Непредельные ациклические углеводороды (алкены, алкины)
2.3. Непредельные ациклические углеводороды (алкены, алкины)
Непредельные ациклические углеводороды – это углеводороды с открытой цепью, в молекулах которых содержатся двойные и тройные связи.
Различают этиленовые углеводороды (алкены), в молекулах которых между атомами углерода имеется двойная связь (
) (общая формула алкенов СnН2n, где n ≥ 2), и ацетиленовые углеводороды (алкины), в молекулах которых между атомами углерода имеется одна тройная связь (–С≡С–). Общая формула алкинов СnН2n-2, где n ≥ 2.
В табл. 2.4 приведены некоторые члены гомологических рядов алкенов и алкинов.
Таблица 2.4
Гомологические ряды алкенов и алкинов
По систематической номенклатуре названия этиленовых (алкенов) и ацетиленовых (алкинов) углеводородов производят от названий предельных углеводородов, заменяя суффикс ан на ен и ин соответственно. При этом в качестве главной выбирают самую длинную углеродную цепь, содержащую кратные связи, а саму цепь нумеруют так, чтобы положению кратной цепи соответствовал меньший номер. Например:
2,3-диметилбутен-1 3-метилбутин-1
Для алкенов и алкинов характерна изомерия двух видов:
1) изомерия углеродного скелета (рис. 2.4, а, б);
2) изомерия положения кратной связи (рис. 2.4, в, г).
Для этиленовых углеводородов возможна и пространственная изомерия (рис.2.4, д).
| а
б
г
д |
в
Рис. 2.4. Изомерия алкенов и алкинов
Строение молекул простейших непредельных углеводородов – этилена и ацетилена – представлено на рис. 2.5, 2.6.
|
|
Рис. 2.5. Строение молекулы этилена, его электронная и структурная
формулы и схемы образования σ- и π-связи
|
|
Рис. 2.6. Строение молекулы ацетилена, его электронная и структурная
формулы и схемы образования σ- и π-связи
Как видно из рис. 2.5, в молекуле этилена между атомами углерода имеется одна σ-связь и одна π-связь. В молекуле ацетилена гибридизованные sp-орбитали каждого атома углерода образуют σ-связи с атомами углерода и водорода, а негибридизованные р-орбитали перекрываются во взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют π -связи (рис. 2.6).
Характерные физические и химические свойства, способы получения и области применения алкенов и алкинов представлены в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Свойства, способы получения и области применения алкенов и алкинов
| Физические свойства | Химические свойства | Способы получения | Области применения | |||
| Этилен (этен) первый член гомологического ряда без цвета имеющий слабый запах, легче воздуха и малорастворим в воде. Растворим в спирте и хорошо растворим в эфире. Температура самовоспламенения 540 °С. Алкены С3Н6 и С4Н8 – тоже газы. Алкены от С5Н10 до С18Н36 – жидкости, а начиная С19Н38 и далее – твердые продукты. Ацетилен (этин) – бес-цветный газ, легче воздуха и малорастворим в воде, растворим в ацетоне. Температура самовоспламенения 335 °С. | 1. Реакции присоединения: а) СН2=СН2+Вr2 1,2-дибромэтан б) СН2=СН2 + Н2 этан в) СН≡CН г)СН≡CН 2. Качественная реакция на алкены и алкины (реакция с бромной водой) а) СН2=СН2+Вr2 б) CH≡CH +2Вr2 В процессе обеих реакций происходит обесцвечивание бромной воды. 3. Реакции присоединения галогенводородов (гидрогалогенирование): а) СН2=СН2 + НСl хлорэтан б) СН≡CН 1,1-дихлорэтан 4. Реакции гидратации (присоединения воды): а) СН2=СН2 + Н2О
этанол б) СН≡СН + Н2О
виниловый спирт
уксусный альдегид | В промышленности: 1. При крекинге нефти и нефтепродуктов a) C8H18 б) C4H10 2.При дегидрировании алканов: а) CH3–СН3 б) CH2=СН2 3. При взаимодействии карбида кальция с водой: СаС2+2Н2О 4. Термическим разложением метана: 2СН4 2СН4
В лаборатории: 1. Отщепление воды от спиртов (дегидратация спиртов): а) СН3–СН2–ОН
2. Отщепление галогена от галогенпроизводных углеводородов (реакции дегалогенирования):
+ Zn
б) СНВr2–СНВr2 + 2Zn | 1. В производстве пластмасс и каучуков (полиэтилен, полипропилен, этиленпропиленовый каучук). 2. Для получения спиртов (из этилена получают этанол). 3. Для получения этиленгликоля (из этилена). 4. Этилен применяют для ускорения созревания плодов, для получения окиси этилена, этанола, этилбензола, винилхлорида, дихлорэтана. 5. Ацетилен используется для получения ацетальдегида и уксусной кислоты, синтеза акрилонитрила, винилацетата, хлоропрена, тетрахлорэтана и винилхлорида, а также для сварки и резки металлов. |
CH2Br–CH2Br
CH3–CH3
СНCl=CHCl
СНСl2–СНСl2
СН2=СН2
СН2Вr–СН2Вr
СН2=CHCl
СН2=СН2 + Н2
СН≡CН + 3Н2
СН2=СН2 + 2Н2
а) Продолжение
| Физические свойства | Химические свойства | Способы получения | Области применения | ||||||
|
| Эта реакция получения из ацетилена уксусного альдегида известна как реакция Кучерова. 5. Реакции окисления с перманганатом калия (качественная реакция на алкены и алкины): а) 3СН2=СН2 + 2КМnО4 + 4Н2О
этиленгликоль б) 3CH≡CH + 8КМnО4 + 4Н2О
щавелевая кислота 6. Реакции горения: а) СН2=СН2 + 3О2 б) 2СН≡СН + 5О2 | 3. Реакции дегидрогалогенирования: a) CH3CH2Cl + NaOH б) СН3–СНСl2 + 2NaOH В лекции "6.2 Стохастические интегралы по винеровскому процессу" также много полезной информации. в) СН3СН2Вr + КОН | 6. Этилен, ацетилен и их гомологи используют как химическое сырье для синтеза многих органических веществ, а продукт присоединения хлора к ацетилену – тетрахлорэтан СНСl2–СНСl2 служит хорошим растворителем жиров и многих органических веществ, являясь при этом безопасным в пожарном отношении. |
