--> Àëêåíû.Èíòåðàêòèâíûå çàäàíèÿ

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Õèìèÿ. Óãëóáëåííûé óðîâåíü

Õèìèÿ 10 êëàññ. Ãàáðèåëÿí

 


§11. Àëêåíû

Ê íåïðåäåëüíûì îòíîñÿò óãëåâîäîðîäû, ñîäåðæàùèå â ìîëåêóëàõ êðàòíûå ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè óãëåðîäà. Íåïðåäåëüíûìè ÿâëÿþòñÿ àëêåíû, àëêèíû, àëêàäèåíû (ïîëèåíû). Íåïðåäåëüíûì õàðàêòåðîì îáëàäàþò òàêæå öèêëè÷åñêèå óãëåâîäîðîäû, ñîäåðæàùèå äâîéíóþ ñâÿçü â öèêëå (öèêëîàëêåíû). Ñâîéñòâî «íåïðåäåëüíîñòè» ñâÿçàíî ñî ñïîñîáíîñòüþ ýòèõ âåùåñòâ âñòóïàòü â ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ, ïðåæäå âñåãî âîäîðîäà, ñ îáðàçîâàíèåì ïðåäåëüíûõ, èëè íàñûùåííûõ, óãëåâîäîðîäîâ — àëêàíîâ.

Àëêåíû

Ñòðîåíèå àëêåíîâ

Ïî íàçâàíèþ ïåðâîãî ïðåäñòàâèòåëÿ ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà — ýòèëåíà — àëêåíû íàçûâàþò ýòèëåíîâûìè óãëåâîäîðîäàìè. Èñòîðè÷åñêè ïåðâîå íàçâàíèå — îëåôèíû (ðîæäàþùèå ìàñëî), àëêåíû ïîëó÷èëè åù¸

Ìîäåëè ìîëåêóëû ýòèëåíà

âî âðåìåíà àëõèìèè. Ýòî íàçâàíèå îòðàæàëî ñïîñîáíîñòü ýòèëåíà âñòóïàòü â ðåàêöèè ïðèñî åäèíåíèÿ ñ îáðàçîâàíèåì îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ ìàñëÿíèñòîé êîíñèñòåíöèè.

Îðáèòàëè àòîìîâ óãëåðîäà, ìåæäó êîòîðûìè èìååòñÿ äâîéíàÿ ñâÿçü (ðèñ. 14), êàê âû çíàåòå, íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè sð2-ãèáðèäèçàöèè. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â ãèáðèäèçàöèè ó÷àñòâóþò îäíà s- è äâå ð-îðáèòàëè, à îäíà ð-îðáèòàëü îñòà¸òñÿ íåãèáðèäèçîâàííîé. Ïåðåêðûâàíèå ãèáðèäíûõ îðáèòàëåé ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ σ-ñâÿçè, à çà ñ÷¸ò íåãèáðèäèçîâàííûõ ð-îðáèòàëåé ñîñåäíèõ àòîìîâ óãëåðîäà îáðàçóåòñÿ âòîðàÿ, π-ñâÿçü. Òàêèì îáðàçîì, äâîéíàÿ ñâÿçü ñîñòîèò èç îäíîé σ- è îäíîé π-ñâÿçè.

Îñè ãèáðèäíûõ îðáèòàëåé àòîìîâ, îáðàçóþùèõ äâîéíóþ ñâÿçü, íàõîäÿòñÿ â îäíîé ïëîñêîñòè, à îðáèòàëè, îáðàçóþùèå π-ñâÿçü, ðàñïîëàãàþòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëîñêîñòè ìîëåêóëû (ñì. ðèñ. 5).

Äâîéíàÿ ñâÿçü (0,132 íì) êîðî÷å îäèíàðíîé, à å¸ ýíåðãèÿ áîëüøå, ò. å. îíà ÿâëÿåòñÿ áîëåå ïðî÷íîé. Òåì íå ìåíåå íàëè÷èå ïîäâèæíîé, ëåãêî ïîëÿðèçóåìîé π-ñâÿçè ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî àëêåíû õèìè÷åñêè áîëåå àêòèâíû, ÷åì àëêàíû, è ñïîñîáíû âñòóïàòü â ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ.

Ãîìîëîãè÷åñêèé ðÿä ýòåíà

Íåðàçâåòâë¸ííûå àëêåíû ñîñòàâëÿþò ãîìîëîãè÷åñêèé ðÿä ýòåíà (ýòèëåíà): Ñ2Í4 — ýòåí, Ñ3Í6 — ïðîïåé, Ñ4Í8 — áóòåí, Ñ5Í10 — ïåíòåí, Ñ6Í12 — ãåêñåí è ò. ä.

Èçîìåðèÿ è íîìåíêëàòóðà àëêåíîâ

Äëÿ àëêåíîâ, òàê æå êàê è äëÿ àëêàíîâ, õàðàêòåðíà ñòðóêòóðíàÿ èçîìåðèÿ. Ñòðóêòóðíûå èçîìåðû, êàê âû ïîìíèòå, îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà ñòðîåíèåì óãëåðîäíîãî ñêåëåòà. Ïðîñòåéøèé àëêåí, äëÿ êîòîðîãî õàðàêòåðíû ñòðóêòóðíûå èçîìåðû, — ýòî áóòåí.

