10.3. Електронна і просторова будова алкенів

н н

іаоД^с⁷

\£ж \

Н ¹²⁰° Н

Рис. 10.1. хр²-Гібридизація електронних хмар атома Карбону (а) та схема будови молекули етилену (б, в), геометрія молекули (г)

Розглянемо електронну будову молекул алкенів на прикладі етилену:

2-С- +4Н-

£=с;

\

у/

н

Н--СОЄ--Н

н н

У молекулі етилену електронні хмари атомів Карбону перебу­вають у 5/>²-гібридному стані (див. розд. 3.2.1). Перекривання трьох гібридизованих орбіталей кожного з атомів Карбону дає три о-зв'язки (два С—Н і один С—С), які розташовані в одній пло­щині. Перекривання двох негібридизованних ^-орбіталей дає л-зв'язок. я-Зв'язок розташований у площині, перпендикулярній до площини ст-зв'язків (рис. 10.1). Максимальна електронна гус­тина я-зв'язку сконцентрована у двох областях — вище і нижче осі С—С. Тому л-зв'язок слабший за а-зв'язок.

10.4. Способи добування

'

У невеликих кількостях алкени зустрічаються в деяких родо­вищах нафти і природного газу, з яких можуть бути виділені в чистому вигляді. Як зазначалося раніше, алкени утворюються також при термічному крекінгу вищих алканів.

Більшість синтетичних методів добування грунтується на елі­мінуванні (відщепленні) атомів або груп атомів від молекул алка­нів, галогеналканів і спиртів.

шон

н₃с—сн—сн₂

,.і X,

!Н Вг

Дегідрогалогенування моногалогеналканів. При нагріванні мо-ногалогеналканів зі спиртовим розчином натрій (або калій) гідро­ксиду відщеплюється галогеноводень і утворюються алкени:

спирт

Н₃С—СН=СН₂ + №Вг + Н₂0

1-бромопропан

пропен

104

Ненасичені вуглеводні. Глава 10

Алкени

105

П орядок відщеплення галогеноводню від вторинних і третин­них галогеналканів визначається переважно за правилом Зайцева:

Якщо в молекулі галогеналкану є альтернативні шляхи відщеплення галогеноводню, то реалізується з них пере­важно той, де подвійний зв'язок утворюється при най­більш заміщеному атомі Карбону. Тобто разом з галоге­ном від найменш гідрогенізованого сусіднього атома Карбону відходить атом Гідрогену.

Наприклад:

ЄН

X н

з

4

сн,

№ОН

?2^Н31 Ш

Н₃С-

ГІ-

₅

Вг

спирт

-*Н₃С—СН=С—СН₃ + N361 + Н₂0

2-метил-2-бутен (головний продукт)

2-бром-З-метилбутан

З 4

-^Н₂С=СН-

З-метил-1-бутен

-сн—сн₃

І ³

СН-> (побічний продукт)

Елімінування* галогеналканів може відбуватися за бімолеку­лярним (Е2) та мономолекулярним (ЕІ) механізмами.

Механізм ЕІ (бімолекулярне елімінування). Цей механізм може бути зображений такою схемою:

В---Н О^С Наї

Наї 5=^

в + н—с—с—

основа

І

_ галогеналкан перехідний стан

\ /

— В-Н _+/С=С_Х+ НаГ

Реакція за механізмом Е2 відбувається в одну стадію, з утво­ренням перехідного стану, у формувані якого беруть участь моле­кули двох реагентів. А тому швидкість такої реакції залежить від концентрації обох реагентів. Процеси розриву і утворення зв'язків у перехідному стані відбуваються синхронно.

Найлегше за механізмом ЕІ відбувається елімінування в пер­винних галогеналканах.

* Вивчається за бажанням учителя.

Н

НО-Н<СНрСН₂-Вг

Нб'+ Н—С—СН,—Вг 5Р

—- н₂о + с₂н₄ + вг

Механізм ЕІ (мономолекулярне елімінування). Реакція, яка від­бувається за механізмом ЕІ, являє собою двостадійний процес. На першій стадії під впливом розчинника відбувається іонізація мо­лекули галогеналкану з утворенням карбокатіона. Процес іоніза­ції найповільніший, тому визначає швидкість усієї реакції. На другій стадії карбокатіон, що утворився, стабілізується, відщеплюючи протон від р-атома Карбону з утворенням алкену.

Стадія 1: І пшшгннп

—С-С-Наї =* —С-С⁺ + НаГ

ні ні

галогеналкан карбокатіон

Стадія 2: І і V /

-с₇с^{+ швидко}. <с=с + н⁺ н І

карбокатіон алкен

Акцептором протона часто виявляється сам розчинник, напри­клад вода, тому реакція, яка проходить за механізмом ЕІ, зазвичай не вимагає присутності основи як реагенту. У реакції елімінуван­ня за механізмом ЕІ найлегше вступають третинні галогеналкани.

сн₃ сн₃

І І з

Н₃С—СН₂—С—СІ 5=* Н₃С—СН₂—С⁺ + СІ" —-

сн₃ сн₃

2-хлор-2-метилбутан Н₃С—СН=С—СН₃ + Н⁺

сн

³ 2-метил-2-бутен

Дегалогенування дигалогеналканів. Дигалогеналкани з атомами галогену біля сусідніх атомів Карбону при дії цинку або магнію У водно-спиртовому розчині відщеплюють два атоми галогену, утво­рюючи алкени:

107

106

Ненасичені вуглеводні. Глава 10

2п

НХ—СН—СН—СН, +

-* Н,С—СН==СН—СН, + 2пВг,

[В* Вг

2-бутен

2,3 - дибромобутан

Дегідратація насичених спиртів. При нагріванні із сильними мі­неральними кислотами спирти відщеплюють молекулу води і утво­рюють відповідні алкени:

н₂с—сн

"²⁵°⁴ ' н₂с=сн₂ + н,о

Алкени