Transcript Document

Telítetlen szénhidrogének
Előadó: Léránt István
A prezentációt dr. Bak Judit készítette,
kiegészítés: Léránt István
Olefinek
A
kettős kötéseket tartalmazó (telítetlen) szénhidrogéneket
olefineknek vagy alkéneknek nevezzük.


összegképlet: CnH2n
--kötést alkotó szénatomjai sp2 hibridállapotban vannak.
Fizikai tulajdonságok



Alkánokhoz hasonló
Molekulatömeg függő
Gáz
– Etilén - etén
– Propilén - propén
– butilén – butén

Cseppfolyós
– C9-C15

Szilárd
– C16-tól

-C=C- kötéshossz: 133 pm, kötési energia
100 kcal/mól
Előállítás


Alkánokból dehidrogénezéssel
Vicinális dihalogén-származékból
– Zn, Cu

R1
R1
Alkohol - vízelvonás
CH
CH
Br
Br
CH
OH
R2
+
CH2 R2
Zn
NaI
R1
R1
CH
CH
CH
CH
R2
R2
+ ZnBr2
+
H2O
Alkének nomenklatúrája
H2C
CH2
etén (etilén)
H2C CHCH2CH3
1-butén
H2C
CHCH3
propén
Alkének elnevezése
H2C



CHCH2CH3
1-butén
1.) Válasszuk ki a leghosszabb el nem ágazó
láncot.
2.) Nevezzük el a molekulát az azonos Catomszámú alkánok nevéből levezetve az -án
végződés helyébe -én végződést helyettesítve.
3.) A telítetlen kötés helyét számozás
segítségével határozzuk meg. A számozást azon
a C-atomon kezdjük el, amelyhez legközelebb
van a telítetlen kötés.
Alkének elnevezése
H2C
CHCHCH2Br
CH3


Ha szubsztituent is tartalmaz a
vegyület, meg kell határozni a helyét
számozással.
A kettős kötés (rangban) elsőbbséget
élvez az alkil csoporttal, vagy
halogénekkel szemben az alapváz
számozásánál.
Alkenil csoport
metilén
H2C
etenil (vinil)
H2C
CH
2-propenil (allil)
H2C
CHCH2
1-metil-vinil (izoprenil)
H2C
CCH3
Cikloalkén
Ciklohexén

A kettős kötést tartalmazó gyűrűs
vegyületek a cikloalkének.
Br
CH3
Nevezéktan
Cl
CH2
CH2
6-klór-5-metil-2--hexén
Metilén csoport
3-metilén-ciklohexén
Br
CH
Br
CH2
CH3
Vinil csoport
3-vinil-1,5-hexadién
3-bróm-4-metil ciklopentén
Nevezéktan

Több kettős kötést tartalmazó alkének:
• 2 C=C
• 3 C=C
• 4 C=C
Br
dién
trién
tetraén
3-bróm-2,4,6oktatrién
Az alkének szerkezete:
etén (etilén)
Etilén szerkezete
kötésszögek:
H-C-H = 117°
H-C-C = 121°
kötés távolságok: C—H = 110 pm
C=C = 133 pm
(-C-C-) = 154 pm
A molekula sík alkatú, a
molekulát felépítő mind
a hat atom azonos síkban
helyezkedik el.
Kötések az etilén molekulában







A  kötések váza
C-atomok sp2 hibrid
állapotúak
Etilén szerkezete

A C-atom harmadik p-pályája nem vesz részt a
hibridizációban, változatlanul marad és a hibrid
pályák síkjára merőlegesen helyezkedik el.
Etilén szerkezete

