Fórmula general y tipos de isomería de alquenos. Fórmula general y tipos de isomería de alquenos Características de los alquenos características estructurales

Los alquenos se caracterizan principalmente por reacciones adhesión por doble enlace. Básicamente, estas reacciones proceden según el mecanismo iónico. El enlace pi se rompe y se forman dos nuevos enlaces sigma. Permítanme recordarles que las reacciones de sustitución eran típicas de los alcanos y procedieron de acuerdo con el mecanismo radical. Las moléculas de hidrógeno pueden unirse a los alquenos, estas reacciones se denominan hidrogenación, moléculas de agua, hidratación, halógenos - halogenación, haluros de hidrógeno - hidrohalogenación. Pero primero lo primero.

Reacciones de adición de doble enlace

Entonces, primero propiedad química la capacidad de unir haluros de hidrógeno, hidrohalogenación.

El propeno y otros alquenos reaccionan con haluros de hidrógeno según la regla de Markovnikov.

El átomo de hidrógeno está unido al átomo de carbono más hidrogenado, o más correctamente hidrogenado.

Segundo número en nuestra lista de propiedades sería la hidratación, la adición de agua.

La reacción tiene lugar cuando se calienta en presencia de un ácido, generalmente sulfúrico o fosfórico. La adición de agua también ocurre de acuerdo con la regla de Markovnikov, es decir, el alcohol primario solo se puede obtener por hidratación del etileno, los alquenos no ramificados restantes dan alcoholes secundarios.

Tanto para la hidrohalogenación como para la hidratación, existen excepciones a la regla de Markovnikov. En primer lugar, en contra de esta regla, la adición procede en presencia de peróxidos.

En segundo lugar, para derivados de alquenos en los que están presentes grupos atractores de electrones. Por ejemplo, para 3,3,3-trifluoropropeno-1.

Los átomos de flúor, debido a su alta electronegatividad, atraen la densidad de electrones hacia sí mismos a lo largo de la cadena de enlaces sigma. Este fenómeno se llama efecto inductivo negativo.

Debido a esto, los electrones pi móviles del doble enlace se desplazan y el átomo de carbono más externo tiene una carga positiva parcial, que generalmente se denota como delta plus. Es a él a quien irá el ion de bromo cargado negativamente, y el catión de hidrógeno se unirá al átomo de carbono menos hidrogenado.

Además del grupo trifluorometilo, por ejemplo, el grupo triclorometilo, el grupo nitro, el grupo carboxilo y algunos otros tienen un efecto inductivo negativo.

Este segundo caso de violación de la regla de Markovnikov en el examen es muy raro, pero aun así es recomendable tenerlo en cuenta si planeas aprobar el examen con la máxima puntuación.

Tercero adición de propiedades químicas de moléculas de halógeno.

En primer lugar, esto se refiere al bromo, ya que esta reacción es cualitativa para un enlace múltiple. Al pasar, por ejemplo, etileno por agua de bromo, es decir, una solución de bromo en agua, que tiene color marrón, se produce decoloración. Si se pasa una mezcla de gases, por ejemplo, etano y eteno, a través de agua de bromo, entonces se puede obtener etano puro sin impurezas de eteno, ya que permanecerá en el matraz de reacción en forma de dibromoetano, que es un líquido.

De particular interés es la reacción de los alquenos en la fase gaseosa con un fuerte calentamiento, por ejemplo, con cloro.

En tales condiciones, no se produce una reacción de adición, sino una reacción de sustitución. Además, sólo en el átomo de carbono alfa, es decir, el átomo adyacente al doble enlace. En este caso se obtiene 3-cloropropeno-1. Estas reacciones en el examen no son comunes, por lo que la mayoría de los estudiantes no las recuerdan y, por regla general, cometen errores.

cuatro número es la reacción de hidrogenación, y con ella la reacción de deshidrogenación. Es decir, la adición o eliminación de hidrógeno.

La hidrogenación se produce a una temperatura no muy alta sobre un catalizador de níquel. A temperaturas más altas, es posible la deshidrogenación para formar alquinos.

Quinto la propiedad de los alquenos es la capacidad de polimerizar, cuando cientos y miles de moléculas de alquenos forman cadenas muy largas y fuertes debido a la ruptura del enlace pi y la formación de enlaces sigma entre sí.

En este caso, se obtiene polietileno. Tenga en cuenta que no hay enlaces múltiples en la molécula resultante. Tales sustancias se denominan polímeros, las moléculas originales se denominan monómeros, el fragmento repetitivo es la unidad elemental del polímero y el número n es el grado de polimerización.

Reacciones para producir otros importantes materiales poliméricos como el polipropileno.

Otro polímero importante es el cloruro de polivinilo.

El material de partida para la producción de este polímero es el cloroeteno, cuyo nombre trivial es cloruro de vinilo. Dado que este sustituyente insaturado se llama vinilo. Una abreviatura común para los productos de plástico, PVC, simplemente significa cloruro de polivinilo.

Hemos discutido cinco propiedades que son reacciones de adición de doble enlace. Ahora veamos las reacciones. oxidación.

Reacciones de oxidación de alquenos

sexto la propiedad química en nuestra lista general es la oxidación suave o reacción de Wagner. Procede cuando el alqueno se expone a una solución acuosa de permanganato de potasio en frío, por lo que, muchas veces en tareas de examen, la temperatura es de cero grados.

El resultado es un alcohol dihídrico. En este caso, el etilenglicol y, en general, dichos alcoholes se denominan colectivamente glicoles. Durante la reacción, la solución de permanganato de color rosa violeta se vuelve incolora, por lo que esta reacción también es cualitativa para un doble enlace. El manganeso en un ambiente neutro del estado de oxidación +7 se reduce al estado de oxidación +4. Veamos algunos ejemplos más. LA ECUACION

Aquí tenemos propanodiol-1,2. Sin embargo, los alquenos cíclicos reaccionarán de la misma manera. LA ECUACION

Otra opción es cuando el doble enlace está, por ejemplo, en la cadena lateral de los hidrocarburos aromáticos. Regularmente en tareas de examen hay una reacción de Wagner que involucra al estireno, su segundo nombre es vinilbenceno.

Espero haber proporcionado suficientes ejemplos para que entiendas que la oxidación suave de un doble enlace siempre obedece a un proceso bastante regla simple el enlace pi se rompe y un grupo hidroxi se une a cada átomo de carbono.

Ahora, con respecto a la oxidación dura. Este será nuestro séptimo propiedad. Esta oxidación ocurre cuando un alqueno reacciona con una solución ácida de permanganato de potasio cuando se calienta.

Hay una destrucción de la molécula, es decir, su destrucción en el doble enlace. En el caso del buteno-2 se obtuvieron dos moléculas de ácido acético. En general, la posición del enlace múltiple en la cadena de carbono puede juzgarse a partir de los productos de oxidación.

Cuando se oxida el buteno-1, se obtiene una molécula de ácido propiónico (propanoico) y dióxido de carbono.

En el caso del etileno se obtendrán dos moléculas de dióxido de carbono. En todos los casos, en un ambiente ácido, el manganeso se reduce del estado de oxidación +7 a +2.

Y finalmente octavo propiedad oxidación o combustión completa.

Los alquenos se queman como otros hidrocarburos a dióxido de carbono y agua. Escribamos la ecuación para la combustión de alquenos en forma general.

