Химические свойства алкенов.1. Химические свойства этилена и его гомологов определяются наличием в их молекулах двойной связи. Для них характерны реакции присоединения. Этиленовые легко присоединяют галогены – реакция галогенирования. Качественная и количественная реакция на двойную связь. Эта реакция легко проходит в органических растворителях (CCl4 и др.) CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br – CH2Br Присоединение чаще идёт по ионному механизму: ∙∙ ∙∙; Н: С:: С:Н +: Br: Br: → CH2Br – CH2+ + Br- → CH2Br – CH2Br ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙; Н Н Электрофильное присоединение (механизм возможен и радикальный). 2. Гидрирование – катализаторы – платина (Pt), палладий (Pd), никель (Ni). Ni СН2 = СН2 + Н2 → СН3 – СН3 Реакция гидрирования широко применяется в производстве моторного топлива: СН3 СН3 СН3 СН3 | | Ni | | СН3 – С – С = СН2 + Н2 → СН3 – С – СН – СН3 | | CH3 CH3 2,3,3 –триметилбутен-1 изогептан
3. Гидрогалогенирование. CH2 = CH2 + HBr → CH3 – CH2Br Присоединение галогеноводорода к несимметричному алкену происходит по правилу Морковникова (1869 г.) Атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а галогены к менее гидрогенизированному атому углерода. СН3 – CH = CH2 + HBr → CH3 – CH – CH3 | Br Объяснение правила Морковникова. H ↓δ- δ+ δ-
Значение электроотрицательности у атома углерода больше, чем у атомов водорода, поэтому первый атом углерода смещает электронную плотность на себя от трёх атомов водорода и приобретает частичный отрицательный заряд. Этот заряд смещает p-электронные облака от второго к третьему атому углерода. В результате такого сдвига третий атом углерода приобретает частичный отрицательный заряд, а второй атом углерода частичный положительный заряд. Присоединение галогеноводородов идёт по ионному механизму. H δ+ ∙∙; δ- + ∙∙ ∙∙ - Н: С:: С:Н + Н: Br: → Н:С:С: Н +: Br: ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙; Н Н H H
H Br H + ∙∙ ∙∙ - ∙∙ ∙∙ ∙∙; Н: С: С:Н +: Br: → Н:С:С: Н +: Br: ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙; Н Н H H
4. Гидратация, катализаторы серная кислота (H2SO4) и ортофосфорная кислота (H3PO4). H2SO4 СН2 = СН2 + НОН → СН3 – СН2ОН Присоединение воды к несимметричному алкану идёт по правилу Морковникова: H2SO4 СН3 – СН = СН2 + НОН → СН3 – СН – СН3 | OH Механизм реакции: СН3 – СН = СН2 + HO – SO2 – OH → CH3 – CH – CH3 | OSO3H CH3 – CH – CH3 + H2O → CH3 – CH – CH3 + H2SO4 | | OSO3H OH
5. Окисление. Алкены легко окисляются. Окисление этилена перманганатом калия в нейтральной среде приводит к образованию двухатомного спирта – этиленгликоля. + KMnO4, H2O CH2 = CH2 → CH2 – CH2 – KOH, MnO2 | | OH OH Эту реакцию открыл русский химик Вагнер (1849 – 1904 гг.)
6. Окисление алкенов кислородом воздуха в присутствии катализатора (Ag) и при нагревании (реакция Вагнера). Ag, t0 2СН2 = СН2 + О2 → 2СН2 – СН2 \ / О Оксид этилена используют для синтеза уксусного альдегида, синтетических моющих средств (с.м.с.), лаков, пластмасс, каучуков, волокон и др. продуктов.
7. Окисление сильными окислителями: концентрированным раствором перманганата калия или хромовой смесью, наблюдается разрыв цепи углеродных атомов. + H2SO4, K2Cr2O7 CH3 – CH2 – C = CH – CH3 → CH3 – CH2 – C – CH3 + CH3 – COOH | – K2SO4, Cr2(SO4)3, H2O || CH3 O
[O] CH3 – CH = CH – CH3 → 2CH3 – COOH [O] CH3 – CH2 – CH = CH2 → CH3 – CH2 – COOH + CO2
8. Озонирование олефинов. Действие озона на алкены – озонолиз. Действие озона на алкены приводит к образованию сильно взрывчатых веществ – озонидов, которые без выделения гидролизуются водой до альдегидов и кетонов. O / \ а) СН2 = СН – СН2 – СН3 + О3 → СН2 СН – СН2 – СН3 | | O – O О О О / \ // // CH2 CH – CH2 – CH3 + H2O → H – C + CH3 – CH2 – C + Н2О2 | | \ \ O – O H H О / \ б) СН3 – С = СН2 + О3 → СН3 – С СН2 | / | | CH3 H3C O – O
О О / \ // СН3 – С СН2 + Н2О → СН3 – С – СН3 + Н – С + Н2О2 / | | || \ H3C O – O O H
О / \ б) СН3 – СН2 – С = СН – СН3 + О3 → СН3 – СН2 – С СН – СН3 | / | | CH3 H3C O – O О О / \ // СН3 – СН2 – С СН – СН3 + Н2О → СН3 – СН2 – С – СН3 + СН3 – С + Н2О2 / | | || \ H3C O – O O H
9. При сжигании на воздухе олефины превращаются в углекислый газ (СО2) и воду (Н2О): С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О 10. Реакции полимеризации. Полимеризацией называется процесс образования полимера из низкомолекулярных веществ, без выделения побочных продуктов.
Линейная полимеризация: СН2 = СН2 + СН2 = СН2 +... → – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – n CH2 = CH2 → (– CH2 – CH2 –)n полиэтилен n CH2 = CН → (– CH2 – CH –)n | | CH3 CH3 полипропилен По продуктам окисления можно сделать вывод о положении двойной связи в молекуле. Если при окислении образуется кроме карбоновой кислоты ещё углекислый газ (СО2), то можно сделать вывод, что двойная связь находилась на конце углеродной цепочки. Если образуются карбоновые кислоты, то алкен имеет следующее строение R1 – CH = CH – R2. Если наряду с карбоновыми кислотами образуются кетоны, то алкен имеет строение: R1 – C = CH – R3 | R2
|
H → C – C = CH2 + H+ Br-
↑ 1 | 2 3
H H