áóòåí

Îñîáûì âèäîì ñòðóêòóðíîé èçîìåðèè ÿâëÿåòñÿ èçîìåðèÿ ïîëîæåíèÿ äâîéíîé ñâÿçè.

Âîêðóã îäèíàðíîé óãëåðîä-óãëåðîäíîé ñâÿçè âîçìîæíî ïðàêòè÷åñêè ñâîáîäíîå âðàùåíèå àòîìîâ óãëåðîäà, ïîýòîìó ìîëåêóëû àëêàíîâ ìîãóò ïðèîáðåòàòü ñàìóþ ðàçíîîáðàçíóþ ôîðìó. Âðàùåíèå âîêðóã äâîéíîé ñâÿçè íåâîçìîæíî, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ ó àëêåíîâ åù¸ îäíîãî âèäà èçîìåðèè — ãåîìåòðè÷åñêîé, èëè öèñ-, òðàíñ-èçîìåðèè.

Öèñ-èçîìåðû îòëè÷àþòñÿ îò òðàíñ-èçîìåðîâ ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïîëîæåíèåì ôðàãìåíòîâ ìîëåêóëû (â äàííîì ñëó÷àå ìåòèëüíûõ ãðóïï) îòíîñèòåëüíî ïëîñêîñòè π-ñâÿçè, à ñëåäîâàòåëüíî, è ñâîéñòâàìè.

Àëêåíû èçîìåðíû öèêëîàëêàíàì (ìåæêëàññîâàÿ èçîìåðèÿ), íàïðèìåð:

ãåêñåí

Íîìåíêëàòóðà àëêåíîâ, ðàçðàáîòàííàÿ ÈÞÏÀÊ, ñõîæà ñ íîìåíêëàòóðîé àëêàíîâ.

Îáðàçîâàíèå íàçâàíèÿ óãëåâîäîðîäà íà÷èíàåòñÿ ñ îïðåäåëåíèÿ ãëàâíîé öåïè — ñàìîé äëèííîé öåïî÷êè àòîìîâ óãëåðîäà â ìîëåêóëå.  ñëó÷àå àëêåíîâ ãëàâíàÿ öåïü äîëæíà ñîäåðæàòü äâîéíóþ ñâÿçü.

Íóìåðàöèÿ àòîìîâ ãëàâíîé öåïè íà÷èíàåòñÿ ñ òîãî êîíöà, ê êîòîðîìó áëèæå íàõîäèòñÿ äâîéíàÿ ñâÿçü. Íàïðèìåð, ïðàâèëüíîå íàçâàíèå ñîåäèíåíèÿ

5-ìåòèëãåêñåí-2, à íå 2-ìåòèëãåêñåí-4, êàê ìîæíî áûëî áû ïðåäïîëîæèòü.

Åñëè ïî ðàñïîëîæåíèþ äâîéíîé ñâÿçè íåëüçÿ îïðåäåëèòü íà÷àëî íóìåðàöèè àòîìîâ â öåïè, òî åãî îïðåäåëÿåò ïîëîæåíèå çàìåñòèòåëåé òàê æå, êàê äëÿ ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ.

Ôîðìèðîâàíèå íàçâàíèÿ ó àëêåíîâ ïðîèñõîäèò òàê æå, êàê è íàçâàíèÿ àëêàíîâ.  êîíöå íàçâàíèÿ óêàçûâàþò íîìåð àòîìà óãëåðîäà, ó êîòîðîãî íà÷èíàåòñÿ äâîéíàÿ ñâÿçü, è ñóôôèêñ, îáîçíà÷àþùèé ïðèíàäëåæíîñòü ñîåäèíåíèÿ ê êëàññó àëêåíîâ, -åí.

Íàïðèìåð:

3,4,4 - òðèìåòèëïåíòåí-2

Ïîëó÷åíèå àëêåíîâ

Êðåêèíã íåôòåïðîäóêòîâ.  ïðîöåññå òåðìè÷åñêîãî êðåêèíãà ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ íàðÿäó ñ îáðàçîâàíèåì àëêàíîâ ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèå àëêåíîâ (ñì. § 10 «Àëêàíû»), íàïðèìåð:

Êðåêèíã íåôòåïðîäóêòîâ

Äåãèäðèðîâàíèå ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ. Ïðè ïðîïóñêàíèè àëêàíîâ íàä êàòàëèçàòîðîì (Pt, Ni, Cr2O3) ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå (400—600 °Ñ) ïðîèñõîäèò îòùåïëåíèå ìîëåêóëû âîäîðîäà è îáðàçîâàíèå àëêåíà.

Äåãèäðèðîâàíèå ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ.

Äåãèäðàòàöèÿ ñïèðòîâ (îòùåïëåíèå âîäû). Âîçäåéñòâèå âîäîîòíèìàþùèõ ñðåäñòâ (H2SO4, Àl2O3) íà îäíîàòîìíûå ñïèðòû ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå ïðèâîäèò ê îòùåïëåíèþ ìîëåêóëû âîäû è îáðàçîâàíèþ äâîéíîé ñâÿçè:

Äåãèäðàòàöèÿ ñïèðòîâ

Ýòó ðåàêöèþ íàçûâàþò âíóòðèìîëåêóëÿðíîé äåãèäðàòàöèåé (â îòëè÷èå îò ìåæìîëåêóëÿðíîé äåãèäðàòàöèè, êîòîðàÿ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ïðîñòûõ ýôèðîâ è áóäåò ðàññìîòðåíà â § 17 «Ñïèðòû»).