A  kötést létesítő elektronpár az atomok síkja
alatt és felett helyezkedik el.
-kötés az etilénben
Izoméria
Konstitúciós izoméria
Sztereoizoméria
C4H8 összegképletű alkének lehetséges izomériái
H
CH2CH3
C
H
1-butén
H3C
H
H
C
C
H
C
H3C
H
2-metil-propén
CH3
C
H3C
H
H3C
C
C
H
cisz-2-butén
H
C
CH3
transz-2-butén
H
CH2CH3
C
H
1-butén
H3C
H
C
C
H
H3C
C
H
2-metil-propén
CH3
C
H
H3C
C
Konstitúciós izomerek
H
cisz-2-butén
H
CH2CH3
C
H3C
C
C
H
H
H
1-butén
C
H3C
H
2-metil-propén
H
H3C
C
Konstitúciós izomerek
H
C
CH3
transz-2-butén
Sztereoizomerek
H3C
CH3
C
H
H
H3C
C
C
H
cisz-2-butén
H
C
CH3
transz-2-butén
Cisz-transz izoméria
Cisz izoméria: ha a két
Transz izoméria: ha a két
szubsztituens a szabad rotációban
szubsztituens a szabad rotációban
gátolt pillératomok azonos oldalán
gátolt pillératomok ellenkező
helyezkednek el.
oldalán helyezkednek el.
Cisz-transz-2-butén
sztereoszerkezete
van der Waals kötés alakul ki
a cisz-metil csoportok között
cisz-2-butén
transz-2-butén
Cisz-transz izoméria
Az alkének sztereoizomerei közötti interkonverzió
nem lehetséges,
csak a kettős kötés “eltörésével”.
cisz
transz
Cisz-transz
izoméria
energetikai
állapota
cisz
transz
E (entgegen =ellentétesen), Z (zusammen =
együtt) izoméria alkéneknél
Amennyiben a pillératomok azonos oldalán találhatók
a rangosabb szubsztituensek (cisz-izomer analógia)
Z-izomerről, ha viszont ellentétesen (transz-izomer
analógia) E-izomerről beszélünk.
Br
Cl
C
H
Br
CH3
C
C
CH3
Z-izomer
H
C
Cl
E-izomer
Acetilén
Acetilén
- sp hibridállapotú C-atomok
- hármas kötés (, , )
o
1.06 A
H
C
C
180
H
o
Alkének reakciói:
addiciós készség
Alkének reakciója: Addició
A
reakció során az olefin a reagenssel úgy lép kapcsolatba,
hogy ezek egymással egyesülnek, egyetlen termék
keletkezik.
C
C
+
A—B
A
C
C
Kétféle addiciós utat különböztetünk meg:
1.) gyökös mechanizmusú addició (AR),
2.) elektrofil addició (AE)
B
Alkének reakciói:
gyökös mechanizmusú
addició AR
Etilén gyökös mechanizmusú
hidrogénaddiciója (AR)
H
C
H

+
C
H

H
H—H
H

H
H
C
C
H
H
exotherm
H° = –136 kJ/mol
katalizátor:
Pt, Pd, Rh, Ni

H
A katalitikus hidrogénaddició
mechanizmusa
B
H H
A
H H
Y
C
C
X
A katalitikus hidrogénaddició
mechanizmusa
B
A
H
Y
C
C
X
H
H
H
A katalitikus hidrogénaddició
mechanizmusa
B
H
Y
A
H
C
X
C
H
H
A katalitikus hidrogénaddició
mechanizmusa
B
H
Y
A
H
C
X
C
H
H
A katalitikus hidrogénaddició
mechanizmusa
B
H
Y
A
C
H
X
C
H
H
A katalitikus hidrogénaddició
mechanizmusa
B
Y
A
C
H
H
X
C
H
H
A hidrogénaddició
sztereokémiája
Két térbeli (sztereokémiai) aspektusa van az
alkén hidrogénaddiciójának
szün addició
anti addició
Hidrogén addició sztereokémiája
szün addició
H H
C
C
+
H—H
C
C
Példa: “szün” addició
H
CO2CH3
CO2CH3
H2, Pt
CO2CH3
CO2CH3
H
(100%)
Alkének reakciói:
elektrofil addició AE
Reakciók



