5. Alkeny.pdf
(
705 KB
)
Pobierz
A L K E N Y
5. A L K E N Y
A. Kołodziejczyk grudzień 2007
Węglowodory o wzorze sumarycznym
C
n
H
2n
mogą być
alkenami
, jeżeli zawierają jedno
podwójne wiązanie
C=C
lub
cykloalkanami
.
Alkeny
zaliczane są do
węglowodorów
nienasyconych
, zaś
cykloalkany
do
nasyconych
.
Węglowodory cykliczne
też mogą być
nienasycone
, jeżeli zawierają wiązania wielokrotne, te z jednym wiązaniem podwójnym mają
wzór sumaryczny
C
n
H
2n-2
. Znane są również węglowodory i inne związki, w których jest więcej
niż jedno podwójne wiązanie
C=C
; noszą one nazwę
polienów
.
Alkeny
i
polieny
występują
często w naturze.
Eten
–
CH
2
=CH
2
jest hormonem roślinnym przyspieszającym dojrzewanie
owoców. Znane barwniki roślinne, np. grupa
karotenów
, a pośród nich, np.
β-karoten
–
czerwonobrązowy – występujący, w marchwi czy
likopen
– czerwony – nadający barwę
pomidorom. Karoteny są prowitaminami
witaminy
A
, a
likopen
ma silne działanie
przeciwnowotworowe.
Terpeny
(np.
mircen,
limonen
,
pineny
) jako oligomery
izoprenu
też
należą do nienasyconych związków, zaś
kauczuk
stanowiący typowy przykład
naturalnego
polienu
jest również polimerem
izoprenu
. Dawniej
alkeny
nazywano również
olefinami
.
H
H
C C
H
H
eten izopren mircen limonen (+)-
α
-pinen
β
-karoten likopen
(
γ,γ-karoten
)
Rys.5.1. Przykłady naturalnych alkenów i polienów
W
ropie naftowej
alkeny
i
polieny
występują w małych ilościach. Dużo ich znajduje się w
produktach przeróbki
ropy naftowej
, pochodzących szczególnie z procesów
wysokotemperaturowych. Wiele z nich wytwarza się specjalnie w reakcjach
krakingu
i
reformingu
.
Nomenklatura
Najpopularniejsze
alkeny
posiadają nazwy zwyczajowe, które można uznać za nazwy
półsystematyczne, ponieważ wywodzą się od nazw
alkanów
i są powszechnie stosowane, np.
etylen
(
CH
2
=CH
2
),
propylen
(
CH
3
CH=CH
2
),
butylen
,
izobutylen
czy
izopren
. Nazwy
alkenów
wg zasad
IUPAC
tworzy się zamieniając końcówkę „
an
” w nazwie
alkanu
o takiej samie liczbie
atomów węgla na końcówkę „
en
”. W ten sposób otrzymujemy nazwy
eten
,
propen
,
buten
, itd.
Najpopularniejsze nazwy zwyczajowe, wymienione powyżej jako od dawna zakorzenione są
akceptowane przez
UIPAC
. Jako lokant podwójnego wiązania przyjmuje się niższy numer atomu
węgla w łańcuchu:
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
5 4 3 2 1
CH
2
=CHCH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH=CHCH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH=CH
2
pent-1-en pent-2-en
też
pent-1-en
Dla węglowodorów zawierających
2
lub
więcej podwójnych wiązań
zamiast końcówki „
en
”
wprowadza się odpowiednio końcówkę „
adien
” (dla dwóch
C=C
), „
atrien
”, itd., przy czym
1
lokanty wskazujące miejsce podwójnych wiązań w łańcuchu umieszcza się pomiędzy literę „
a
” i
resztą tej końcówki:
1 2 3 4 5 6 7
7 6 5 4 3 2 1
CH
2
=CHCH
2
CH=CHCH
2
CH
3
CH
3
CH=CHCH=CHCH=CH
hepta-1,4-dien hepta-1,3,5-trien
Zasada najniższego zestawu lokantów
Atomy węgla w łańcuchu numeruje się w ten sposób, żeby uzyskać najniższy zestaw lokantów,
tzn. taki, żeby
wartości kolejnych lokantów w wzrastającym szeregu były najniższe
, np.
zestaw lokantów
2,3,6,8,
jest niższy niż
3,4,6,8
lub
2,4,5,7
.
