آلکن ها وارد واکنش های مختلفی می شوند که در آن ترکیباتی از طبقات دیگر تشکیل می شوند. بنابراین، آلکن ها واسطه های مهم در سنتز آلی هستند. در سنتز بسیاری از انواع مواد، ابتدا یک آلکن بدست آوریم و سپس آن را به ترکیب مورد نظر تبدیل کنیم.

تمام واکنش های آلکن ها را می توان به دو گروه تقسیم کرد. یکی از آنها توسط واکنش های افزودن الکتروفیلی که در دو مرحله رخ می دهد، تشکیل می شود، دیگری توسط تمام واکنش های دیگر تشکیل می شود. در زیر با گروه دوم واکنش ها شروع می کنیم.

هیدروژناسیون

آلکن ها با گاز هیدروژن در حضور کاتالیزورها (معمولاً فلزات نجیب) واکنش می دهند. دو اتم هیدروژن در پیوند دوگانه آلکن متصل شده و یک آلکان تشکیل می شود. این واکنش به تفصیل در فصل مورد بحث قرار گرفت. 3. در اینجا دو مثال دیگر وجود دارد:

ازونولیز

این واکنش غیرعادی است زیرا پیوند دوگانه کربن و کربن را به طور کامل می شکند و اسکلت کربنی مولکول را به دو قسمت تقسیم می کند. آلکن با ازن و سپس با گرد و غبار روی تصفیه می شود. در نتیجه، مولکول آلکن در پیوند دوگانه شکافته می شود و دو مولکول آلدهید و (یا) کتون تشکیل می شود. ترکیبات غیر حلقوی با دو گروه آلدهیدی (یا کتون) از سیکلوآلکن ها تشکیل می شوند:

برای مثال:

توجه داشته باشید که در دو مثال آخر، باز شدن حلقه سیکلوآلکن یک مولکول غیر حلقوی تولید می کند، نه دو مولکول مانند آلکن های غیر حلقوی.

واکنش ازنولیز هم برای سنتز آلدهیدها و کتون ها و هم برای تعیین ساختار آلکن ها استفاده می شود. برای مثال، اجازه دهید ازونولیز یک آلکن ناشناخته مخلوطی از دو آلدئید تولید کند:

در این مورد، ساختار آلکن را می توان به صورت منطقی به صورت زیر تعیین کرد. اتم‌های کربنی که در مولکول‌های آلدئیدها با پیوندهای دوگانه با اتم‌های اکسیژن متصل شده‌اند، در مولکول آلکن اولیه بودند که با پیوند دوگانه به یکدیگر متصل شده‌اند:

مثالی دیگر:

ساختار آلکن باید حلقوی باشد، زیرا باید دو انتهای یک مولکول را به هم وصل کنیم:

اکسیداسیون

محلول آبی رقیق پرمنگنات پتاسیم آلکن ها را به دیول ها (گلیکول ها) تبدیل می کند. در نتیجه این واکنش، دو گروه هیدروکسیل به یک طرف پیوند دوگانه (سیس یا سینو افزودن) متصل می شوند.

بنابراین سیس دیول ها از سیکلوآلکن ها تشکیل می شوند. به طور کلی، معادله واکنش به صورت زیر است:

برای مثال:

سنتز دیول ها در یک محیط ضعیف قلیایی و شرایط خفیف(دمای پایین و محلول رقیق پرمنگنات پتاسیم). در شرایط شدیدتر (کاتالیز اسید، گرمایش)، مولکول در پیوند دوگانه شکافته می شود و اسیدهای کربوکسیلیک تشکیل می شوند.

واکنش با پرمنگنات پتاسیم نه تنها برای به دست آوردن دیول ها استفاده می شود، بلکه به عنوان یک آزمایش ساده عمل می کند که به شما امکان می دهد به راحتی آلکن ها را تعیین کنید. محلول پرمنگنات دارای رنگ بنفش شدید است. اگر نمونه آزمایشی حاوی آلکن باشد، هنگامی که چند قطره محلول پرمنگنات به آن اضافه می شود، رنگ بنفش دومی بلافاصله قهوه ای می شود. تغییر رنگ یکسان فقط توسط آلکین ها و آلدئیدها ایجاد می شود. ترکیبات بیشتر طبقات دیگر تحت این شرایط واکنش نشان نمی دهند. روشی که در بالا توضیح داده شد، تست بایر نامیده می شود. نسبت ترکیبات طبقات مختلف به تست بایر در زیر نشان داده شده است: تست مثبت (رنگ بنفش ناپدید می شود)، تست منفی (رنگ بنفش باقی می ماند).

هالوژناسیون آلیل

اگر آلکن ها در معرض هالوژناسیون رادیکال های آزاد قرار گیرند، اتم های هیدروژن در اتم کربن مجاور پیوند دوگانه به راحتی با هالوژن جایگزین می شوند. این موقعیت در مولکول آلکن آلیل نامیده می شود:

معرف مخصوص آلیل برومیناسیون α-بروموسوکسینیمید است.