Habrá tantas moléculas de dióxido de carbono como átomos de carbono en una molécula de alqueno, ya que una molécula de CO 2 contiene un átomo de carbono. Eso es n moléculas de CO 2 . Habrá la mitad de moléculas de agua que de átomos de hidrógeno, es decir, 2n/2, lo que significa sólo n.

Hay el mismo número de átomos de oxígeno a la izquierda ya la derecha. A la derecha, hay 2n del dióxido de carbono más n del agua, para un total de 3n. A la izquierda, hay el mismo número de átomos de oxígeno, lo que significa que hay la mitad de moléculas, porque dos átomos son parte de la molécula. Eso es 3n/2 moléculas de oxígeno. Puedes escribir 1.5n.

Hemos revisado ocho Propiedades químicas de los alquenos.

4. Propiedades químicas de los alquenos

La energía del doble enlace carbono-carbono en el etileno (146 kcal/mol) es significativamente menor que la energía duplicada de un solo enlace C-C en el etano (288=176 kcal/mol). -Comunicación CC Los enlaces α son más fuertes en el etileno, por lo que las reacciones de los alquenos, acompañadas por la ruptura de los enlaces α con la formación de dos nuevos enlaces α simples, son un proceso termodinámicamente favorable. Por ejemplo, en fase gaseosa, según los datos calculados, todas las reacciones siguientes son exotérmicas con una entalpía negativa significativa, independientemente de su mecanismo real.

Desde el punto de vista de la teoría de los orbitales moleculares, también se puede concluir que el enlace - es más reactivo que el enlace -. Considere los orbitales moleculares del etileno (Fig. 2).

De hecho, el orbital enlazante del etileno tiene una energía más alta que el orbital enlazante y viceversa, el orbital antienlazante * del etileno se encuentra por debajo del orbital antienlazante * del enlace C=C. En condiciones normales, los orbitales * y * del etileno están vacíos. Por lo tanto, los orbitales límite del etileno y otros alquenos, que determinan su reactividad, serán orbitales -.

4.1. Hidrogenación catalítica de alquenos

A pesar del hecho de que la hidrogenación del etileno y otros alquenos a alcanos va acompañada de la liberación de calor, esta reacción se desarrolla a un ritmo apreciable solo en presencia de ciertos catalizadores. El catalizador, por definición, no afecta el efecto térmico de la reacción, y su papel se reduce a disminuir la energía de activación. Se debe distinguir entre hidrogenación catalítica heterogénea y homogénea de alquenos. En la hidrogenación heterogénea se utilizan catalizadores metálicos finamente divididos - platino, paladio, rutenio, rodio, osmio y níquel, ya sea en forma pura o soportados sobre soportes inertes - BaSO 4 , CaCO 3 , carbón activado, Al 2 O 3, etc. Todos de ellos insolubles en medios orgánicos y actúan como catalizadores heterogéneos. Los más activos entre ellos son el rutenio y el rodio, pero más extendida recibió platino y níquel. El platino generalmente se usa en forma de dióxido negro PtO 2 , comúnmente conocido como "catalizador de Adams". El dióxido de platino se obtiene fusionando ácido cloroplatínico H 2 PtCl 6 . 6H 2 O o hexacloroplatinato de amonio (NH 4) 2 PtCl 6 con nitrato de sodio. La hidrogenación de alquenos con un catalizador de Adams generalmente se lleva a cabo a presión normal y una temperatura de 20-50 0 C en alcohol, ácido acético, acetato de etilo. Cuando se hace pasar hidrógeno, el dióxido de platino se reduce directamente en el recipiente de reacción a negro de platino, que cataliza la hidrogenación. Otros metales del grupo del platino más activos se utilizan sobre soportes inertes, como Pd/C o Pd/BaSO 4 , Ru/Al 2 O 3 ; Rh/C, etc. El paladio depositado sobre carbón cataliza la hidrogenación de alquenos a alcanos en una solución de alcohol a 0-20 0 C y presión normal. El níquel se usa generalmente en la forma del llamado "níquel Raney". Para obtener este catalizador, la aleación de níquel-aluminio se trata con álcali acuoso caliente para eliminar casi todo el aluminio y luego con agua hasta neutralidad. El catalizador tiene una estructura porosa y, por lo tanto, también se denomina catalizador de níquel esquelético. Las condiciones típicas para la hidrogenación de alquenos sobre níquel Raney requieren una presión de aproximadamente 5-10 atm y una temperatura de 50-100 0 C, es decir, este catalizador es mucho menos activo que los metales del grupo del platino, pero es más blanco y económico. Los siguientes son algunos ejemplos típicos de hidrogenación catalítica heterogénea de alquenos acíclicos y cíclicos:

Dado que ambos átomos de hidrógeno están unidos a los átomos de carbono del doble enlace desde la superficie del metal catalizador, la adición generalmente ocurre en un lado del doble enlace. Este tipo de apego se llama sin- conexión. En aquellos casos en que se unen dos fragmentos del reactivo desde lados diferentes del enlace múltiple (doble o triple) anti- adhesión. Términos sin- Y anti- son equivalentes en significado a los términos cis- Y trance-. Para evitar confusiones y malentendidos, los términos sin- Y anti- consulte el tipo de conexión y los términos cis- Y trance- a la estructura del sustrato.

El doble enlace en los alquenos se hidrogena a un ritmo más rápido que muchos otros grupos funcionales (C=O, COOR, CN, etc.) y, por lo tanto, la hidrogenación del doble enlace C=C suele ser un proceso selectivo si se lleva a cabo la hidrogenación. en condiciones suaves (0- 20 0 С ya presión atmosférica). A continuación se muestran algunos ejemplos típicos:

El anillo de benceno no se reduce en estas condiciones.

Un gran logro y fundamentalmente importante en la hidrogenación catalítica es el descubrimiento de complejos metálicos solubles que catalizan la hidrogenación en una solución homogénea. La hidrogenación heterogénea en la superficie de los catalizadores metálicos tiene una serie de desventajas significativas, como la isomerización de alquenos y la división de enlaces carbono-carbono simples (hidrogenólisis). La hidrogenación homogénea carece de estas desventajas. En los últimos años, se ha obtenido un gran grupo de catalizadores de hidrogenación homogéneos: complejos de metales de transición que contienen varios ligandos. Los mejores catalizadores para la hidrogenación homogénea son complejos de cloruros de rodio (I) y rutenio (III) con trifenilfosfina - tris (trifenilfosfina) cloruro de rodio (Ph 3 P) 3 RhCl (catalizador de Wilkinson) y tris (trifenilfosfina) clorhidrato de rutenio (Ph 3 P ) 3 RuHCl. El complejo de rodio más accesible, que se obtiene por la interacción del cloruro de rodio (III) con trifenilfosfina. El complejo de rodio de Wilkinson se utiliza para hidrogenar el doble enlace en condiciones normales.

Una ventaja importante de los catalizadores homogéneos es la posibilidad de reducción selectiva de un doble enlace mono o disustituido en presencia de un doble enlace trisustituido o tetrasustituido debido a las grandes diferencias en sus velocidades de hidrogenación.

En el caso de catalizadores homogéneos, la adición de hidrógeno también ocurre como sin- adhesión. Entonces recuperación cis-buteno-2 ​​deuterio en estas condiciones conduce a meso-2,3-dideuterobutano.

4.2. Reducción de doble enlace con diimida

La reducción de alquenos a los alcanos correspondientes se puede llevar a cabo con éxito usando diimida NH=NH.