Halogén addició
Hidrogénhaloid (HCl,HBr) addició
Kénsav addició
Általános ismeretek az AE mechanizmusáról
Az addiciót a kation kezdeményezi A+
 kötés a támadás célja (az alkén Lewis bázisként
viselkedik),


R
R
R
C
R
C
R
R
C
C
+
R
R
R
A
R
R
C
C
A
B
R
A B
B



kialakul a karbokation, ami pozitív töltésű
átmeneti ion, Lewis savként képes viselkedni,
a karbokationt kedvezőtlen állapota miatt Btámadja,
B- saját elektronpárjának felhasználásával kötést
létesít a második C-atommal
Halogén addició
(Br2,Cl2)
Elektrofil addició
 Elektrofil reagensek: Br2 és Cl2
– Általánosan ábrázolva:
C
C
+
X2
+
Br2
X
X
C
C
– Példa:
CH3CH CHCH3
CH3 CH CH CH3
Br
Br
– Példa:
CH3
CH3
+
Cl
Cl2
Cl
Elektrofil addició első lépése
• Átmneneti állapot
kialakulásának energia
profilja
Átmeneti
állapot
 komplex komplex kialakulása
C
C
 kötés
-kötés
hasad
+
Cl
Cl
-
Elektrofil addició
Elektrofil reagens:Br2
Br
Br
Br
Br
C C
C C
C C
Br
Br
ciklikus szerkezetű “ komplex”
Br
Br
Br
Br
Br
Br
Transz addició
Hidrogénhaloidok addiciója
(HCl, HBr, HI)
Átmeneti aktiválási komplex kialakulása
Cl
C C
-
Cl
C C
C C
+
H
H
Karbokation (átmeneti állapot)
+
H
Cl
C
C
H
C C
H
Hidrogén halogenidek addiciója
HX= HCl, HBr,HI
CH2 CH2
1)
2)
+
+ H
slow
+
_
CH2
+
CH2 H + X
CH2
fast
CH2 H
CH2 CH2 H
X
Példák:
CH3
+ HCl
CH2
+ HCl
CH CH2
+ HCl
CH3
Cl
CH3
Cl
CH CH3
Cl
Markovnyikov
Markovnyikov
1838-1904
Nem
Markovnyikov
Markovnyikov- szabály:
A H+ ahhoz a C-atomhoz kapcsolódik, aminek több
hidrogénje volt, a halogén anion (Cl-) a
magasabbrendű C-atomhoz kötődik.
1)
2)
R
CH CH2
+
+ H
slow
R
CH CH2 H
+
Magyarázat: az alacsonyabb C-atomot tartalmazó
karbokation kialakulásának aktiválási energiája
alacsonyabb, mint a magasabbrendűé, igy
reakciókinetikailag ennek a képződése kedvezőtlen
_
fast
R CH CH2 H
R CH CH2 H + Br
+
Br
Markovnyikov-szabály
Mechanizmus:
H Br
CH3
CH CH2
CH3 CH CH3
2ºstabil
carbocation
more
stable
karbónium
CH3 CH2 CH2
1º carbocation
instabil
less
stable
Br
Br
Br
A reakció a stabilabb intermedier karbokationon
keresztül valósul meg.
Br
Markovnyikov-szabály
HBr elektrofil addiciójának energia profilja:
alacsonyabb Ea 
Br
Br
Br
+ HBr
Br
Kénsavaddició, vízaddició
Elektrofil addició:
Elektrofil reagens:H2SO4
H OSO3H
C C
+ H2SO4
C C
H OH
H2O

