Напишите уравнения реакций гидрирования и гидратации

Тема 14.
Алкены
Содержание темы: Алкены, их электронное строение, изомерия и номенклатура.
Способы получения алкенов, их химические свойства.
Алкены — ненасыщенные углеводороды с одной двойной связью. Общая формула
алкенов CnH2n.
Названия алкенов образуются от названия алканов путем замены суффикса -ан на
суффикс -ен. Первый член гомологического ряда алкенов называется этен или этилен С2Н4.
Электронные орбитали атомов углерода, образующих двойную связь, находятся в
состоянии sp2 -гибридизации. Эти атомы углерода связаны σ-связью, образованной sp2гибридными орбиталями, и π -связью, образованной за счет бокового перекрывания pорбиталей.
H
H
C
H
H
C
H
C
H
C
H
H
Виды изомерии:
1) структурная изомерия (изомерия цепи, изомерия положения двойной связи и
межклассовая – изомерны циклоалканам);
СН3
Н2С
СН2
(С4Н8) СН3СН2СН СН2; СН3СН CHСН3;
С СН2;
Н2С
СН2
СН3
бутен-1
бутен-2
метилпропен циклобутан
2) пространственная (цис-, транс-изомерия) — различное расположение заместителей
у атомов углерода, связанных двойной связью. Если одинаковые заместители находятся
по одну сторону от плоскости π-связи , то это цис-изомер. Если одинаковые заместители
находятся по разные стороны от плоскости π-связи, то это транс-изомер.
H3C
CH3
C C
H
H
цис-бутен-2
H3C
H
C C
H
CH3
транс-бутен-2
Для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения (АЕ ),
π-связь в алкенах менее прочная, чем σ-связь. При взаимодействии с водородом,
галогенами, галогеноводородами или водой π-связь разрывается.
Электрофил — частица, которая принимает пару электронов для образования
ковалентной связи. Это положительно заряженные ионы (например, H+, Cl+) или
нейтральные молекулы, имеющие частичный положительный заряд на одном из атомов
(CH3→Cl).
Нуклеофил — частица, которая отдает пару электронов для образования
ковалентной связи. Это отрицательные ионы (например, ОН–, Cl–) или нейтральные
молекулы, содержащие атомы с неподеленной парой электронов (Н2О, NH3 ).
Катионы и анионы образуются при гетеролитическом разрыве ковалентной связи.
При этом электронная пара остается у одного из атомов: A:B → A+ + :B–
Механизм реакции электрофильного присоединения (АЕ)
CH3
δ+
δ−
CH CH2 + H
электрофил
CH3 CH CH3
Br
Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к
несимметричным алкенам водород присоединяется к наиболее гидрированному атому
углерода при двойной связи.
Методы получения алкенов
1. Крекинг алканов:
2.
C8H18
Пиролиз метана:
2CH4
3.
to
to; кат.
CH3 CH CH3 + Br
карбокатион нуклеофил
C4H10 + C4H8
CH2 CH2 + 2H2
Дегидрирование алканов:
to; кат.
CH2 CH2 + H2
CH3 CH3
4. Гидрирование алкинов:
to; кат.
CH CH + H2
CH2 CH2
5. Реакции элиминирования (отщепления):
а) дегидратация спиртов — отщепление молекулы воды.
H2SO4 / t °
CH3CH CH2
CH3CH CH2
–H2O
OH H
б) отщепление галогеноводорода действием спиртовых растворов щелочей
t°
CH3CH CH2 + KBr + H2O
CH3CH CH2
спирт
(alcohol)
H Br
Правило Зайцева: при отщеплении воды или галогеноводорода атом водорода
отщепляется от соседнего наименее гидрированного атома углерода, и преимущественно
образуется более замещенный алкен.
Химические свойства алкенов
1. Реакции присоединения:
а) присоединение галогенов (галогенирование)
Обесцвечивание водного раствора брома — качественная реакция на двойную связь.
