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