C C
alkohol
H2SO4
OSO3H
Markovnyikov
orientáció
H2O

OH
Elektrofil reagens:H2SO4
Példa:
+
C C
+ H2O
H
H OH
C C
OH
H2O
H2SO4
H+
-H+
H2O
-H2O
OH2
-H+
H+
OH
Alkének oxidációja
Oxidáció
1. Az oxidálószer erősségétől és a kettős kötések
számától és elhelyezkedésétől függ, hogy milyen
termék keletkezik.
CH2=CH2 + H2O2
Etilén
HO-CH2-CH2-OH
etilénglikol
R-CH=CH-R’ +4O
R-COOH + R’-COOH
olefin
karbonsav
karbonsav
Oxidáció
R2-C=CH-R’ +3O
olefin
R2C=C-R’2
olefin
R-CO-R +
keton
R’-COOH
karbonsav
R-CO-R
+ R’-CO-R’
keton
keton
Alkén polimerizáció
Polimerizáció
Az alkének szintetikus és természetes
polimerek alapja lehetnek (görög eredetű: poly
= sok, meros = részek):
H
n
H
C
H
C
H
H
H
C
C
H
H
n
etilén
Polietilén (PE)
Polimerizáció
Tetrafluoroetán
F
F
C
n
F
Teflon
C
F
F
F
C
C
F
F
n
Polimerizáció
sztirén
H
n
H
C
H
Polisztirol
C
H
H
C
C
H
n
Alkén polimerek
Természetes alapú alkén polimerek.
CAHUCHU
Kaucsukfa
(Hevea brasiliensis)
Természetes polimer
Poli-cisz-izoprén
CH
CH
CH
CH
2
2
2
2
C
n
C
CH
C
H
3
CH
C
H
3
Izoprén
2-metil1,3butadién
n
Természetes
gumi
Vulkanizálás
Charles Goodyear 1841
Sir Henry Wickham 1876
Diének


Két kettős kötés
Átmenet alkén – poliének között
Diének
Osztályozás:
Izolált
Konjugált
Kummulált
H2C
C
CH2
allén (propadién)
1,4-pentadién
1,3-butadién
Diének
Osztályozás:
Izolált
Konjugált
Kummulált
H2C
C
CH2
allén (propadién)
1,4-pentadién
1,3-butadién
Allenizoméria
Optikai antipódok
1,3-Budadién részleges Br2
addiciója
H2C
CH CH CH2
+
Br 2
H2C
Br
1,3-butadién
CH CH CH2
Br
1,2-dibróm-3-butén
H2C
Br
CH CH CH2
Br
1,4-dibróm-2-butén
1,3-butadién HCl addiciója
H2C
CH CH CH2
+
HCl
H3C
CH CH CH2
Cl
1,3-butadién
2-klór-3-butén
H2C
CH CH CH3
Cl
1-klór-2-butén
Kötéstávolság:
Egyszeres kötés 154 pm
Butadién 2,3 C között 147 pm
Delokalizációs
energia =
3,6 kCal/mól
Égéshő / elméleti
Kötéstávolság:
Izolált kettőskötésben: 133 pm
Butadiénben: 137 pm
Acetilén szénhidrogének
Acetilén szénhidrogének



Acetilén - etin
Propin
2-butin
Az acetilén előállítása
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
Bányászat során használt Davy-féle
lámpások (acetilén, benzin)
Лампы для шахт с повышенным содержанием
взрывоопасных газов (Г.Дэви, 1815 г.)
Izoprénvázas vegyületek:
1.) terpének,
2.) karotinoidok
•Izoprénvázasok csoportja:
1.) terpének,
2.) karotinoidok
CH3
fej
head
CH2 = C- CH= CH2
2-Methyl-1,3-butadiene
2-metil-butadién
(Isoprene)
OH
C
1 2
3 4
vég
tail
C- C- C- C
Isoprene
unit
Izoprén egység
Mentol, (2-izopropil-5-metil1-ciklohexanol)
Terpének
2
O
1
4
kámfor
Camphor
3
4
3
2
1
Mircén
mircén
Karotinoidok: A vitamin
H3 C CH 3
CH 3
CH 3
CH 2 OH
CH 3