La diimida se obtiene por dos métodos principales: oxidación de hidracina con peróxido de hidrógeno en presencia de iones Cu 2+ o por interacción de hidracina con Ni-Raney (deshidrogenación de hidracina). Si un alqueno está presente en la mezcla de reacción, su doble enlace sufre hidrogenación bajo la acción de una diimida muy inestable. Una característica distintiva de este método es la estricta sin-estereoespecificidad del proceso de recuperación. Se cree que esta reacción procede a través de un complejo cíclico activado con una orientación estricta de ambas moléculas que reaccionan en el espacio.

4.3. Reacciones de adición electrofílica en el doble enlace de los alquenos.

Los orbitales límite del HOMO y LUMO de los alquenos son los orbitales ocupados y vacíos *. En consecuencia, en reacciones con electrófilos (E+), participará el orbital -, y en reacciones con nucleófilos (Nu -), participará el orbital *- del enlace C=C (ver Fig. 3). En la mayoría de los casos, los alquenos simples reaccionan fácilmente con electrófilos y reaccionan con gran dificultad con nucleófilos. Esto se explica por el hecho de que, por lo general, el LUMO de la mayoría de los electrófilos tiene una energía cercana a la energía del -HOMO de los alquenos, mientras que el HOMO de la mayoría de los nucleófilos es mucho menor que *-LUMO.

Los alquenos simples reaccionan solo con agentes nucleófilos muy fuertes (carbaniones) en condiciones adversas, sin embargo, la introducción de grupos atractores de electrones en los alquenos, por ejemplo, NO 2 , COR, etc., conduce a una disminución en el nivel *, debido al que el alqueno adquiere la capacidad de reaccionar con nucleófilos de fuerza media (amoníaco, RO - , NєC - , anión enolato, etc.).

Como resultado de la interacción del agente electrofílico E+ con un alqueno, se forma un carbocatión altamente reactivo. El carbocatión se estabiliza aún más mediante la rápida adición del agente nucleofílico Nu - :

Dado que la adición de un electrófilo es un paso lento, el proceso de adición de cualquier agente polar E + Nu - debe considerarse precisamente como una adición electrófila al enlace múltiple del alqueno. Se conocen un gran número de reacciones de este tipo, donde el papel del agente electrofílico lo juegan halógenos, haluros de hidrógeno, agua, sales divalentes de mercurio y otros reactivos polares. La adición electrofílica a un doble enlace en la clasificación de los mecanismos de reacción orgánicos tiene el símbolo Ad E ( Adición electrofílica) y, dependiendo del número de moléculas que reaccionan, se designa como Ad E 2 (reacción bimolecular) o Ad E 3 (reacción trimolecular).

4.3.a. Adición de halógenos

Los alquenos reaccionan con el bromo y el cloro para formar productos de adición en el doble enlace de una molécula de halógeno con un rendimiento cercano al cuantitativo. El flúor es demasiado activo y provoca la destrucción de los alquenos. La adición de yodo a los alquenos en la mayoría de los casos es una reacción reversible, cuyo equilibrio se desplaza hacia los reactivos de partida.

La rápida decoloración de una solución de bromo en CCl 4 es una de las pruebas más sencillas de insaturación, ya que los alquenos, alquinos y dienos reaccionan rápidamente con el bromo.

La adición de bromo y cloro a los alquenos ocurre por un mecanismo iónico más que radical. Esta conclusión se deriva del hecho de que la tasa de adición de halógeno no depende de la irradiación, la presencia de oxígeno y otros reactivos que inician o inhiben los procesos de radicales. Con base en una gran cantidad de datos experimentales, se propuso un mecanismo para esta reacción, que incluye varias etapas sucesivas. En la primera etapa, la polarización de la molécula de halógeno ocurre bajo la acción de los electrones de enlace. El átomo de halógeno, al adquirir cierta carga positiva fraccionaria, forma un intermedio inestable con electrones - enlaces, llamado - complejo o complejo de transferencia de carga. Cabe señalar que en el complejo -, el halógeno no forma un enlace direccional con ningún átomo de carbono en particular; en este complejo, la interacción donante-aceptor del par de electrones-enlace como donante y halógeno como aceptor se realiza simplemente.

Además, el complejo se convierte en un ion de bromonio cíclico. En el proceso de formación de este catión cíclico, ocurre una escisión heterolítica del enlace Br-Br y un vacío R-orbital sp 2 -átomo de carbono hibridado se superpone con R-orbital del "par solitario" de electrones del átomo de halógeno, formando un ion de bromonio cíclico.

En la última, tercera etapa, el anión bromo, como agente nucleofílico, ataca a uno de los átomos de carbono del ion bromonio. El ataque nucleofílico por el ion bromuro conduce a la apertura del anillo de tres miembros y la formación de un dibromuro vecinal ( víctima-cerca). Este paso se puede considerar formalmente como una sustitución nucleófila de S N 2 en el átomo de carbono, donde el grupo saliente es Br+.

La adición de halógenos al doble enlace de los alquenos es una de las reacciones modelo formalmente simples, por cuyo ejemplo se puede considerar la influencia de los principales factores que permiten sacar conclusiones razonables sobre el mecanismo detallado del proceso. Para obtener conclusiones razonables sobre el mecanismo de cualquier reacción, se deben tener datos sobre: 1) cinética de reacción; 2) estereoquímica (resultado estereoquímico de la reacción); 3) la presencia o ausencia de un proceso competitivo asociado; 4) el efecto de los sustituyentes en el sustrato inicial sobre la velocidad de reacción; 5) el uso de sustratos y (o) reactivos marcados; 6) la posibilidad de reordenamientos durante la reacción; 7) la influencia del disolvente en la velocidad de reacción.

Consideremos estos factores usando el ejemplo de la halogenación de alquenos. Los datos cinéticos permiten establecer el orden de reacción de cada componente y, sobre esta base, sacar una conclusión sobre la molecularidad global de la reacción, es decir, sobre el número de moléculas que reaccionan.

Para la bromación de alquenos, la velocidad de reacción generalmente se describe mediante la siguiente ecuación:

v = k`[alqueno] + k``[alqueno] 2 ,

que en casos raros se simplifica a

v = k`[alqueno].

Con base en los datos cinéticos, se puede concluir que una o dos moléculas de bromo están involucradas en el paso determinante de la velocidad. El segundo orden en términos de bromo significa que no es el ion bromuro Br - el que reacciona con el ion bromonio, sino el ion tribromuro formado durante la interacción del bromo y el ion bromuro:

Este equilibrio se desplaza a la derecha. Los datos cinéticos no permiten sacar ninguna otra conclusión sobre la estructura del estado de transición y la naturaleza de las especies electrofílicas en la reacción de adición de halógeno de doble enlace. La información más valiosa sobre el mecanismo de esta reacción la proporcionan los datos sobre la estereoquímica de la adición. La adición de un halógeno a un doble enlace es un proceso estereoespecífico (un proceso en el que solo se forma uno de los estereoisómeros posibles; en un proceso estereoselectivo, se forma predominantemente un estereoómero) anti- adiciones para alquenos y cicloalquenos en los que el doble enlace no está conjugado anillo de benceno. Para cis- Y trance-isómeros de buteno-2, penteno-2, hexeno-3, ciclohexeno, ciclopenteno y otros alquenos, la adición de bromo se produce exclusivamente como anti- adhesión. En el caso del ciclohexeno, sólo trance-1,2-dibromociclohexano (mezcla de enantiómeros).

