Алкены. Химические свойства Flashcards
Мягкое окисление
(Реакция Вагнера)
(Окисление перманганатом калия в нейтральной слабощелочной среде)
Реакция Вагнера — это реакция мягкого окисления алкенов водным раствором перманганата калия. Алкены реагируют с водным раствором перманганатов при низкой температуре или без нагревания, при этом разрывается и окислятся только π-связь. Атомы углерода при двойной связи в алкене окисляются. При окислении по одной π-связи каждый атом образует по одной связи с атомами кислорода, что соответствует группе ОН. Таким образом, алкены окисляются до двухатомных спиртов (диолов или гликолей):
3R - CH = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3R - CH - CH2 + 2KOH + 2MnO2 (t = 0) I I
OH OH
Обратите внимание! При составлении баланса мы обязательно учитываем, что окисляются оба атома углерода при двойной связи.
При окислении этилена водным раствором перманганата калия образуется этиленгликоль.
Обесцвечивание водного раствора перманганата – качественная реакция на алкены!
Полное окисление
(Горение)
Алкены, как и прочие углеводороды, горят в присутствии кислорода с образованием углекислого газа и воды.
В общем виде уравнение сгорания алкенов выглядит так:
CnH2n + 3n/2O2 → nCO2 + nH2O + Q
2C3H6 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O
Изомеризация
При нагревании в присутствии катализаторов (Al2O3) алкены вступают в реакцию изомеризации. При этом происходит либо перемещение двойной связи, либо изменение углеродного скелета. При изомеризации из менее устойчивых алкенов образуются более устойчивые. Как правило, двойная связь перемещается в центр молекулы.
Например, при изомеризации бутена-1 может образоваться бутен-2 или 2-метилпропен
CH2=CH-CH2-CH3 → CH3-CH=CH-CH3
CH2=CH-CH2-CH3 → CH3=C-CH3 (kat, t)
I
CH3
Каталитическое окисление
(Вакер-процесс)
(Эпоксидирование)
Каталитическое окисление протекает под действием катализатора.
Взаимодействие этилена с кислородом в присутствии солей палладия протекает с образованием этаналя (уксусного альдегида)
O
//
2CH2 = CH2 + O2 → 2CH3 - C (kat= PdCl2, CuCl2)
\
H
Взаимодействие этилена с кислородом в присутствии серебра протекает с образованием эпоксида
O
/ \ 2CH2 = CH2 + O2 → 2CH2 - CH2 (kat= Ag, t)
Жесткое окисление
(Окисление перманганатом калия в кислой среде)
При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) происходит полный разрыв двойной связи С=С и связей С-Н у атомов углерода при двойной связи. При этом вместо разрывающихся связей образуются связи с кислородом.
Так, если у атома углерода окисляется одна связь, то образуется группа С-О-Н (спирт). При окислении двух связей образуется двойная связь с атомом углерода: С=О, при окислении трех связей — карбоксильная группа СООН, четырех — углекислый газ СО2.
При окислении бутена-2 перманганатом калия в среде серной кислоты окислению подвергаются два фрагмента –CH=, поэтому образуется уксусная кислота:
5СH3–CH=CH–CH3 + 8КMnO4 + 12H2SO4 → 10CH3–COOH + 8МnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O
При окислении метилпропена перманганатом калия в присутствии серной кислоты окислению подвергаются фрагменты >C= и CH2=, поэтому образуются углекислый газ и кетон:
CH3
| 5CH3-C=CH2 + 8KMnO4 + 12H2SO4 = = 5CH3 - CO - CH3 + 5CO2 + 4K2SO4 + 8MnSO4 + 17H2O
При жестком окислении алкенов в нейтральной среде образующаяся щелочь реагирует с продуктами реакции окисления алкена, поэтому образуются соли (кроме реакций, где получается кетон — кетон со щелочью не реагирует).
Например, при окислении бутена-2 перманганатом калия в воде при нагревании окислению подвергаются два фрагмента –CH=, поэтому образуется соль уксусной кислоты – ацетат калия:
5СH3–CH=CH–CH3 + 8КMnO4 → 6CH3–COOK + 2KOH + 8MnO2 + 2H2O
Например, при окислении метилпропена перманганатом калия в воде при нагревании окислению подвергаются фрагменты >C= и CH2=, поэтому образуются карбонат калия и кетон:
CH3
| 3СH3–CH=CH2 + 8КMnO4 → 3K2CO3 + 3CH3–COOK + 2KOH + 8MnO2 + 2H2O
Взаимодействие алкенов с хроматами или дихроматами протекает с образованием аналогичных продуктов окисления.
Полимеризация
Радикальные реакции алкенов
Радикальный процесс, при котором происходит разрыв π-связи и соединение мономерных фрагментов между собой с образованием длинной углеродной цепи. По реакции полимеризации получают полиэтилен или полипропилен
Реакция полимеризации этилена является цепной, радикальной, экзотермической. Инициатором реакции служит кислород. Упрощенно превращение этилена происходит по реакции:
п С2Н4 → (−СН2−СН2−) п + около 800 ккал/кг
Этилен устойчив до (350 - 400) °С, выше этой температуры он начинает разлагаться на метан и углерод или углерод и водород:
С2Н4 → СН4 + С
С2Н4 → 2С + 2Н2,
Галогенирование по аллильному положению
Радикальные реакции алкенов
Аллильное положение — атом углерода в sp3-гибридизации, стоящий по соседству с двойной связью. Замещение атомов водорода в этом положении происходит в условиях как у алканов: облучение светом или нагревание до 500 °C :
Для проведения замещения могут применяться только хлор или бром.
Перекисный эффект Хараша
Радикальные реакции алкенов
Реакция проводится в присутствии пероксида водорода H2O2 или органических перекисей ROOR. Присоединению подвергается только HBr
Присоединение против правила Марковникова
Присоединение несимметричных молекул
Если рядом с двойной связью находится группа, стягивающая электронную плотность, т. е. в ней есть электроотрицательные атомы (фтор, кислород, хлор), то присоединение несимметричных молекул происходит против правила Марковникова
Гидратация
Присоединение несимметричных молекул
Ионная реакция. Присоединение происходит в кислой среде, применяются серная или фосфорная разбавленные кислоты. В результате взаимодействия образуются одноатомные спирты
Гидрогалогенирование
Присоединение несимметричных молекул
Ионная реакция. Проводится в водной среде, возможно присоединение только HCl и HBr. Образуются моногалогеналканы. Присоединение HF и HI не происходит в данных условиях
Галогенирование
Присоединение симметричных молекул
Ионная реакция. Связь между атомами галогенов и π-связь алкена разрываются и в результате взаимодействия образуется дигалогеналканы. Реакция проходит в водной среде, применяются хлорная или бромная вода
Качественный признак реакции — обесцвечивание бромной воды.
Применение фтора невозможно, т. к. образуются перфторалканы. Иод из-за малой химической активности не присоединяется по двойной связи.
Гидрирование
(+ H2)
Присоединение симметричных молекул
Генетическая связь алкенов и алканов. Реакция имеет равновесный характер, т. к. возможен обратный процесс дегидрирования