CH3 CH CH2 + Br2 (aq)
CH3 CH CH2
Br Br
коричневый
бесцветный
б) присоединение водорода (гидрирование)
p
CH3 CH CH2 + H2
CH3 CH2 CH3
cat
в) присоединение галогеноводорода (гидрогалогенирование)
CH3 CH CH2 + HBr
CH3 CH CH3
Br
г) присоединение воды (гидратация)
CH3 CH CH2 + H2O
H+
CH3 CH CH3
OH
Присоединение полярных молекул типа НХ к несимметричным алкенам проходит
по правилу Марковникова:
Смещение электронной плотности под влиянием заместителей в несимметричных
алкенах:
Электронодонорные заместители смещают электронную плотность π-связи к
удаленному от них атому углерода и создают на нем частичный отрицательный заряд
δ–
CH3 CH CH2
Электроноакцепторные заместители смещают электронную плотность π-связи от
удаленного от них атома углерода. В этом случае присоединение происходит против
правила Марковникова.
δ–
O
CH2 CH C
OH
+
O
H
O
δ–
CH
CH
C
+ H2O
CH2 CH C
2
2
OH
OH
OH
2. Реакции окисления:
а) горение алкенов
3CO2 + 3H2 O
CH3CH=CH2 + 4,5O2
б) каталитическое окисление алкенов с образованием эпоксидов
CH3CH CH2 + 0.5O2
t°, Ag
CH3CH CH2
O
в) каталитическое окисление алкенов с образованием альдегидов
PdCl2, CuCl2
O
CH2 CH2 + 0.5O2
CH3 C
H
г) окисление алкенов водным раствором перманганата калия —
качественная реакция на двойную связь.
При окислении алкенов водным раствором перманганата калия (образуются
двухатомные спирты:
3HOCH2–CH2OH + 2MnO2↓+ 2КОН
3СН2=СH2 + 2KMnO4 + 4H2O
Фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается и выпадает коричневый
осадок оксида марганца(IV).
3. Полимеризация алкенов:
H+
nCH2=CH2
-(CH2-CH2)n-
мономер
полимер
n — степень полимеризации; фрагмент (–СН2–СH2–) — элементарное звено
R
nCH2=CH
(CH2 CH)n
CH3
CH3
6.
Дегалогенирование
CH3 CH CH2 + Zn
Br Br
t°
CH3 CH CH2 + ZnBr2
Домашнее задание для подготовки к занятию:
1.
Проработать главу 11, §11.31ОХ и материал лекций.
2.
Из каких соединений можно получить метилпропен? Напишите уравнения
соответствующих реакций.
3.
Напишите уравнения реакций, характеризующих химические свойства
метилпропена.
САРС «Алкены»
1. Напишите структурные формулы следующих соединений: бутен-1; пентен-2; 2метилбутен-1; метилбутан; циклопентан; 1,1-диметилциклопропан. Укажите, какие из этих
соединений являются изомерами, а какие гомологами пентена-1.
2. Напишите структурные формулы изомерных алкенов С5H10 и С6 H12. Назовите их по
заместительной номенклатуре.
3.
Напишите уравнения следующих реакций, укажите условия их протекания:
а) метан → этин → этен → этан → оксид углерода(IV);
б) этан → хлороэтан → этен → этанол;
в) пропанол-2 → пропен → 2-бромопропан → 2,3-диметилбутан.
4.
Напишите уравнения реакций гидрирования и гидратации:
а) пропена; б) бутена-2; в) метилпропена.
5.
Напишите уравнения реакций присоединения бромоводорода к следующим
алкенам:
а) пропену; б) бутену-1; в) метилпропену; г) 3-хлоропропену.
6.
Какие углеводороды образуются при дегидратации следующих спиртов:
а) бутанола-2; б) 3-метилбутанола-2; в) 2-метилпропанола-1.
7.
Напишите уравнения реакций, позволяющих отличить пропан от пропена, укажите
условия их протекания.
8.
Предложите способ получения:
а) пропена из изопропанола; б)
циклопропана.
бутена-2 из бутена-1; в) 2-бромопропена из
9.
Цис-изомер алкена массой 7.0 г полностью прореагировал с 2.24 л (н.у.)
бромоводорода. Определите молярную массу и напишите структурные формулы этого
алкена и продукта реакции. (Ответ 70 г/моль).