Алкены. Состав, строение, номенклатура, получение. Химические свойства этилена

Гомологены образуют гомологический ряд с формулой СnH2n. Родоначальником гомологического ряда алкенов является этилен, а углеводороды этого ряда – этиленами. С помощью экспериментов было подтверждено, что в молекулах этилена и других углеводородов этого ряда одна двойная связь отличается высокой прочностью, а вторая легко разрывается.

Вывод. Каждый атом углерода имеет по три – всего 6 – гибридных электронных орбиталей. И по одной – всего две – негибридных р орбиталей. Две из гибридных электронных орбиталей атомов углеродов взаимно перекрываются, образуя сигма-связь между атомами углерода. Остальные 4 гибридные электронные орбитали атомов углерода перекрываются в той же плоскости 4 s электронными орбиталями атомов водорода, образуя 4 сигма-связи.

Две негибридные р орбитали атомов углерода взаимно перекрываются в плоскости, находящейся перпендикулярно относительно плоскости сигма-связей, то есть образуется р связь. Отсюда следует, что в этиленовой молекуле между углеродными атомами находится одна сигма-связь и одна р связь. В углеродных соединениях р связь ослабевает по сравнению с сигма связью. Если на нее действуют химические реагенты, осуществляется ее разрыв.

В молекулах предельных углеводородов углеродные атомы имеют возможность вращаться вокруг сигма связей. Если между углеродными атомами есть не только сигма, но и р связь, вращение осуществляется только с разрывом последней.

Для алкенов характерны 2 вида изомерии:

• структурная
• пространственная.

Виды структурной изомерии:

• изомерия структурного скелета,
• изомерия положения двойной связи. В этом случае мы видим разное расположение кратной связи в молекуле.
• межклассовая изомерия.

Эти изомеры относятся к разным классам органических соединений. Непредельные углеводороды ряда этиленов и цикла алканов.

Геометрическая изомерия – один из видов пространственной изомерии. Изомеры, у которым одинаковые заместители, при разных углеродных атомах расположены по одну сторону от двойной связи. называют цис-изомерами, а по разную – транс-изомерами.

Названия углеводородов ряда этилена строится путем изменения суффикса –ан соответствующего алкана на –ен: этен, пропен. бутен.

У этена есть распространенное название этилен по аналогии путем добавления суффикса.

Индивидуальные названия этиленовых углеводородов строится следующим образом:

• выделяют в формуле самую длинную цепь углеродных атомов, включая двойную связь;
• нумерацию осуществляют с того конца, к которому двойная связь ближе;
• в начале названия цифрой указывают, при каком атоме углерода находится замещающая группа (радикал); если замещающих групп несколько, цифрами отмечают каждую из них, в конце названия обозначают положение двойной связи номером того углеродного атома, от которого она начинается

Способы получения алкенов

• Термический крекинг. Так как они химически более активны, чем предельные углеводороды, в природе они практически не встречаются, поэтому их получают из алкенов или их производных, используя термический крекинг – разложение алканов с длинной цепью на алкан и алкен. Реакция протекает при температуре 600 градусов. Это промышленный способ получения алкенов.
• Дегидрирование алканов. Происходит отщепление водородов в присутствии катализатора оксида хрома трехвалетного или никеля при температуре 400-450 градусов. При этом алкан превращается в алкен с тем же числом углеродных атомов в молекуле. Это один из способов получения этилена, из которого в дальнейшем получают различные другие продукты: полиэтилен, этиленгликоль и другие.

Лабораторные способы получения алкенов основаны на реакциях отщепления. Их еще называют реакции элиминирования:

• Дегидратация спиртов – отщепление воды. В качестве ктализатора используют серную кислоту как водоотнимающую. Реакция протекает при температуре 140 градусов. В таких реакциях водород отщепляется от наименее гидрированного с наименьшим числом водородных атомов углеродного атома (правило Зайцева).
• Дегидрогалогенирование из малопроизводных алканов под действием спиртового раствора щелочи из дигалогенопроизводных, например, цинка.

Физические свойства алкенов

Первые три представителя гомологического ряда алкенов – газы этилен, пропилен и бутилен, жидкости (амилен) и твердые вещества. Алкены нормального строения кипят при более высокой температуре, чем их изомеры, имеющие изостроение. Температура кипения цис-изомеров выше, чем транс-изомеров, а температура плавления – наоборот.

Алкены плохо растворимы в воде, но лучше, чем соответствующие алканы. Хорошо растворяются в органических растворителях. Этилен и пропилен горят коптящим пламенем.

Химические свойства алкенов

Этиленовым свойственна большая химическая активность, чем предельным углеводородам. Для них характерны реакции присоединения по двойной связи, которые идут по ионному механизму. Двойная связь разрывается и образуются две новые сигма связи.

• Гидрирование. Присоединяться к алкенам могут молекулы водорода. В результате реакции этилена получают этан.
• Гидрация. К алкенам присоединяются молекулы воды. Алкены взаимодействуют с водой в присутствии минеральных кислот (серной, фосфорной) с образованием кислот. Реакция протекает по правилу Морковникова.
• Галогенирование. Присоединяются галогены. Реакция с бромом – качественная реакция, в результате которой образуются галогенопроизводные предельные углеводороды.
• Гидрогалогенирование. Если присоединяется галогеноводород, при взаимодействии с этиленом образует бромэтан. Присоединение галогеноводородов к гомологам этилена идет по правилу Марковникова. При обычных условиях водород галогеноводорода присоединяется к наиболее гидрированному углеродному атому при двойной связи, а галоген – к менее гидрированному.

Правило Марковникова можно объяснить тем, что у несимметричных алкенов, например, в пропилене, электронная плотность распределена неравномерно. Реакция идет по ионному механизму. Правило Марковникова соблюдается при присоединении к несимметричным алкенам других электрофильных реагентов.

• Окисления. Алкены окисляются легче, чем алканы. Продукты, образованные при окислении алкенов, и их строение зависят от строения алкенов и условий проведения реакции. Этилен и его гомологи сгорают в воздухе, в результате чего образуются углекислый газ и вода. Например, если пропустить этилен через раствор перманганата калия, образуется двухатомный спирт – этиленгликоль. он используется в качестве антифриза. Из него получают лавсан, взрывчатые вещества. Эта реакция носит название качественной. Фиолетовая окраска раствора перманганата калия изменяется при добавлении к нему непредельного соединения.

Окисление этилена кислородом воздуха широко применяется в промышленности. Из оксида этилена получают уксусный альдегид, бытовую химию, лаки, пластмассы, каучуки и волокна, косметические средства.

• Полимеризация. Молекулы углеводородов могут соединяются между собой, образуя длинные цепи. Например, из этилена получают полиэтилен, из которого производят различные бытовые изделия. Алкены применяются для производства полимерных материалов: пластмасс, каучуков, пленок и других органических веществ.