La disposición trans de los átomos de bromo en el 1,2-dibromociclohexano se puede representar de forma simplificada con respecto al plano medio del anillo de ciclohexano (sin tener en cuenta conformaciones):

Cuando se agrega bromo al ciclohexeno, inicialmente se forma trance-1,2-dibromociclohexano en un, un-conformación, que luego pasa inmediatamente a una energéticamente más favorable su-conformación. Anti- la adición de halógenos al doble enlace permite rechazar el mecanismo de adición síncrona en un solo paso de una molécula de halógeno al doble enlace, que sólo puede llevarse a cabo como sin- adhesión. Anti- la adición de un halógeno también es inconsistente con la formación de un carbocatión abierto RCH + -CH 2 Hal como intermedio. En un carbocatión abierto, es posible la rotación libre alrededor del enlace C-C, lo que debería conducir después del ataque del anión Br. - para formar una mezcla de productos anti- y entonces sin- conexiones. estereoespecífico anti- la adición de halógenos fue razón principal creación del concepto de iones de bromonio o cloronio como partículas intermedias discretas. Este concepto cumple perfectamente la regla anti-adición, ya que el ataque nucleofílico del ion haluro es posible con anti-lados en cualquiera de los dos átomos de carbono del ion halonio por el mecanismo S N 2.

En el caso de alquenos asimétricamente sustituidos, esto debería dar como resultado dos enantiómeros treo-se forman tras la adición de bromo a cis-isómero o enantiómeros eritro-se forma durante la halogenación trance-isómero. De hecho, esto se observa cuando se agrega bromo, por ejemplo, a cis- Y trance-penteno-2 isómeros.

En el caso de la bromación de alquenos simétricos, por ejemplo, cis- o trance-hexenos-3 debe formar o un racemato ( D,L-forma), o meso-forma del dibromuro final, que se observa realmente.

Existe evidencia independiente y directa de la existencia de iones de halonio en un medio indiferente no nucleofílico a bajas temperaturas. Usando espectroscopía de RMN, se registró la formación de iones de bromonio durante la ionización de 3-bromo-2-metil-2-fluorobutano bajo la acción de un pentafluoruro de antimonio ácido de Lewis muy fuerte en una solución de dióxido de azufre líquido a -80 0 C.

Este catión es bastante estable a -80 0 C en un medio no nucleófilo, pero se destruye instantáneamente por la acción de cualquier agente nucleófilo o por calentamiento.

Los iones de bromonio cíclicos a veces se pueden aislar en forma pura si los obstáculos espaciales impiden su apertura bajo la acción de los nucleófilos:

Está claro que la posibilidad de la existencia de iones bromonio, que son bastante estables en condiciones especiales, no puede servir como evidencia directa de su formación en la reacción de adición de bromo al doble enlace de un alqueno en alcohol, ácido acético, y otros disolventes donantes de electrones. Dichos datos deben considerarse solo como una confirmación independiente de la posibilidad fundamental de la formación de iones de halonio en el proceso de adición electrofílica al doble enlace.

El concepto del ion halonio proporciona una explicación racional de la reversibilidad de la adición de yodo al doble enlace. El catión halonio tiene tres centros electrofílicos accesibles al ataque nucleofílico por el anión haluro: dos átomos de carbono y un átomo de halógeno. En el caso de los iones de cloronio, el anión Cl − parece atacar predominante o incluso exclusivamente los centros de carbono del catión. Para el catión bromonio, ambas direcciones de apertura del ion halonio son igualmente probables, tanto por el ataque del ion bromuro sobre ambos átomos de carbono como sobre el átomo de bromo. El ataque nucleofílico al átomo de bromo del ion bromonio conduce a los reactivos iniciales bromo y alqueno:

El ion yodonio se abre principalmente como resultado del ataque del ion yoduro al átomo de yodo, por lo que el equilibrio entre los reactivos iniciales y el ion yodonio está desplazado hacia la izquierda.

Además, el producto final de la adición, el diyoduro vecinal, puede sufrir un ataque nucleofílico en el átomo de yodo por el anión triyoduro presente en la solución, lo que también conduce a la formación de los reactivos iniciales alqueno y yodo. En otras palabras, en las condiciones de la reacción de adición, el diyoduro vecinal resultante se deyoda bajo la acción del anión triyoduro. Los dicloruros y dibromuros vecinales no se deshalogenan en las condiciones de la reacción de adición de cloro o bromo, respectivamente, a los alquenos.

La antiadición de cloro o bromo es característica de los alquenos, en los que el doble enlace no está conjugado con los electrones - del anillo de benceno. Para estireno, estilbeno y sus derivados junto con anti-Se realiza la suma y sin- adición de un halógeno, que en un entorno polar puede llegar a ser incluso dominante.

En los casos en que la adición de un halógeno a un doble enlace se lleva a cabo en un medio de solventes nucleofílicos, el solvente compite efectivamente con el ion haluro en la apertura del anillo de tres miembros del ion halonio:

La formación de productos de adición con la participación de un solvente o algún otro agente nucleofílico "externo" se denomina reacción de adición conjugada. Cuando bromo y estireno reaccionan en metanol, se forman dos productos: dibromuro vecinal y bromoéter, cuya proporción depende de la concentración de bromo en metanol.

En una solución muy diluida domina el producto de adición conjugada, mientras que en una solución concentrada, por el contrario, predomina el dibromuro vecinal. En una solución acuosa, siempre predomina la halohidrina (un alcohol que contiene un halógeno en el átomo de carbono) - el producto de la adición conjugada.

su conformista trance-2-clorociclohexanol estabilizado adicionalmente por enlace de hidrógeno O-H . . . cl. En el caso de los alquenos asimétricos, en las reacciones de adición conjugada, el halógeno siempre se suma al átomo de carbono que contiene el mayor número de átomos de hidrógeno, y el agente nucleofílico al carbono con menor número de átomos de hidrógeno. No se forma un producto isomérico con una disposición diferente de los grupos de unión. Esto significa que el ion halonio cíclico formado como intermediario debe tener una estructura asimétrica con dos enlaces C 1 -Hal y C 2 -Hal que difieren en energía y fuerza y ​​una gran carga positiva en el átomo de carbono C 2 interno, que puede representarse gráficamente expresado de dos maneras:

Por lo tanto, el átomo de carbono C 2 del ion halonio está sujeto al ataque nucleofílico por parte del solvente, a pesar de que está más sustituido y estéricamente menos accesible.

Uno de los mejores métodos preparativos para la síntesis de bromhidrinas es la hidroxibromación de alquenos con N-bromosuccinimida ( Oficina nacional de normas) en una mezcla binaria de dimetilsulfóxido ( DMSO) y agua.

Esta reacción se puede llevar a cabo en agua y sin DMSO Sin embargo, los rendimientos de bromhidrinas en este caso son algo inferiores.

La formación de productos de adición conjugados en la reacción de halogenación de alquenos también permite rechazar el mecanismo sincrónico de adición de una molécula de halógeno. La adición conjugada al doble enlace concuerda bien con el mecanismo de dos pasos que involucra al catión halonio como intermediario.

Para la reacción de adición electrófila al doble enlace, se debe esperar un aumento en la velocidad de reacción en presencia de sustituyentes alquilo donantes de electrones y su disminución en presencia de sustituyentes aceptores de electrones en el doble enlace. De hecho, la tasa de adición de cloro y bromo al doble enlace aumenta bruscamente al pasar del etileno a sus derivados sustituidos con metilo. Por ejemplo, la tasa de adición de bromo al tetrametiletileno es 10 5 veces mayor que la tasa de adición al buteno-1. Una aceleración tan grande definitivamente indica una alta polaridad del estado de transición y un alto grado de separación de carga en el estado de transición y es consistente con un mecanismo de adición electrofílico.

