2. Непредельные углеводороды, общая формула и химическое строение гомологов данного ряда. Свойства и применение этилена.

Основой изучения органических веществ является доказательство зависимости свойств органических соединений от их состава и строения. Эту зависимость можно кратко записать так: состав строение свойства применение. Такой логике ответа желательно следовать при характеристике тех или иных органических веществ.

На основе состава этилена C₂H₄, как простейшего непредельного углеводорода, прежде всего следует показать, что здесь, согласно теории химического строения, сохраняется четырехвалентность углерода, молекула этилена симметрична, т.е. каждый атом углерода в ней связан с двумя атомами водорода: , а между атомами углерода устанавливается двойная связь, которая может врезультате химических превращений разрываться и присоеденять к себе атомы других элементов. Поэтому эти углеводороды называются непредельными (ненасыщенными).

Электронная формула этилена показывает, что каждая валентность атома углерода обусловливается наличием не спаренного электрона в его наружном электронном слое. при образовании двойной связи между атомами углерода образуется вторая, общая для них электронная пара.

Ближайшие гамологи этилена: пропилен CH₂=CH–CH_3, бутилен CH₂=CH–CH₂–CH₃¹.

Общая вормула углеродов ряда этилена C_nH_2n.

Касаясь вопроса изомерии, следует подчеркнуть, что, как и у алканов, у алкенов имеет место изомерия углеродного скиилета:

Кроме того, изомерия алкенов зависит от:

а) местоположения двойной связи в углеродном скелете:

б) различного расположения атомов в пространстве – это пространственная изомерия (стереоизомерия)¹:

Освещая строение непредельных углеводорродов, следует подчеркнуть, что в отличии от предельных углеводородов каждый атом углерода в молекуле этилена соединен не с четыремя, а с тремя другими атомами (одним атомом углерода и двумя атомами водорода). Следовательно, в гибридизации участвуют только три орбитали: одна s и две p орбитали. Такой вид гибридизации называется «sp²-гибридизация». оставшейся у атомов углерода один p-электрон имеет негибридизироанную орбиталь с равномерным распределением электронной плоскости по обе стороны от ядра. Оси этих орбиталей перпендикулярны плоскости атомных ядер, они частично перекрываются между собой выше и ниже этой плоскости и образуют вторую связь между атомами углерода. Эту вторую связь называют П-связью, в отличие от σ-связи (использовать таблицу «Схема образования П-связей в молекуле этилена»). Из-за того, что боковое перекрывание орбиталей происходит в меньшей степени, П-связь в этилене оказывается менее прочной, чем σ-связь.

Появление П-связи приводит к тому, что:

а) в молекуле этилена ядра всех атомов расположены в одной плоскости;

б) Свободные вращения атомов углерода невозможно без того, чтобы электронные облака П-связи не разомкнулись.

Это последнее положение позволяет перейти к характеристике химических свойств этилена, объяснению его большей реакционно-способности, чем у предельных углеводородов.

1) Взаимодействие:

а) с бромом (присоединение атомов брома идет за счет разрыва двойной связи):

б) с водородом (гидрирование):

в) с бромоводородом:

Из приведенных примеров видно, что в результате этих превращений происходит как бы насыщение атомов углерода, соединеных двойной связью, до предела. Именно поэтому, как было сказано выше, этт углеводороды называют непредельными, а характерной реакцией для них, в отличии от предельных, является реакция присоединения¹, которая происходит по месту разрыва двойной связи.

2) Взаимодействие с кислородом – горение:

(в условиях горения ведет себя одинаково с предельными углеводородами).

3) Взаимодействие с перманганатом калия KMnO₄ – происходит частичное окисление этилена по месту двойной связи; образуется этиленгликоль (двухатомный спирт); раствор обесцвечивается:

(окислитель KMnO₄ условно обозначен в виде атома кислорода).

Раствор перманганата калия, бромная вода – реактивны на алкены: по изменению их окраски судят о наличии этих соеденений (качественная реакция), в отличии от предельных углеводородов, которые не дают реакции с бромной водой и другими окислителями.

4) Реакция полимеризации – соединение молекул алкенов друг с другом с образованием длинных цепных молекул – высокомолекулярное вещество (полимер):

Говоря о применении этилена, важно помнить, что благодаря высокой химической активности алкены являются ценным ценным сырьем для синтеза многих органических веществ. Так, в результате реакции этилена с хлором получают 1,2-дихлорэтан, широко используемый при растворении смол, очистки тексттильных материалов и т. п. Его используют также в сельском хозяйстве в качестве обезараживающего средства. Хлорэтан C₂H₅Cl – легко испаряющаяся жидкость, применяется в медицине для местной анестезии при легких операциях.

Большое значение имеет реакция присоединения воды к этилену; она лежит в основе производства этанола, расходуемогов больших количесивах для получения синтетического каучука:

Полимеризацией этилена и пропилена получают пластмассы: политилен и полипропилен, широко применяемый в технике и быту.

Билет № 4