Лекція №5

Ненасичені вуглеводні. Алкени. Алкадієни. Алкіни. π-звязок. Хімічні властивості та застосування. Реакція полімеризації. Ароматичні вуглеводні. Системи спряження. Правила орієнтації в ароматичному ядрі.

Ненасичені вуглеводні

До ненасичених сполук відносять алкени (олефіни, або етиленові вуглеводні), дієнові вуглеводні (алкадієни) та алкіни (ацетиленові вуглеводні). Всі ці сполуки містять подвійні або потрійні вуглець-вуглецеві зв’язки.

1. Алкени. Гомологічний ряд алкенів.

АЛКЕНИ (олефіни, або етиленові вуглеводні) містять в молекулі один подвійний зв'язок.

Загальна формула алкенів C_nH_2n.

Назви алкенів утворені від грецьких і латинських числівників з додаванням суфікса –ен.

Алкени утворюють гомологічний ряд. Перший найпростіший ненасичений вуглеводень є Етилен (етен):

Електронна будова подвійного зв’язку

Розглянемо будову молекули етилену С₂Н₄ (СН₂=СН₂): у кожного атома вуглецю стають гібридними 3 електронні орбіталі, утворені 1s- і 2р - електронами (sp²- гібридизація). Гібридні орбіталі утворюють  - зв’язок з атомами водню і між атомами вуглецю. Негібридні орбіталі (р - електрони) утворюють π-зв’язок між атомами вуглецю, вони знаходяться в площині, перпендикулярній площині розміщення  - зв’язків.

Рис.3. Утворення подвійного зв’язку в молекулі етилену

Подвійний зв’язок – це ковалентний зв’язок, який складається з одного - і одного π-зв’язку. Подвійному зв’язку відповідає sp2- гібридизація.

Ізомерія

Для алкенів характерні два види ізомерії: структурна і просторова. Структурні ізомери – це ізомери, що мають різний порядок сполучення атомів у молекулі і різні структурні формули. Розрізняють ізомерію вуглецевого скелету та положення кратного зв’язку:

скелетна	бутен-1	2-метилпропен-1
положення кратного зв'язку:	CH2=CH–CH2–CH3 бутен-1	CH3–CH=CH–CH3 бутен-2

Одержання

1) крекінг і піроліз нафтопродуктів;

2) дегідрогенізація алканів при підвищеній температурі в присутності каталізатора:

CH3–CH2–CH2–CH3 ––300°C,Cr2O3– бутан

| |

→ CH2=CH–CH2–CH3 + H2 бутен-1 → CH3–CH=CH–CH3 + H2

3) в лабораторії - дегідратація спиртів (відщеплення води): CH₃–CH₂–OH ––^t°,Al2O3→  CH₂=CH₂ +H₂О етанол етилен

CH3–	CH–C  I       I	H–CH3 (бутанол-2)  CH3–CH=CH–CH3 (бутен-2) + H2O
	OH  H

Фізичні властивості

За фізичними властивостями алкени близькі до алканів, але мають більш низьку температуру кипіння і плавлення. Нищі алкени (С₂-С₄) за нормальних умов – гази, С₅-С₁₇ – рідини, решта – тверді речовини. Всі алкени нерозчинні у воді, але розчинні у полярних органічних розчинниках.

Хімічні властивості

Алкени відносяться до ненасичених органічних сполук. Це означає, що не всі валентні можливості алкенів використані в повному обсязі, і алкени можуть приєднувати до себе хімічні сполуки, тобто „насичуватися”. Така ненасиченість алкенів пояснюється наявністю подвійного зв’язку: розкривається π-зв’язок і утворюється два неспарених електрона, які здатні утворювати нові зв’язки.

Оскільки π-зв’язок менш міцний, ніж σ-звязок, легко розривається, тому для алкенів найбільш типовими є реакції приєднання:

1) галогенування – приєднання галогенів:

H₂C=CH₂ + Br₂  →  BrCH₂–CH₂Br

 Якісна реакція на подвійний зв'язок - знебарвлення алкеном бромної води.

2) гідрування – приєднання водню Н₂:

CH₃–CH=CH₂  + H₂  ––^Ni→   CH₃–CH₂–CH₃

3. гідрогалогенування – приєднання галогеноводню НСl, HBr:

H₂C=CH₂ + HBr  →  CH₃–CH₂Br

CH3−CH=CH2 + HCl → CH3−

CH−CH3  I Cl

4) окиснення – алкени легко окиснюються:

a)  киснем повітря (реакція горіння – повнеокиснення): H₂C=CH₂ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

6) полімеризація – утворення полімеру.