En algunos casos, la adición de cloro a alquenos que contienen sustituyentes donantes de electrones va acompañada de la eliminación de un protón del intermedio en lugar de la adición de un ion cloruro. La eliminación de un protón conduce a la formación de un alqueno sustituido con cloro, que puede considerarse formalmente como una sustitución directa con migración de doble enlace. Sin embargo, los experimentos con el etiquetado isotópico indican una naturaleza más compleja de las transformaciones que ocurren aquí. Cuando el isobutileno se clora a 0 0 C, se forma 2-metil-3-cloropropeno (cloruro de metalilo) en lugar del dicloruro esperado, el producto de la adición al doble enlace.

Formalmente, parece que hay una sustitución, no una adición. El estudio de esta reacción usando isobutileno marcado en la posición 1 con el isótopo 14 C mostró que no ocurre reemplazo directo de hidrógeno por cloro, ya que el marcador está en el grupo 14 CH 2 Cl en el cloruro de metalilo formado. Este resultado se puede explicar mediante la siguiente secuencia de transformaciones:

En algunos casos, también puede ocurrir la migración 1,2 del grupo alquilo.

En CCl 4 (solvente no polar) esta reacción da casi 100% de dicloruro B- el producto de una adición de doble enlace convencional (sin transposición).

Los reordenamientos esqueléticos de este tipo son más característicos de procesos que involucran carbocationes abiertos como partículas intermedias. Es posible que la adición de cloro en estos los casos van no a través del ion cloronio, sino a través de una partícula catiónica cercana a un carbocatión abierto. Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que los reordenamientos esqueléticos son un fenómeno bastante raro en la adición de halógenos y halógenos mixtos al doble enlace: se observan con mayor frecuencia en la adición de cloro y con mucha menos frecuencia en la adición de bromo. La probabilidad de tales reordenamientos aumenta al pasar de solventes no polares (СCl 4) a polares (nitrometano, acetonitrilo).

Resumiendo los datos anteriores sobre la estereoquímica, la adición conjugada, el efecto de los sustituyentes en el alqueno y los reordenamientos en las reacciones de adición de halógenos en el doble enlace, cabe señalar que concuerdan bien con el mecanismo de adición electrofílico que implica el halonio cíclico. ion. Los datos sobre la adición de halógenos mixtos a alquenos, para los cuales los pasos de adición están determinados por la polaridad del enlace de dos átomos de halógeno, pueden interpretarse de la misma manera.

Los compuestos orgánicos más simples son los hidrocarburos saturados e insaturados. Estos incluyen sustancias de la clase de alcanos, alquinos, alquenos.

Sus fórmulas incluyen átomos de hidrógeno y carbono en una determinada secuencia y cantidad. A menudo se encuentran en la naturaleza.

Definición de alquenos

Su otro nombre es olefinas o hidrocarburos de etileno. Así se llamó a esta clase de compuestos en el siglo XVIII cuando se descubrió un líquido aceitoso, el cloruro de etileno.

Los alquenos son compuestos formados por elementos de hidrógeno y carbono. Pertenecen a los hidrocarburos acíclicos. En su molécula hay un solo enlace doble (insaturado) que conecta dos átomos de carbono entre sí.

Fórmulas de alquenos

Cada clase de compuestos tiene su propia designación química. En ellos, los símbolos de los elementos del sistema periódico indican la composición y estructura de los enlaces de cada sustancia.

La fórmula general de los alquenos se denota de la siguiente manera: C n H 2n, donde el número n es mayor o igual a 2. Al descifrarlo se puede observar que existen dos átomos de hidrógeno por cada átomo de carbono.

Las fórmulas moleculares de los alquenos de la serie homóloga están representadas por las siguientes estructuras: C 2 H 4, C 3 H 6, C 4 H 8, C 5 H 10, C 6 H 12, C 7 H 14, C 8 H 16 , C 9 H 18, C 10 H 20 . Se puede ver que cada hidrocarburo subsiguiente contiene un carbono más y 2 hidrógenos más.

Hay una designación gráfica de la ubicación y el orden de los compuestos químicos entre los átomos en una molécula, que muestra la fórmula estructural de los alquenos.Con la ayuda de las líneas de valencia, se indica el enlace de los carbonos con los hidrógenos.

La fórmula estructural de los alquenos se puede mostrar en forma expandida, cuando se muestran todos los elementos químicos y enlaces. Con una expresión más concisa de olefinas, no se muestra la combinación de carbono e hidrógeno con la ayuda de líneas de valencia.

La fórmula esquelética denota la mayoría estructura simple. Una línea discontinua representa la base de la molécula, en la que los átomos de carbono están representados por la parte superior y los extremos, y el hidrógeno está indicado por enlaces.

Cómo se forman los nombres de las olefinas

CH 3 -HC \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -OHCH-CH 3.

Cuando se expone a alquenos con ácido sulfúrico, ocurre el proceso de sulfonación:

CH 3 -HC \u003d CH 2 + HO-OSO-OH → CH 3 -CH 3 CH-O-SO 2 -OH.

La reacción continúa con la formación de ésteres de ácido, por ejemplo, ácido isopropilsulfúrico.

Los alquenos están sujetos a oxidación durante su combustión bajo la acción del oxígeno para formar agua y gas dióxido de carbono:

2CH 3 -HC \u003d CH 2 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

La interacción de los compuestos olefínicos y el permanganato de potasio diluido en forma de solución conduce a la formación de glicoles o alcoholes dihídricos. Esta reacción también es oxidativa con la formación de etilenglicol y decoloración de la solución:

3H 2 C \u003d CH 2 + 4H 2 O + 2KMnO 4 → 3OHCH-CHOH + 2MnO 2 + 2KOH.

Las moléculas de alqueno pueden participar en el proceso de polimerización con un mecanismo de radicales libres o catión-anión. En el primer caso, bajo la influencia de los peróxidos, se obtiene un polímero como el polietileno.

Según el segundo mecanismo, los ácidos actúan como catalizadores catiónicos y las sustancias organometálicas son catalizadores aniónicos con liberación de un polímero estereoselectivo.

que son los alcanos

También se denominan parafinas o hidrocarburos acíclicos saturados. Tienen una estructura lineal o ramificada, que contiene sólo saturados conexiones simples. Todos los representantes de esta clase tienen la fórmula general C n H 2n+2 .

Contienen sólo átomos de carbono e hidrógeno. La fórmula general de los alquenos se forma a partir de la designación de hidrocarburos saturados.

Nombres de los alcanos y sus caracteristicas

El representante más simple de esta clase es el metano. Le siguen sustancias como el etano, el propano y el butano. Su nombre se basa en la raíz del numeral en griego, al que se le añade el sufijo -an. Los nombres de los alcanos se enumeran en la nomenclatura de la IUPAC.

La fórmula general de alquenos, alquinos, alcanos incluye solo dos tipos de átomos. Estos incluyen los elementos carbono e hidrógeno. La cantidad de átomos de carbono en las tres clases es la misma, la diferencia se observa solo en la cantidad de hidrógeno, que se puede separar o agregar. De obtener compuestos insaturados. Los representantes de las parafinas en la molécula contienen 2 átomos de hidrógeno más que las olefinas, lo que se confirma mediante la fórmula general de alcanos, alquenos. La estructura del alqueno se considera insaturada debido a la presencia de un doble enlace.