Äåãèäðîãàëîãåíèðîâàíèå (îòùåïëåíèå ãàëîãåíîâîäîðîäà). Ïðè âçàèìîäåéñòâèè ãàëîãåíàëêàíà ñ ù¸ëî÷üþ â ñïèðòîâîì ðàñòâîðå îáðàçóåòñÿ äâîéíàÿ ñâÿçü â ðåçóëüòàòå îòùåïëåíèÿ ìîëåêóëû ãàëîãåíîâîäîðîäà:

Äåãèäðîãàëîãåíèðîâàíèå

Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â ðåçóëüòàòå ýòîé ðåàêöèè îáðàçóåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî áóòåí-2, à íå áóòåí-1, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïðàâèëó Çàéöåâà:

Äåãàëîãåíèðîâàíèå. Ïðè äåéñòâèè öèíêà èëè ìàãíèÿ íà äèáðîìïðîèçâîäíîå àëêàíà ïðîèñõîäèò îòùåïëåíèå àòîìîâ ãàëîãåíîâ, íàõîäÿùèõñÿ ïðè ñîñåäíèõ àòîìàõ óãëåðîäà, è îáðàçîâàíèå äâîéíîé ñâÿçè:

Äåãàëîãåíèðîâàíèå

Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà àëêåíîâ

Ïåðâûå òðè ïðåäñòàâèòåëÿ ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà àëêåíîâ — ãàçû, âåùåñòâà ñîñòàâà Ñ5Í10—Ñ16Í32 — æèäêîñòè, âûñøèå àëêåíû — òâ¸ðäûå âåùåñòâà.

Òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ è ïëàâëåíèÿ çàêîíîìåðíî ïîâûøàþòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè ìîëåêóëÿðíîé ìàññû ñîåäèíåíèé.

Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà àëêåíîâ

Ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ

Íàïîìíèì, ÷òî îòëè÷èòåëüíîé ÷åðòîé ïðåäñòàâèòåëåé íåïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ — àëêåíîâ ÿâëÿåòñÿ ñïîñîáíîñòü âñòóïàòü â ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ. Áîëüøèíñòâî ýòèõ ðåàêöèé ïðîòåêàåò ïî ìåõàíèçìó ýëåêòðîôèëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ.

Ãèäðèðîâàíèå àëêåíîâ. Àëêåíû ñïîñîáíû ïðèñîåäèíÿòü âîäîðîä â ïðèñóòñòâèè êàòàëèçàòîðîâ ãèäðèðîâàíèÿ — ìåòàëëîâ — ïëàòèíû, ïàëëàäèÿ, íèêåëÿ:

Ãèäðèðîâàíèå àëêåíîâ

Ýòà ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò è ïðè àòìîñôåðíîì, è ïðè ïîâûøåííîì äàâëåíèè è íå òðåáóåò âûñîêîé òåìïåðàòóðû, òàê êàê ÿâëÿåòñÿ ýêçîòåðìè÷åñêîé. Ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû íà òåõæåêàòàëèçàòîðàõ ìîæåò ïîéòè îáðàòíàÿ ðåàêöèÿ — äåãèäðèðîâàíèå.

Ãàëîãåíèðîâàíèå (ïðèñîåäèíåíèå ãàëîãåíîâ). Âçàèìîäåéñòâèå àëêåíà ñ áðîìíîé âîäîé èëè ðàñòâîðîì áðîìà â îðãàíè÷åñêîì ðàñòâîðèòåëå (ÑÑl4) ïðèâîäèò ê áûñòðîìó îáåñöâå÷èâàíèþ ýòèõ ðàñòâîðîâ â ðåçóëüòàòå

Áðîìíàÿ âîäà äî è ïîñëå îáåñöâå÷èâàíèÿ ýòèëåíîì

ïðèñîåäèíåíèÿ ìîëåêóëû ãàëîãåíà ê àëêåíó è îáðàçîâàíèÿ äèãàëîãåíàëêàíîâ (ðèñ. 15):

Ãàëîãåíèðîâàíèå

Ðåàêöèÿ ïðèñîåäèíåíèÿ ãàëîãåíîâîäîðîäà áîëåå ïîäðîáíî áóäåò ðàññìîòðåíà íèæå. Ýòà ðåàêöèÿ ïîä÷èíÿåòñÿ ïðàâèëó Ìàðêîâíèêîâà:

Ãèäðàòàöèÿ (ïðèñîåäèíåíèå âîäû). Ãèäðàòàöèÿ àëêåíîâ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ñïèðòîâ. Íàïðèìåð, ïðèñîåäèíåíèå âîäû ê ýòåíó ëåæèò â îñíîâå îäíîãî èç ïðîìûøëåííûõ ñïîñîáîâ ïîëó÷åíèÿ ýòèëîâîãî ñïèðòà:

Ãèäðàòàöèÿ

Ìàðêîâíèêîâ
Âëàäèìèð Âàñèëüåâè÷

Îáðàòèòå âíèìàíèå íà òî, ÷òî ïåðâè÷íûé ñïèðò (ñ ãèäðîêñèãðóïïîé ïðè ïåðâè÷íîì óãëåðîäå) îáðàçóåòñÿ òîëüêî ïðè ãèäðàòàöèè ýòåíà. Ïðè ãèäðàòàöèè ïðîïåíà èëè äðóãèõ àëêåíîâ îáðàçóþòñÿ âòîðè÷íûå èëè òðåòè÷íûå ñïèðòû:

Ýòà ðåàêöèÿ òàêæå ïðîòåêàåò â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðàâèëîì Ìàðêîâíèêîâà — àòîì âîäîðîäà ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê áîëåå ãèäðèðîâàííîìó àòîìó óãëåðîäà, à ãèäðîêñèëüíàÿ ãðóïïà — ê ìåíåå ãèäðèðîâàííîìó.

Ìåõàíèçì ðåàêöèé ýëåêòðîôèëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ

Ýëåêòðîôèëüíûå ðåàêöèè — ýòî ðåàêöèè, ïðîòåêàþùèå ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðîôèëîâ — ÷àñòèö, èìåþùèõ íåäîñòàòîê ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè, íàïðèìåð íåçàïîëíåííóþ îðáèòàëü. Ïðîñòåéøåé ýëåêòðîôèëüíîé ÷àñòèöåé ÿâëÿåòñÿ êàòèîí âîäîðîäà. Èçâåñòíî, ÷òî àòîì âîäîðîäà èìååò îäèí ýëåêòðîí íà 1s-îðáèòàëè. Êàòèîí âîäîðîäà îáðàçóåòñÿ, êîãäà àòîì òåðÿåò ýòîò ýëåêòðîí, òàêèì îáðàçîì, ó êàòèîíà âîäîðîäà âîîáùå îòñóòñòâóþò ýëåêòðîíû:

Ïðè ýòîì êàòèîí èìååò âûñîêîå ñðîäñòâî ê ýëåêòðîíó. Ñî÷åòàíèå ýòèõ ôàêòîðîâ äåëàåò êàòèîí âîäîðîäà äîñòàòî÷íî ñèëüíîé ýëåêòðîôèëüíîé ÷àñòèöåé.

Îáðàçîâàíèå êàòèîíà âîäîðîäà âîçìîæíî ïðè ýëåêòðîëèòè÷åñêîé äèññîöèàöèè êèñëîò:

Ïî ýòîé ïðè÷èíå ìíîãèå ýëåêòðîôèëüíûå ðåàêöèè èäóò â ïðèñóòñòâèè è ñ ó÷àñòèåì êèñëîò.

Ýëåêòðîôèëüíûå ÷àñòèöû äåéñòâóþò íà ñèñòåìû, ñîäåðæàùèå îáëàñòè ïîâûøåííîé ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè. Ïðèìåðîì òàêîé ñèñòåìû ìîæåò ÿâëÿòüñÿ êðàòíàÿ (äâîéíàÿ èëè òðîéíàÿ) óãëåðîä-óãëåðîäíàÿ ñâÿçü.

Îðáèòàëè àòîìîâ óãëåðîäà, ìåæäó êîòîðûìè îáðàçîâàíà äâîéíàÿ ñâÿçü, íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè sð2-ãèáðèäèçàöèè. Íåãèáðèäèçîâàííûå ð-îðáèòàëè ñîñåäíèõ àòîìîâ óãëåðîäà, íàõîäÿùèåñÿ â îäíîé ïëîñêîñòè, ïåðåêðûâàþòñÿ, îáðàçóÿ π-ñâÿçü, êîòîðàÿ ìåíåå ïðî÷íà, ÷åì σ -ñâÿçü, è, ÷òî íàèáîëåå ñóùåñòâåííî, ëåãêî ïîëÿðèçóåòñÿ ïîä äåéñòâèåì âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðè ïðèáëèæåíèè ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîé ÷àñòèöû ýëåêòðîíû π-ñâÿçè ñìåùàþòñÿ â å¸ ñòîðîíó è îáðàçóåòñÿ òàê íàçûâàåìûé π-êîìïëåêñ.

Ïîëó÷àåòñÿ π-êîìïëåêñ è ïðè ïðèñîåäèíåíèè êàòèîíà âîäîðîäà ê π-ñâÿçè. Êàòèîí âîäîðîäà âçàèìîäåéñòâóåò ñ ýëåêòðîííûì îáëàêîì π-ñâÿçè äâóõ àòîìîâ óãëåðîäà è ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê íåìó (ðèñ. 16).

Îáðàçîâàíèå <I>π</I>-êîìïëåêñà

Íà ñëåäóþùåé ñòàäèè ïðîèñõîäèò ïîëíîå ñìåùåíèå ýëåêòðîííîé ïàðû π-ñâÿçè ê îäíîìó èç àòîìîâ óãëåðîäà, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ íà í¸ì íåïîäåë¸ííîé ïàðû ýëåêòðîíîâ. Îðáèòàëü àòîìà óãëåðîäà, íà êîòîðîé íàõîäèòñÿ ýòà ïàðà, è íåçàïîëíåííàÿ îðáèòàëü êàòèîíà âîäîðîäà ïåðåêðûâàþòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ êîâàëåíòíîé ñâÿçè ïî äîíîðíî-àêöåïòîðíîìó ìåõàíèçìó. Ó âòîðîãî àòîìà óãëåðîäà ïðè ýòîì îñòà¸òñÿ íåçàïîëíåííàÿ îðáèòàëü, ò. å. ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä:

Îáðàçîâàâøàÿñÿ ÷àñòèöà íàçûâàåòñÿ êàðáîêàòèîíîì, òàê êàê îíà ñîäåðæèò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä íà àòîìå óãëåðîäà.

Ýòà ÷àñòèöà ìîæåò ñîåäèíèòüñÿ ñ êàêèì-ëèáî àíèîíîì, ÷àñòèöåé, èìåþùåé íåïîäåë¸ííóþ ýëåêòðîííóþ ïàðó, ò. å. íóêëåîôèëîì:

Ðàññìîòðèì ìåõàíèçì ýëåêòðîôèëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ íà ïðèìåðå ãèäðîáðîìèðîâàíèÿ (ïðèñîåäèíåíèÿ áðîìîâîäîðîäà) ýòåíà:

ãèäðîáðîìèðîâàíèÿ

Ðåàêöèÿ íà÷èíàåòñÿ ñ îáðàçîâàíèÿ ýëåêòðîôèëüíîé ÷àñòèöû — êàòèîíà âîäîðîäà, êîòîðîå ïðîèñõîäèò â ðåçóëüòàòå äèññîöèàöèè ìîëåêóëû áðîìîâîäîðîäà:

ìîëåêóëû áðîìîâîäîðîäà

Êàòèîí âîäîðîäà àòàêóåò π-ñâÿçü, îáðàçóÿ π-êîìïëåêñ, êîòîðûé áûñòðî ïðåîáðàçóåòñÿ â êàðáîêàòèîí:

êàðáîêàòèîí

Êàðáîêàòèîí ðåàãèðóåò ñ íóêëåîôèëîì — áðîìèäèîíîì, îáðàçóÿ ìîëåêóëó áðîìýòàíà:

áðîìýòàí

Òåïåðü ðàññìîòðèì áîëåå ñëîæíûé ñëó÷àé.

Ïðèñîåäèíåíèå áðîìîâîäîðîäà ê ýòåíó ïðîòåêàåò îäíîçíà÷íî, à âçàèìîäåéñòâèå áðîìîâîäîðîäà ñ ïðîïåíîì òåîðåòè÷åñêè ìîæåò äàòü äâà ïðîäóêòà: 1-áðîìïðîïàí è 2-áðîìïðîïàí. Äàííûå ýêñïåðèìåíòà ïîêàçûâàþò, ÷òî â îñíîâíîì ïîëó÷àåòñÿ 2-áðîìïðîïàí:

2-áðîìïðîïàí

×òîáû îáúÿñíèòü ýòî ÿâëåíèå, íàì ïðèä¸òñÿ ðàññìîòðåòü ïðîìåæóòî÷íóþ ÷àñòèöó — êàðáîêàòèîí.

Ïðèñîåäèíåíèå êàòèîíà âîäîðîäà ê ïðîïåíó ìîæåò ïðèâåñòè ê îáðàçîâàíèþ äâóõ êàðáîêàòèîíîâ: åñëè êàòèîí âîäîðîäà ïðèñîåäèíèòñÿ ê ïåðâîìó àòîìó óãëåðîäà (íàõîäèòñÿ íà êîíöå öåïè), òî ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä îêàæåòñÿ ó âòîðîãî àòîìà, ò. å. â öåíòðå ìîëåêóëû (1); åñëè ïðèñîåäèíèòñÿ êî âòîðîìó àòîìó, òî ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä îêàæåòñÿ ó ïåðâîãî àòîìà (2).

Ïðåèìóùåñòâåííîå íàïðàâëåíèå ðåàêöèè áóäåò çàâèñåòü îò òîãî, êàêîãî êàðáîêàòèîíà îêàæåòñÿ áîëüøå â ðåàêöèîííîé ñðåäå, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, îïðåäåëÿåòñÿ óñòîé÷èâîñòüþ êàðáîêàòèîíà. Ýêñïåðèìåíò ïîêàçûâàåò ïðåèìóùåñòâåííîå îáðàçîâàíèå 2-áðîìïðîïàíà. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â áîëüøåé ñòåïåíè ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèå êàðáîêàòèîíà (1) ñ ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì íà öåíòðàëüíîì àòîìå.

Áîëüøàÿ óñòîé÷èâîñòü ýòîãî êàðáîêàòèîíà îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä íà öåíòðàëüíîì àòîìå óãëåðîäà êîìïåíñèðóåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì èíäóêòèâíûì (+I) ýôôåêòîì äâóõ ìåòèëüíûõ ãðóïï:

ñóììàðíûé ýôôåêò êîòîðûõ âûøå, ÷åì +I-ýôôåêò îäíîé ýòèëüíîé ãðóïïû:

Ïîâûøåííàÿ óñòîé÷èâîñòü êàðáîêàòèîíà (1) îáúÿñíÿåòñÿ è ïðîñòðàíñòâåííûì ôàêòîðîì: àòîì óãëåðîäà, íåñóùèé ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä, ñ äâóõ ñòîðîí çàùèù¸í îáú¸ìíûìè ìåòèëüíûìè ãðóïïàìè.