که کار کردن با آن در آزمایشگاه راحت است، در حالی که برم مولکولی مایعی فرار، بسیار سمی و خطرناک است.هنگامی که گرم می شود (گاهی اوقات کاتالیز پراکسید ضروری است)، N-bromosuccinimide به منبع اتم های برم تبدیل می شود.

هالوژناسیون به موقعیت آلیل می رود، زیرا رادیکال آلیل که در حد وسط تشکیل می شود پایدارتر از هر رادیکال آزاد دیگری است که می توان از مولکول آلکن به دست آورد. بنابراین، این رادیکال است که راحت تر از دیگران شکل می گیرد. افزایش پایداری رادیکال آلیل با تثبیت رزونانس آن توضیح داده می شود که در نتیجه الکترون جفت نشده روی دو اتم کربن جابجا می شود. مکانیسم کلرزنی آلیل در زیر نشان داده شده است:

آلکن ها توسط ازن برای تشکیل آلدئیدها و کتون ها شکافته می شوند که امکان ایجاد ساختار آلکن ها را فراهم می کند. آلکن ها تحت هیدروژناسیون برای تشکیل آلکان و اکسیداسیون برای تشکیل دیول ها قرار می گیرند. علاوه بر این واکنش های پیوند دوگانه، آلکن ها با هالوژناسیون انتخابی در موقعیت مجاور پیوند دوگانه مشخص می شوند. خود پیوند دوگانه تحت تأثیر قرار نمی گیرد.

افزودن الکتروفیل به آلکن ها

واکنش‌های افزودن الکتروفیلی که از نظر ماهیت گروه‌های اضافه شده به پیوند دوگانه با یکدیگر متفاوت هستند، مکانیسم دو مرحله‌ای یکسانی دارند. در مرحله اول، یک ذره الکتروفیل (دارای تمایل به الکترون) (به عنوان مثال، یک کاتیون) توسط ابر الکترون جذب می شود و از طریق یک پیوند دوگانه به هم می پیوندد.

خواص فیزیکی آلکن‌ها مشابه آلکان‌ها است، اگرچه همه آنها دارای نقطه ذوب و جوش کمی کمتر از آلکان‌های مربوطه هستند. به عنوان مثال، پنتان دارای نقطه جوش 36 درجه سانتیگراد است، در حالی که پنتن-1 دارای نقطه جوش 30 درجه سانتیگراد است. در شرایط عادی، آلکن های C 2 - C 4 گاز هستند. C 5 - C 15 - مایعات، شروع با C 16 - جامدات. آلکن ها در آب نامحلول و در حلال های آلی محلول هستند.

آلکن ها در طبیعت کمیاب هستند. از آنجایی که آلکن ها مواد اولیه با ارزشی برای سنتز آلی صنعتی هستند، روش های زیادی برای تولید آنها ایجاد شده است.

1. منبع صنعتی اصلی آلکن ها، ترک خوردن آلکان هایی است که نفت را تشکیل می دهند:

3. در شرایط آزمایشگاهی، آلکن ها با واکنش های برش (حذف) به دست می آیند که در آن دو اتم یا دو گروه اتم از اتم های کربن همسایه جدا شده و یک پیوند p اضافی تشکیل می شود. این واکنش ها شامل موارد زیر است.

1) کم آبی الکل ها زمانی اتفاق می افتد که با مواد حذف کننده آب گرم شوند، به عنوان مثال، با اسید سولفوریک در دمای بالاتر از 150 درجه سانتیگراد:

هنگامی که H 2 O از الکل ها، HBr و HCl از آلکیل هالیدها جدا می شود، یک اتم هیدروژن عمدتاً از اتم های کربن همسایه جدا می شود که با کمترین تعداد اتم های هیدروژن (از کمترین اتم کربن هیدروژنه) مرتبط است. این الگو را قانون زایتسف می نامند.

3) هالوژن زدایی زمانی اتفاق می افتد که دی هالیدهای دارای اتم هالوژن در اتم های کربن همسایه با فلزات فعال گرم شوند:

CH 2 Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 \u003d CH-CH 3 + Mg Br 2.

خواص شیمیایی آلکن ها با وجود پیوند دوگانه در مولکول های آنها تعیین می شود. چگالی الکترونی پیوند p کاملا متحرک است و به راحتی با ذرات الکتروفیل واکنش می دهد. بنابراین، بسیاری از واکنش های آلکن ها بر اساس مکانیسم انجام می شود افزودن الکتروفیلیک، با نماد A E (از انگلیسی، علاوه بر الکتروفیلیک) نشان داده می شود. واکنش‌های افزودن الکتروفیلیک فرآیندهای یونی هستند که در چند مرحله رخ می‌دهند.