W
węglowodorach rozgałęzionych
lokalizuje się jako
główny
, tj.
najdłuższy łańcuch węglowy
zawierający podwójne wiązanie
:
11 10 9 8 7 6 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C
C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C
C-C=C-C
C-C=C-C
4 3 2 1
5-(
n
-pentylo)undek-2-en
(lokanty dobrane prawidłowo)
łańcuch główny nieprawidłowo wybrany
W
węglowodorach pierścieniowych
numeracje atomów węgla zaczyna się od podwójnego
wiązania:
Et
3-etylocykloheksen 3,5-dimetylocykloheksen 3,5-dimetylocyklohepta-1,3-dien
Reszta
CH
2
=CH
− nazywana jest
winylen
, a
CH
2
=CH
−
CH
2
−
allilem
.
CH
2
=CH-CH-CH
2
-CH=CH-CH-CH
2
-CH=CH-CH
3
7-allilo-3-winyloundeka-1,5,9-trien
CH=CH
2
CH
2
-CH=CH
2
Izomeria
cis
/
trans
W
alkenach
jest możliwość występowania
izomerii
cis
/
trans
(
Z
/
E
). W izomerze
cis
-
podstawniki starsze usytuowane są po tej samej płaszczyźnie pierścienia, a w izomerze
trans
-
po
przeciwnych stronach:
H
3
C
CH
2
CH
3
H
3
C
H
C C
C C
cis
-pent-2-en
(
Z
)-pent-2-en)
trans
-pent-2-en
(
E
)-pent-2-en
H
H
H
CH
2
CH
3
Starszeństwo podstawników wyznacza się na takich samych zasadach jak przy ustalaniu
starszeństwa przy określeniu konfiguracji absolutnej.
2
2
1
1
H
3
C
CH
2
CH
2
CH
3
Br
Cl
C
C
C C
CH
2
CH
2
Br
H
F
1
1
2
2
Et>Me Br>Pr
Br>H
Cl>F
(
Z
)-4-bromo-3-metylohept-3-en (
Z
)-2-bromo-1-chloro-1-fluoroeten
2
Właściwości fizyczne, fizykochemiczne i fizjologiczne
alkenów
Temperatura wrzenia i topnienia
Niższe alkeny
podobnie jak
alkany
o zbliżonej masie cząsteczkowej są gazami, wyższe są
cieczami, a te o wysokiej masie cząsteczkowej nie topnieją w temperaturze pokojowej. Wartości
temperatur wrzenia i topnienia
monoenów
i
alkanów
są zbliżone.
Porównanie tw. i tt. alkenów z alkanami i pomiędzy izomerami Tabela 5.1.
tw.
o
C
tt.
o
C
etan
-89 -183
eten
-104 -165
propan
-42 -188
propen
-48 -185
butan
-0,5 -138
but-1-en
-6,5 <-190
(
Z
)-but-2-en
3,7 -139
(
E
)-but-2-en
1 -106
Pomiędzy izomerami różnice są wyraźnie, często znaczne.
β-Karoten
jest ciałem stałym, krystalicznym o tt.
183
o
C
.
Rozpuszczalność
Alkeny
, podobnie jak
alkany
, są
hydrofobowe
, nierozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczają
się w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych.
Palność
Są łatwopalne.
Lotne alkeny
tworzą mieszanki wybuchowe z powietrzem.
Zapach
Zapach
alkenów
jest znacznie bardziej intensywny niż
alkanów
, ostry, raczej nieprzyjemny.
Eten
ma działanie narkotyczne, odurzające
.
