Подготовка к ЕГЭ по химии 2021: 13(Б) Химические свойства непредельных углеводородов

СВОЙСТВА АЛКЕНОВ

АЛКЕНЫ (олефины, этиленовые углеводороды)

Общая формула CnH2n, одна двойная связь (= ) между атомами углерода

По месту С=С - sp2 гибридизация,

угол между связями С=С - 120°, поэтому молекула угловая

одна подвижная π-связь, длина двойной связи 0,134 нм.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКЕНОВ

По физическим свойствам близки к алканам.

При нормальных условиях углеводороды

C2–C4 – газы,

C5–C17 – жидкости,

высшие представители – твердые вещества.

Температура их плавления и кипения, а также плотность увеличиваются с ростом молекулярной массы.

Все олефины легче воды, плохо растворимы в ней, однако растворимы в органических растворителях.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКЕНОВ.

Для алкенов характерны:

1. реакции присоединения к двойной связи,

2. реакции окисления,

3. реакции замещения в «боковой цепи».

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПО ДВОЙНОЙ СВЯЗИ:

менее прочная π-связь разрывается, образуется насыщенное соединение.

1) Гидрирование → + Н2: из алкенов → алканы

2) Галогенирование → + Cl2, Br2 : из алкенов → дигалогеналканы

Обесцвечивание бромной воды - качественная реакция на непредельность.

3) Гидрогалогенирование: + НBr, HCl из алкенов → галогеналканы

(Правило Марковникова: - водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода).

4) Гидратация → + Н₂О : из алкенов одноатомные спирты

(присоединение также происходит по правилу Марковникова)

5. Эффект Хараша - присоединение в присутствии катализатора

Присоединение галогеноводородов и воды в присутствии пероксидов идет против правила Марковникова

6. Полимеризация – это реакция образования высокомолекулярного соединения (полимера) из низкомолекулярного (мономера).

Высокомолекулярное соединение (полимер) – это вещество с большой молекулярной массой, состоящее из многократно повторяющихся сегментов (структурных звеньев), связанных между собой.

РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ

1. Горение – полное окисление алкенов кислородом до углекислого газа и воды.

2. Мягкое окисление алкенов – реакция Вагнера - реакция с холодным водным (нейтральным) раствором перманганата калия (или Н₂О₂) → многоатомные спирты..

Обесцвечивание раствора перманганата калия – качественная реакция на непредельные углеводороды.

3.Окисление алкенов в нейтральной среде при нагревании

Если двойная связь на краю - карбонат, если в середине - соль карбоновой кислоты, если к двойной связи радикал - кетон.

4. Жесткое окисление алкенов – реакция с горячим кислым раствором перманганата калия - идёт с разрывом двойной связи С=С в зависимости от алкена образуются карбоновые кислоты, углекислый газ, кетоны.

В зависимости от строения скелета алкена механизм реакции разный:

а) Если у двойной связи нет радикалов → карбоновые кислоты и углекислый газ, если есть, только карбоновые кислоты

б) Если у двойной связи есть радикал → кетоны и карбоновые кислоты

5. Окисление этилена кислородом в присутствии солей палладия → уксусный альдегид

6. Окисление этилена кислородом при нагревании в присутствии катализатора металлического серебра, в водной среде → промышленный способ получения этиленгликоля.

РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ В «БОКОВОЙ ЦЕПИ».

1. Хлорирование и бромировнаие в боковую цепь:

если реакция с хлором проводится на свету или при высокой температуре – идёт замещение водорода в боковой цепи.

СВОЙСТВА АЛКАДИЕНОВ

Две двойные связи.

Первый член ряда – С3Н4 (пропадиен или аллен). В названии появляется суффикс – ДИЕН.

ТИПЫ ДВОЙНЫХ СВЯЗЕЙ В ДИЕНАХ:

1.Изолированные - двойные связи разделены в цепи двумя или более σ-связями: СН2=СН–СН2–СН=СН2.

Диены этого типа проявляют свойства, характерные для алкенов.

2. Кумулированные - двойные связи расположены у одного атома углерода: СН2=С=СН2 (аллен)

Подобные диены (аллены) относятся к довольно редкому и неустойчивому типу соединений.

3.Сопряженные - двойные связи разделены одной σ-связью: СН2=СН–СН=СН2

Сопряженные диены отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью четырех sp2-атомов углерода.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАДИЕНОВ

В обычных условиях пропадиен-1,2 и бутадиен-1,3 — газы, 2-метилбутадиен-1,3 — летучая жидкость.

Алкадиены с изолированными двойными связями (простейший из них — пентадиен-1,4) — жидкости.

Высшие диены — твёрдые вещества.

Все алкадиены нерастворимы в воде

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАДИЕНОВ С СОПРЯЖЕННЫМИ СВЯЗЯМИ

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

Для сопряженных диенов характерны реакции присоединения алкенов, наблюдается так называемое 1,4-присоединение (в реакции участвует вся делокализованная системы из двух двойных связей):

1. Гидрирование - сначала алкены, затем алканы

В присутствии катализатора Ni получается продукт полного гидрирования:

2. Галогенирование - сначала образуются дигалогенпроизводные, затем тетрагалогенпроизводные.

