СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКЕНОВ

СТРОЕНИЕ, НОМЕНКЛАТУРА, ИЗОМЕРИЯ АЛКЕНОВ

Алкены – ненасыщенные углеводороды с открытой цепью, содержащие в молекуле одну двойную связь. Простейшим представителем алкенов является этилен С₂ Н₄, в связи с чем соединения этого ряда называют этиленовыми углеводородами. Для них применяется также название олефины, которое происходит от латинского названия gas olefiant – маслородный газ. Это название было дано этилену в XVII веке голландскими химиками из-за его способности образовывать с хлором жидкое маслянистое вещество – дихлорэтан С₂ Н₄Сl₂.

Атомы углерода, образующие в алкенах двойную связь, находятся в sp²-гибридизации. Двойная связь состоит из одной σ –связи и одной π – связи.

1.1. sp² – Гибридное состояние атома углерода и π – связь

sp²–Гибридное состояние четырехвалентного атома углерода в алкенах возникает при взаимодействии одной 2s–орбитали и двух 2p–орбиталей. В результате образуются три гибридные sp²–орбитали, расположенные в плоскости под углом в 120°; и остается негибридизованной одна р–орбиталь, которая располагается перпендикулярно к остальным:

sp²–Гибридные орбитали образуют при перекрывании с электронными орбиталями соседних атомов σ-связи. При боковом перекрывании р–орбиталей двух соседних атомов углерода образуется дополнительная связь, получившая название p - связи:

Молекула этилена

Электронная плотность p - связи сосредоточена над и под плоскостью, в которой расположены атомы молекулы.

Свойства p - связи:

1) p-связь является значительно менее прочной связью, чем σ – связь; энергия С=С – связи в этилене равна 607 кДж/моль; длина связи 0,134 нм;

2) направленность – перпендикулярная плоскости σ- связей, p - связь пространственно более доступна, чем σ - связь, так как максимум электронной плотности находится над и под плоскостью молекулы;

3) p-связь менее стабильна, чем σ - связь; она значительно легче поляризуется под воздействием внешних факторов или заместителей, смещение электронной плотности по p-связи называется мезомерным эффектом;

4) двойная связь более жесткая, вращение вокруг π-связи затруднено, это является причиной образования у алкенов геометрических изомеров.

Гомологический ряд алкенов

Подобно тому, как от метана производится гомологический ряд алканов, так и от этилена производится гомологический ряд этиленовых углеводородов или алкенов. Каждый последующий член этого ряда отличается от предыдущего на гомологическую разность (СН₂). Этиленовые углеводороды имеют общую формулу С_nН_2n:

СН₂=СН₂ этилен (С₂Н₄)

СН₃-СН=СН₂ пропилен (С₃Н₆)

СН₃-СН₂-СН=СН₂ бутилен-1 (С₄Н₈)

Номенклатура алкенов

1. Тривиальные названия алкенов образуются из названия радикалов соответствующих алканов с добавлением окончания ЕН.

СН3-СН2 – этил	СН2=СН2 – этилен
СН3-СН2-СН2 – пропил	СН3-СН=СН2 – пропилен
СН3-СН2-СН2-СН2 – бутил	СН3-СН2-СН=СН2 – бутилен
-изобутил	- изобутилен

2. По рациональной номенклатуре этиленовые углеводороды представляют как производные этилена, у которого атомы водорода замещены на радикалы. Чтобы указать положение радикалов, углеродные атомы этилена обозначают буквами a и b или используют приставки сим. (симметрично) и несим. (несимметрично).

СН3-СН=СН2	метилэтилен
СН3-СН=СН-СН3	сим.-диметилэтилен; a,b-диметилэтилен
	несим.-диметилэтилен; a, b-диметилэтилен
СН3-СН2-СН=СН2	этилэтилен

3. По систематической номенклатуре названия этиленовых углеводородов составляют из названий соответствующих предельных углеводородов путем замены окончания АН на ЕН, цифрой в конце названия или перед названием углеводорода указывают положение двойной связи (атома углерода, за которым следует двойная связь).За главную цепь принимается самая длинная цепь с двойной связью. Нумерация углеродных атомов начинают с того конца, к которому ближе двойная связь.

