Учебники Рудзитис / 10

2) Аналогично происходит присоединение водорода (реакция гидрирования):

3) В присутствии серной или фосфорной кислоты и других катализаторов этилен присоединяет воду (реакция гидратации):

спирт

Эту реакцию используют для получения этилового спирта в промышленности.

4) Этилен и его гомологи присоединяют также галогеноводороды:

H2C=CH2 + HBr CH3—CH2Br

бромэтан

H2C=CH2 + HCl CH3—CH2Cl

хлорэтан

Хлорэтан применяют для местной анестезии.

Пропилен и последующие углеводороды ряда этилена реагируют с галогеноводородами согласно правилу Марковникова.

Водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а атом галогена — к наименее гидрогенизированному:

50

Как известно, ковалентная связь в молекуле бромоводорода является полярной. Атом водорода в ней имеет частичный положительный заряд, а атом брома — частичный отрицательный заряд. При взаимодействии электроны p-связи непредельного углеводорода притягивают к себе положительно заряженный атом водорода и отталкивают отрицательно заряженный атом брома. Общая электронная пара полностью переходит к атому брома. В результате образуется положительный ион водорода H+ и отрицательный ион брома Br–.

В молекуле пропена в результате сдвига электронной плотности второй атом углерода, который связан с метилрадикалом, заряжен более положительно, чем первый (частичный заряд обозначают греческой буквой d — дельта):

Ион водорода Н+ присоединяется к звену СН2, так как здесь скапливается больший отрицательный заряд; образуется органический ион — карбокатион:

Бромид-ион присоединяется к тому атому углерода, который приобрёл положительный заряд:

Р е а к ц и и о к и с л е н и я. Последовательное окисление органических веществ можно представить в виде следующей цепочки превращений:

51

В органической химии трудно определить степени окисления разных атомов в сложном веществе. По этой причине окисление рассматривают обычно как процесс, при котором в результате перехода электронов от органического соединения к окислителю возрастает число (или кратность) кислородсодержащих связей (С—О, N—О, S—О и т. п.) либо уменьшается число водородсодержащих связей (С—Н, N—Н, S—Н и т. п.), например:

CH3—CH3 Н2C=CН2

При восстановлении органических соединений в результате приобретения электронов происходят обратные процессы, например:

Н2CO R2CH2

1) Этилен и его гомологи способны гореть на воздухе:

С2Н4 + 3О2 2СО2 + 2Н2О С воздухом этилен и его газообразные гомологи образуют взрывча-

тые смеси.

2) Этилен и его гомологи легко окисляются. При пропускании этилена через раствор перманганата калия раствор обесцвечивается.

Обесцвечивание раствора перманганата калия — качественная реакция на кратные связи.

В слабощелочной среде это происходит согласно уравнению

Можно записать это уравнение кратко:

Этиленгликоль широко применяют для производства незамерзающих жидкостей — антифризов, а также синтетического волокна и др.

3) Большое промышленное значение имеет частичное окисление этилена кислородом воздуха до оксида этилена:

52

Оксид этилена используют для синтеза различных органических веществ, для производства уксусного альдегида, синтетических моющих средств, лаков, пластмасс, синтетических каучуков, волокон и др.

Р е а к ц и и п о л и м е р и з а ц и и. При повышенной температуре, давлении и в присутствии катализаторов молекулы этилена соединяются друг с другом вследствие разрыва двойной связи:

Полиэтилен — соединение, состоящее из молекул, масса которых выражается десятками и сотнями тысяч атомных единиц массы. Такие соединения называют высокомолекулярными.

Процесс соединения одинаковых молекул в более крупные называют РЕАКЦИЕЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ.

Схематично реакцию полимеризации алкенов можно изобразить так:

Полимеризацией этилена, а также пропилена получают полиэтилен и

полипропилен, из которых изготовляют различные пластмассы (см. § 42). Применение этилена показано на рисунке:

53

Реакции присоединения (гидрирование, галогенирование, гидратация), окисления и полимеризации алкенов. Высокомолекулярные соединения. Качественные реакции на двойную связь

1.Как получают этилен и углеводороды ряда этилена? Напишите уравнения соответствующих реакций.

2.Какими химическими свойствами обладают этилен и его гомологи? Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.

3.Напишите уравнения реакций горения этилена и пропилена и их

взаимодействия с бромной водой и раствором перманганата калия. 4*. Как пропен и бутены реагируют с галогеноводородами? На этих

примерах поясните сущность правила Марковникова.

5.Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена.

6.Вычислите: а) какой объём (н. у.) и какую массу этилена можно

получить из 160 мл этилового спирта, плотность которого 0,8 г/см3; б) какой объём абсолютного (безводного) этилового спирта (r = 0,8 г/см3) можно получить из 100 м3 этилена (н. у.).

7.При пропускании этилена через бромную воду масса раствора увеличилась на 7 г. Какой объём газа вступил в реакцию и какая масса 1,2-дибромэтана образовалась (н. у.)?

8.Какой объём этилена (н. у.) потребуется для получения 126 кг оксида этилена, если массовая доля производственных потерь этилена составляет 0,1?

1.Наличие двойной связи позволяет алкенам вступать в реакции

Язнаю способы получения алкенов и области их применения.

