtis trūksta heterolitiškai. Suirus jungčiai, vyksta prijungimo reakcijos, susidarant dviem naujoms jungtims:

Elektrofilinio prijungimo procesas Elektrofilinio prijungimo procesas yra laipsniškas joninis procesas. 1 stadija Elektrofilinis reagentas dėl savo teigiamo krūvio pirmiausia reaguoja su dvibugos jungties π elektronais, sudarydamas π – kompleksą ir su vienu anglies atomu sudaro σ jungtį. Gretimas anglies atomas netekęs elektrono, įgyja teigiamą krūvį susidaro karbokatijonas: 2 stadija Karbokatijonas reaguoja su anijonu, sudarydamas antrą jungtį. Taip gaunamas galutinis reakcijos produktas:

Elektrofilinio prijungimo procesas Pirmoji stadija vyksta lėčiau, negu antroji. Pavyzdys – bromo ir vandenilio prijungimas prie 2-buteno: Taigi bromo vandenilio prijungimo reakcija vyksta kaip dviejų stadijų joninis procesas. Svarbiausia reakcijos stadija – protono prijungimas, susidarant karbokatijonui. Tai įrodo tas faktas, kad prisijungti gali halogenų vandeniliai, bet ne jų druskos.

Elektrofilinio prijungimo procesas Pagal elektrofilinį mechanizmą prijungiami ir halogenai. Pirmiausia vyksta halogeno molekulės poliarizacija. Simetrinė halogeno molekulė tampa elektrofiline tik po poliarizacijos. Toliau reakcija eina jau aprašytu būdu: Analogiškai prijungiamos ir kitos neorganinės medžiagos, taip pat kai kurios organinės molekulės. Prisijungus elektrofiliniai dalelei, antroje reakcijos stadijoje gali prisijungti bet kuris tirpale esantis anijonas. Tai buvo įrodita, veikiant eteną bromo vandeniu tirpalu, kuriame buvo Cl- ir NO3- anijonų. Šiuo atveju, be Br-CH2-CH2-Br, buvo gauti dar šie junginiai: Br –CH2-CH2-Cl, Br-CH2-CH2-ONO2.

Halogeno prijungimas Normaliomis sąlygomis alkenai prisijungia halogenus, ypač lengvai chlorą ir bromą. Susidaro dihalogeniniai alkenų dariniai, vadinamieji vicininiai dariniai (iš lot. vicinus - kaimyninis), kuriuose halogenai yra prisijungę prie gretimų anglies atomų:

Atpažinimo reakcija Bromo vandens išblukinimas yra kokybinė dvigubos jungties reakcija:

Halogenų vandenilių prijungimas Šių reakcijų dėsningumus nustatė V. Markovnikovas (1869 m.): “Jungiantis halogenų vandeniliams prie nesimetrinių alkenų, vandenilis prisijungia prie labiau hidrogenizuoto anglies atomo, o halogenas – prie kito, sujungto su pirmuoju dviguba jungtimi, t.y. mažiau hidrogenizuoto”: 13.12.1837 – 29.01.1904

Halogenų vandenilių prijungimas

Halogenų vandenilių prijungimas Kadangi anglies elektroneigiamumas didesnis, negu vandenilio, tai metilo grupės anglis turi tamtikrą neigiamą krūvį. Dėl to jungties H3C – CH σ elektronai pasislenka link centrinio anglies atomo. Savo ruožtu dėl šio poslinkio stipriai pasislenka dvigubos jungties π elektronai: Elektroniniai poslinkiai sukelia stiprų dvigubos jungties elektronų poslinkį, t.y. poliarizaciją. Protonas prisijungia prie to anglies atomo, kuris turi dalinį neigiamą krūvį – daugiau prisotintas vandenilio. Anijonas prisijungia prie mažiausiai hidrogenizuoto anglies atomo.

