Непредельные углеводороды ряда этилена, общая формула и химическое строение. Свойства и применение этилена

1. Определение алкенов
2. Общая формула, представители.
3. Строение молекулы, вид гибридизации облаков.
4. Виды изомерии.
5. Номенклатура алкенов.
6. Физические свойства.
7. Получение.
8. Химические свойства.
9. Применение.

 

Алкенами называют непредельные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную связь.

Общая формула гомологического ряда С_nH_2n.

Первый представитель этого класса этилен СН₂═СН₂, в связи, с чем алкены называют этиленовые углеводородами. Ближайшие гомологи этилена:

 СН₃― СН═СН₂             пропен-1

 СН₃―СН₂― СН═СН₂ бутен-1

 СН₃― СН═ СН― СН₃ бутен-2

 

Строение

Атомы углерода находятся в состоянии sp²- гибридизации. Сигма связь между атомами углерода образована перекрыванием гибридных облаков      (в форме неправильной восьмёрки) и расположена в одной плоскости.

 Пи-связь, образована перекрыванием негибридных облаков (в форме правильной восьмёрки). При этом атомные π-орбитали перекрываются не в межъядерном пространстве, а вне его. В итоге электроны в π-связи находится на большем удалении от центров атомов, чем электроны σ-связи и поэтому удерживаются слабее.

 

  Изомерия

 Для данного класса органических соединений характерно два вида изомерии.

а) Структурная изомерия – изомерия углеродного скелета.

Например: СН₃―СН₂― СН═СН₂  бутен-1

                 СН₃― С═СН₂         2-метилпропен-1           

                              |

                             СН₃

б) Изомерия положения двойных связей.

Например: СН₃―СН₂― СН═СН₂ бутен-1

                 СН₃―СН= СН―СН₃ бутен-2

в) Пространственная изомерия – изомерия обусловлена различным положением заместителей относительно плоскости двойной связи.

Если заместители располагаются по одну сторону от плоскости двойной связи (цис-изомер), если по разные (транс-изомер).

 

Например:

       Н₃С       СН₃                           Н₃С        Н

            \    /                            \    /

             С═С                                С═С

           /     \                              /  \           

          Н    Н                         Н    СН₃

    Цис-бутен-2                     транс-бутен-2

 

  Номенклатура

-В алкенах с неразветвлённой углеродной цепью нумерацию начинают с того конца, ближе к которому находится двойная связь.

- В названии соответствующего алкана окончание –ан заменяется на окончание –ен.

-В разветвлённых алкенах выбирают главную цепь так, чтобы она содержала двойную связь, даже если она не будет самой длинной.

-Перед названием главной цепи указывают номер атома углерода, при котором находится заместитель и название этого заместителя.

-После названия главной цепи указывают положение двойной связи, например: 

               1     2  3   4    5

             СН₃― СН═ СН― СН― СН₃  

                                              |                  

                                             СН₃

            4-метилпентен-2

Физические свойства

 При обычных условиях алкены С₂-С₄ – газы; С₅-С₁₅ – жидкости; начиная с С₁₆ – твердые вещества. Алкены нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях.

 

Получение

В природе встречаются редко. Поскольку алкены являются ценным сырьём для промышленного органического синтеза, разработаны многие способы их получения.

     а) крекинг алканов (промышленный способ)

                      t,кат.

           С₈Н₁₈ →С₄Н₁₀+С₄Н₈ бутен

     б) дегидрирование предельных углеводородов (промышленный способ)

                        t,кат.

               2СН₄ → С₂Н₄+Н₂↑   

                               этилен

      в) В промышленности этилен получают из природного газа.

      г) При взаимодействии дигалогенпроизводных предельных                             углеводородов с металлами (лабораторный способ)

 

         СН₂Br―CH₂Br―CH₃ + Zn → CH₂═ CH―CH₃ + ZnBr₂

                                                              пропен-1

      д) Этилен получают при нагревании этилового спирта с                                              концентрированной серной кислотой (лабораторный способ)

 

                        t, [Н₂SO₄] 

         С₂Н₅ОН → С₂Н₄ + НОН

 

 

      е) При действии спиртовых растворов щелочей на галогенпроизводные предельных углеводородов.

                                                        t.

          СН₃―СН₂― СН₂Cl+КОН → СН₃― СН═СН₂ + KCl+НОН

                                                               пропен-1

 

  Химические свойства.

I. Присоединение.  

а) присоединение галогенов

 

      СН₃― СН═СН₂ +Br₂→ СН₃― СНBr-СН₂Br

          пропен-1                    1,2 дибромпропан

б) присоединение водорода

            СН₃― СН═СН₂ +Н₂→ СН₃― СН₂―СН₃

               пропен-1                      пропан

в) гидрогалогенерирование (взаимодействие с галогеноводородами)

              Правило Марковникова: водород присоединяется по месту разрыва π-связи к наиболее гидрированному атому углерода, а галоген к наименее.

 

            СН₃― СН═СН₂+НBr→ СН₃― СНBr―СН₃

                  пропен-1                  2-бромпропан

г) гидратация (по правилу Марковникова)

       

                СН₂═СН₂+НОН→ СН₃― СН₂ОН

                Этилен                 этиловый спирт

 

 II.Окисление.

а) Окисление перманганатом калия (реакция Вагнера)

 

3СН₂═СН₂+2КMnO₄+4НОН→3НО―СН-СН―ОН+2MnO₂↓+2КОН

этилен                                     этиленгликоль          

б) Частичное окисление этилена кислородом воздуха

                            t-200ºC

2СН₂═СН₂ +[О] → 2  СН₂―СН₂

  этилен                            \ /  эпоксиалкан или оксид этилена

                                                 О

в) непредельные ряда алкенов способны гореть на воздухе

    

С₂Н₄+О₂→2СО₂+Н₂О

 

III.Полимеризация.

-- это процесс соединения многих одинаковых молекул в более крупные.

          кат.

СН₂═СН₂→ (―СН₂―СН₂―)n

 этилен      полиэтилен

 

 Применение.

 Благодаря высокой химической активности углеводороды ряда этилена являются ценным сырьём для синтеза многих органических веществ, поэтому в качестве горючего они не используются.

Особенно широко для синтеза органических веществ используется этилен.

-- Взаимодействием этилена с хлором получают 1,2-дихлорэтан. Это летучая, труднорастворимая жидкость. Будучи хорошим растворителем многих органических веществ, он используется для растворения смол, очистки текстильных материалов. Как вещество, действующее на живые организмы, дихлорэтан применяют в сельском хозяйстве для обеззараживания зернохранилищ и в борьбе с филлоксерой винограда.

-- Присоединением хлороводорода к этилену получают хлорэтан.

Хлорэтан—это газ, легко превращающийся в жидкость, быстро испаряется и сильно охлаждает поверхность, поэтому используется в медицине в качестве местной анестезии при лёгких операциях.

-- Присоединение воды к этилену лежит в основе производства этанола (этилового спирта), расходуемого в больших количествах для синтеза каучука.

--Полимеризацией этилена и пропилена получают широко используемые в быту полиэтилен и полипропилен.

Нашло практическое применение и интересное свойство этилена ускорять созревание плодов (помидоров, груш, дынь и т.д.). С целью сохранения плоды можно транспортировать неспелыми и доводить до созревания на месте, вводя в воздух закрытых хранилищ немного этилена.