Çàêîíîìåðíîñòè ðåàêöèé ãèäðîãàëîãåíèðîâàíèÿ àëêåíîâ áûëè èçó÷åíû èçâåñòíûì ðóññêèì õèìèêîì Â. Â. Ìàðêîâíèêîâûì, ó÷åíèêîì À. Ì. Áóòëåðîâà, êîòîðûé, êàê ýòî óæå áûëî ñêàçàíî âûøå, ñôîðìóëèðîâàë ïðàâèëî, íîñÿùåå åãî èìÿ.

Ýòî ïðàâèëî áûëî óñòàíîâëåíî ýìïèðè÷åñêè, ò. å. îïûòíûì ïóò¸ì.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ìû ìîæåì ïðèâåñòè âïîëíå óáåäèòåëüíîå åãî îáúÿñíåíèå.

Èíòåðåñíî, ÷òî ïðàâèëó Ìàðêîâíèêîâà ïîä÷èíÿþòñÿ è äðóãèå ðåàêöèè ýëåêòðîôèëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ, ïîýòîìó áóäåò ïðàâèëüíî ñôîðìóëèðîâàòü åãî â áîëåå îáùåì âèäå:

Ïîëèìåðèçàöèÿ àëêåíîâ

Îñîáûì ñëó÷àåì ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ðåàêöèÿ ïîëèìåðèçàöèè àëêåíîâ è èõ ïðîèçâîäíûõ. Ýòà ðåàêöèÿ ìîæåò ïðîòåêàòü ïî ìåõàíèçìó ñâîáîäíîðàäèêàëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ, íàïðèìåð:

ðåàêöèÿ ïîëèìåðèçàöèè

Ðàäèêàëüíóþ ïîëèìåðèçàöèþ ïðîâîäÿò â ïðèñóòñòâèè èíèöèàòîðîâ — ïåðîêñèäíûõ ñîåäèíåíèé, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêîì ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ. Ïåðîêñèäíûìè ñîåäèíåíèÿìè íàçûâàþò âåùåñòâà, ìîëåêóëû êîòîðûõ âêëþ÷àþò ãðóïïó —ΗΗ. Ïðîñòåéøèì ïåðîêñèäíûì ñîåäèíåíèåì ÿâëÿåòñÿ ïåðîêñèä âîäîðîäà Í - Î - Î - Í .

Ïðè òåìïåðàòóðå 100 °Ñ è äàâëåíèè 100 ÌÏà ïðîèñõîäèò ãîìîëèç íåóñòîé÷èâîé êèñëîðîä-êèñëîðîäíîé ñâÿçè è îáðàçîâàíèå ðàäèêàëîâ — èíèöèàòîðîâ ïîëèìåðèçàöèè.

Ïîä äåéñòâèåì ðàäèêàëîâ RO- ïðîèñõîäèò èíèöèèðîâàíèå ïîëèìåðèçàöèè, êîòîðàÿ ðàçâèâàåòñÿ êàê ðåàêöèÿ ñâîáîäíîðàäèêàëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ.

ðåàêöèÿ ñâîáîäíîðàäèêàëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ

 îáùåì âèäå óðàâíåíèå ðàçâèòèÿ öåïè ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:

Ðîñò öåïè ïðåêðàùàåòñÿ, êîãäà â ðåàêöèîííîé ñìåñè ïðîèñõîäèò ðåêîìáèíàöèÿ ðàäèêàëîâ — ïîëèìåðíîé öåïè è ðàäèêàëîâ RO• èëè ROCH2CH2•.

Ðåàêöèè ñâîáîäíîðàäèêàëüíîé ïîëèìåðèçàöèè âåùåñòâ, ñîäåðæàùèõ äâîéíóþ ñâÿçü, èñïîëüçóþò äëÿ ïîëó÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ âûñîêîìîëåêóëÿðíûõ ñîåäèíåíèé:

ïîëèïðîïèëåí

Èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå èñõîäíûõ âåùåñòâ ðàçëè÷íûõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, ñîäåðæàùèõ íåïðåäåëüíûé ôðàãìåíò —ÑÍ=ÑÍ2 (ýòó ãðóïïó íàçûâàþò âèíèë), äà¸ò âîçìîæíîñòü ñèíòåçèðîâàòü áîãàòûé àññîðòèìåíò ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ ñ çàäàííûì íàáîðîì ïîëåçíûõ ñâîéñòâ:

Âñå ýòè ïîëèìåðíûå ñîåäèíåíèÿ íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ñàìûõ ðàçíûõ îáëàñòÿõ ÷åëîâå÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè (ïðîìûøëåííîñòè, ìåäèöèíå), èñïîëüçóþòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ áèîõèìè÷åñêèõ ëàáîðàòîðèé, íåêîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ïîëóïðîäóêòàìè äëÿ ñèíòåçà äðóãèõ âûñîêîìîëåêóëÿðíûõ ñîåäèíåíèé (ðèñ. 17).