Elektronowa struktura wiązania C=C
Wiązanie podwójne
C=C
powstaje w wyniku nałożenia się orbitali atomów węgla, których
elektrony walencyjne uległy hybrydyzacji
sp
2
, co oznacza, że hybrydyzacji uległ elektron
s
i dwa
elektrony
p
.
wzbudzenie
hybrydyzacja
+
+
hybrydyzacja
14743
2
p
y
2
s
2
2
p
x
2
p
y
2
p
z
2
s
2
p
x
2
p
y
2
p
z
sp
2
2
p
z
2
s
2
p
x
sp
2
Rys.5.2. Hybrydyzacja
sp
2
atomu
C
Leżące na jednej płaszczyźnie osie trzech orbitali
sp
2
przecinają się pod kątem
120
o
, a
prostopadle do tej płaszczyzny znajduje się orbital
2
p
z
obsadzony przez
1
elektron.
3
Atom węgla, zhybrydyzowany
sp
2
może z drugim takim samym atomem utworzyć wiązanie
podwójne
C=C
. Składa się ono z wiązania σ powstałego w wyniku osiowego nałożenia się
2
orbitali
sp
2
i wiązania π w wyniku nałożenia się
2
orbitali
p
, których osie są prostopadle do
płaszczyzny tworzonej przez osie orbitali
sp
2
.
2
p
z
2
p
z
2 elektrony na
orbitalach 2
p
z
+
C
C
C
C
sp
2
sp
2
wiązanie
σ
orbital
π
Rys. 5.3. Wiązanie podwójne
C=C
składa się z wiązania σ i wiązania π
Wiązanie π
powstaje w wyniku nałożenia się dwóch orbitali
p
, które są osiowo równoległe do
siebie. Tylko w tym układzie jest możliwe utworzenie takiego wiązania. Obrót atomów
C
wokół
wiązania σ jest swobodny, w przypadku
C=C
wymaga dostarczenia dużej energii, potrzebnej do
zerwania wiązania π. Brak swobodnego obrotu wokół wiązania podwójnego
C=C
jest przyczyną
występowania izomerii
cis
/
trans
.
Otrzymywanie alkenów
Głównym źródłem
alkenów
są procesy petrochemiczne, wykorzystujące surowce ropopochodne.
Najczęściej w wysokiej temperaturze długie łańcuchy węglowodorowe pękają tworząc mniejsze
fragmenty, pośród których znajdują się
alkeny
. Tego typu reakcje nazywają się
krakingiem
.
(ang.
crack
– pękać). W temperaturze
800-900
o
C
wiązania
C-C
pękają
8-9
razy szybciej niż
C-
H
.
Piroliza
czyli rozkład węglowodorów wyłącznie pod wpływem wysokiej temperatury nazywa
się
krakingiem termicznym
. Są jeszcze innego rodzaju
krakingi
, np.
katalityczne
(z użyciem
katalizatorów) czy
hydrokraking
, z udziałem wodoru w obecności katalizatorów. Podczas
hydrokrakingu
nie powstają
alkeny
, ponieważ ulegają one
uwodornieniu
.
W uproszczeniu reakcje
krakingu
można zapisać jako rozkład długiego łańcuchu
alkanu
na
dwa: jeden
alkanu
i drugi
alkenu
:
C
n
H
2n+2
+ C
m
H
2m
alkan alkan alken
∆
W rzeczywistości jest to reakcja bardzo skomplikowana, ponieważ produkty ulegają dalszym
przemianom i powstaje złożona mieszanina, zawierająca zwykle
10-20%
metanu
(wagowo),
alkany
i
alkeny
gazowe, ciekłe oraz stałe, a także
koks
(węgiel pierwiastkowy).
Alkeny
tworzą
się podczas każdej
pirolizy
węglowodorów, a proces można tak prowadzić, żeby wybrany z nich,
np.
eten
,
propen
,
buteny
,
butadien
czy
izopren
stanowił główny produkt.