Si correlacionamos el número de átomos de agua-a-ro-dny y carbono-le-ro-dny en al-ka-nah, entonces el valor será max-si-pequeño en comparación con otras clases de carbón-le-vo -a -ro-dov.

Empezando por el metano y terminando por el butano (de C 1 a C 4), las sustancias existen en forma gaseosa.

En forma líquida se presentan hidrocarburos del intervalo homólogo de C 5 a C 16. A partir de un alcano, que tiene 17 átomos de carbono en la cadena principal, se produce una transición del estado físico a la forma sólida.

Se caracterizan por isomería en el esqueleto de carbono y modificaciones ópticas de la molécula.

En las parafinas, se considera que las valencias de carbono están completamente ocupadas por los carbonos vecinos-le-ro-da-mi o in-do-ro-da-mi con la formación de un enlace de tipo σ. Desde un punto de vista químico, esto provoca sus propiedades débiles, por lo que los alcanos se denominan pre-del-ny-x o saturado-schen-ny-x carbon-le-to-do-ro-dov, sin afinidad.

Entran en reacciones de sustitución asociadas con la halogenación radical, la sulfocloración o la nitración de la molécula.

Las parafinas sufren un proceso de oxidación, combustión o descomposición a altas temperaturas. Bajo la acción de los aceleradores de reacción se produce la eliminación de átomos de hidrógeno o la deshidrogenación de alcanos.

que son los alquinos

También se les llama hidrocarburos acetilénicos, que tienen un triple enlace en la cadena carbonada. La estructura de los alquinos se describe mediante la fórmula general C n H 2 n-2. Muestra que, a diferencia de los alcanos, los hidrocarburos acetilénicos carecen de cuatro átomos de hidrógeno. Se reemplazan por un triple enlace formado por dos compuestos π.

Esta estructura determina las propiedades químicas de esta clase. La fórmula estructural de los alquenos y alquinos muestra claramente la insaturación de sus moléculas, así como la presencia de un enlace doble (H 2 C꞊CH 2) y triple (HC≡CH).

Nombre de los alquinos y sus características.

El representante más simple es acetileno o HC≡CH. También se le llama etín. Proviene del nombre de un hidrocarburo saturado, en el que se quita el sufijo -an y se añade -in. En los nombres de los alquinos largos, el número indica la ubicación del triple enlace.

Conociendo la estructura de los hidrocarburos saturados e insaturados, es posible determinar bajo qué letra se indica la fórmula general de los alquinos: a) CnH2n; c) CnH2n+2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6. La respuesta correcta es la tercera opción.

Comenzando con el acetileno y terminando con el butano (de C 2 a C 4), las sustancias son de naturaleza gaseosa.

En forma líquida, hay hidrocarburos de un intervalo homólogo de C 5 a C 17. A partir del alquino, que tiene 18 átomos de carbono en la cadena principal, se produce una transición del estado físico a una forma sólida.

Se caracterizan por isomería en el esqueleto carbonado, en la posición del triple enlace, así como modificaciones interclase de la molécula.

Los hidrocarburos de acetileno son químicamente similares a los alquenos.

Si los alquinos tienen un triple enlace terminal, entonces actúan como un ácido con la formación de sales de alquinuro, por ejemplo, NaC≡CNa. La presencia de dos enlaces π hace que la molécula de acetiledina de sodio sea un nucleófilo fuerte que participa en reacciones de sustitución.

El acetileno sufre cloración en presencia de cloruro de cobre para obtener dicloroacetileno, condensación bajo la acción de haloalquinos con liberación de moléculas de diacetileno.

Los alquinos están involucrados en reacciones cuyo principio subyace a la halogenación, hidrohalogenación, hidratación y carbonilación. Sin embargo, tales procesos son más débiles que en los alquenos con un doble enlace.

Para los hidrocarburos acetilénicos, son posibles las reacciones de adición del tipo nucleofílico de una molécula de alcohol, una amina primaria o sulfuro de hidrógeno.

Los hidrocarburos alquenos (olefinas) son una de las clases de sustancias orgánicas que tienen sus propias. Los tipos de isomería de alquenos en representantes de esta clase no se repiten con la isomería de otras sustancias orgánicas.

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Rasgos característicos de la clase.

Las olefinas de etileno se denominan una de las clases de hidrocarburos insaturados que contienen un doble enlace.

Según las propiedades físicas, los representantes de esta categoría de compuestos insaturados son:

• gases,
• líquidos,
• compuestos sólidos.

En la composición de las moléculas no sólo existe un enlace "sigma", sino también un enlace "pi". La razón de esto es la presencia en la fórmula estructural de hibridación " sp2”, que se caracteriza por la disposición de los átomos del compuesto en un mismo plano.

Al mismo tiempo, se forma entre ellos un ángulo de al menos ciento veinte grados. orbitales no hibridados " R» es característico de la ubicación tanto por encima del plano molecular como por debajo de él.

Esta característica de la estructura conduce a la formación de enlaces adicionales: "pi" o " π ».

La conexión descrita es menos fuerte en comparación con los enlaces "sigma", ya que la superposición lateral tiene una adhesión débil. La distribución total de las densidades electrónicas de los enlaces formados se caracteriza por la falta de homogeneidad. Al girar cerca del enlace carbono-carbono, se produce una violación de la superposición de los orbitales "p". Para cada alqueno (olefina), dicho patrón es una característica distintiva.

Casi todos los compuestos de etileno tienen altas temperaturas ebullición y fusión, que no son características de todas las sustancias orgánicas. Los representantes de esta clase de carbohidratos insaturados se disuelven rápidamente en otros solventes orgánicos.

¡Atención! Los compuestos acíclicos insaturados de hidrocarburos de etileno tienen la fórmula general - C n H 2n.

Homología

Basado en el hecho de que la fórmula general de los alquenos es C n H 2n, tienen cierta homología. La serie homóloga de alquenos comienza con el primer representante etileno o eteno. Esta sustancia en condiciones normales es un gas y contiene dos átomos de carbono y cuatro átomos de hidrógeno.C 2 H 4. Detrás del eteno, la serie homóloga de alquenos continúa con propeno y buteno. Sus fórmulas son las siguientes: "C 3 H 6" y "C 4 H 8". En condiciones normales, también son gases más pesados, por lo que hay que recogerlos con una probeta invertida.

La fórmula general de los alquenos le permite calcular el siguiente representante de esta clase, que tiene al menos cinco átomos de carbono en la cadena estructural. Este es un penteno con la fórmula "C 5 H 10".

Según las características físicas, la sustancia indicada pertenece a los líquidos, así como los doce compuestos siguientes de la línea homóloga.

Entre los alquenos con estas características, también existen sólidos que comienzan con la fórmula C 18 H 36 . Los hidrocarburos de etileno líquidos y sólidos no suelen disolverse en agua, pero cuando entran en disolventes orgánicos reaccionan con ellos.

La fórmula general descrita para los alquenos implica la sustitución del sufijo "an" que antes existía por "en". Esto está consagrado en las reglas de la IUPAC. Cualquiera que sea el representante de esta categoría de compuestos que tomemos, todos tienen el sufijo descrito.