در مرحله اول، ذره الکتروفیل (اغلب پروتون H + است) با الکترون‌های p پیوند دوگانه برهم‌کنش می‌کند و یک کمپلکس p را تشکیل می‌دهد که سپس با تشکیل یک پیوند s کووالانسی بین ذره الکتروفیل و یکی از اتم های کربن:

آلکن پی کمپلکس کربوکاتیون

در مرحله دوم، کربوکاتیون با آنیون X - واکنش می دهد و به دلیل جفت الکترونی آنیون، دومین پیوند s را تشکیل می دهد:

یون هیدروژن در واکنش های افزودن الکتروفیل به اتم کربن در پیوند دوگانه می چسبد که بار منفی بیشتری دارد. توزیع بار توسط جابجایی چگالی الکترون p تحت تأثیر جانشین ها تعیین می شود: .

جایگزین‌های دهنده الکترون که اثر +I را نشان می‌دهند، چگالی الکترون p را به یک اتم کربن هیدروژنه‌تر منتقل می‌کنند و یک بار منفی جزئی روی آن ایجاد می‌کنند. این توضیح می دهد قانون مارکوفنیکف: وقتی مولکول های قطبی مانند HX (X = Hal، OH، CN، و غیره) به آلکن های نامتقارن متصل می شوند، هیدروژن ترجیحاً به اتم کربن هیدروژنه تر در پیوند دوگانه متصل می شود.

نمونه های خاصی از واکنش های جمع را در نظر بگیرید.

1) هیدرو هالوژناسیون. هنگامی که آلکن ها با هالیدهای هیدروژن (HCl، HBr) برهم کنش می کنند، آلکیل هالیدها تشکیل می شوند:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr ® CH 3 -CHBr-CH 3.

محصولات واکنش توسط قانون مارکوفنیکف تعیین می شود.

با این حال، باید تأکید کرد که در حضور هر گونه پراکسید آلی، مولکول های HX قطبی با آلکن ها مطابق قانون مارکوفنیکوف واکنش نمی دهند:

	R-O-O-R
CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr		CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

این به دلیل این واقعیت است که حضور پراکسید باعث ایجاد مکانیسم واکنش رادیکالی به جای یک مکانیسم یونی می شود.

2) آبرسانی هنگامی که آلکن ها با آب در حضور اسیدهای معدنی (سولفوریک، فسفریک) برهم کنش می کنند، الکل ها تشکیل می شوند. اسیدهای معدنی به عنوان کاتالیزور عمل می کنند و منبع پروتون هستند. اضافه کردن آب نیز از قانون مارکوفنیکف پیروی می کند:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HOH ® CH 3 -CH (OH) -CH 3.

3) هالوژناسیون. آلکن ها آب برم را بی رنگ می کنند:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 ® BrCH 2 -CH 2 Br.

این واکنش برای یک پیوند دوگانه کیفی است.

4) هیدروژناسیون. افزودن هیدروژن تحت تأثیر کاتالیزورهای فلزی رخ می دهد:

جایی که R \u003d H، CH 3، Cl، C 6 H 5، و غیره. مولکول CH 2 \u003d CHR مونومر نامیده می شود ، ترکیب حاصل یک پلیمر است ، عدد n درجه پلیمریزاسیون است.

پلیمریزاسیون مشتقات مختلف آلکن محصولات صنعتی ارزشمندی را به دست می دهد: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید و غیره.

علاوه بر افزودن، آلکن ها با واکنش های اکسیداسیون نیز مشخص می شوند. با اکسیداسیون ملایم آلکن ها با محلول آبی پرمنگنات پتاسیم (واکنش واگنر)، الکل های دی هیدریک تشکیل می شوند:

ZSN 2 \u003d CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOCH 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

در نتیجه این واکنش، محلول بنفش پرمنگنات پتاسیم به سرعت بی رنگ می شود و یک رسوب قهوه ای اکسید منگنز (IV) رسوب می کند. این واکنش، مانند رنگ‌زدایی آب برم، برای پیوند دوگانه کیفی است. در طی اکسیداسیون سخت آلکن ها با محلول جوشان پرمنگنات پتاسیم در یک محیط اسیدی، با تشکیل کتون ها، اسیدهای کربوکسیلیک یا CO 2، جدا شدن کامل پیوند دوگانه رخ می دهد، به عنوان مثال:

	[O]
CH 3 -CH \u003d CH-CH 3		2CH 3 -COOH

محصولات اکسیداسیون را می توان برای تعیین موقعیت پیوند دوگانه در آلکن شروع استفاده کرد.

مانند تمام هیدروکربن های دیگر، آلکن ها می سوزند و با هوای فراوان، دی اکسید کربن و آب را تشکیل می دهند:

C n H 2 n + Zn / 2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

با دسترسی محدود به هوا، احتراق آلکن ها می تواند منجر به تشکیل مونوکسید کربن و آب شود:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O.

