Лекція № 3. Ненасичені вуглеводні

План

1. Будова алкенів і алкінів.

2. Ізомерія, номенклатура і способи одержання ненасичених вуглеводнів.

3. Фізичні, хімічні властивості та застосування алкенів і алкінів.

1. До ненасичених вуглеводнів належать сполуки, що мають у складі подвійні і потрійні зв'язки. Алкенами (олефінами) називають ненасичені вуглеводні, що містять у молекулі один подвійний карбон-карбоновий зв'язок. Найпростішим їх представником є етилен С₂Н₄. Гомологи етилену див. табл. 1.

Гомологічний ряд ненасиченихтабл. 1

Формула	Назва алкену	Формула	Назва алкіну
молекулярна	структурна	молекулярна	структурна
С₂Н₄	СН₂=СН₂	етен	С₂Н₄	СН≡СН	етин
С₃Н₆	СН₃-СН=СН₂	пропен	С₃Н₆	СН₃-С≡СН	пропін
С₄Н₈	СН₃СН₂СН=СН₂	бутен	С₄Н₈	СН₃СН₂С≡СН	бутин
С₅Н₁₀	СН₃(СН₂)₂СН=СН₂	пентен	С₅Н₁₀	СН₃(СН₂)₂С≡СН	пентин
С₆Н₁₂	СН₃(СН₂)₃СН=СН₂	гексен	С₆Н₁₂	СН₃(СН₂)₃С≡СН	гексин
С₇Н₁₄	СН₃(СН₂)₄СН=СН₂	гептен	С₇Н₁₄	СН₃(СН₂)₄С≡СН	гептин
С₈Н₁₆	СН₃(СН₂)₅СН=СН₂	октен	С₈Н₁₆	СН₃(СН₂)₅С≡СН	октин
С₉Н₁₈	СН₃(СН₂)₆СН=СН₂	нонен	С₉Н₁₈	СН₃(СН₂)₆С≡СН	нонин
С₁₀Н₂₀	СН₃(СН₂)₇СН=СН₂	декен	С₁₀Н₂₀	СН₃(СН₂)₇С≡СН	декін

Алкени мають загальну формулу С_nН_2n, тобто ізомерні циклоалканам. Подвійний зв'язок (чьотирьохелектронний) утворюється за допомогою двох пар узагальнених електронів. Карбонові атоми, що зв'язані подвійним зв'язком, знаходяться у стані sр²-гібридизації, кожний з них утворює три s-зв'язки, що лежать в одній площині під кутом 120°. Негібридизовані орбіталі р-электронів розташовані перпендикулярно до площини s-зв'язків і паралельно один одному і внаслідок «бічного» перекривання утворюють другий зв'язок – p-зв'язок. Електронна хмара p-зв'язку частково розташована над площиною, а частково під площиною, у якій лежать атоми. Подвійний зв'язок це сполучення s- і p-зв'язків. Бічне перекривання негібридизованних р-орбіталей, що утворюють p-зв'язок, зближує атоми Карбону і відстань між ними стає коротшою – довжина подвійного С=С-зв'язку 0,133 нм (довжина простого С-С-зв'язку 0,154 нм). Схема розташування атомів і зв'язків у молекулі етилена наведена на рис. 1.

а)

Рис. 1. Будова етилена: а) s-зв'язки і р-електронні хмари; в) – геометрія

2. Структурна ізомерія. Структурні ізомери алкенів можуть відрізнятися будовою карбонового ланцюга і положенням подвійного зв'язку. Так, для бутену С₄Н₈ відомі три ізомери:

СН₂ = СН – СН₂ – СН₃ бутен-1 СН₃ – СН = СН – СН₃ бутен-2

СН₂= С – СН₃метилпропен

СН₃

Цей приклад показує, що число ізомерів у алкенів вище, ніж у алканів.

Для етиленових сполук можлива просторова ізомерія, що зв'язана з розташуванням замісників стосовно площини подвійного зв'язку. Ця ізомерія спостерігається в тих випадках, коли кожний з атомів Карбону, зв'язаних подвійним зв'язком, витрачає інші дві одиниці валентності на зв'язок із двома різними замісниками. Розташування пари однакових замісників по одну сторону площини подвійного зв'язку дає цис-ізомер, по різні сторони – транс-ізомер, наприклад:

цис-бутен-2 (t_пл = –139,3°С, t_кип = +3,7 °С)

транс-бутен-2 (t_пл = –105,8°С, t_кип = +0,96 °С)

Перетворення цих ізомерів друг у друга вимагає обертання навколо подвійного зв'язку, тобто необхідно порушити перекривання р-орбіталей і розірвати p-зв'язок. На це потрібно затратити понад 250 кДж/моль енергії. Такий енергетичний бар'єр утруднює обертання й обумовлює існування цис-транс-ізомерів як стійких індивідуальних речовин. Природа цієї ізомерії така ж, як у заміщених циклах. Як правило, транс-ізомери більш стійкі, мають більш високу температуру плавлення. При нагріванні цис-транс-ізомери можуть переходити друг у друга: між ними встановлюється рівновага.

Тривіальні назви алкенів характеризуються закінченням илен (ілен): етилен, пропілен, бутилен і т.д. Раціональна номенклатура розглядає алкени як похідні етилена, що містять замість атомів Гідрогену вуглеводневі радикали; у разі потреби уточнюють положення радикалів у різних атомів етиленового угруповання, позначаючи їх грецькими буквами a і b, наприклад:

СН₂= СН – СН₂ – СН₃ СН₃ – СН = СН – СН₃

етилетилен (бутен-1); a,b -диметилетилен (бутен-2).

За правилами систематичної номенклатури назви алкенів будують подібно назвам алканів, але закінчення ан заміняють на закінчення ен, звідки і відбувається загальна назва алкени. Як головний вибирають ланцюг, що включає подвійний зв'язок, навіть якщо цей ланцюг і не є самим довгим. Нумерацію проводять так, щоб атом Карбону, від якого починається подвійний зв'язок, одержав найменший номер; цим номером і вказують положення подвійного зв'язку. Наприклад:

СН₃ СН₂

СН₃ – СН – СН₂ – С – СН₂-СН₃ 2-етил-4-метилпентен-1

Загальна назва радикалів, утворених з алкенів – алкеніли. Приведемо для приклада назви деяких радикалів, що часто зустрічаються: СН₂ = СН – етеніл; СН₃– СН = СН – пропеніл; СН₂ = СН – СН₂ – алліл.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Окиснення алканів	\|	Лекція № 5-6. Спирти і феноли.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.