Sieros rūgšties prijungimas Ši reakcija analogiška halogenų vandenilių prijungimo reakcijai. Reaguojant susidaro alkenųhidrosulfatai (sieros rūgšties esteriai) Vandens prijungimas Teisiogiai vanduo prie alkenų prijungiamas, vartojant fosfatiniu katalizatorius (H3PO4 ant aliumosilikato su kadmio, vario, kobalto druskomis). Reakcija vyksta, esant 300°C temperatūrai ir 80 kgf/cm2 slėgiui:

Vandenilio prijungimas Alkenai prisijungia vandenilį vartojant katalizatorių ir virsta alkanais. Procesas vadinamas katalizinių hidrinimu. Šios reakcijos katalizatoriai – platina ir paladis, bet dažniausiai vartojamas susmulkintas nikelis:

Alkilinimo reakcijos Šios reakcijos esmė – alkano prijungimas prie alkeno dvigubos jungties. Reakcijos katalizatorius yra sieros ir fluoro vandenilio rūgštys, boro trifluoridas, aliuminio chloridas: Šiuo būdu gauti šakoti parafinai yra vertingi vidaus degimo variklių kuro komponentai

Oksidacija E. Vagneris (9.XII.1849 – 27.XI.1903)

Oksidacija Alkenai lengvai reaguoja su įvairiais, oksidatoriais, ir tuo jie skiriasi nuo alkanų bei cikloalkanų. Žiūrint kokios oksidacijos sąlygos, susidaro įvairūs produktai. Pačiose griežčiausiose sąlygose alkenai, degdami ore, virsta anglies dioksidu ir vandeniu: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

Oksidacija Veikiant energingesniais oksidatoriais (parūgštintu KMO4, chromo mišiniu), alkeno molekulė skyla dvigubos jungties vietoje: (1) (2) (3) Iš oksidacijos produktų galima spręsti apie dvigubos jungties padėtį molekulėje, apie anglies skeleto sandara. Jeigu oksiduojant greta karboninės rūgšties susidaro CO2, tai galima daryti išvadą, jog dviguba jungtis buvo gale (1 ir 3 reakcijos). Jeigu susidaro tik karboninės rūgštys, tai tikriausiai alkenas buvo R-CH=CH-R struktūros (2 reakcija), nes kaip tik grupė -CH= oksiduojasi į karboksilinę grupę COOH. Jeigu anglies atomas, prie kurio yra dviguba jungtis, neturi vandenilio, tai oksiduojant susidaro ketonai (3 reakcija).

Oksidacija Kataliziškai oksiduojant oro deguonimi, susidaro alkenų α-oksidai. Jie labai svarbūs organinėje sintezėje. Pavyzdžiui, taip gaunamas labai svarbus techninis produktas – eteno oksidas:

Ozonavimo reakcija Alkenai lengvai reaguoja su ozonu. Susidaro prijungimo produktai – cikliniai peroksidai, vadinami ozonidais: Ozonidai – klampūs skysčiai arba kietos medžiagos. Ozonidai labai nepatvarūs, lengvai gali sprogti. Paprastai jie neišskiriami, o tik gauti suskaidomi vandeniu.

Ozonavimo reakcija Susidaro karboniniai junginiai (aldehidai ir ketonai), iš kurių sandaros sprendžiama apie ozonuoto alkeno sąndarą: Pavyzdžiui, jeigu ozonuojant buvo gauta: ir metiletilketonas propiono aldehidas tai pradinio alkeno struktūra yra tokia: 3-metilheksenas-3

Polimerizacijos reakcija Alkenų molekulės gali reaguoti viena su kita, jungimosi produktas - polimeras :

Polimerizacijos reakcija Polimerizacija – reakcija, kai nedidelės molekulės – monomeras – jungiasi tarpusavyje, sudarydamos ilgas grandines – polimerus: polimerizacijos laipsnis

Polimerizacijos reakcija etenas polietilenas Iš polietileno gaminama elektros laidų izoliacija, skaidrios plėvelės. Plėvelės vartojamos kaip įpakavimo medžiaga, taip pat vietoj stiklo šiltnamiuose. Iš polietileno gaminami indai ir kiti plataus vartojimo dirbiniai. propilenas polipropilenas Iš jo gaminami labai stiprus ir atsparus chemiškai lynai, žvejibos tinklai, filtravimo audiniai.

Šaltiniai Literatūra: V.Potatovas, S. Tatarinčik “Organinė chemija”, Vilnius, “Mokslas”,1977 Nuotraukų šaltinis: www. jce.divched.org Filmukų šaltinis: http://school-collection.edu.ru/