اگر آلکن را با اکسیژن مخلوط کنید و این مخلوط را روی یک کاتالیزور نقره ای که تا دمای 200 درجه سانتیگراد گرم شده است عبور دهید، آنگاه اکسید آلکن (اپوکسی آلکان) تشکیل می شود، به عنوان مثال:

در هر دمایی، آلکن ها توسط ازن اکسید می شوند (ازن عامل اکسید کننده قوی تری نسبت به اکسیژن است). اگر ازن گازی از محلول یک آلکن در تتراکلرید کربن در دمای کمتر از دمای اتاق عبور داده شود، واکنش افزودن رخ می دهد و ازونیدهای مربوطه (پراکسیدهای حلقوی) تشکیل می شوند. ازونیدها بسیار ناپایدار هستند و می توانند به راحتی منفجر شوند. بنابراین، آنها معمولاً جدا نمی شوند، اما بلافاصله پس از آماده سازی با آب تجزیه می شوند - در این حالت، ترکیبات کربونیل (آلدئیدها یا کتون ها) تشکیل می شوند که ساختار آن نشان دهنده ساختار آلکن در معرض ازن است.

آلکن های پایین مواد اولیه مهم برای سنتز آلی صنعتی هستند. از اتیلن، اتیل الکل، پلی اتیلن، پلی استایرن به دست می آید. پروپن برای سنتز پلی پروپیلن، فنل، استون، گلیسیرین استفاده می شود.

فرمول کلی آلکن ها: C n H 2n(n 2)

اولین نمایندگان سری همولوگ آلکن ها:

فرمول آلکن ها را می توان از فرمول های مربوط به آلکان ها (هیدروکربن های اشباع) تهیه کرد. نام آلکن ها با جایگزینی پسوند -an از آلکان مربوطه با -ene یا -ylene تشکیل می شود: بوتان - بوتیلن، پنتان - پنتن و غیره. تعداد اتم کربن با پیوند دوگانه با یک عدد عربی بعد از نام نشان داده می شود.

اتم های کربنی که در تشکیل یک پیوند دوگانه نقش دارند در حالت هیبریداسیون sp قرار دارند. سه پیوند که توسط اوربیتال های هیبریدی تشکیل شده و در یک صفحه با زاویه 120 درجه نسبت به یکدیگر قرار دارند. یک پیوند اضافی با همپوشانی جانبی اوربیتال‌های p غیر هیبریدی تشکیل می‌شود:

طول پیوند دوگانه C=C (0.133 نانومتر) کمتر از طول پیوند منفرد (0.154 نانومتر) است. انرژی یک پیوند دوگانه کمتر از دو برابر انرژی یک پیوند است، زیرا انرژی پیوند - کمتر از انرژی - پیوند است.

ایزومرهای آلکن

همه آلکن ها به جز اتیلن ایزومر دارند. آلکن ها با ایزومریسم اسکلت کربن، ایزومری موقعیت پیوند دوگانه، ایزومری بین طبقاتی و فضایی مشخص می شوند.

ایزومر بین طبقاتی پروپن (C3H6) سیکلوپروپان است. با شروع با بوتن (C4H8)، ایزومریسم در موقعیت پیوند دوگانه (بوتن-1 و بوتن-2)، ایزومریسم اسکلت کربنی (متیل پروپن یا ایزوبوتیلن)، و همچنین ایزومریسم فضایی (سیس-بوتن-2) ظاهر می شود. و ترانس بوتن-2). در ایزومرهای سیس، جانشین‌ها در یک طرف و در ایزومرهای ترانس در طرف‌های مخالف پیوند دوگانه قرار دارند.

خواص شیمیایی و فعالیت شیمیایی آلکن ها با وجود پیوند دوگانه در مولکول های آنها تعیین می شود. برای آلکن ها، واکنش های افزودن الکتروفیل مشخصه ترین هستند: هیدروهالوژناسیون، هیدراتاسیون، هالوژناسیون، هیدروژناسیون، پلیمریزاسیون.

واکنش کیفی به پیوند دوگانه - رنگ زدایی آب برم:

نمونه هایی از حل مسائل با موضوع "فرمول آلکن ها"

مثال 1

ورزش	ماده ای با ترکیب C 3 H 5 Cl چند ایزومر دارد که قادر به رنگ زدایی آب برم است؟ فرمول ساختاری این ایزومرها را بنویسید
راه حل	C 3 H 5 Cl یک مشتق تک کلرو از هیدروکربن C 3 H 6 است. این فرمول مربوط به پروپن - یک هیدروکربن با یک پیوند دوگانه، یا سیکلوپروپان (یک هیدروکربن حلقوی) است. این ماده آب برم را بی رنگ می کند، به این معنی که دارای پیوند دوگانه است. سه اتم کربن فقط می توانند ساختار زیر را تشکیل دهند: زیرا ایزومری اسکلت کربن و موقعیت پیوند دوگانه با چنین تعداد اتم کربن امکان پذیر نیست. ایزومری ساختاری در این مولکول تنها با تغییر موقعیت اتم کلر نسبت به پیوند دوگانه امکان پذیر است: برای 1-کلروپروپن، ایزومریسم سیس ترانس امکان پذیر است:
پاسخ	شرط مسئله توسط 4 ایزومر برآورده می شود