3. Гидрогалогенирование - сначала галогенпроизводные, затем дигалогенпроизводные.

4. Гидратация - сначала одноатомные спирты, затем двухатомные спирты.

5. Реакция полимеризации

Реакция протекает преимущественно по 1,4-механизму, при этом образуется полимер с кратными связями, называемый каучуком:

Полимеризация бутадиена

Полимеризация изопрена:

РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ - мягкое, жесткое, а также горение.

Протекают так же, как и в случае алкенов – мягкое окисление приводит к многоатомному спирту, жесткое окисление – к смеси различных продуктов, зависящих от строения диена:

1. Мягкое окисление – многоатомные спирты

2. Окисление в жестких условиях. В качестве окислителя используется концентрированный раствор перманганата калия или хромовая смесь (раствор бихромата калия в серной кислоте).

Происходит разрыв связей, с образованием, в зависимости от строения исходного алкена: карбоновых кислот, кетонов или смеси кислот и кетона.

3. Алкадиены горят → углекислый газ (угарный газ, углерод) и вода.

СВОЙСТВА АЛКИНОВ

АЛКИНЫ (ацетиленовые углеводороды)

Общая формула CnH2n-2

одна тройная связь (≡).

≡ - sp-гибридизация,

≡ - одна σ- и две π-связи

угол по месту ≡ 180°.

Молекула линейная

длина тройной связи 0,120нм.

ИЮПАК - суффикс -ан заменяется суффиксом -ин:

ОСОБЕННОСТИ АЛКИНОВ:

1. π-Электроны более короткой тройной связи прочнее удерживаются ядрами атомов углерода и обладают меньшей подвижностью.

2. Реакции присоединения к алкинам протекают медленнее, чем к алкенам.

3. Алкины с концевой тройной связью (алкины-1) проявляют кислотные свойства и способны, вступая в реакции с активными металлами, образовывать соли.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКИНОВ

По своим физическим свойствам напоминают соответствующие алкены.

Низшие (до С4) — газы без цвета и запаха, имеющие более высокие температуры кипения, чем аналоги в алкенах.

Алкины плохо растворимы в воде, лучше — в органических растворителях.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКИНОВ

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ.

1. Гидрирование → + Н2 – сначала алкены, затем алканы

В присутствии металлических катализаторов (Pt, Ni) алкины образуют алкены (разрывается первая π-связь), затем алканов (разрывается вторая π-связь):

При использовании менее активного катализатора (Pd) гидрирование останавливается на стадии образования алкенов.

2. Галогенирование → + Cl2, Br2 : из алкинов → дигалогеналкены, затем тетрагалогеналканы :

Присоединение галогенов к алкинам протекает медленнее, чем для алкенов (первая π-связь разрывается труднее, чем вторая):

Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция).

3. Гидрогалогенирование → + НBr, HCl из алкенов → галогеналкены, из галогеналкенов - дигалогеналканы

Присоединение к несимметричным алкинам определяются правилом Марковникова:

4. Гидратация (реакция Кучерова) → + Н₂О : из ацетилена – этаналь (альдегид), из всех остальных – кетоны. Катализаторы - соли ртути (II) - присоединение протекает по правилу Марковникова

5. Полимеризация алкинов.

а) Димеризация - из двух молекул ацетилена образуется димер - винилацетилен в присутствии соли CuCl

2) Тримеризация - образуются ароматические углеводороды

Тримеризация ацетилена над активированным углем приводит к образованию бензола (реакция Зелинского):

КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА АЛКИНОВ С КОНЦЕВОЙ ТРОЙНОЙ СВЯЗЬЮ

1. С щелочными металлами - образование солей ацетиленидов (замещается водород только на концевых связях):

Концевые атомы водорода у ацетилена и алкинов-1 могут замещаться атомами металла. При этом образуются соли – ацетилениды:

2. С аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I) выпадают осадки нерастворимых ацетиленидов:

Образование серовато-белого осадка ацетиленида серебра (ли красно-коричневого ацетиленида меди) - качественная реакция на концевую тройную связь.

ОКИСЛЕНИЕ АЦЕТИЛЕНА:

Алкины обесцвечивают раствор KMnO4, что используется для их качественного определения (обесцвечивание перманганата).

1. В слабощелочной среде → соли щавелевой кислоты (оксалаты)

Алкины обесцвечивают раствор KMnO4 – качественное определение (обесцвечивание перманганата).

2. В слабокислой среде → углекислый газ

Остальные алкины окисляются аналогично алкенам

в нейтральной и щелочной среде при нагревании получаются калиевые соли

Реакция с горячим кислым раствором перманганата калия - идёт с разрывом тройной связи - образуются карбоновые кислоты, углекислый газ:

3. Горение алкинов.
На воздухе алкины горят коптящим пламенем:

Если вдувать в пламя воздух или кислород, то алкины сгорают полностью, без копоти:

Из-за блокировщика рекламы некоторые функции на сайте могут работать некорректно! Пожалуйста, отключите блокировщик рекламы на этом сайте.