En el nombre de los compuestos de etileno, siempre hay un cierto número que indica la ubicación del doble enlace en la fórmula. Ejemplos de esto son: "buteno-1" o "penteno-2". La numeración atómica comienza desde el borde más cercano a la configuración doble. Esta regla es "de hierro" en todos los casos.

isomería

Dependiendo del tipo de hibridación existente de los alquenos, estos tienen ciertos tipos de isomería, cada una de las cuales tiene sus propias características y estructura. Considere los principales tipos de isomería de alquenos.

tipo estructural

La isomería estructural se subdivide en isómeros según:

• esqueleto de carbono;
• ubicación del doble enlace.

Los isómeros estructurales del esqueleto de carbono surgen en el caso de la aparición de radicales (ramificaciones de la cadena principal).

Los isómeros de los alquenos de la isomería indicada serán:

CH 2 \u003d CH — Canal 2 — CH 3.

2-metilpropeno-1:

CH2=C — Canal 3

│

Los compuestos presentados tienen un número total de átomos de carbono e hidrógeno (C 4 H 8), pero una estructura diferente del esqueleto hidrocarbonado. Estos son isómeros estructurales, aunque sus propiedades no son las mismas. El buteno-1 (butileno) tiene un olor característico y propiedades narcóticas que irritan las vías respiratorias. Estas características no tienen 2-metilpropeno-1.

En este caso, el etileno (C 2 H 4) no tiene isómeros, ya que consta de solo dos átomos de carbono, donde los radicales no pueden sustituirse.

¡Consejo! Se permite colocar el radical en los átomos de carbono medio y penúltimo, pero no se permite colocarlos cerca de los sustituyentes extremos. Esta regla funciona para todos los hidrocarburos no saturados.

En cuanto a la ubicación del doble enlace, se distinguen los isómeros:

CH 2 \u003d CH — Canal 2 — CH 2 -CH 3.

CH 3-CH = CH — CH 2 -CH 3.

La fórmula general para los alquenos en los ejemplos presentados es:C 5 H 10,, pero la ubicación de un doble enlace es diferente. Las propiedades de estos compuestos variarán. Esto es isomería estructural.

isomería

tipo espacial

La isomería espacial de los alquenos está asociada con la naturaleza de la disposición de los sustituyentes de hidrocarburos.

En base a esto, los isómeros se distinguen:

• "cis";
• "Trance".

La fórmula general de los alquenos permite la creación de "isómeros trans" y "isómeros cis" del mismo compuesto. Tomemos, por ejemplo, butileno (buteno). Para ello, es posible crear isómeros de la estructura espacial disponiendo los sustituyentes de diferentes formas con respecto al doble enlace. Con ejemplos, la isomería de los alquenos se vería así:

"isómero cis" "isómero trans"

Buteno-2 Buteno-2

A partir de este ejemplo, se puede ver que los "isómeros cis" tienen dos radicales idénticos en un lado del plano del doble enlace. Para los "isómeros trans", esta regla no funciona, ya que tienen dos sustituyentes diferentes en relación con la cadena de carbono "C \u003d C". Dada esta regularidad, es posible construir isómeros "cis" y "trans" para varios hidrocarburos de etileno acíclicos.

El "isómero cis" y el "isómero trans" presentados para el buteno-2 no se pueden convertir entre sí, ya que esto requiere la rotación alrededor de la doble cadena de carbono existente (C=C). Para llevar a cabo esta rotación, se necesita una cierta cantidad de energía para romper el "enlace p" existente.

Con base en lo anterior, se puede concluir que los isómeros "trans" y "cis" de las especies son compuestos individuales con un determinado conjunto de propiedades químicas y físicas.

¿Qué alqueno no tiene isómeros? El etileno no tiene isómeros espaciales debido a la misma disposición de los sustituyentes de hidrógeno en relación con la doble cadena.

Interclase

La isomería entre clases en los hidrocarburos alquenos está muy extendida. La razón de esto es la similitud de la fórmula general de los representantes de esta clase con la fórmula de las cicloparafinas (cicloalcanos). Estas categorías de sustancias tienen el mismo número de átomos de carbono e hidrógeno, un múltiplo de la composición (C n H 2n).

Los isómeros interclase se verían así:

CH 2 \u003d CH — CH 3.

ciclopropano:

Resulta que la fórmulaC 3 H 6dos compuestos son los responsables: propeno-1 y ciclopropano. A partir de la estructura estructural, se puede ver la diferente disposición del carbono entre sí. Las propiedades de estos compuestos también son diferentes. El propeno-1 (propileno) es un compuesto gaseoso con un punto de ebullición bajo. El ciclopropano se caracteriza por un estado gaseoso con un olor acre y un sabor acre. Las propiedades químicas de estas sustancias también difieren, pero su composición es idéntica. En orgánico, este tipo de isómero se llama interclase.

alquenos. Isomería de alquenos. USAR. Química Orgánica.

Alquenos: estructura, nomenclatura, isomería

Conclusión

La isomería de alquenos es su característica importante, gracias a los cuales aparecen en la naturaleza nuevos compuestos con otras propiedades, que se utilizan en la industria y en la vida cotidiana.

Los que contienen un enlace pi son hidrocarburos insaturados. Son derivados de los alcanos, en cuyas moléculas se han desprendido dos átomos de hidrógeno. Las valencias libres resultantes se forman nuevo tipo enlace que es perpendicular al plano de la molécula. Así es como un nuevo grupo compuestos - alquenos. Consideraremos las propiedades físicas, la preparación y el uso de sustancias de esta clase en la vida cotidiana y la industria en este artículo.

Serie homóloga de etileno

La fórmula general de todos los compuestos llamados alquenos, reflejando su composición cualitativa y cuantitativa, es C n H 2 n. Los nombres de los hidrocarburos según la nomenclatura sistemática son los siguientes: en el término del alcano correspondiente, el sufijo cambia de -an a -eno, por ejemplo: etano - eteno, propano - propeno, etc. En algunas fuentes, puede encuentre otro nombre para los compuestos de esta clase: olefinas. A continuación, estudiaremos el proceso de formación de dobles enlaces y propiedades físicas alquenos, y también determinan su dependencia de la estructura de la molécula.

¿Cómo se forma un doble enlace?

La naturaleza electrónica del enlace pi usando el ejemplo del etileno se puede representar de la siguiente manera: los átomos de carbono en su molécula están en forma de hibridación sp 2. En este caso, se forma un enlace sigma. Dos orbitales híbridos más, uno de cada uno de los átomos de carbono, forman enlaces sigma simples con átomos de hidrógeno. Las dos nubes híbridas libres restantes de átomos de carbono se superponen por encima y por debajo del plano de la molécula: se forma un enlace pi. Es ella quien determina las propiedades físicas y químicas de los alquenos, que se discutirán más adelante.

Isomería espacial

Los compuestos que tienen la misma composición cuantitativa y cualitativa de moléculas, pero una estructura espacial diferente, se denominan isómeros. La isomería ocurre en un grupo de sustancias llamadas orgánicas. La caracterización de las olefinas está muy influenciada por el fenómeno de la isomería óptica. Se expresa en el hecho de que los homólogos de etileno que contienen diferentes radicales o sustituyentes en cada uno de los dos átomos de carbono en el doble enlace pueden presentarse en forma de dos isómeros ópticos. Se diferencian entre sí por la posición de los sustituyentes en el espacio con respecto al plano del doble enlace. Las propiedades físicas de los alquenos en este caso también serán diferentes. Por ejemplo, esto se aplica a los puntos de ebullición y fusión de las sustancias. Por lo tanto, las olefinas de cadena lineal tienen puntos de ebullición más altos que los compuestos isómeros. Además, los puntos de ebullición de los isómeros cis de los alquenos son más altos que los de los isómeros trans. Con respecto a las temperaturas de fusión, la imagen es opuesta.

