Ненасичені вуглеводні (Алкени, алкадієни, алкіни)

До ненасичених сполук відносять алкени (олефіни, або етиленові вуглеводні), дієнові вуглеводні (алкадієни) та алкіни (ацетиленові вуглеводні). Всі ці сполуки містять подвійні або потрійні вуглець-вуглецеві зв’язки.

Алкени. Гомологічний ряд алкенів.

АЛКЕНИ (олефіни, або етиленові вуглеводні) містять в молекулі один подвійний зв'язок.

Загальна формула алкенів C_nH_2n.

Назви алкенів утворені від грецьких і латинських числівників з додаванням суфікса – ен.

Алкени утворюютьгомологічний ряд. Першийнайпростіший ненасичений вуглеводень є Етил ен ( ет ен):

структурна формула етилену	електронна формула етилену

 

Електронна будова подвійного зв’язку

Розглянемо будову молекули етилену С₂Н₄ (СН₂=СН₂): у кожного атома вуглецю стають гібридними 3 електронні орбіталі, утворені 1s- і 2р - електронами (sp²- гібридизація). Гібридні орбіталі утворюють s - зв’язок з атомами водню і між атомами вуглецю. Негібридні орбіталі (р - електрони) утворюють π-зв’язок між атомами вуглецю, вони знаходяться в площині, перпендикулярній площині розміщення s - зв’язків.

Рис.3. Утворення подвійного зв’язку в молекулі етилену

 

þ Подвійний зв’язок – це ковалентний зв’язок, який складається з одного s- і одного π-зв’язку. Подвійному зв’язку відповідає sp²- гібридизація.

Ізомерія

Для алкенів характерні два види ізомерії: структурна і просторова. Структурні ізомери – це ізомери, що мають різний порядок сполучення атомів у молекулі і різні структурні формули. Розрізняють ізомерію вуглецевого скелету та положення кратного зв’язку:

· скелетна	бутен-1	2-метилпропен-1
· положення кратного зв'язку:	CH2=CH–CH2–CH3 бутен-1	CH3–CH=CH–CH3 бутен-2
Просторова ізомерія виникає із-за різного положення окремих частин молекули в просторі відносно подвійного зв’язку:
· просторова (геометрична) або цис-транс-ізомерія	цис-ізомер	транс-ізомер

Цис –означає, що замісники знаходяться по одну сторону молекули, транс – замісники знаходяться по різні сторони молекули. Замісники – це групи, які заміщені на атоми водню у молекулі.

Одержання

1) дегідрогенізація алканів при підвищеній температурі в присутності каталізатора:

CH3–CH2–CH2–CH3 ––^300°C,Cr2^O3– бутан

| |

→ CH2=CH–CH2–CH3 + H2 бутен-1 → CH3–CH=CH–CH3 + H2 бутен-2

2) в лабораторії - дегідратація спиртів (відщеплення води):

CH₃–CH₂–OH ––^t°,Al2O3→ CH₂=CH₂ + H₂О

етанол етилен

Порядок дегідратації вторинних і третинних спиртів визначається правилом А.М.Зайцева: при утворенні води атом водню відщеплюється від найменш гідрогенізованого сусіднього атома вуглецю, тобто з найменшою кількістю атомів водню.

 

CH3–	CH–C | |	H–CH3 (бутанол-2) → CH3–CH=CH–CH3 (бутен-2) + H2O
	OH H

3) дегідрогалогенування галоген похідних (відщеплення галогеноводню):

CH3–CH–CH2–CH3+ NaOH → CH3–CH=CH–CH3 + NaBr + H2O | Br бутен-2 2-бромбутан

4) дегалогенування дигалогенпохідних (відщеплення галогену)

CH2–CH –CH3 + Mg → CH2=CH–CH3 + MgBr2 | | пропен Br Br 1,2-дибромпропан

Фізичні властивості

За фізичними властивостями алкени близькі до алканів, але мають більш низьку температуру кипіння і плавлення. Нищі алкени (С₂-С₄) за нормальних умов – гази, С₅-С₁₇ – рідини, решта – тверді речовини. Всі алкени нерозчинні у воді, але розчинні у полярних органічних розчинниках.

Хімічні властивості

Алкени відносяться до ненасичених органічних сполук. Це означає, що не всі валентні можливості алкенів використані в повному обсязі, і алкени можуть приєднувати до себе хімічні сполуки, тобто „насичуватися”. Така ненасиченість алкенів пояснюється наявністю подвійного зв’язку: розкривається π-зв ’ язок і утворюється два неспарених електрона, які здатні утворювати нові зв’язки.

Оскільки π-зв ’ язок менш міцний, ніж σ-звязок, легко розривається, тому для алкенів найбільш типовими є реакції приєднання:

1) галогенування – приєднання галогенів:

H₂C=CH₂ + Br₂ → BrCH₂–CH₂Br

етен 1,2-диброметан

þ Якісна реакція на подвійний зв'язок - знебарвлення алкеном бромної води; рожевого розчину КМnО_4.

2) гідрування – приєднання водню Н₂:

CH₃–CH=CH₂ + H₂ ––^Ni→ CH₃–CH₂–CH₃

проп ен проп ан

3) гідрогалогенування – приєднання галогеноводню НСl, HBr:

H₂C=CH₂ + HBr → CH₃–CH₂Br
етен брометан

Правило Марковнікова «Гідроген приєднується до найбільш гідрогенізованого атома Карбону при подвійному зв'язку».

CH3−CH=CH2 + HCl → CH3−

CH−CH3 | Cl 2-хлорпропан

4) окиснення – алкени легко окиснюються:

a) киснем повітря (реакція горіння – повне окиснення):

H₂C=CH₂ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

б) перманганат калію КМnО_4. При цьому знебарвлюється рожевий розчин перманганату калію, утворюється бурий осад MnO₂. Окиснення подвійного звязку KMnO₄ веде до утворення двохатомних спиртів – гліколів:

3H2C=CH2 + 2KMnO4+ 4H2O →

CH2−CH2 + 2MnO2 + 2KOH | | OH OH етиленгліколь

þ якісна реакція на подвійний зв'язок.

5. полімеризація – утворення полімеру.

Реакцією ПОЛІМЕРИЗАЦІЇ називається процес утворення високомолекулярної сполуки (полімеру) шляхом з'єднання один з одним молекул початкової низькомолекулярної сполуки (мономера). При полімеризації подвійні зв'язки в молекулах початкової ненасиченої сполуки "розкриваються", і за рахунок вільних валентностей, що утворюються, ці молекули з'єднуються одна з одною.

Полімеризація олефінів викликається нагріванням, тиском, опроміненням, дією вільних радикалів або каталізаторів. В спрощеному вигляді таку реакцію на прикладі етилену можна представити таким чином:

етилен поліетилен

АЛКАДІЄНИ.

ДІЄНОВІ ВУГЛЕВОДНІ або АЛКАДІЄНИ – це ненасичені вуглеводні, що містять два подвійних вуглець - вуглецеві зв'язки.

Загальна формула алкадієнів C_nH_2n-2.
Назви алкадієнів утворені від грецьких і латинських числівників з додаванням суфікса – дієн.

Залежно від взаємного розташування подвійних зв'язків дієни поділяються на три типи:

1) вуглеводні з кумульованими подвійними зв'язками, тобто примикаючими до одного атома вуглецю. Наприклад, пропадієн CH₂=C=CH₂;

2) вуглеводні з ізольованими подвійними зв'язками, тобто розділеними двома і більш простими зв'язками. Наприклад, пентадієн -1,4 CH₂=CH–CH₂–CH=CH₂;

3) вуглеводні із зв'язаними (спряженими) подвійними зв'язками, тобто розділеними одним простим зв'язком.

Наприклад, бутадієн –1,3 CH₂=CH–CH=CH₂

Найбільший інтерес представляють вуглеводні із зв'язаними подвійними зв'язками.