Слайд 2Алкены
Алкенами называются ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную связь.
СnН2n
олефины
Слайд 4Алкены
Номенклатура
1) в алкенах с неразветвленной цепью нумерацию производят с того
конца, ближе к которому находится двойная связь. В названии алкана,
соответствующего этой родоначальной структуре, суффикс -ан заменяется на –ен.
Этен (этилен)
Пропен (пропилен)
гексен-2
Слайд 5Алкены
Номенклатура
2) в случае разветвления главной считается цепь, включающая двойную связь,
даже если эта цепь и не является самой длинной. Нумерация
производится таким образом, чтобы атом углерода, от которого начинается двойная связь, получил наименьший номер
2-этилпентен-1
Слайд 6Алкены
Номенклатура
3) Углеводородные заместители обозначаются префиксом. Положение их указывается цифрой, соответствующей
номеру того атома углерода, у которого находится заместитель.
Заместители перечисляются
в алфавитном порядке. В случае нескольких одинаковых углеводородных заместителей перед их названием ставится умножительная приставка ди-, три- и т. д.
Слайд 7Алкены
Номенклатура
2-метилбутен-2
2,5-диметилгексен-2
Слайд 8Алкены
Номенклатура
этенил
(винил)
2-пропенил
(аллил)
Слайд 9Алкены
Изомерия
Структурная изомерия
Слайд 10Алкены
Изомерия
Пространственная изомерия
Цис- и транс-изомеры бутена-2
Слайд 11Алкены
Изомерия
Пространственная изомерия
цис-бутен-2
Ткип=4°С
транс-бутен-2
Ткип=1°С
Слайд 12Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
Слайд 13Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
Слайд 14Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
?
?
Слайд 15Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
Система Кана–Ингольда–Прелога
Прелог Владимир
(23.07.1906–07.01.1998)
(Швейцария)
Ингольд Кристофер
(28.10.1893–8.10.1970)
(Великобритания)
Роберт Сидни Кан
(9.06.1899-15.09.1981)
(Великобритания)
?
Слайд 16Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
1. Используя систему Кана–Ингольда–Прелога, определяют сначала относительное
старшинство заместителей, связанных с двойной связью, и дают им номера
по старшинству 1 или 2.
2. Если две наиболее старшие группы расположены по одну сторону от плоскости π-связи, то конфигурация заместителей обозначается символом Z, если же эти группы находятся по разные стороны от плоскости π-связи, то конфигурация обозначается символом Е.
Слайд 17Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
(Е)-2-бутен
(Z)-2-бутен
Слайд 18Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
(Е)-1-бром-1-нитро-
2-хлорпропен
(Z)-1-бром-1-нитро-
2-хлорпропен
Слайд 19Алкены
Номенклатура цис-, транс-изомеров
Z-3-метилгептен-3
Слайд 23Алкены
π-Связь делает невозможным вращение вокруг связи углерод-углерод; с этим связано
явление геометрической изомерии. Таким образом, двойная углерод-углеродная связь построена из
более прочной σ-связи (347 кДж/моль ) и менее прочной π-связи (264 кДж/моль ). Двойная углерод-углеродная связь в этилене короче, чем простая связь в этане.
Слайд 24Алкены
σ-связь (347 кДж/моль)
π-связь (264 кДж/моль)
Химические свойства
Двойная углерод-углеродная связь
в этилене короче, чем простая связь в этане.
Слайд 25Алкены
Химические свойства
Расстояние С-Н в этилене равно 0,109 нм, что
меньше, чем расстояние С-Н в этане (0,110 нм). Гибридизация атомов
углерода в этих соединениях неодинакова. По сравнению с sp3- орбиталью, sp2-орбиталь имеет меньшую долю p-орбитали и большую долю s-орбитали. p-Орбиталь находится на большем расстоянии от ядра, чем s- орбиталь. По мере возрастания s-характера гибридной орбитали её эффективный размер уменьшается и одновременно уменьшается длина связи с другим атомом.
Слайд 26Алкены
Химические свойства
Чем больше доля s-состояния в гибридной орбитали атома
углерода, тем более электроотрицательным он будет
50 %
33 % 25 %
Слайд 27Алкены
Типичными реакциями двойной связи являются реакции, в которых происходит разрыв
π-связи и образование вместо нее двух более прочных σ -связей.
Такие реакции называются реакциями присоединения. Они обозначаются символом Аd (Addition - присоединение).
Химические свойства
Слайд 28Алкены
Облака π-электронов находятся над и под плоскостью, в которой лежат
атомы углерода и водорода. Двойная углерод-углеродная связь служит донором электронов,
т.е. ведет себя как основание (По Льюису, основание - соединение, предоставляющее пару электронов для образования связи, донор пары электронов; кислота - акцептор пары электронов).
Она реагирует с соединениями, которые обеднены электронами, т.е. с кислотами (по Льюису). Эти реагенты, не имеющие пары электронов, называются электрофильными реагентами (электрофил - любящий электроны). Следовательно, типичными реакциями алкенов являются реакции электрофильного присоединения (AdE).
Химические свойства
Слайд 30Алкены
Существуют реагенты другого типа, также обедненные электронами, - свободные радикалы.