Pośród wszystkich surowców organicznych
eten
jest produkowany na największą skalę –
kilkadziesiąt mln ton rocznie.
Kraking
można tak prowadzić, żeby zawartość
etenu
w
produktach gazowych przekraczała 30%.
Laboratoryjna synteza alkenów
Alkeny
otrzymuje się w reakcjach
eliminacji
małych cząstek, np. halogenowodorów, wody,
amoniaku czy wodoru.
4
C
n
H
2n+1
C
m
H
2m+1
KOH
KOH
CH
3
CH=CHCH
2
but-2-en
80%
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
Cl
CH
3
CH
2
CHCH
3
CH
3
CH
2
CH=CH
2
+ KCl
+
1-chlorobutan
but-1-en
Cl
CH
3
CH
2
CH=CH
2
but-1-en
20%
Właściwości chemiczne alkenów
Charakterystyczną reakcją
alkenów
jest
addycja
elektrofilowa
(przyłączenie elektrofilowe). Do
podwójnego wiązania przyłączyć się mogą reagenty symetryczne, np. wodór (
H
2
) czy halogeny
(
X
2
) lub niesymetryczne, np. halogenowodory (
HX
), woda,
tiole
(
RSH
) i inne reagenty
elektrofilowe.
Addycja reagentów symetrycznych
Addycja reagentów symetrycznych
C C + H
2
Pt
C C
alkan
C C
+ H-Cl
C C
chloroalkan
katalizator
H
H
H
Cl
C C + Br
2
Br
C
C
vic
-dibromoalkan
C C + H-OH
H
C C
alkohol
Br
OH
Br
2
C C
halohydryna
C C + H-OH
Br
OH
Uwodornienie
Uwodornienie
alkenów
polega na przyłączeniu cząsteczki wodoru do podwójnego wiązania. Jest
reakcją egzotermiczną, ponieważ tworzące się dwa nowe wiązania
C
−
H
typu σ są mocniejsze od
rozrywanych wiązań
H
−
H
(σ) i
C
−
C
typu π. Ilość wydzielonego ciepła (wartość bezwzględna
∆
H
) w wyniku uwodornienia
1 mola
alkenu
nazywa się
ciepłem uwodornienia
alkenu
(ciepłem
hydrogenacji). Średnia wartość ciepła uwodornienia jednego mola
C=C
wynosi
126 kJ/mol
(
30
kcal/mol
).
Molowe ciepło uwodornienia alkenów Tabela 5. 2.
Alken
Wzór
Ciepło uwodornienia
[kJ/mol (kcal/mol)]
eten
CH
2
=CH
2
137 (33)
propen
CH
3
CH=CH
2
126 (30)
but-1-en
CH
3
CH
2
CH=CH
2
127 (30)
pent-1-en
CH
3
CH
2
CH
2
CH=CH
2
126 (30)
heks-1-en
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH=CH
2
127 (30)
3-metylobut-1-en
CH
3
CH(CH
3
)CH=CH
2
127 (30)
3,3-dimetylobut-1-en
(CH
3
)
3
CCH=CH
2
127 (30)
4,4-dimetylopent-1-en
(CH
3
)
3
CCH
2
CH=CH
2
124 (29,5)
cis-but-2-en
H
C
H
120 (29)
C C
H
3
CH
3
trans-but-2-en
H
CH
3
H
116 (28)
C C
H
3
C
2-metylopropen
(CH
3
)
2
C=CH
2
119 (28)
5
Plik z chomika:
Dobrawq
Inne pliki z tego folderu:
11 i 12. Aminy.pdf
(988 KB)
1 Etery i epoksydy.doc
(109 KB)
2 Reakcje.doc
(692 KB)
1. Wiązania chemiczne.pdf
(494 KB)
2. Alkany.pdf
(802 KB)
Inne foldery tego chomika:
campaign 1
campaign 2
campaign 3
Dokumenty
Politechnika Wrocławska
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin