Viesti alkyynien käytöstä. Alkeenien käyttö teollisuudessa

MÄÄRITELMÄ

Alkeenit- tyydyttymättömät hiilivedyt, joiden molekyylit sisältävät yhden kaksoissidoksen; Alkeenien nimet sisältävät jälkiliitteen –eeni tai –yleeni.

Alkeenien homologisen sarjan yleinen kaava (taulukko 2) on C n H 2n

Taulukko 2. Homologiset alkeenisarjat.

Alkeeneista muodostuneet hiilivetyradikaalit: -CH = CH2-vinyyli ja -CH2-CH = CH2-allyyli.

Alkeeneille, alkaen buteenista, on tunnusomaista hiilirungon isomeria:

CH2-C(CH3)-CH3(2-metyylipropeeni-1)

ja kaksoissidoksen asemat:

CH2 = CH-CH2-CH3 (buteeni-1)

CH3-C = CH-CH3 (buteeni-2)

Alkeeneille, alkaen buteeni-2:sta, on tunnusomaista geometrinen (cis-trans) isomeria (kuva 1).

Riisi. 1. Buteeni-2:n geometriset isomeerit.

Alkeeneille, alkaen propeenista, on ominaista luokkien välinen isomeria sykloalkaanien kanssa. Siten C4H8:n koostumus vastaa alkeenien ja sykloalkaanien luokan aineita - buteeni-1(2) ja syklobutaania.

Alkeenimolekyylien hiiliatomit ovat sp 2 -hybridisaatiossa: 3σ-sidokset sijaitsevat samassa tasossa 120 asteen kulmassa toisiinsa nähden, ja π-sidoksen muodostavat viereisten hiiliatomien p-elektroni. Kaksoissidos on σ- ja π-sidosten yhdistelmä.

Alkeenien kemialliset ominaisuudet

Suurin osa alkeenien kemiallisista reaktioista tapahtuu elektrofiilisen additiomekanismin avulla:

- hydrohalogenointi - alkeenien vuorovaikutus vetyhalogenidien (HCl, HBr) kanssa Markovnikovin säännön mukaan (kun polaarisia molekyylejä, kuten HX, lisätään epäsymmetrisiin alkeeneihin, vety kiinnittyy hydratumpaan hiiliatomiin kaksoissidoksessa)

CH3-CH = CH2 + HCl = CH3-CHCl-CH3

- hydrataatio - alkeenien vuorovaikutus veden kanssa mineraalihappojen (rikki-, fosforihappo) läsnäollessa alkoholien muodostuessa Markovnikovin säännön mukaisesti

CH3-C(CH3) = CH2 + H20 = CH3-C(CH3)OH-CH3

- halogenointi - alkeenien vuorovaikutus halogeenien kanssa, esimerkiksi bromin kanssa, jolloin bromivesi värjäytyy

CH2 = CH2 + Br2 = BrCH2-CH2Br

Kun alkeenin ja halogeenin seos kuumennetaan 500 °C:seen, on mahdollista korvata alkeenin vetyatomi radikaalimekanismilla:

CH3-CH = CH2 + Cl2 = Cl-CH2-CH = CH2 + HCl

Alkeenien hydrausreaktio etenee radikaalimekanismin mukaisesti. Reaktion ehtona on katalyyttien (Ni, Pd, Pt) läsnäolo sekä reaktioseoksen kuumennus:

CH2 = CH2 + H2 = CH3-CH3

Alkeeneista voidaan hapettaa erilaisia ​​tuotteita, joiden koostumus riippuu hapetusreaktion olosuhteista. Näin ollen hapetuksen aikana miedoissa olosuhteissa (hapettava aine on kaliumpermanganaatti) π-sidos katkeaa ja muodostuu kaksiarvoisia alkoholeja:

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2O = 3CH 2 (OH)-CH 2 (OH) + 2 MnO 2 + 2KOH

Alkeenien voimakkaan hapettumisen aikana kiehuvalla kaliumpermanganaattiliuoksella happamassa ympäristössä sidoksen (σ-sidos) täydellinen pilkkoutuminen tapahtuu ketonien, karboksyylihappojen tai hiilidioksidin muodostumisen myötä:

Eteenin hapetus hapella 200 C:ssa CuCl 2:n ja PdCl 2:n läsnä ollessa johtaa asetaldehydin muodostumiseen:

CH2 = CH2 +1/202 = CH3-CH = O

Alkeenit käyvät läpi polymerointireaktioita. Polymerointi on prosessi, jossa muodostetaan suurimolekyylinen yhdiste - polymeeri - yhdistämällä toisiinsa käyttämällä alkuperäisen pienimolekyylisen aineen - monomeerin - molekyylien päävalensseja. Polymeroituminen voi johtua kuumuudesta, ultrakorkeasta paineesta, säteilystä, vapaista radikaaleista tai katalyyteistä. Siten eteenin polymeroituminen tapahtuu happojen (kationinen mekanismi) tai radikaalien (radikaalimekanismi) vaikutuksesta:

n CH2 = CH2 = -(-CH2-CH2-) n -

Alkeenien fysikaaliset ominaisuudet

Normaaleissa olosuhteissa C2-C4 ovat kaasuja, C5-C17 ovat nesteitä ja alkaen C18 ovat kiinteitä aineita. Alkeenit eivät liukene veteen, mutta liukenevat hyvin orgaanisiin liuottimiin.

Alkeenien valmistus

Tärkeimmät menetelmät alkeenien saamiseksi:

— halogenoitujen alkaanien dehydrohalogenointi alkalipitoisten liuosten vaikutuksesta

CH3-CH2-CHBr-CH3 + KOH = CH3-CH = CH-CH3 + KBr + H20

— dihalogenoitujen alkaanien dehalogenointi aktiivisten metallien vaikutuksesta

CH3-CHCl-CHCl-CH3 + Zn = ZnCl2 + CH3-CH = CH-CH3

— alkoholien dehydraatio, kun niitä kuumennetaan rikkihapolla (t >150 C) tai alkoholihöyry johdetaan katalyytin yli

CH3-CH(OH)-CH3 = CH3-CH = CH2 + H20

— alkaanien dehydraus kuumentamalla (500C) katalyytin (Ni, Pt, Pd) läsnä ollessa

CH3-CH2-CH3 = CH3-CH = CH2 + H2

Alkeeneja käytetään lähtöaineina polymeerimateriaalien (muovit, kumit, kalvot) ja muiden orgaanisten aineiden tuotannossa.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

ESIMERKKI 2

Ne palavat.

1. Palaminen ilmassa

2. Hapetus permanganaatin vesiliuoksella (Wagner-reaktio)

Neutraalissa ympäristössä saadaan ruskeaa mangaani (IV) oksidia ja kaksi OH-ryhmää lisätään orgaanisen aineen kaksoissidokseen:

Vasemmalla on alkeeni, jossa on kaliumpermanganaattia, oikealla on alkaani. Orgaaninen kerros (yläosa) ei sekoitu vesikerroksen (alhaalla) kanssa. Oikealla permanganaatin väri ei ole muuttunut. Riisi. 1.

Riisi. 1. Wagnerin reaktio

3. Hapetus happamalla permanganaattiliuoksella

Happamassa ympäristössä liuos värjäytyy: Mn +7 pelkistyy Mn +2:ksi. Happamaksi tehdyn kaliumpermanganaattiliuoksen värjäytyminen on kvalitatiivinen reaktio tyydyttymättömiin yhdisteisiin.

5CH2 =CH2 + 12KMnO4 + 18H2SO4 = 12MnS04 + 10CO2 + 6K2S04 + 28H20.

Hapetustuotteiden riippuvuus alkeenin rakenteesta:

Radikaalisubstituutio alkeeneissa

Propeeni ja kloori korkeissa lämpötiloissa: 400-500 o C (radikaalireaktiolle suotuisat olosuhteet) eivät anna lisäys-, vaan substituutiotuotteen.

Teollisuudessa Alkeeneja valmistetaan krakkaamalla tai dehydraamalla maaöljyalkaaneja.

Laboratoriomenetelmät alkeenien valmistus perustuu eliminaatioreaktioihin.

1. Dehalogenointi

Dihaloalkaanien, joiden molekyyleissä halogeeniatomit sijaitsevat vierekkäisissä hiiliatomeissa, reaktio magnesiumin tai sinkin kanssa johtaa kaksoissidoksen muodostumiseen:

CH2Cl-CH2Cl + Zn → CH2 =CH2 + ZnCl2

2. Dehydrohalogenointi

Kun haloalkaanit reagoivat kuuman alkoholipitoisen alkaliliuoksen kanssa, halogeenivetymolekyyli hajoaa ja muodostuu alkeeni:

CH3-CH2-CHCl-CH3 + KOH-alkoholi. CH3-CH=CH-CH3 + KCl + H20

3. Kuivuminen

Alkoholien kuumentaminen väkevällä rikki- tai fosforihapolla johtaa veden poistamiseen ja alkeenin muodostumiseen.

Epäsymmetristen halogeenialkaanien ja alkoholien eliminaatioreaktiot etenevät usein tämän mukaisesti Zaitsevin sääntö: Vetyatomi on mieluiten irrotettu C-atomista, joka on sitoutunut pienimpään määrään H-atomeja.

Zaitsevin sääntö, kuten Markovnikovin sääntö, voidaan selittää vertaamalla reaktiossa muodostuvien välihiukkasten stabiilisuutta.

Eteeni, propeeni ja buteenit ovat petrokemiallisen synteesin lähtöaineita ensisijaisesti muovien valmistuksessa.

Kun klooria lisätään alkeeneihin, saadaan kloorijohdannaisia.

CH2=CH-CH3+Cl 2 → CH 2 Cl- CHCl- CH 3 (1,2-diklooripropaani)

Mutta vuonna 1884 venäläinen tiedemies M.D. Lvov. (Kuva 2) suoritti propeenin kloorausreaktion ankarammissa olosuhteissa, t = 400 0 C. Tuloksena ei ollut kloorin lisäyksen, vaan substituution tuote.

CH2=CH-CH3+Cl 2 CH2 = CH-CH2Cl + HCl

Riisi. 2. Venäläinen tiedemies M.D. Lviv

Samojen aineiden vuorovaikutus eri olosuhteissa johtaa erilaisiin tuloksiin. Tätä reaktiota käytetään laajasti glyserolin valmistukseen. Joskus eteeniä käytetään vihanneskaupoissa nopeuttamaan hedelmien kypsymistä.

Yhteenveto oppitunnista

Tällä oppitunnilla käsititte aihetta "Alkeenit. Kemialliset ominaisuudet - 2. Alkeenien valmistus ja käyttö. Oppitunnin aikana sait syventää tietojasi alkeeneista, oppia alkeenien kemiallisista ominaisuuksista sekä alkeenien valmistuksen ja käytön ominaisuuksista.

Viitteet

1. Rudzitis G.E. Kemia. Yleisen kemian perusteet. 10. luokka: oppikirja yleissivistävälle oppilaitokselle: perustaso / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. painos. - M.: Koulutus, 2012.

2. Kemia. 10. luokka. Profiilitaso: akateeminen. yleissivistävää koulutusta varten laitokset/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et ai. - M.: Bustard, 2008. - 463 s.

3. Kemia. 11. luokka. Profiilitaso: akateeminen. yleissivistävää koulutusta varten laitokset/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et ai. - M.: Bustard, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kokoelma kemian tehtäviä yliopistoon tuleville. - 4. painos - M.: RIA "New Wave": Kustantaja Umerenkov, 2012. - 278 s.

Kotitehtävät

1. nro 12, 13 (s. 39) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kemia: Orgaaninen kemia. 10. luokka: oppikirja yleissivistävälle oppilaitokselle: perustaso / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. painos. - M.: Koulutus, 2012.

2. Mikä reaktio on kvalitatiivinen eteenille ja sen homologeille?

3. Voiko propeenin kloorauksen aikana tapahtua substituutiota lisäyksen sijaan? Mihin tämä liittyy?

Alkeenien merkitys ihmisen elämässä Suorittanut 10. luokan oppilas Inna Chesnokova Tarkastettu kemian opettaja Svetlana Alekseevna Domracheva

O Yksi tärkeimmistä tyydyttymättömien hiilivetyjen luokista, alkeeneja käytetään useilla talouden aloilla. Alkeeneja käytetään laajasti teollisuudessa raaka-aineina materiaalien ja aineiden valmistukseen.

Eteeni Muovien valmistus - astioiden, putkien, kalvojen (propeenin ja buteenien) valmistus; Etanolin saaminen - orgaanisessa synteesissä käytettävä liuotin; Etyleeniglykolin - pakkasnesteen - tuotanto alentaa jäätymispistettä; Eteeniä käytetään lisäämään vihannesten satoa kasvihuoneissa; Alkeeneja käytetään synteettisen kumin (isobutyleeni) valmistuksessa; Etikkahapon tuotanto.

Eteenin käyttö: Etyleeniglykoli Eteeniä ja sen homologeja hapettaa helposti esimerkiksi kaliumpermanganaatti. Tässä tapauksessa muodostui etyleeniglykolia - viskoosia nestettä, joka muistuttaa glyseriiniä, jota käytetään pakkasnesteen, synteettisen lavsaanikuidun ja räjähteiden valmistuksessa. Etyleeniglykoli on erittäin myrkyllistä.

O Eteeniä käytetään myös eteenin sovelluksessa: ETREL kasvien kasvun säätelijänä. Tutkijat ovat havainneet, että kasveissa eteeni muodostuu aminohaposta metioniini. Tämä havainto johti ajatukseen aineen syntetisoimisesta, joka kasveen joutuessaan hajoaisi eteeniksi. Neuvostoliiton tutkijat M. I. ja P. A. Rossiyskaya syntetisoivat tällaisen aineen vuonna 1946, ja se sai nimen "etrel". Ethrel (Ethephon) tunkeutuu helposti kasveihin ja hajoaa muodostaen eteeniä.

Eteenin sotilaallinen merkitys Eteeniä ja sen johdannaisia ​​käytetään laajalti sotilasasioissa. Eteeniä käytetään sinappikaasun, myrkyllisen aineen, jolla on rakkuloita ja yleinen myrkyllinen vaikutus, synteesiin: Saksa käytti sinappikaasua ensimmäisen kerran myrkyllisenä aineena vuonna 1917 lähellä belgialaista Ypresin kaupunkia (tämä nimi) etenevää anglo-ranskaa vastaan. joukot.

Eteenin hapettuminen Etyleeni hapettuu osittain myös ilman hapessa (palaa): 2 CH 2 = CH 2 + O 2 => 2 CH 2 - CH 2 Etyleenioksidia käytetään erilaisten orgaanisten aineiden synteesiin, asetaldehydin tuotantoon, lakkojen, muovien ja kosmetiikan tuotanto , Ja. jne.

Etyleeni Reagoimalla vetyhalogenidien kanssa saadaan etyylikloridia, jota käytetään paikalliseen astenesiaan: H 2 C = CH 2 + HBr => CH 3 - CH 2 Br Etyleeni lisää vettä ja saadaan etyylialkoholia: H 2 C = CH 2 + H20 => CH3-CH2-OH

Eteenin polymerointi Polymerointi. Korotetussa lämpötilassa, paineessa ja katalyyttien läsnä ollessa eteenimolekyylit yhdistyvät toistensa kanssa kaksoissidoksen katkeamisen seurauksena ja muodostavat suuria molekyylejä: n. CH 2 = CH 2=>(- CH 2 -)n Tämän seurauksena muodostuu polyeteeniä, josta valmistetaan monia erilaisia ​​muoveja, korkeaoktaanista polttoainetta, synteettistä kumia jne. jne.

MÄÄRITELMÄ

Alkeenit kutsutaan tyydyttymättömiksi hiilivedyiksi, joiden molekyylit sisältävät yhden kaksoissidoksen. Alkeenimolekyylin rakenne käyttämällä eteeniä esimerkkinä on esitetty kuvassa. 1.

Riisi. 1. Eteenimolekyylin rakenne.

Fysikaalisten ominaisuuksien suhteen alkeenit eroavat vähän alkaaneista, joilla on sama määrä hiiliatomeja molekyylissä. Alemmat homologit C 2 - C 4 ovat normaaleissa olosuhteissa kaasuja; C5-C17- nesteet; korkeammat homologit ovat kiinteitä aineita. Alkeenit ovat veteen liukenemattomia. Liukenee hyvin orgaanisiin liuottimiin.

Alkeenien valmistus

Teollisuudessa alkeeneja saadaan öljynjalostuksessa: alkaanien krakkauksessa ja dehydrauksessa. Jaoimme alkeenien saamiseksi laboratoriomenetelmät kahteen ryhmään:

• Eliminaatioreaktiot

– alkoholien kuivuminen

CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H20 (H2S04 (kons.), t 0 = 170).

— monohalogeenialkaanien dehydrohalogenointi

CH3-CH(Br)-CH2-CH3 + NaOH-alkoholi → CH3-CH=CH-CH3 + NaBr + H20 (t 0).

— dihalogeenialkaanien dehalogenointi

CH3-CH(Cl)-CH(Cl)-CH2-CH3 + Zn(Mg) → CH3-CH=CH-CH2-CH3 + ZnCl2 (MgCl2).

• Alkyynien epätäydellinen hydraus

CH=CH+H2 →CH2=CH2 (Pd, t 0).

Alkeenien kemialliset ominaisuudet

Alkeenit ovat erittäin reaktiivisia orgaanisia yhdisteitä. Tämä selittyy niiden rakenteella. Alkeenien kemia on kaksoissidosten kemiaa. Tyypillisiä alkeenireaktioita ovat elektrofiiliset additioreaktiot.

Alkeenien kemialliset muutokset etenevät halkeamalla:

1) C-C π -sidokset (lisäys, polymerointi ja hapetus)

-hydraus

CH3-CH=CH2 + H2 → CH3-CH2-CH2 (kat = Pt).

- halogenointi

CH3-CH2-CH=CH2 + Br2 → CH3-CH2-CH(Br)-CH2Br.

- hydrohalogenointi (etenee Markovnikovin säännön mukaan: vetyatomi kiinnittyy ensisijaisesti hydratumpaan hiiliatomiin)

CH3-CH=CH2 + H-Cl → CH3-CH(Cl)-CH3.

- nesteytys

CH2 =CH2 + H-OH → CH3-CH2-OH (H+, t 0).

-polymerointi

nCH2 =CH2 → -[-CH2-CH2-]-n (kat, t 0).

- hapettuminen

CH2 =CH2 + 2KMn04 + 2KOH → HO-CH2-CH2-OH + 2K2Mn04;

2CH2 =CH2 + O2 → 2C2OH4 (epoksidi) (kat = Ag,t 0);

2CH2 =CH2 + O2 → 2CH3-C(O)H (kat = PdCl2, CuCl).

2) σ- ja π-C-C-sidokset

CH3-CH=CH-CH2-CH3 + 4[O] → CH3COOH + CH3CH2COOH (KMn04, H+, t 0).

3) sitoo C sp 3 -H:ta (allyyliasemassa)

CH2 =CH2 + Cl2 → CH2 =CH-CI + HCl (to = 400).

4) Kaikkien siteiden katkaiseminen

C2H4 + 2O2 → 2CO2 + 2H20;

C n H 2n + 3n/2 O 2 → nCO 2 + nH 2 O.

Alkeenien sovellukset

Alkeenit ovat löytäneet käyttöä kansantalouden eri sektoreilla. Katsotaanpa esimerkkiä yksittäisistä edustajista.

Eteeniä käytetään laajasti teollisessa orgaanisessa synteesissä erilaisten orgaanisten yhdisteiden, kuten halogeenijohdannaisten, alkoholien (etanoli, etyleeniglykoli), asetaldehydin, etikkahapon jne. valmistukseen. Eteeniä kulutetaan suuria määriä polymeerien valmistukseen.

Propeenia käytetään raaka-aineena joidenkin alkoholien (esim. 2-propanolin, glyseriinin), asetonin jne. valmistuksessa. Polypropeenia valmistetaan polymeroimalla propeenia.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

ESIMERKKI 2

Alkeenit- tyydyttymättömät hiilivedyt, jotka sisältävät yhden kaksoissidoksen. Esimerkkejä alkeeneista:

Menetelmät alkeenien saamiseksi.

1. Alkaanien krakkaus 400-700 °C:ssa. Reaktio tapahtuu vapaiden radikaalien mekanismin kautta:

2. Alkaanien dehydraus:

3. Eliminaatioreaktio (eliminaatio): Viereisistä hiiliatomeista eliminoituu 2 atomia tai 2 atomiryhmää ja muodostuu kaksoissidos. Tällaisia ​​reaktioita ovat mm.

A) Alkoholien dehydratointi (kuumennus yli 150 °C, rikkihapon kanssa vettä poistavana reagenssina):

B) Vetyhalogenidien eliminointi, kun ne altistetaan alkoholipitoiselle alkaliliuokselle:

Vetyatomi erottuu ensisijaisesti hiiliatomista, joka on sitoutunut harvempiin vetyatomeihin (vähiten hydrattu atomi) - Zaitsevin sääntö.

B) Dehalogenointi:

Alkeenien kemialliset ominaisuudet.

Alkeenien ominaisuudet määräytyvät moninkertaisen sidoksen läsnäolon perusteella, joten alkeenit joutuvat elektrofiilisiin additioreaktioihin, jotka tapahtuvat useissa vaiheissa (H-X - reagenssi):

1. vaihe:

2. vaihe:

.

Tämäntyyppisessä reaktiossa vetyioni kuuluu hiiliatomiin, jolla on negatiivisempi varaus. Tiheysjakauma on:

Jos substituentti on donori, mikä ilmentää +I-ilmiötä, niin elektronitiheys siirtyy kohti eniten hydrattua hiiliatomia muodostaen siihen osittain negatiivisen varauksen. Reaktiot menevät sen mukaan Markovnikovin sääntö: liitettäessä polaarisia molekyylejä, kuten NH (HCl, HCN, HOH jne.) epäsymmetrisiin alkeeneihin vety kiinnittyy ensisijaisesti hydratumpaan hiiliatomiin kaksoissidoksessa.

A) Lisäysreaktiot:
1) Hydrohalogenointi:

Reaktio noudattaa Markovnikovin sääntöä. Mutta jos reaktiossa on peroksidia, sääntöä ei oteta huomioon:

2) Nesteytys. Reaktio noudattaa Markovnikovin sääntöä fosfori- tai rikkihapon läsnä ollessa:

3) Halogenointi. Tämän seurauksena bromivesi värjäytyy - tämä on kvalitatiivinen reaktio moninkertaiseen sidokseen:

4) Hydraus. Reaktio tapahtuu katalyyttien läsnä ollessa.