مثال 2

ورزش	مخلوطی از هیدروکربن های ایزومر (گازهای با چگالی هیدروژن 21) با حجم 11.2 لیتر (N.O.) با آب برم واکنش داد. در نتیجه، 40.4 گرم از مشتق دیبروم مربوطه به دست آمد. ساختار این هیدروکربن ها چگونه است؟ محتوای حجمی آنها را در مخلوط (در درصد) تعیین کنید.
راه حل	فرمول کلی هیدروکربن ها C x H y است. جرم مولی هیدروکربن ها را محاسبه کنید: بنابراین فرمول هیدروکربن ها C 3 H 6 است. فقط دو ماده چنین فرمولی دارند - پروپن و سیکلوپروپان. فقط پروپن با آب برم واکنش می دهد: مقدار ماده مشتق دی برومو را محاسبه کنید: با توجه به معادله واکنش: n (پروپن) مول مقدار کل هیدروکربن های مخلوط عبارتند از:

تعریف

آلکن هاهیدروکربن های غیر اشباع نامیده می شوند که مولکول های آنها دارای یک پیوند دوگانه هستند. ساختار مولکول آلکن با استفاده از اتیلن به عنوان مثال در شکل نشان داده شده است. یکی

برنج. 1. ساختار مولکول اتیلن.

توسط مشخصات فیزیکیآلکن ها با آلکان هایی با تعداد اتم های کربن یکسان در مولکول تفاوت کمی دارند. همولوگ های پایین تر C 2 - C 4 در شرایط عادی گاز هستند. C 5 - C 17 - مایعات. همولوگ های بالاتر جامد هستند. آلکن ها در آب نامحلول هستند. بسیار محلول در حلال های آلی.

به دست آوردن آلکن

در صنعت، آلکن ها در طی پالایش نفت به دست می آیند: با کراکینگ و هیدروژن زدایی آلکان ها. روش های آزمایشگاهی برای به دست آوردن آلکن ها را به دو گروه تقسیم کردیم:

• واکنش های حذف (شکاف)

- کم آبی الکل ها

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (H 2 SO 4 (conc)، t 0 \u003d 170).

- هیدرو هالوژن زدایی مونو هالوآلکان ها

CH 3 -CH (Br) -CH 2 -CH 3 + الکل NaOH → CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + NaBr + H 2 O (t 0).

- هالوژن زدایی دی هالوآلکان ها

CH 3 -CH (Cl) -CH (Cl) -CH 2 -CH 3 + روی (Mg) → CH 3 -CH \u003d CH-CH 2 -CH 3 + ZnCl 2 (MgCl 2).

• هیدروژناسیون ناقص آلکین ها

CH≡CH + H 2 → CH 2 = CH 2 (Pd، t 0).

خواص شیمیایی آلکن ها

آلکن ها ترکیبات آلی بسیار واکنش پذیر هستند. این به دلیل ساختار آنها است. شیمی آلکن شیمی پیوند دوگانه است. واکنش‌های معمولی برای آلکن‌ها، واکنش‌های افزودن الکتروفیلی هستند.

تبدیل شیمیایی آلکن ها با شکافتن انجام می شود:

1) پی -اتصالات C-C(افزودن، پلیمریزاسیون و اکسیداسیون)

- هیدروژناسیون

CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 2 (kat \u003d Pt).

- هالوژناسیون

CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CH 2 -CH (Br) -CH 2 Br.

- هیدروهالوژناسیون (طبق قانون مارکوفنیکوف انجام می شود: اتم هیدروژن عمدتاً به اتم کربن هیدروژنه تر متصل می شود)

CH 3 -CH \u003d CH 2 + H-Cl → CH 3 -CH (Cl) -CH 3.

- هیدراتاسیون

CH 2 \u003d CH 2 + H-OH → CH 3 -CH 2 -OH (H +، t 0).

- بسپارش

nCH 2 \u003d CH 2 → -[-CH 2 -CH 2 -] - n (kat، t 0).

- اکسیداسیون

CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 2KOH → HO-CH 2 -CH 2 -OH + 2K 2 MnO 4.

2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 → 2C 2 OH 4 (اپاکسید) (kat \u003d Ag, t 0)؛

2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 → 2CH 3 -C (O) H (kat \u003d PdCl 2، CuCl).