С ними алкены вступают в реакции радикального присоединения (AdR) .
Большинство
алкенов содержит алкильные группы, которые являются остатками алканов, следовательно, такие алкены могут подобно алканам участвовать в реакциях свободнорадикального замещения атома водорода в алкильном остатке (SR).
Химические свойства
Слайд 32Алкены
Гидрирование этена
С*, H* - атомы углерода и водорода, активированные
на
поверхности катализатора
Слайд 33Алкены
Теплота гидрирования и устойчивость алкенов
Слайд 34Алкены
Теплота гидрирования и устойчивость алкенов
Чем больше степень алкилирования атомов
углерода при двойной связи, тем более устойчив алкен:
Слайд 36Алкены
Присоединение галогеноводородов (HCl, HBr, HI)
АE (от англ. addition electrophilic)
Слайд 37Алкены
Механизм реакции AdE
Первая стадия.
Вторая стадия (медленная).
Слайд 38Алкены
Механизм реакции AdE
Третья стадия (быстрая).
Порядок увеличения реакционной способности
галогеноводородов
по отношению к алкенам совпадает с порядком увеличения их
кислотности:
HF << HCI < HBr < HI.
Слайд 39Алкены
Направление электрофильного присоединения
1869 г. В. Марковников
Слайд 40Алкены
МАРКОВНИКОВ
Владимир Васильевич
13.12.1837 – 29.01.1904
Слайд 41Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Слайд 42Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Слайд 43Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Слайд 44Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Состав продуктов реакции показывает, что в первой
стадии вторичный карбокатион образуется быстрее, чем первичный по реакции 1,
а третичный - быстрее, чем первичный и вторичный, как следует из реакций II и III.
Слайд 46Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Подавая электроны на положительно заряженный атом углерода,
алкильная группа в какой-то степени уменьшает его ⊕-заряд, сама при
этом приобретает некоторый положительный заряд. В третичном карбокатионе положительный заряд распределен между третичным углеродом и тремя алкильными группами, поэтому третичный карбокатион наиболее устойчив. Наоборот, метильный - наименее устойчив, т.к. в нем заряд локализован на одном атоме углерода.
Слайд 47Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Устойчивость карбокатионов изменяется в таком же порядке,
как и лёгкость их образования.
Слайд 48Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Современная трактовка правила Марковникова
Слайд 49Алкены
Индуктивный эффект – перераспределение электронной плотности внутри σ-связей, которое возникает
вследствие разности величин электроотрицательности атомов, участвующих в этих связях.
Слайд 50Алкены
Заместитель (Х), притягивающий электронную плотность σ-связи сильнее, чем атом водорода,
проявляет отрицательный индуктивный эффект (-I). Такие заместители в целом снижают
электронную плотность системы и их называют электроноакцепторными (галогены, ОН, NO2, СООН, катионы и др.).
Если заместитель (Y) по сравнению с атомом водорода смещает электронную плотность σ-связи в сторону атома углерода цепи, то он проявляет положительный индуктивный эффект (+I). Такие заместители ведут к повышению электронной плотности в цепи и называются электронодонорными. К их числу относятся алкильные группы, металлы и анионы.
Слайд 51Алкены
Эффект, проявляющийся в смещении электронной плотности в ненасыщенных и, особенно,
в сопряженных системах называют мезомерным (М-эффектом) или эффектом сопряжения.
Он
обусловлен смещением π-электронов сопряженных связей или неподеленных пар в сторону атомов с недостроенной до октета электронной оболочкой. Электронное смещение (обозначается изогнутой стрелкой) приводит к появлению частичных зарядов на концах сопряженной цепи.
Слайд 52Алкены
В отличие от индуктивного, мезомерный эффект передается по системе сопряженных
связей на значительно большее расстояние. Заместители, способные к эффекту сопряжения,
одновременно проявляют и индуктивный эффект.
При этом М- и I-эффекты могут иметь как одинаковое, так и противоположное направление. При оценке влияния заместителей на распределение электронной плотности надо учитывать результирующее действие индуктивного и мезомерного эффектов
Слайд 53Алкены
По результирующему действию заместители можно поделить на электронодонорные группы и
электроноакцепторные
Слайд 55Алкены
Реакции электрофильного присоединения
Слайд 56Алкены
Реакционная способность и селективность
Наиболее реакционноспособным должен быть алкен,
дающий
наиболее устойчивый карбокатион:
Слайд 57Алкены
Реакционная способность и селективность
Влияние, которое повышает электронную плотность двойной
связи, будет увеличивать ее реакционную способность, тогда как влияние понижающее
электронную плотность, будет уменьшать реакционную способность.
Виниловые эфиры CH2=CHOR присоединяют НХ (X=Hal) по правилу Марковникова с гораздо большей скоростью, чем все перечисленные выше замещенные алкены.
Это связано со значительным +М-эффектом RО-группы. В отличие от нитрогруппы, RО-группа по суммарному электронному эффекту (+М > -I) является сильным электронодонорным заместителем, эффективно стабилизирующим соседний карбокатионный центр.
