Непредельными называются углеводороды, в молекулах которых между некоторыми атомами углерода присутствует двойная или тройная связь. Их также называют ненасыщенными углеводородами, поскольку в их состав входит меньше атомов водорода, чем в аналогичных алканах.
Алкены.
Алкены – углеводороды, содержащие двойную связь. Формула CnH2n.
При названии углеводородов с двойной связью добавляется окончание -ен вместо -ан в алканах. Гомологический ряд непредельных углеводородов, содержащих в своем составе двойную связь, начинается с этена (Н2С=СН2). Он также называется этиленом. Название алкенов производят от названий предельных углеводородов с указанием номера атома углерода при двойной связи. Главная цепь должна включать в себя двойную связь и нумероваться с того конца, к которому двойная связь ближе. Например: бутен-1, бутен-2, 2-метилпропен-1.
Получение алкенов. В промышленных условиях этен и его гомологи выделяют из газов крекинга нефти. Также их получают дегидрированием соответствующих предельных углеводородов. СН3–СН3 → СН2=СН2 + Н2.
Все алкены склонны к реакциям присоединения по двойной связи. Рассмотрим некоторые примеры.
1. Присоединение водорода. Эта реакция протекает в присутствии катализатора (мелко раздробленной платины, никеля или палладия) при комнатной температуре С2Н4 + Н2 = СН3-СН3. Присоединение водорода к веществу называется реакцией гидрирования.
2. Присоединение галогенов. Протекает при обычных условиях. Реакция присоединения брома служит качественной реакцией на непредельные углеводороды.
3. Присоединение галогеноводородов. Происходит по правилу В.В. Марковникова: атом водорода присоединяется к более гидрированному атому углерода, а атом галогена – к менее гидрированному. Например: СН3–СН=СН2 + НBr → СН3–СН(Br)–СН3.
4. Присоединение воды (реакция гидратации). Протекает в присутствии катализатора – серной кислоты: СН2=СН2 + Н2О → СН3–СН2ОН.
Применение алкенов. Этен применяется для получения этилового спирта, полиэтилена, полипропилена и других полимеров. При введении его в воздух теплиц он ускоряет созревание плодов (помидоров, цитрусовых). Алкены используются также как химическое сырье для синтеза органических веществ.
Диеновые углеводороды.
Углеводороды, содержащие в углеродной цепи две двойные связи, называются диеновыми. Их состав выражается общей формулой CnH2n-2. Названия алкадиенов производят от предельных углеводородов, добавляя окончание –диен. Цифрами указывается положение двойных связей в цепи. Например: СН2=СН–СН=СН2 – бутадиен-1,3; СН2=С(СН3)–СН=СН2 – 2-метилбутадиен-1,3.
По химическим свойствам алкадиены аналогичны алкенам – для них также характерны реакции присоединения.
Наибольшее применение имеют алкадиены, в молекулах которых двойные связи разделены простой связью – бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен). Данные диены используются для получения различных полимерных соединений, например ПВХ (поливинилхлорид) – пластмассовая посуда, водопроводные трубы; АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) самоклеящаяся пленка на мебель. Полиизопрен – это каучук, сырье для получения резины.
Алкины.
Алкины – это общее название ацетиленовых углеводородов, содержащих в углеводородном ряду тройную связь. Гомологический ряд ацетилена выражается формулой CnH2n-2, аналогично диеновым углеводородам. Названия алкинов производится от названия предельных углеводородов, заменяя окончание -ан на -ин. Главную цепь нумеруют с того конца, к которому ближе расположена тройная связь, положение которой обозначается цифрой. Например, бутин-1, бутин-2, 4-метилпентин-1, 1,4-диметилпентин-1.
Свойства. Ацетилен или этин – бесцветный газ, легче воздуха. По химическим свойствам этин аналогичен этену, для него также характерны реакции присоединения. Реакции присоединения алкинов протекают аналогично реакциям алкенов. Но они протекают в две стадии: на первой стадии происходит присоединение по месту одной p-связи с образованием производных алкенов; на второй стадии разрывается вторая p-связь с образованием предельных углеводородов (привести характерный пример). Таким образом, при гидрировании ацетилена сначала образуется этен, затем этан.
Присоединение галогеноводородов осуществляется по правилу Марковникова. Присоединение воды протекает в присутствии солей ртути(II) – обычно Hg(NO3)2 по реакции М.Г. Кучерова: СН=СН + НОН → СН3–СНО (уксусный альдегид). В промышленности при восстановлении уксусного альдегида водородом получается этиловый спирт, а при окислении – уксусная кислота (схемы уравнений реакций).
Под влиянием тройной связи водород в молекуле ацетилена становится очень подвижным, то есть приобретает кислотные свойства (объяснить электронными эффектами – нарисовать). Соответственно он может замещаться катионами металлов, образуя ацетилиниды серебра или меди, которые взрываются от удара. Однако карбид кальция является очень устойчивым соединением и используется для получения ацетилена. Последний получается при взаимодействии карбида кальция с водой по уравнению: СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2.
Применение. Алкины служат исходным сырьем для проведения различных органических синтезов. Уксусной кислоты, синтетических смол и каучуков. Сам ацетилен используют в больших количествах для автогенной сварки металлов, поскольку при сгорании ацетилена в смеси с кислородом температура достигает 3500 0С. в то же время смеси ацетилена с воздухом и кислородом очень взрывоопасны и взрываются от искры.
Лекция 23.