Ïðèìåíåíèå ïîëèýòèëåíà

Ðåàêöèè îêèñëåíèÿ àëêåíîâ

Êàê è ëþáûå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, àëêåíû ãîðÿò â êèñëîðîäå ñ îáðàçîâàíèåì ÑO2 è Í2O:

 îáùåì âèäå:

Îáåñöâå÷èâàíèå ðàñòâîðà ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ ýòèëåíîì (êà÷åñòâåííàÿ)

 îòëè÷èå îò àëêàíîâ, êîòîðûå óñòîé÷èâû ê îêèñëåíèþ â ðàñòâîðàõ, àëêåíû ëåãêî îêèñëÿþòñÿ ïîä äåéñòâèåì âîäíûõ ðàñòâîðîâ ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ (ðèñ. 18).  íåéòðàëüíûõ èëè ñëàáîùåëî÷íûõ ðàñòâîðàõ íà õîëîäó ïðîèñõîäèò îêèñëåíèå àëêåíîâ äî äèîëîâ (äâóõàòîìíûõ ñïèðòîâ), ïðè÷¸ì ãèäðîêñèëüíûå ãðóïïû ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê òåì àòîìàì, ìåæäó êîòîðûìè äî îêèñëåíèÿ ñóùåñòâîâàëà äâîéíàÿ ñâÿçü:

 äåéñòâèòåëüíîñòè ïðîöåññ îêèñëåíèÿ àëêåíîâ ãîðàçäî ñëîæíåå, ïðîèñõîäÿùèå ïðè ýòîì ïðåâðàùåíèÿ ìîæíî îòîáðàçèòü óðàâíåíèåì:

 êèñëîé ñðåäå (ïîäêèñëåííûé ñåðíîé êèñëîòîé ðàñòâîð) ïðè íàãðåâàíèè ïðîèñõîäèò ïîëíîå ðàçðóøåíèå äâîéíîé ñâÿçè è ïðåâðàùåíèå àòîìîâ óãëåðîäà, ìåæäó êîòîðûìè ñóùåñòâîâàëà äâîéíàÿ ñâÿçü, â àòîìû óãëåðîäà êàðáîêñèëüíîé ãðóïïû:

Åñëè äâîéíàÿ ñâÿçü íàõîäèòñÿ ó êîíöà ìîëåêóëû (íàïðèìåð, â ñëó÷àå áóòåíà-1), òî îäíèì èç ïðîäóêòîâ îêèñëåíèÿ äîëæíà îêàçàòüñÿ ìóðàâüèíàÿ êèñëîòà — âåùåñòâî, êîòîðîå ëåãêî îêèñëÿåòñÿ äî óãëåêèñëîãî ãàçà è âîäû:

Åñëè â ìîëåêóëå àëêåíà àòîì óãëåðîäà ïðè äâîéíîé ñâÿçè ñîäåðæèò äâà óãëåâîäîðîäíûõ çàìåñòèòåëÿ (íàïðèìåð, 2-ìåòèëáóòåí-2), òî ïðè åãî îêèñëåíèè ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèå êåòîíà, òàê êàê ïðåâðàùåíèå òàêîãî àòîìà â àòîì êàðáîêñèëüíîé ãðóïïû íåâîçìîæíî áåç ðàçðûâà Ñ—Ñ-ñâÿçè, îòíîñèòåëüíî óñòîé÷èâîé â ýòèõ óñëîâèÿõ:

Äåñòðóêòèâíîå îêèñëåíèå àëêåíîâ ìîæíî ïðèìåíÿòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ èõ ñòðóêòóðû. Òàê, íàïðèìåð, åñëè ïðè îêèñëåíèè íåêîòîðîãî àëêåíà ïîëó÷åíû óêñóñíàÿ è ïðîïèîíîâàÿ êèñëîòû:

ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îêèñëåíèþ ïîäâåðãñÿ ïåíòåí-2:

à åñëè ïîëó÷åíû ìàñëÿíàÿ (áóòàíîâàÿ) êèñëîòà, óãëåêèñëûé ãàç è âîäà:

òî èñõîäíûé óãëåâîäîðîä — ïåíòåí-1:

Ïðèìåíåíèå àëêåíîâ

Àëêåíû øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â õèìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè êàê ñûðü¸ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ðàçíîîáðàçíûõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ è ìàòåðèàëîâ (ðèñ. 19 è 20).

Ïðèìåíåíèå ýòèëåíà

Ïðèìåíåíèå ïðîïèëåíà

Òàê, íàïðèìåð, ýòåí — èñõîäíîå âåùåñòâî äëÿ ïðîèçâîäñòâà ýòàíîëà, ýòèëåíãëèêîëÿ, ýïîêñèäîâ, äèõëîðýòàíà.

Áîëüøîå êîëè÷åñòâî ýòåíà ïåðåðàáàòûâàåòñÿ â ïîëèýòèëåí, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ óïàêîâî÷íîé ïë¸íêè, ïîñóäû, òðóá, ýëåêòðîèçîëÿöèîííûõ ìàòåðèàëîâ.