Слайд 61Алкены
Присоединение серной кислоты
Слайд 63Алкены
Химические свойства
Реакции электрофильного присоединения
Гидратация
Слайд 64Алкены
Гидратация
Механизм реакции (AdE)
Слайд 66Алкены
Присоединение галогенов
АE (от англ. addition electrophilic)
Слайд 67Алкены
Присоединение галогенов
Первая стадия.
Слайд 69Алкены
Вторая стадия (Медленная).
Слайд 71Алкены
Сопряженное присоединение
Стереоспецифическим называется процесс, в котором орбаразуется только один из
возможных стереоизомеров.
Стереоселективным называется процесс, в котором преимущественно образуется один стереоизомер.
Слайд 72Алкены
Реакционная способность галогенов в реакции АdЕ
Присоединение хлора и брома
к алкенам происходит легко и во многих случаях с количественным
выходом. Присоединения йода к алкенам осуществить не удается. Взаимодействие фтора с алкенами происходит так энергично, что углеводород распадается на осколки с меньшим числом атомов углерода.
I2 << Br2 < Cl2 < F2
Слайд 73Алкены
Гидроборирование алкенов
Механизм реакции AdE
Слайд 75Алкены
Свободно-радикальное присоединение AdR
Гидробромирование
1. Инициирование
Слайд 76Алкены
Свободно-радикальное присоединение AdR
2. Рост цепи:
Слайд 78Алкены
Свободно-радикальное присоединение
Присоединение HBr против правила Марковникова происходит следующим образом: Br∙
(а не Н∙) реагирует в первую очередь с π-системой и
быстрее всего образуется наиболее стабильный радикал.
Независимо от механизма реакции в медленной стадии из двух возможных промежуточных частиц более устойчивая образуется быстрее.
Эффект Хараша, 1929 г.
Слайд 79Алкены
Свободно-радикальное присоединение
Аллильное замещение галогенами
Слайд 80Алкены
Реакция полимеризации
Полимер - это макромолекула, состоящая из очень большого числа
повторяющихся звеньев.
Он образуется путем последовательного присоединения малых молекул, называемых
мономерами.
Полимер, получаемый из одинаковых мономеров,
называется гомополимером, Полимер, получаемый из двух различных мономеров – сополимером или гетерополимером.
Слайд 81Алкены
Реакция полимеризации
X––Y + nA
→ X––(An)––Y
Инициатор
полимеризации
концевые группы
Слайд 82Алкены
Химические свойства
Реакция полимеризации
полиэтилен
полипропилен
Слайд 85Алкены
Димеризация изобутилена
Изооктан (2,2,4-триметил-
пентан)
Слайд 87Алкены
Свободнорадикальная полимеризация
инициирование
цепи
зарождение
цепи
рост
цепи
Слайд 88Алкены
Свободнорадикальная полимеризация
обрыв цепи
рекомбинация
диспропорционирование
Слайд 89Алкены
Координационная полимеризация
Катализатор К.Циглера-Дж.Натта (1953 г): TiCl4+ Al(C2H5)3
Слайд 90Алкены
Реакция полимеризации
Полимеризация несимметричных алкенов протекает по типу «голова к хвосту»,
через стадию образования более устойчивой промежуточной частицы (радикала, катиона, аниона)
Слайд 92Алкены
Координационная полимеризация
Атактический полимер - хаотичное расположение групп.
Синдиотактический полимер – регулярное
чередование атомов углерода
с различной конфигурацией (R,S,R,S,R,S).
Изотактический полимер – все атомы
углерода имеют одинаковую
конфигурацию.
Слайд 93Алкены
Окисление
Гидроксилирование (Окисление по Вагнеру
Слайд 94Алкены
ВАГНЕР Егор Егорович (9.XII.1849 – 27.XI.1903)
Слайд 95Алкены
Окисление с разрывом углерод-углеродной связи
Слайд 96Алкены
Эпоксидирование (Окисление)
Реакция
Н.А.Прилежаева
Слайд 97Алкены
Прилежаев
Николай Александрович
(1872—1944)
Слайд 98Алкены
Реакция Прилежаева
Эпоксидирование (Окисление)
Слайд 99Алкены
Окисление
Горение
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
Слайд 102Алкены
Элиминирование — это отщепление двух атомов или групп атомов от
соседних атомов углерода с образованием между ними π-связи.
Способы получения
Слайд 104Алкены
Реакции элиминирования
Дегидрогалогенирование
Слайд 105Алкены
Реакции элиминирования
Дегидрогалогенирование
Правило Зайцева
Слайд 106Алкены
Реакции элиминирования
Дегидрогалогенирование
ЗАЙЦЕВ Александр Михайлович (Россия)
(2.VII.1841 - 1.IX.1910)
Слайд 107Алкены
Реакции элиминирования
Дегидратация
Слайд 108Алкены
Реакции элиминирования
Дегалогенирование вицинальных дигалогенидов
Слайд 109Алкены
Реакции элиминирования
Дегидрирование
Слайд 111Алкены
Восстановительное сочетание альдегидов и кетонов
Слайд 112Алкены
Способы получения
Пиролиз алканов