2) پیوندهای σ- و π - С-С

CH 3 -CH \u003d CH-CH 2 -CH 3 + 4 [O] → CH 3 COOH + CH 3 CH 2 COOH (KMnO 4، H +، t 0).

3) پیوند با sp 3 -H (در موقعیت آلیل)

CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 \u003d CH-Cl + HCl (t 0 \u003d 400).

4) همه پیوندها را بشکنید

C 2 H 4 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O;

C n H 2n + 3n/2 O 2 → nCO 2 + nH 2 O.

کاربرد آلکن ها

آلکن ها در بخش های مختلف اقتصاد ملی کاربرد پیدا کرده اند. نمونه ای از نمایندگان فردی را در نظر بگیرید.

اتیلن به طور گسترده در سنتز آلی صنعتی برای تولید انواع مختلف استفاده می شود ترکیبات آلیمانند مشتقات هالوژن، الکل ها (اتانول، اتیلن گلیکول)، استالدهید، اسید استیک و غیره. اتیلن به مقدار زیادی برای تولید پلیمرها مصرف می شود.

پروپیلن به عنوان ماده اولیه برای تولید الکل های خاص (مثلاً پروپانول-2، گلیسیرین)، استون و غیره استفاده می شود. پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن به دست می آید.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	هیدرولیز با محلول آبی هیدروکسید سدیم NaOH دی کلرید حاصل از افزودن 6.72 لیتر کلر به هیدروکربن اتیلن، 22.8 گرم الکل دی هیدروکربن را تشکیل داد. اگر معلوم شود که واکنش ها با بازده کمی (بدون تلفات) پیش می روند، فرمول آلکن چیست؟
راه حل	معادله کلرزنی آلکن را به صورت کلی و همچنین واکنش بدست آوردن الکل دی هیدریک را می نویسیم: C n H 2 n + Cl 2 \u003d C n H 2 n Cl 2 (1); C n H 2 n Cl 2 + 2NaOH \u003d C n H 2 n (OH) 2 + 2HCl (2). مقدار ماده کلر را محاسبه کنید: n(Cl 2) \u003d V (Cl 2) / V m. n (Cl 2) \u003d 6.72 / 22.4 \u003d 0.3 mol، بنابراین، اتیلن دی کلراید نیز 0.3 مول خواهد بود (معادله 1)، الکل دی هیدریک نیز باید 0.3 مول باشد، و با توجه به شرط مسئله، این 22.8 گرم است، بنابراین جرم مولی آن برابر خواهد بود: M (C n H 2 n (OH) 2) \u003d m (Cn H 2 n (OH) 2) / n (Cn H 2 n (OH) 2). M (C n H 2 n (OH) 2) \u003d 22.8 / 0.3 \u003d 76 گرم در مول. جرم مولی آلکن را پیدا کنید: M (C n H 2 n) \u003d 76 - (2 × 17) \u003d 42 گرم در مول، که با فرمول C 3 H 6 مطابقت دارد.
پاسخ	فرمول آلکن C 3 H 6

مثال 2

ورزش	اگر معلوم شود که در حین هیدروژنه کردن کاتالیزوری همین مقدار آلکن، 6.72 لیتر هیدروژن اضافه شده است، چند گرم برای برومه کردن 16.8 گرم آلکن لازم است؟ ترکیب و ساختار احتمالی هیدروکربن اصلی چیست؟
راه حل	اجازه دهید معادلات برم زایی و هیدروژنه شدن آلکن را به صورت کلی بنویسیم: C n H 2 n + Br 2 = C n H 2 n Br 2 (1); C n H 2 n + H 2 = C n H 2 n + 2 (2). مقدار ماده هیدروژن را محاسبه کنید: n(H 2) \u003d V (H 2) / V m; n (H 2) \u003d 6.72 / 22.4 \u003d 0.3 مول، بنابراین، آلکن نیز 0.3 مول خواهد بود (معادله 2) و با توجه به شرط مسئله، 16.8 گرم است، بنابراین جرم مولی آن برابر است با: M(CnH2n) = m(CnH2n) / n(CnH2n)؛ M (C n H 2 n) \u003d 16.8 / 0.3 \u003d 56 گرم در مول، که با فرمول C 4 H 8 مطابقت دارد. طبق رابطه (1) n(Cn H 2 n) :n(Br 2) = 1:1، یعنی. n (Br 2) \u003d n (C n H 2 n) \u003d 0.3 مول. جرم برم را پیدا کنید: m(Br2) = n(Br2) × M(Br2); M (Br 2) \u003d 2 × Ar (Br) \u003d 2 × 80 \u003d 160 گرم در مول؛ m (MnO 2) \u003d 0.3 × 160 \u003d 48 گرم. اجازه دهید فرمول های ساختاری ایزومرها را بسازیم: بوتن-1 (1)، بوتن-2 (2)، 2- متیل پروپن (3)، سیکلوبوتان (4). CH 2 = CH-CH 2 -CH 3 (1); CH 3 -CH = CH-CH 3 (2); CH2 =C(CH3)-CH3 (3);
پاسخ	جرم برم 48 گرم است

تعریف

آلکن ها- هیدروکربن های غیر اشباع که مولکول های آنها حاوی یک پیوند دوگانه هستند. آلکن ها پسوند -ene یا -ylene دارند.

فرمول کلی سری همولوگ آلکن ها (جدول 2) C n H 2n است

جدول 2. سری همولوگ آلکن ها.

رادیکال های هیدروکربنی که از آلکن ها تشکیل شده اند: -CH \u003d CH 2 - وینیل و -CH 2 -CH \u003d CH 2 - آلیل.

برای آلکن ها، که با بوتن شروع می شود، ایزومریسم اسکلت کربن مشخص است:

CH 2 -C (CH 3) -CH 3 (2-methylpropene-1)

و موقعیت های باند دوگانه:

CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 (بوتن-1)

CH 3 -C \u003d CH-CH 3 (butene-2)

آلکن ها، که با بوتن-2 شروع می شوند، با ایزومریسم هندسی (cis-trans) مشخص می شوند (شکل 1).

برنج. 1. ایزومرهای هندسی بوتن-2.

آلکن ها، که با پروپن شروع می شوند، با ایزومری بین طبقاتی با سیکلوآلکان ها مشخص می شوند. بنابراین، ترکیب C 4 H 8 مربوط به موادی از کلاس آلکن ها و سیکلوآلکان ها - بوتن-1 (2) و سیکلوبوتان است.

اتم‌های کربن در مولکول‌های آلکن در هیبریداسیون sp 2 قرار دارند: پیوندهای 3σ در یک صفحه با زاویه 120 نسبت به یکدیگر قرار دارند و پیوند π توسط الکترون‌های p از اتم‌های کربن همسایه تشکیل می‌شود. پیوند دوگانه ترکیبی از پیوند σ و π است.

خواص شیمیایی آلکن ها

اکثریت واکنش های شیمیاییآلکن ها با مکانیسم افزودن الکتروفیلیک عمل می کنند:

- هیدروهالوژناسیون - برهمکنش آلکن ها با هالیدهای هیدروژن (HCl، HBr)، مطابق با قانون مارکوفنیکوف (زمانی که مولکول های قطبی نوع HX به آلکن های نامتقارن متصل می شوند، هیدروژن در یک پیوند دوگانه به اتم کربن هیدروژنه تر متصل می شود)

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HCl \u003d CH 3 -CHCl-CH 3

- هیدراتاسیون - برهمکنش آلکن ها با آب در حضور اسیدهای معدنی (سولفوریک، فسفریک) با تشکیل الکل ها، مطابق قانون مارکوفنیکوف.

CH 3 -C (CH 3) \u003d CH 2 + H 2 O \u003d CH 3 -C (CH 3) OH-CH 3

- هالوژناسیون - برهمکنش آلکن ها با هالوژن ها، به عنوان مثال، با برم، که در آن آب برم بی رنگ می شود.

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 \u003d BrCH 2 -CH 2 Br

هنگامی که مخلوطی از یک آلکن و یک هالوژن تا دمای 500 درجه سانتیگراد گرم می شود، اتم هیدروژن آلکن را می توان با یک مکانیسم رادیکال جایگزین کرد:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + Cl 2 \u003d Cl-CH 2 -CH \u003d CH 2 + HCl

هیدروژناسیون آلکن ها بر اساس مکانیسم رادیکالی انجام می شود. شرط ادامه واکنش وجود کاتالیزورها (Ni, Pd, Pt) و همچنین گرم کردن مخلوط واکنش است:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 \u003d CH 3 -CH 3

آلکن ها قادر به اکسید شدن برای تشکیل محصولات مختلفی هستند که ترکیب آنها به شرایط واکنش اکسیداسیون بستگی دارد. بنابراین، در طول اکسیداسیون در شرایط ملایم (عامل اکسید کننده پرمنگنات پتاسیم است)، پیوند π شکسته می شود و الکل های دی هیدریک تشکیل می شوند:

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O \u003d 3CH 2 (OH) -CH 2 (OH) + 2MnO 2 + 2KOH

در طی اکسیداسیون سخت آلکن ها با محلول جوشان پرمنگنات پتاسیم در یک محیط اسیدی، پارگی کامل پیوند (σ-پیوند) با تشکیل کتون ها، اسیدهای کربوکسیلیک یا دی اکسید کربن رخ می دهد:

اکسیداسیون اتیلن با اکسیژن در دمای 200 درجه سانتیگراد در حضور CuCl 2 و PdCl 2 منجر به تشکیل استالدهید می شود:

CH 2 \u003d CH 2 + 1 / 2O 2 \u003d CH 3 -CH \u003d O

آلکن ها تحت واکنش های پلیمریزاسیون قرار می گیرند. پلیمریزاسیون - فرآیند تشکیل یک ترکیب با وزن مولکولی بالا - یک پلیمر - با ترکیب با یکدیگر با استفاده از ظرفیت های اصلی مولکول های ماده با وزن مولکولی پایین اصلی - یک مونومر. پلیمریزاسیون می تواند توسط گرما، فشار فوق العاده بالا، تشعشع، رادیکال های آزاد یا کاتالیزورها ایجاد شود. بنابراین، پلیمریزاسیون اتیلن تحت تأثیر اسیدها (مکانیسم کاتیونی) یا رادیکال ها (مکانیسم رادیکال) اتفاق می افتد:

n CH 2 \u003d CH 2 \u003d - (-CH 2 -CH 2 -) n -

خواص فیزیکی آلکن ها

در شرایط عادی، C 2 -C 4 - گازها، C 5 -C 17 - مایعات، شروع با C 18 - جامدات. آلکن ها در آب نامحلول و در حلال های آلی محلول هستند.

به دست آوردن آلکن

راه های اصلی به دست آوردن آلکن ها:

- هیدروهالوژن زدایی مشتقات هالوژن آلکان ها تحت تأثیر محلول های الکلی قلیایی ها

CH 3 -CH 2 -CHBr-CH 3 + KOH \u003d CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + KBr + H 2 O

- هالوژن زدایی آلکان های دی هالوژنه تحت اثر فلزات فعال

CH 3 -CHCl-CHCl-CH 3 + Zn = ZnCl 2 + CH 3 -CH = CH-CH 3

- کم آبی الکل ها زمانی که با اسید سولفوریک (t> 150 درجه سانتیگراد) گرم می شوند یا بخار الکل از روی کاتالیزور عبور می کند.

CH 3 -CH (OH) - CH 3 \u003d CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 O

- هیدروژن زدایی آلکان ها هنگام گرم شدن (500 درجه سانتیگراد) در حضور کاتالیزور (Ni, Pt, Pd)

CH 3 -CH 2 - CH 3 \u003d CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2

آلکن ها به عنوان مواد اولیه در تولید مواد پلیمری (پلاستیک، لاستیک، فیلم) و سایر مواد آلی استفاده می شوند.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	فرمول مولکولی آلکن را تنظیم کنید اگر معلوم است که همان مقدار از آن در تعامل با هالوژن ها به ترتیب 56.5 گرم از مشتق دی کلرو یا 101 گرم از مشتق دی بروم را تشکیل می دهد.
راه حل	خواص شیمیایی آلکن ها با توانایی آنها در افزودن مواد با مکانیسم افزودن الکتروفیلیک تعیین می شود، در حالی که پیوند دوگانه به یک پیوند منفرد تبدیل می شود: CnH 2 n + Cl 2 → CnH 2 nCl 2 CnH 2 n + Br 2 → CnH 2 nBr 2 جرم آلکنی که واکنش داده است یکسان است، به این معنی که به همان تعداد مول آلکن در واکنش شرکت می کنند. تعداد مول های هیدروکربن را بیان می کنیم، اگر جرم مولی مشتق دی کلرو 12n + 2n + 71 باشد، جرم مولی مشتق دیبروم (12n + 2n + 160) است: m (CnH 2 nCl 2) \ (12n + 2n + 71) \u003d m (CnH 2 nBr 2) \ (12n + 2n + 160) 56.5 \ (12n+2n+71) = 101 \ (12n+2n+160) بنابراین، آلکن دارای فرمول است C 3 H 6 پروپن است.
پاسخ	فرمول آلکن C 3 H 6 پروپن است

مثال 2

ورزش

یک سری تحولات را انجام دهید اتان → اتن → اتانول → اتن → کلرواتان → بوتان

راه حل

برای بدست آوردن اتن از اتان، لازم است از واکنش هیدروژن زدایی اتان استفاده شود که در حضور کاتالیزور (Ni, Pd, Pt) و پس از حرارت دادن انجام می شود: C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2 تولید اتانول از اتن با واکنش هیدراتاسیون جریان با آب در حضور اسیدهای معدنی (سولفوریک، فسفریک) انجام می شود: C 2 H 4 + H 2 O \u003d C 2 H 5 OH برای بدست آوردن اتن از اتانول، از واکنش هیدروژن زدایی استفاده می شود: C 2 H 5 OH → (t, H 2 SO 4) → C 2 H 4 + H 2 O تولید کلرواتان از اتن توسط واکنش هیدروهالوژناسیون انجام می شود: C 2 H 4 + HCl → C 2 H 5 Cl برای بدست آوردن بوتان از کلرواتان، از واکنش Wurtz استفاده می شود: 2C 2 H 5 Cl + 2Na → C 4 H 10 + 2 NaCl