Características comparativas de las propiedades físicas del etileno y sus homólogos

Los primeros tres representantes de las olefinas son compuestos gaseosos, luego, a partir del penteno C 5 H 10 y hasta el alqueno con la fórmula C 17 H 34, son líquidos y luego están los sólidos. Los homólogos de eteno muestran la siguiente tendencia: los puntos de ebullición de los compuestos disminuyen. Por ejemplo, para el etileno este indicador es -169,1°C, y para el propileno -187,6°C. Pero los puntos de ebullición aumentan al aumentar el peso molecular. Entonces, para el etileno es -103.7°C y para el propeno -47.7°C. Resumiendo lo dicho, podemos concluir que las propiedades físicas de los alquenos dependen de su peso molecular. Con su aumento, el estado agregado de los compuestos cambia en la dirección: gas - líquido - sólido, y el punto de fusión también disminuye y los puntos de ebullición aumentan.

Características del eteno

El primer representante de la serie homóloga de alquenos es el etileno. Es un gas incoloro, poco soluble en agua, pero muy soluble en disolventes orgánicos. Masa molecular- 28, el eteno es un poco más liviano que el aire, tiene un sutil olor dulce. Reacciona fácilmente con halógenos, hidrógeno y haluros de hidrógeno. Sin embargo, las propiedades físicas de los alquenos y las parafinas son bastante parecidas. Por ejemplo, el estado de agregación, la capacidad del metano y el etileno para sufrir una oxidación severa, etc. ¿Cómo se pueden distinguir los alquenos? ¿Cómo revelar el carácter insaturado de una olefina? Para esto, existen reacciones cualitativas, en las que nos detendremos con más detalle. Recuerde qué característica en la estructura de la molécula tienen los alquenos. Las propiedades físicas y químicas de estas sustancias están determinadas por la presencia de un doble enlace en su composición. Para probar su presencia, el hidrocarburo gaseoso se pasa a través de una solución púrpura de permanganato de potasio o agua de bromo. Si están decolorados, entonces el compuesto contiene enlaces pi en la composición de las moléculas. El etileno entra en una reacción de oxidación y decolora las soluciones de KMnO 4 y Br 2 .

Mecanismo de reacciones de adición

La ruptura del doble enlace termina con la adición de otros átomos a las valencias de carbono libre. elementos químicos. Por ejemplo, la reacción de etileno con hidrógeno, llamada hidrogenación, produce etano. Se necesita un catalizador, como polvo de níquel, paladio o platino. La reacción con HCl termina con la formación de cloroetano. Los alquenos que contienen más de dos átomos de carbono en sus moléculas se someten a la reacción de adición de haluros de hidrógeno, teniendo en cuenta la regla de V. Markovnikov.

Cómo interactúan los homólogos de eteno con los haluros de hidrógeno

Si nos enfrentamos a la tarea "Caracterizar las propiedades físicas de los alquenos y su preparación", debemos considerar la regla de V. Markovnikov con más detalle. Se ha establecido en la práctica que los homólogos de etileno reaccionan con el cloruro de hidrógeno y otros compuestos en el sitio de ruptura del doble enlace, obedeciendo a un cierto patrón. Consiste en que el átomo de hidrógeno está unido al átomo de carbono más hidrogenado, y el ion cloro, bromo o yodo está unido al átomo de carbono que contiene el menor número de átomos de hidrógeno. Esta característica del curso de las reacciones de adición se denomina regla de V. Markovnikov.

Hidratación y polimerización

Continuemos considerando las propiedades físicas y la aplicación de los alquenos usando el ejemplo del primer representante de la serie homóloga: el eteno. Su reacción con agua se utiliza en la industria de síntesis orgánica y es de gran importancia práctica. El proceso fue llevado a cabo por primera vez en el siglo XIX por A.M. Butlerov. La reacción requiere que se cumplan una serie de condiciones. Se trata, en primer lugar, del uso de ácido sulfúrico concentrado u óleum como catalizador y disolvente del eteno, a una presión de unas 10 atm y una temperatura de 70°. El proceso de hidratación se produce en dos fases. Al principio, las moléculas de sulfato se agregan al eteno en el punto de ruptura del enlace pi y se forma ácido etilsulfúrico. Luego, la sustancia resultante reacciona con agua, se obtiene alcohol etílico. El etanol es un producto importante utilizado en la industria alimentaria para la producción de plásticos, cauchos sintéticos, barnices y otros productos. química Orgánica.

Polímeros a base de olefina

Continuando con el estudio del tema del uso de sustancias que pertenecen a la clase de los alquenos, estudiaremos el proceso de su polimerización, en el que pueden participar compuestos que contienen enlaces químicos insaturados en la composición de sus moléculas. Se conocen varios tipos de reacciones de polimerización, según las cuales se forman productos de alto peso molecular, polímeros, por ejemplo, como polietileno, polipropileno, poliestireno, etc. El mecanismo de radicales libres conduce a la producción de polietileno. alta presión. Es uno de los compuestos más utilizados en la industria. El tipo catiónico-iónico proporciona un polímero con una estructura estereorregular, como el poliestireno. Se considera uno de los polímeros más seguros y convenientes de usar. Los productos hechos de poliestireno son resistentes a sustancias agresivas: ácidos y álcalis, no inflamables, fáciles de pintar. Otro tipo de mecanismo de polimerización es la dimerización, que conduce a la producción de isobuteno, que se utiliza como aditivo antidetonante para la gasolina.

Cómo llegar

Los alquenos, cuyas propiedades físicas estudiamos, se obtienen en el laboratorio y en la industria por diversos métodos. En experimentos en el curso escolar de química orgánica, se utiliza el proceso de deshidratación alcohol etílico utilizando agentes deshidratantes como pentóxido de fósforo o ácido sulfato. La reacción se lleva a cabo cuando se calienta y es el proceso inverso al de obtención de etanol. Otro método común para obtener alquenos ha encontrado su aplicación en la industria, a saber: calentar derivados halógenos de hidrocarburos saturados, como el cloropropano con soluciones alcohólicas concentradas de álcalis: hidróxido de sodio o potasio. En la reacción, se separa una molécula de cloruro de hidrógeno, se forma un doble enlace en el lugar donde aparecen las valencias libres de los átomos de carbono. El producto final del proceso químico será una olefina - propeno. Continuando con las propiedades físicas de los alquenos, detengámonos en el proceso principal para obtener olefinas: la pirólisis.

Producción industrial de hidrocarburos insaturados de la serie del etileno

Materias primas baratas: los gases formados en el proceso de craqueo de petróleo sirven como fuente de olefinas en la industria química. Para esto, se utiliza un esquema tecnológico de pirólisis: la división de una mezcla de gases, que va con la ruptura de los enlaces de carbono y la formación de etileno, propeno y otros alquenos. La pirólisis se lleva a cabo en hornos especiales, que consisten en bobinas pirotécnicas individuales. Crean una temperatura del orden de 750-1150°C y hay vapor de agua como diluyente. Las reacciones proceden por un mecanismo en cadena que procede con la formación de radicales intermedios. El producto final es etileno o propeno, y se producen en grandes volúmenes.

Estudiamos en detalle las propiedades físicas, así como la aplicación y métodos para la obtención de alquenos.