Èç ïðîïåíà ïîëó÷àþò ãëèöåðèí, àöåòîí, èçîïðîïèëîâûé ñïèðò, ðàñòâîðèòåëè. Ïîëèìåðèçàöèåé ïðîïåíà ïîëó÷àþò ïîëèïðîïèëåí, êîòîðûé ïî ìíîãèì ïîêàçàòåëÿì ïðåâîñõîäèò ïîëèýòèëåí: èìååò áîëåå âûñîêóþ òåìïåðàòóðó ïëàâëåíèÿ, õèìè÷åñêóþ óñòîé÷èâîñòü.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ èç ïîëèìåðîâ — àíàëîãîâ ïîëèýòèëåíà ïðîèçâîäÿò âîëîêíà, îáëàäàþùèå óíèêàëüíûìè ñâîéñòâàìè. Òàê, íàïðèìåð, âîëîêíî èç ïîëèïðîïèëåíà — îäíî èç ñàìûõ ïðî÷íûõ ñèíòåòè÷åñêèõ âîëîêîí.

Ìàòåðèàëû, èçãîòîâëåííûå èç ýòèõ âîëîêîí, ÿâëÿþòñÿ ïåðñïåêòèâíûìè è íàõîäÿò âñ¸ áîëüøåå ïðèìåíåíèå â ðàçíûõ îáëàñòÿõ ÷åëîâå÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè.

1. Êàêèå âèäû èçîìåðèè õàðàêòåðíû äëÿ àëêåíîâ? Íàïèøèòå ôîðìóëû âîçìîæíûõ èçîìåðîâ ïåíòåíà-1.

2. Èç êàêèõ ñîåäèíåíèé ìîæåò áûòü ïîëó÷åí: à) èçîáóòåí (2-ìåòèëïðîïåí); á) áóòåí-2; â) áóòåí-1? Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåàêöèé.

3. Èñïîëüçóÿ ðèñóíîê 20, ïåðå÷èñëèòå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ïðîïèëåíà.

4. Ðàñøèôðóéòå ñëåäóþùóþ öåïî÷êó ïðåâðàùåíèé. Íàçîâèòå ñîåäèíåíèÿ À, Á, Â:

5. Ïðåäëîæèòå ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ 2-õëîðïðîïàíà èç 1-õëîðïðîïàíà. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåàêöèé.

6. Ïðåäëîæèòå ñïîñîá î÷èñòêè ýòàíà îò ïðèìåñåé ýòèëåíà. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåàêöèé.

7. Ïðèâåäèòå ïðèìåðû ðåàêöèé, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ìîæíî ðàçëè÷èòü ïðåäåëüíûå è íåïðåäåëüíûå óãëåâîäîðîäû.

8. Íà ïîëíîå ãèäðèðîâàíèå 2,8 ã àëêåíà èçðàñõîäîâàíî 0,896 ë âîäîðîäà (í. ó.). Êàêîâà ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà è ñòðóêòóðíàÿ ôîðìóëà ýòîãî ñîåäèíåíèÿ, èìåþùåãî íîðìàëüíóþ öåïü óãëåðîäíûõ àòîìîâ?
Îòâåò: 70.

9. Êàêîé àëêåí íàõîäèòñÿ â öèëèíäðå, åñëè èçâåñòíî, ÷òî íà ïîëíîå ñãîðàíèå 20 ñì3 ýòîãî ãàçà ïîòðåáîâàëîñü 90 ñì3 (í. ó.) êèñëîðîäà?
Îòâåò: ïðîïåí.

10. Ïðè ðåàêöèè àëêåíà ñ õëîðîì â òåìíîòå îáðàçóåòñÿ 25,4 ã äèõëîðèäà, à ïðè ðåàêöèè ýòîãî àëêåíà òîé æå ìàññû ñ áðîìîì â òåòðàõëîðìåòàíå — 43,2 ã äèáðîìèäà. Óñòàíîâèòå âñå âîçìîæíûå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû èñõîäíîãî àëêåíà.

11. Ðàçäåëèòå ëèñò áóìàãè ïîïîëàì âåðòèêàëüíîé ÷åðòîé. Ñëåâà íàïèøèòå 5 ñòðóêòóðíûõ ôîðìóë àëêåíîâ, ñîäåðæàùèõ îò 5 äî 10 àòîìîâ óãëåðîäà. Ñïðàâà íàïèøèòå íàçâàíèÿ ýòèõ óãëåâîäîðîäîâ. Ðàçðåæüòå ëèñò ïî ÷åðòå, ïåðåäàéòå ïîëîâèíêè äâóì îäíîêëàññíèêàì, ïîëó÷èòå îò íèõ àíàëîãè÷íûå ïîëîâèíêè ëèñòêîâ. Äîïèøèòå ïî ïîëó÷åííûì ôîðìóëàì íàçâàíèÿ àëêåíîâ, ïî íàçâàíèÿì — ôîðìóëû. Ïðîâåäèòå âçàèìîïðîâåðêó.

12. ×òî òàêîå ñîïîëèìåðû? Ïðè ôîðìóëèðîâàíèè îòâåòà íà âîïðîñ âîñïîëüçóéòåñü ñàéòîì: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4145.html. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèå ðåàêöèè ñîïîëèìåðèçàöèè ýòèëåíà è ñòèðîëà.

 

 




Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->