СН2=СН2 – этен

СН3-СН=СН2 – пропен

СН3-СН2-СН=СН2 - бутен-1

СН3-СН=СН-СН3 - бутен-2

- изобутен, 2-метилпропен

Одновалентные радикалы алкенов имеют тривиальные названия. По систематической номенклатуре их названия складываются из названий соответствующих алкенов и окончания ИЛ. Цифрой указывается положение двойной связи. Часто используются тривиальные названия.

Радикал	Тривиальная номенклатура	Систематическая номенклатура
СН2=СН-	Винил	этенил
СН2=СН-СН2-	Аллил	2-пропенил
СН3-СН=СН-	Пропенил	1-пропенил
СН3-СН2-СН=СН-	Бутенил	1-бутенил
СН3-СН=СН-СН2-	Кротил	2-бутенил
СН2=С-СН3	Изопропенил	1-метилэтинил

Изомерия алкенов

Для алкенов характерны три типа изомерии:

1) углеродного скелета (структурная изомерия);

2) изомерия положения двойной связи в цепи (структурная изомерия);

3) пространственная (геометрическая) цис-транс-изомерия.

Структурные изомеры появляются у алкена, имеющего четыре атома углерода:

СН₃-СН₂-СН=СН₂ бутен-1

СН₃-СН=СН-СН₃ бутен-2

2-метилпропен

По сравнению с алканами число структурных изомеров у алкенов больше, что объясняется изомерией, связанной с положением двойной связи:

Цис-транс-изомерия определяется пространственным расположением заместителей относительно двойной связи, тогда как порядок углеродных атомов скелета и положение двойной связи остается неизменным.

Если заместители расположены по одну сторону плоскости, проходящей через двойную связь, говорят, что они находятся в цис-положении (лат. cis - “по эту сторону”) относительно друг друга; если по разные стороны – то это транс-положение (лат. trans “по ту сторону”).

Цис- Транс-

Возможность существования этих изомеров обусловлена тем, что p-связь более жесткая, чем s- и не допускает свободного вращения. Переход одного изомера в другой в обычных условиях невозможен и может быть осуществлен при действии факторов, ослабляющих p–связь (освещение, высокие температуры, катализаторы).

Цис- и транс- изомеры – это стереоизомеры. Эти изомеры устойчивы, их можно выделить, они отличаются как по физическим, так и по химическим свойствам.

Транс-изомеры более устойчивые, чем цис-изомеры, т.к. в последних можно обнаружить некоторое перекрывание метильных групп, а в случае групп большего размера даже возникают силы отталкивания. В транс-изомерах группы значительно удалены друг от друга, что практически исключает взаимное влияние.

Для перехода от одной формы в другую нужно затратить энергию 257 кДж/моль, т.е. энергию p-связи.

С цис-транс-изомерией приходится встречаться очень часто. Условно конфигурацией алкенов считают соответствующую конфигурацию наиболее длинной цепи, включающей двойную связь.

3-метил-4-этил-транс-гептен-3

Это транс-изомер, несмотря на то, что две идентичные группы располагаются в цис-положении относительно друг друга, т.к. алкильные остатки при двойной связи занимают транс-положение по отношению к наиболее длиной цепи, включающей двойную связь.

Для изомеров сложного строения используют Е, Z- номенклатуру, которая имеет следующие правила:

1. Используя систему Кана-Ингольда-Прелога, определяют сначала относительное старшинство заместителей, связанных с двойной связью и дают им номера по старшинству 1 или 2.

2. Если две наиболее старшие группы расположены по одну сторону от плоскости p-связи, то конфигурация заместителей обозначается символом Z (zusammen- вместе), если же эти группы находятся по разные стороны от плоскости p-связи, то конфигурацию обозначают символом Е (entgegen– против).

Z E

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКЕНОВ

Алкены встречаются в природе редко. Низшие алкены в небольших количествах могут входить в состав нефтяного газа, высшие - в состав некоторых нефтей. Важнейшим промышленным поставщиком олефинов является нефтеперерабатывающая промышленность.

Крекинг нефти

Это главный промышленный путь получения олефинов, нефть представляет собой смесь углеводородов состава С₁-С₄₀, различного строения. Крекинг нефти идет при высокой температуре с образованием алканов, алкенов и Н₂. В частности, в процессе крекинга осуществляется реакция дегидрирования, т.е. отщепления двух атома водорода от соседних атомов углерода, с образованием алкенов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: