Написать уравнение реакции гидрирования алкенов

Химические свойства алкенов

Алкены – это непредельные (ненасыщенные) нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствует одна двойная связь между атомами углерода С=С.

Наличие двойной связи между атомами углерода очень сильно меняет свойства углеводородов.

Химические свойства алкенов

Алкены – непредельные углеводороды, в молекулах которых есть одна двойная связь. Строение и свойства двойной связи определяют характерные химические свойства алкенов.

Двойная связь состоит из σ-связи и π-связи. Рассмотрим характеристики одинарной связи С-С и двойной связи С=С:

Можно примерно оценить энергию π-связи в составе двойной связи С=С:

Таким образом, π-связь — менее прочная, чем σ-связь. Поэтому алкены вступают в реакции присоединения, сопровождающиеся разрывом π-связи. Присоединение к алкенам может протекать по ионному и радикальному механизмам.

Для алкенов также характерны реакции окисления и изомеризации. Окисление алкенов протекает преимущественно по двойной связи, хотя возможно и жесткое окисление (горение).

1. Реакции присоединения

Для алкенов характерны реакции присоединения по двойной связи С=С, при которых протекает разрыв пи-связи в молекуле алкена.

1.1. Гидрирование

Алкены реагируют с водородом при нагревании и под давлением в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt, Pd и др.).

1.2. Галогенирование алкенов

Присоединение галогенов к алкенам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl₄).

Реакции протекают в присутствии полярных растворителей по ионному (электрофильному) механизму.

1.3. Гидрогалогенирование алкенов

Алкены присоединяют галогеноводороды. Реакция идет по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкана.

При присоединении полярных молекул к несимметричным алкенам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.

1.4. Гидратация

Гидратация (присоединение воды) алкенов протекает в присутствии минеральных кислот. При присоединении воды к алкенам образуются спирты.

Гидратация алкенов также протекает по ионному (электрофильному) механизму.

Для несимметричных алкенов реакция идёт преимущественно по правилу Марковникова.

1.5. Полимеризация

Полимеризация — это процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).

nM → M_n (M – это молекула мономера)

2. Окисление алкенов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.

2.1. Каталитическое окисление

Каталитическое окисление протекает под действием катализатора.

2.2. Мягкое окисление

Мягкое окисление протекает при низкой температуре в присутствии перманганата калия. При этом раствор перманганата обесцвечивается.

В молекуле алкена разрывается только π-связь и окисляется каждый атом углерода при двойной связи.

При этом образуются двухатомные спирты (диолы).

2.2. Жесткое окисление

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.

Поэтому можно составить таблицу соответствия окисляемого фрагмента молекулы и продукта:

При окислении бутена-2 перманганатом калия в среде серной кислоты окислению подвергаются два фрагмента –CH=, поэтому образуется уксусная кислота:

При окислении метилпропена перманганатом калия в присутствии серной кислоты окислению подвергаются фрагменты >C= и CH₂=, поэтому образуются углекислый газ и кетон:

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).

Взаимодействие алкенов с хроматами или дихроматами протекает с образованием аналогичных продуктов окисления.

2.3. Горение алкенов

Алкены, как и прочие углеводороды, горят в присутствии кислорода с образованием углекислого газа и воды.

В общем виде уравнение сгорания алкенов выглядит так:

3. Замещение в боковой цепи

Алкены с углеродной цепью, содержащей более двух атомов углерода, могут вступать в реакции замещения в боковой цепи, как алканы.

При взаимодействии алкенов с хлором или бромом при нагревании до 500 о С или на свету происходит не присоединение, а радикальное замещение атомов водорода в боковой цепи. При этом хлорируется атом углерода, ближайший к двойной связи.

4. Изомеризация алкенов

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.

Прямая и непрямая гидратация алкенов

Вы будете перенаправлены на Автор24

Присоединение воды к алкенам приводит к образованию вторичных или третичных спиртов, и только этилен образует первичный (этиловый) спирт:

Присоединение воды происходит по правилу Mapковникова: водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а гидроксил — к наименее гидрогенизированному.

Исходя из этого предполагается, что в качестве промежуточных частиц в этих реакциях образуются карбокатионы:

В заводской практике присоединения воды к алкенам осуществляют путем прямой и косвенной гидратации.

Непрямая гидратация

При получении спиртов методом непрямой гидратации сначала происходит присоединение к алкенам серной кислоты с образованием смеси кислых и средних сульфатнокислых эфиров (алкилсульфатних кислот и диалкилсульфатлв).

Скорость процесса зависит от строения углеводорода, условий реакции (давление, температура) и концентрации серной кислоты.

Скорость взаимодействия алкенов с серной кислотой возрастает при переходе к высшим гомологам — до $C_6$, а дальше (начиная с $C_7$) уменьшается. Изоалкены взаимодействуют, как правило, гораздо быстрее, чем олефины нормального строения.

К несимметричным гомологам этилена серная кислота присоединяется в соответствии с правилом Марковиикова:

Готовые работы на аналогичную тему

Этот метод также применяется и в лабораторной практике, по этому методу получают третичные спирты:

Механизм каталитической гидратации

На первой стадии процесса по механизму каталитической гидратации происходит присоединение ионов гидроксония с образованием карбокатионов. Источником анионов является молекулы воды. При этом образуются протонированные спирты, которые на следующих стадиях отдают ионы водорода другим молекулам воды:

Восстановление двойных связей $C=C$ проводят чаще всего при помощи гетерогенного катализатора, в качестве которого используют благородный металл (палладий, родий, рутений, оксид платины $PtO_2$).

Если механизм реакции рассматривать кратко, то он заключается во взаимодействии протона с алкенами; скорость этого взаимодействия определяет общую скорость процесса. При этом образуются промежуточные карбокатионы, природа и количество которых зависит от строения исходного алкена. Такое объяснение аналогичное рассуждениям, которые используются при рассмотрении процесса гидрогалогенирования алкенов.

Полученные карбокатионы дальше быстро взаимодействуют с нуклеофильной молекулой воды. Оксониевое соединение, которое возникает после присоединения молекулы воды, неустойчиво и легко отщепляет каталитический протон с в созданием спирта.

Наряду с реакцией карбокатиона с молекулой воды одновременно проходит конкурирующее взаимодействие его с анионом серной кислоты (анионом гидросульфата):

Образованные алкилсульфаты при нагревании гидролизуются до соответствующего спирта:

Разделение алкенов различного строения

В целом серная кислота по-разному взаимодействует с алкенами, образуя промежуточные алкилгидросульфаты. Это используют в промышленности для разделения алкенов различного строения:

• этилен поглощается (вступая в реакцию) концентрированной $H_2SO_4$, (98-98%);
• пропилен образует изопропилсульфатную кислоту при 75-80% -ной;
• наиболее разветвленный изобутилен может поглощаться уже 35-50% -ной $H_2SO_4$.

Таким образом, применяя серную кислоту определенной концентрации, из реакционной смеси алкенов можно изымать определенный олефин в виде водорастворимой алкилсульфатной кислоты, которую затем гидролизуют отдельно к соответствующему спирту.

Прямая гидратация

В последнее время разработаны эффективные методы гидратации алкенов в присутствии других катализаторов, исключая стадию образования алкилгидросульфатов.

Метод прямой гидратации заключается в непосредственном взаимодействии алкена с водой или водяным паром при наличии катализаторов (фосфорная кислота и ее соли, серная кислота, оксид алюминия и др.).

Установлено, что гидратация изоалкенов происходит легче, чем алкенов нормального строения. Чем короче цепь углеводорода, тем труднее происходит гидратация.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 11 04 2021

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.