Сборник основных формул по химии для ВУЗов - [21]

Н_2n.

По систематической номенклатуре названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса – ан на – ен: этан (CH₃—CH₃) – этен (CH₂=CH₂) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи.

В молекуле алкена ненасыщенные атомы углерода находятся в sp²-гибридизации, а двойная связь между ними образована σ– и π-связью. sp²-Гибридные орбитали направлены друг к другу под углом 120°, и одна негибридизованная 2р-орбиталь, расположена под углом 90° к плоскости гибридных атомных орбиталей.

Пространственное строение этилена:

Длина связи С=С 0,134 нм, энергия связи С=С Е_с=с= 611 кДж/моль, энергия π-связи Еπ = 260 кДж/моль.

Виды изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения двойной связи; в) Z, Е (cis, trans) – изомерия, вид пространственной изомерии.

Способы получения алкенов

1. CH₃—CH₃ →Ni, t→ CH₂=CH₂ + H₂ (дегидрирование алканов)

2. С₂Н₅OH →H,SO₄, 170 °C→ CH₂=CH₂ + Н₂O (дегидратация спиртов)

3. (дегидрогалогенирование алкилгалогенидов по правилу Зайцева)

4. CH₂Cl—CH₂Cl + Zn → ZnCl₂ + CH₂=CH₂ (дегалогенирование дигалогенопроизводных)

5. HC≡CH + Н₂ →Ni, t→ CH₂=CH₂ (восстановление алкинов)

Химические свойства алкенов

Для алкенов наиболее характерны реакции присоединения, они легко окисляются и полимеризуются.

1. CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br—CH₂Br

(присоединение галогенов, качественная реакция)

2. (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)

3. CH₂=CH₂ + Н₂ →Ni, t→ CH₃—CH₃ (гидрирование)

4. CH₂=CH₂ + Н₂O →H⁺→ CH₃CH₂OH (гидратация)

5. ЗCH₂=CH₂ + 2КMnO₄ + 4Н₂O → ЗCH₂OH—CH₂OH + 2MnO₂↓ + 2KOH (мягкое окисление, качественная реакция)

6. CH₂=CH—CH₂—CH₃ + КMnO₄ →H⁺→ CO₂ + С₂Н₅COOH (жесткое окисление)

7. CH₂=CH—CH₂—CH₃ + O₃ → Н₂С=O + CH₃CH₂CH=O формальдегид+пропаналь → (озонолиз)

8. С₂Н₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2Н₂O (реакция горения)

9. (полимеризация)

10. CH₃—CH=CH₂ + HBr →перекись→ CH₃—CH₂—CH₂Br (присоединение бро-моводорода против правила Марковникова)

11. (реакция замещения в α-положение)

4. Алкины

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – ненасыщенные углеводороды, имеющие в своем составе тройную С≡С связь. Общая формула алкинов с одной тройной связью С_nН_2n-2. Простейший представитель ряда алкинов CH≡CH имеет тривиальное название ацетилен. По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на -ин: этан (CH₃—CH₃) – этин (CH≡CH) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя тройную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к тройной связи конца цепи.

В образовании тройной связи участвуют атомы углерода в sp-гибридизованном состоянии. Каждый из них имеет по две sp-гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 180°, и две негибридных p-орбитали, расположенных под углом 90° по отношению друг к другу и к sp-гибридным орбиталям.

Пространственное строение ацетилена:

Виды изомерии: 1) изомерия положения тройной связи; 2) изомерия углеродного скелета; 3) межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами.

Способы получения алкинов

1. СаО + ЗС →t→ СаС₂ + CO;

СаС₂ + 2Н₂O → Са(OH)₂ + CH≡CH (получение ацетилена)

2. 2CH₄ →t>1500 °C→ HC = CH + ЗН₂ (крекинг углеводородов)

3. CH₃—CHCl₂ + 2KOH →в спирте → HC≡CH + 2KCl + Н₂O (дегалогенирова-ние)

CH₂Cl—CH₂Cl + 2KOH →в спирте → HC≡CH + 2KCl + Н₂O

Химические свойства алкинов

Для алкинов характерны реакции присоединения, замещения. Алкины полиме-ризуются, изомеризуются, вступают в реакции конденсации.

1. (гидрирование)

2. HC≡CH + Br₂ → CHBr=CHBr;

CHBr=CHBr + Br₂ → CHBr₂—CHBr₂ (присоединение галогенов, качественная реакция)

3. CH₃—С≡CH + HBr → CH₃—CBr=CH₂;

CH₃—CBr=CH₂ + HBr → CH₃—CBr₂—CHg (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)

4. (гидратация алинов, реация Кучерова)

5.(присоединение спиртов)

6.(присоединение карбоновых ислот)

7. CH≡CH + 2Ag₂O →NH₃→ AgC≡CAg↓ + H₂O (образование ацетиленидов, качественная реакция на концевую тройную связь)

8. CH≡CH + [О] →КMnO₄→ HOOC—COOH → HCOOH + CO₂ (окисление)

9. CH≡CH + CH≡CH → CH₂=CH—С≡CH (катализатор – CuCl и NH₄Cl, димеризация)

10. 3HC≡CH →C, 600 °C→ С₆Н₆ (бензол) (циклоолигомеризация, реакция Зелинского)

5. Диеновые углеводороды

Алкадиены (диены) – непредельные углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи. Общая формула алкадиенов С_nН_2n_₂. Свойства алкадиенов в значительной степени зависят от взаимного расположения двойных связей в их молекулах.

Способы получения диенов

1. (метод СВ. Лебедева)

2. (дегидратация)

3. (дегидрирование)

Химические свойства диенов

Для сопряженных диенов характерны реакции присоединения. Сопряженные диены способны присоединять не только по двойным связям (к C₁ и С₂, С₃ и С₄), но и к концевым (С₁ и С₄) атомам углерода с образованием двойной связи между С₂ и С₃.

6. Ароматические углеводороды

Арены, или ароматические углеводороды, – циклические соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов с замкнутой системой сопряженных связей, объединяемые понятием ароматичности, которая обуславливает общие признаки в строении и химических свойствах.