Ямогу составлять уравнения химических реакций, характеризующих химические свойства алкенов.

54

Получение этилена и опыты с ним

•Вспомните правила безопасного обращения с концентрированной серной кислотой.

1.В одну пробирку налейте 2—3 мл эти-

#Что происходит при пропускании выделяющегося газа через бромную воду и раствор перманганата калия?

4.Подожгите выделяющийся газ.

#Почему этилен горит более светящимся пламенем, чем метан?

#Чем отличаются свойства этилена от свойств предельных углеводородов? Напишите уравнения соответствующих реакций.

5.Отчёт о работе оформите в виде таблицы (см. § 3).

Ямогу получить этилен.

Яумею доказывать непредельный характер этилена с помощью качественной реакции на кратные связи.

55

§13 Алкадиены

•Какие связи называют кратными?

•Охарактеризуйте природу s- и p-связей.

КАЛКАДИЕНАМ (диеновым углеводородам) относят органические соеди-

нения с общей формулой СnН2n – 2 , в молекулах которых имеются две двойные связи.

Углеводородов с двумя двойными связями очень много. Практически значимыми диеновыми углеводородами являются бутадиен-1,3, или дивинил СН2=СН—СH=СH2 (винилом называют группу атомов СН2=СН—), и 2-метилбутадиен-1,3, или изопрен:

У этих диеновых углеводородов двойные связи разделены одной простой (одинарной) связью. Такая группировка связей обладает некоторыми особенностями и называется сопряжённой.

Рассмотрим электронное строение диеновых углеводородов на примере молекулы бутадиена-1,3 (дивинила):

H2C=CH—CH=CH2

Орбитали каждого атома углерода находятся в состоянии sp2-гибри- дизации. Каждый атом углерода имеет по одной негибридизованной 2р-орбитали. 2p-Орбиталь атома С1 перекрывается с 2р-орбиталью атома С2, а 2p-орбиталь атома С3 перекрывается с 2р-орбиталью атома С4 (рис. 19, а). Однако и 2p-орбитали атомов С2 и С3 также перекрываются между собой, правда, это перекрывание несколько меньше, чем перекрывание между атомами С1 и С2 и перекрывание между атомами С3 и С4. В результате образуется единое p-электронное облако, распределённое по всей молекуле, т. е. система сопряжённых связей (рис. 19, б). В сопряжённой системе p-электроны уже не принадлежат отдельным двойным связям, они делокализованы (рассредоточены) по всем атомам. Здесь нет ни простой, ни двойных связей. Это доказывают и длины связей меж-

56

Рис. 19. Схема перекрывания p-орбиталей в молекуле бутадиена-1,3: а — вид сбоку; б — вид сверху

ду атомами углерода (длина связи C—C обычно равна 0,154 нм, связи C=C — 0,133 нм):

Правильнее было бы изображать молекулу бутадиена-1,3 с тремя равноценными связями:

Получение алкадиенов. В нашей стране производство бутадие- на-1,3 началось с 1932 г. Метод получения его из этилового спирта был разработан академиком С. В. Лебедевым. По этому методу этиловый спирт одновременно подвергают дегидратации (отщеплению воды) и дегидрированию (отщеплению водорода):

2СН3—СН2—ОН 425 С, Al2O3, ZnO H2C=CH—CH=CH2 + 2H2O + H2

Но более перспективным методом получения бутадиена является дегидрирование бутана, содержащегося в нефтяных газах. Для этой цели бутан пропускают над нагретым катализатором:

В настоящее время бутадиен-1,3 выделяют также из продуктов переработки нефти. Изопрен, или 2-метилбутадиен-1,3, получают дегидри-

57

рованием 2-метилбутана, который содержится в нефтяных газах и нефти. В упрощённом виде этот процесс можно изобразить так:

При взаимодействии бутадиена-1,3 с избытком брома образуется 1,2,3,4-тетрабромбутан.

Диеновым углеводородам свойственны также реакции полимеризации, например:

58

Полимеризацией алкадиенов получают важнейшие полимеры — синтетические каучуки.

Алкадиены (диеновые углеводороды). Дивинил (бутадиен-1,3). Изопрен (2-метилбутадиен-1,3). Сопряжённые двойные связи. Реакции присоединения (галогенирования) и полимеризации алкадиенов

1.Какие соединения относят к диеновым углеводородам?

2*. Какие основные способы получения диенов вы знаете? Напишите уравнения реакций.

3.Охарактеризуйте физические и химические свойства бутадие- на-1,3. Составьте уравнения соответствующих реакций.

4.Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

СН3—СН3СН3—СН2—ClH2C=CH2СН3—СН2—ОН

H2C=CH—CH=CH2(—CH2—CH=CH—CH2—)n

5. Какую массу 2-метилбутадиена-1,3 можно получить из 180 т 2-метилбутана, если массовая доля выхода продукта реакции составляет 0,89 от теоретического?

В «Задачнике с «помощником» для 10—11 классов (с. 38) ознакомьтесь с алгоритмом решения задач по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ взято в избытке. Решите задачи 6.13 и 6.14.

Я умею составлять уравнения химических реакций, характеризующих непредельный характер алкадиенов.

59