Transcript ALCHENE - lucrare-grad

ALCHENE
PROPRIETĂŢI CHIMICE
CONSIDERAŢII ENERGETICE
Reacţiile la care participă alchenele sunt
determinate de structura alchenei.
O legătură chimică este cu atât mai stabilă cu cât
are o energie mai scăzută. Pentru a identifica legăturile
chimice cele mai labile din molecula alchenei se
impune să studiem comparativ energiile de legătură.
CONSIDERAŢII ENERGETICE
Studiind figura alăturată
se observă că legătura p are
energia cea mai mică, deci
este cea mai reactivă.
62 kcal/mol
83 kcal/mol
p
R C  C CH CH R
H H H
H
83 kcal/mol
105 kcal/mol
77 kcal/mol
98 kcal/mol
Următoarea legătură ca şi reactivitate este
legătura C-H din poziţia vecină cu legătura
dublă, numită poziţie alilică.
REACŢIILE ALCHENELOR
REACŢIILE
ALCHENELOR
a. Adiţia hidrogenului
1. REACŢII DE ADIŢIE
2. REACŢIA DE
POLIMERIZARE
3. REACŢIA DE
SUBSTITUŢIE ÎN POZIŢIA
ALILICĂ
4. REACŢII DE OXIDARE
b. Adiţia halogenilor
c. Adiţia hidracizilor
d. Adiţia apei
a. Oxidarea blândă
b. Oxidarea energică
REACŢII DE ADIŢIE
Reacţiile de adiţie sunt reacţii care au loc cu
desfacerea legăturii p din legătura dublă, şi formarea
a câte o legătură  intre atomii de carbon din
legătura dublă şi cele două fragmente ale
reactantului. Cei doi atomi de carbon centre de
reacţie îşi modifică starea de hibridizare din sp2 în
sp3
p
C C

+
X Y
C C

X Y
ADIŢIA HIDROGENULUI
Alchenele reacţionează cu hidrogenul molecular
în prezenţa catalizatorilor (Ni, Pt, Pd fin divizate)
transformându-se în alcani.
Hidrogenarea etenei
ADIŢIA HIDROGENULUI
Prin hidrogenarea alchenelor se obţin alcanii care
au aceeaşi catenă ca şi alchena, iar dacă alchenele
sunt izomere de poziţie, se obţine acelaşi alcan.
CH2 CH
CH2 CH3
+
H2
Ni
butan
1-butena
CH3 CH
CH
CH3
+
H2
Ni
CH3 CH2 CH2 CH3
butan
2-butena
CH2 C
CH3 CH2 CH2 CH3
CH3
CH3
izobutena
+
H2
Ni
CH3 CH
CH3
CH3
izobutan
ADIŢIA HALOGENILOR
Alchenele adiţionează clor sau brom în prezenţa
solvenţilor nepolari (CCl4 sau CS2), rezultând derivaţi
dihalogenaţi geminali (cu atomii de halogen legaţi la
atomi de carbon vecini).
C C
+
X2
CCl4
C C
X=Cl sau Br X X
Iodul este prea puţin reactiv, iar fluorul este
prea reactiv, dând reacţii energice, degradative.
ADIŢIA HALOGENILOR
Reacţia alchenelor cu soluţia de brom, care este
iniţial brun-roşcată şi se decolorează în urma
reacţiei, este o reacţie de identificare şi chiar de
dozare a alchenelor.
CH2 CH2
+
Br2
CCl4
CH2 CH2
Br
Br
ADIŢIA HIDRACIZILOR
Alchenele dizolvate în solvenţi inerţi adiţionează
hidracizii (HCl, HBr, HI), rezultând derivaţi
halogenaţi saturaţi.
C C
+
HX
X=Cl, Br sau I
C C
H X
ADIŢIA HIDRACIZILOR
În cazul alchenelor simetrice nu contează la care
atom de carbon se leagă halogenul, deoarece se
obţine acelaşi produs final. De exemplu la adiţia HBr
la 2-butenă se obţine 2-bromo-butan.
ADIŢIA HIDRACIZILOR
În cazul alchenelor nesimetrice reacţia decurge
conform regulii lui Markovnikov, care spune că
halogenul se leagă la atomul de carbon dublu legat
cel mai substituit. Astfel, adiţia de HBr la propenă
conduce la 2-bromo-propan.
ADIŢIA APEI
Reacţia alchenelor cu apa este catalizată de
prezenţa acidului sulfuric mai mult sau mai puţin
concentrat, în funcţie de alchenă. Din reacţie rezultă
alcooli.
C C
+ H2O
H2SO4
C C
H OH
ADIŢIA APEI
Adiţia apei la alchenele nesimetrice se face cu
respectarea regulii lui Markovnikov. Astfel, prin
adiţia apei la izobutenă se obţine alcool terţbutilic.
ADIŢIA APEI
Industrial, adiţia apei la etenă se realizează în
prezenţa acidului fosforic depus pe oxid de aluminiu,
la temperatură şi presiune ridicată.
CH2 CH2
+ H2O
H3PO4/Al2O3
0C
250 -300
70-80 atm
CH3 CH2
OH
APLICAŢII
Scrieţi ecuaţiile reacţiilor dintre 1-butenă şi: a)H2;
b) Cl2; c) HBr; d) H2O. Precizaţi pentru fiecare reacţie
condiţiile de reacţie.
2. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor de adiţie a HCl la: etenă
şi la izobutenă.
3. Scrieţi formulele plane ale alchenele care prin
adiţie de hidrogen conduc la 2-metil-butan.
1.
APLICAŢII
4. Identificaţi substanţele notate cu litere şi scrieţi
ecuaţiile reacţiilor chimice:
a
b
+
+
Ni
H2
Cl2
CCl4
CH3
+
Ni
H2
CH3 CH CH2 CH3
CH3 CH3
CH3 C CH CH3
Cl Cl
CH3 CH C CH2 CH3 + HBr
CH3
b
CH3 CH2 CH3
CH3
CH3 C
c
C CH3 + Cl2
+
e
+ H2O
H
CCl4
d
CH3
CH3 CH CH CH3
OH
REACŢIA DE POLIMERIZARE
Alchenele cu molecule mici, precum şi alţi
compuşi cu legătură dublă pot să-şi unească
moleculele prin adiţii succesive, formând compuşi cu
molecule mari, numiţi polimeri. Reacţia poartă
numele de polimerizare, iar compuşii iniţiali se
numesc monomeri.
n C C
monomer
ctz.
C C
polimer
n
REACŢIA DE POLIMERIZARE
Prin polimerizarea etenei se obţine polietena sau
polietilena care este utilizată la fabricare de folii
(pungi, saci, etc.), ţevi, obiecte de uz casnic şi altele.
REACŢIA DE POLIMERIZARE
Polipropilena, obţinută prin polimerizarea
propenei se foloseşte la fabricarea de frânghii,
covoare, containere, folii, conducte, etc.
REACŢII DE OXIDARE
Legătura dublă din alchene este sensibilă la
acţiunea multor agenţilor oxidanţi.
În funcţie de agentul oxidant, oxidarea poate fi
blândă, când se desface doar legătura p, sau energică,
degradativă, care decurge cu ruperea legăturii duble,
adică se desface atât legătura p cât şi legătura .
OXIDAREA BLÂNDĂ
Dacă folosim drept agent oxidant o soluţie neutră
sau slab bazică de KMnO4 (permanganat de potasiu),
atunci prin oxidare se desface doar legătura p, şi se
obţin dioli vicinali.
C C
+ [O] + H2O
C C
OH OH
OXIDAREA BLÂNDĂ
Oxigenul atomic, necesar procesului de oxidare
se obţine prin reacţia KMnO4 cu apa.
KMnO4 + H2O → KOH + MnO2 + [O]
C C + KMnO4 + H2O
C C
OH OH
+ MnO2 + KOH
OXIDAREA BLÂNDĂ
Deoarece sunt implicate procese redox, pentru a
stabili coeficienţii ecuaţiilor ne vom folosi de
numerele de oxidare.
3 C C + 2KMnO4 + 4H2O
3
C C
OH OH
+ 2MnO2 + 2KOH
OXIDAREA BLÂNDĂ
Astfel, oxidarea blândă a etenei conduce la 1,2etandiol, iar propena se oxidează blând la 1,2propandiol.
KMnO4
CH2 CH2 + [O] + H2O
CH2 CH2
OH OH
KMnO4
CH2 CH CH3 + [O] + H2O
CH2 CH CH3
OH OH
OXIDAREA ENERGICĂ
Pentru oxidarea energică a alchenelor se folosesc
sisteme oxidante mai puternice, cum sunt soluţiile
acide de permanganat de potasiu (KMnO4) sau
bicromat de potasiu (K2Cr2O7).
OXIDAREA ENERGICĂ
Produşii de reacţie rezultaţi la
oxidarea energică a alchenelor
diferă în funcţie de structura
alchenei. Totuşi, pornind de la
gradul de substituţie al atomilor de
carbon din legătura dublă se disting
trei categorii de produşi de oxidare:
acizi carboxilici, cetone sau dioxid
de carbon şi apă.
OXIDAREA ENERGICĂ
FRAGMENT
ALCHENĂ
EXEMPLU
PRODUS DE
OXIDARE
EXEMPLU
CH2=
CO2 + H2O
R-CH= CH3-CH= R-COOH CH3-COOH
R2C=
(CH3)2C= R2C=O
(CH3)2C=O
H3C CH C CH3
CH3
+
3 [O]
KMnO4
H2SO4
O
+
H3C C
OH
CH3 C CH3
O
APLICAŢII
1. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor de oxidare blândă şi
energică pentru 1-butenă, 2-butenă şi 2,3-dimetil-2butenă.
2. Identificaţi şi scrieţi formulele plane pentru
alchenele care conduc, prin oxidare energică la:
a. Acid etanoic, dioxid de carbon şi apă;
b. Acid propanoic şi acetonă.
HALOGENAREA ÎN POZIŢIE ALILICĂ
Alchenele reacţionează cu halogeni gazoşi (Cl2,
Br2), la lumină sau la întuneric şi la temperatură,
când are loc înlocuirea unui atom de hidrogen din
poziţie alilică cu un atom de halogen.
300-500 0C
C C C
H
+
X2
C C C
X
+
HX
HALOGENAREA ÎN POZIŢIE ALILICĂ
Exemple:
300-500 0C
CH2 CH CH3
+
CH2 CH CH2
Cl2
300-500 0C
CH2 CH CH2 CH3
+
Br2
+
HCl
Cl
CH2 CH CH CH3
+
HBr
Br
Din exemplele de mai sus se poate observa că
atât la clorurarea propenei cât şi la bromurarea
1-butenei legătura dublă rămâne neafectată.
APLICAŢII
Identificaţi
a + H2
substanţele notate cu
litere mici şi scrieţi b + Cl
2
ecuaţiile reacţiilor
CH3 CH C
chimice:
Ni
CCl4
CH3 CH2 CH3
CH3
CH3 C CH CH3
Cl Cl
CH2 CH3 + HBr
CH3
d
+ O + H2O
c
CH3
KMnO4
CH3 CH C CH CH3
CH3 OH OH
CH3 CH2 C CH CH3
+O
KMnO4/H2SO4
CH3
g
+O
K2 Cr2O7/H2SO4
2 H3 C C O
CH3
e
+f