Phản ứng Cộng Nước được Gọi Là Gì? Các Dạng Phản ứng Hóa Học ...

Các phản ứng của các chất hữu cơ có thể được chia thành bốn loại chính: thay thế, bổ sung, loại bỏ (loại bỏ) và sắp xếp lại (đồng phân hóa). Rõ ràng là toàn bộ các phản ứng hợp chất hữu cơ không thể giảm xuống phân loại được đề xuất (ví dụ, phản ứng cháy). Tuy nhiên, sự phân loại như vậy sẽ giúp thiết lập các phép loại suy với các phản ứng đã quen thuộc với bạn xảy ra giữa các chất vô cơ.

Theo quy luật, hợp chất hữu cơ chính tham gia phản ứng được gọi là cơ chất, và thành phần khác của phản ứng có điều kiện được coi là thuốc thử.

Phản ứng thay thế

Phản ứng thay thế- Đây là những phản ứng dẫn đến sự thay thế một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong phân tử ban đầu (chất nền) bằng các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác.

Phản ứng thay thế liên quan đến các hợp chất no và thơm như ankan, xicloalkanes hoặc isnes. Hãy để chúng tôi đưa ra ví dụ về phản ứng như vậy.

Dưới tác dụng của ánh sáng, các nguyên tử hydro trong phân tử metan có thể được thay thế bằng nguyên tử halogen, ví dụ, bằng nguyên tử clo:

Một ví dụ khác về việc thay thế hydro bằng halogen là sự chuyển hóa benzen thành bromobenzene:

Phương trình cho phản ứng này có thể được viết theo cách khác:

Với dạng viết này, thuốc thử, chất xúc tác, điều kiện phản ứng được viết phía trên mũi tên, và các sản phẩm phản ứng vô cơ ở phía dưới.

Kết quả của phản ứngsự thay thế trong các chất hữu cơ được hình thành không đơn giản và phức tạpchất, như trong hóa học hữu cơ, và haichất phức tạp.

Phản ứng cộng

Phản ứng cộng là phản ứng trong đó hai hoặc nhiều phân tử của chất phản ứng kết hợp thành một.

Các hợp chất không no, chẳng hạn như anken hoặc anken, tham gia vào phản ứng cộng. Tùy thuộc vào phân tử nào đóng vai trò là thuốc thử, người ta phân biệt các phản ứng hydro hóa (hoặc khử), halogen hóa, hydro hóa, hydrat hóa và các phản ứng cộng khác. Mỗi người trong số họ yêu cầu một số điều kiện nhất định.

1.Hydro hóa- phản ứng cộng phân tử hiđro vào một liên kết bội:

2. Sự hyđro hóa- phản ứng cộng hiđro halogenua (hiđro hóa):

3. Halogenation- phản ứng cộng halogen:

4.Sự trùng hợp - loại đặc biệt phản ứng cộng, trong đó các phân tử của một chất có một trọng lượng phân tử kết hợp với nhau tạo thành phân tử của chất có khối lượng phân tử rất lớn - đại phân tử.

Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử của một chất có khối lượng phân tử thấp (đơn chất) thành phân tử lớn (đại phân tử) của một loại polime.

Một ví dụ về phản ứng trùng hợp là sản xuất polyetylen từ etylen (etilen) dưới tác dụng của tia cực tím và chất khơi mào trùng hợp gốc R.

Liên kết cộng hóa trị đặc trưng nhất của các hợp chất hữu cơ được hình thành bằng cách xen phủ quỹ đạo nguyên tử Và giáo dục cặp electron. Kết quả là, một quỹ đạo chung của hai nguyên tử được hình thành, trên đó có một cặp electron chung. Khi liên kết bị phá vỡ, số phận của các electron chung này có thể khác nhau.

Các loại hạt phản ứng

Một quỹ đạo có một điện tử chưa ghép đôi của một nguyên tử có thể trùng lặp với một quỹ đạo của một nguyên tử khác cũng chứa một điện tử chưa ghép đôi. Đây là nơi giáo dục diễn ra liên kết cộng hóa trị theo cơ chế trao đổi:

Cơ chế trao đổi để hình thành liên kết cộng hóa trị được thực hiện nếu một cặp electron chung được hình thành từ các electron chưa ghép đôi thuộc các nguyên tử khác nhau.

Quá trình ngược lại với sự hình thành liên kết cộng hóa trị theo cơ chế trao đổi là phá vỡ liên kết, trong đó một điện tử () đi đến mỗi nguyên tử. Kết quả là, hai hạt không tích điện với các điện tử chưa ghép đôi được hình thành:

Các hạt như vậy được gọi là các gốc tự do.

gốc tự do- nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có electron chưa ghép đôi.

Phản ứng gốc tự do là các phản ứng xảy ra dưới tác dụng và có sự tham gia của các gốc tự do.

Tôi biết hóa học vô cơđó là các phản ứng tương tác của hydro với oxy, halogen, phản ứng cháy. Các phản ứng kiểu này được đặc trưng bởi tốc độ cao, giải phóng một số lượng lớn nhiệt.

Liên kết cộng hóa trị cũng có thể được hình thành theo cơ chế cho - nhận. Một trong các obitan của nguyên tử (hoặc anion), chứa cặp electron không chia sẻ, xen phủ với obitan chưa được lấp đầy của nguyên tử (hoặc cation) khác có obitan chưa được lấp đầy và liên kết cộng hóa trị được hình thành, ví dụ:

Phá vỡ liên kết cộng hóa trị dẫn đến sự hình thành các hạt mang điện tích dương và âm (); kể từ trong trường hợp này cả hai điện tử từ một cặp điện tử chung vẫn ở với một trong các nguyên tử, nguyên tử kia nhận được một quỹ đạo không được lấp đầy:

Coi như sự phân ly điện phân axit:

Người ta có thể dễ dàng đoán rằng một hạt có một cặp electron không chia sẻ R: -, tức là, một ion mang điện tích âm, sẽ bị hút vào các nguyên tử mang điện tích dương hoặc các nguyên tử mà trên đó có ít nhất một phần điện tích dương hiệu dụng. Các hạt có cặp electron không chia sẻ được gọi là tác nhân nucleophilic (nhân tế bào- "hạt nhân", phần mang điện tích dương của nguyên tử), tức là "bạn" của hạt nhân, mang điện tích dương.

Nucleophiles(Nu) - anion hoặc phân tử có một cặp electron riêng lẻ, tương tác với các vùng của phân tử, nơi tập trung điện tích dương hiệu dụng.

Ví dụ về nucleophile: Cl - (ion clorua), OH - (anion hydroxit), CH 3 O - (anion metoxit), CH 3 COO - (anion axetat).

Ngược lại, các hạt có quỹ đạo không được lấp đầy sẽ có xu hướng lấp đầy nó và do đó, sẽ bị hút vào các vùng của phân tử có mật độ điện tử tăng lên, điện tích âm và cặp điện tử không chia sẻ. Chúng là các electrophin, "bạn" của electron, điện tích âm hoặc các hạt có mật độ electron tăng.

electrophiles- các cation hoặc phân tử có một quỹ đạo điện tử chưa được lấp đầy, có xu hướng lấp đầy nó với các điện tử, vì điều này dẫn đến một quỹ đạo thuận lợi hơn cấu hình điện tử nguyên tử.

Không phải mọi hạt đều là electrophin với quỹ đạo trống. Ví dụ, cation kim loại kiềm có cấu hình của khí trơ và không có xu hướng thu nhận electron, vì chúng có ái lực điện tử.Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng mặc dù có sự hiện diện của một quỹ đạo không được lấp đầy, các hạt như vậy sẽ không phải là các hạt electron.

Cơ chế phản ứng chính

Có ba loại phản ứng chính - gốc tự do, electrophin, nucleophile - và ba loại cơ chế phản ứng tương ứng:

• gốc tự do;
• chất điện ly;
• không ưa ẩm.

Ngoài việc phân loại phản ứng theo loại hạt phản ứng, hóa học hữu cơ còn phân biệt 4 loại phản ứng theo nguyên tắc thay đổi thành phần của phân tử: cộng, thế, khử, hoặc khử (tiếng Anh). đếnloại bỏ- xóa, tách) và tập hợp lại. Vì sự bổ sung và thay thế có thể xảy ra dưới tác động của cả ba loại phản ứng, một số lớn laocác cơ chế phản ứng.

Ngoài ra, hãy xem xét các phản ứng phân cắt hoặc khử diễn ra dưới tác động của các hạt nucleophin - bazơ. 6. Loại bỏ:

Đặc điểm riêng biệt của anken ( hydrocacbon không no) là khả năng tham gia vào các phản ứng cộng. Hầu hết các phản ứng này tiến hành theo cơ chế cộng electrophin.

Hydrohalogenation (thêm halogenhydro):

Khi một hiđro halogenua được thêm vào một ankenhydro được thêm vào để hydro hóa nhiều hơnnguyên tử cacbon, tức là nguyên tử mà tại đó có nhiều nguyên tử hơnhydro và halogen - để ít hydro hóa hơn.

Hiđro trong bảng tuần hoàn nằm ở vị trí số một, trong nhóm I và VII cùng một lúc. Ký hiệu của hydro là H (lat. Hydrogenium). Nó là một chất khí rất nhẹ, không màu và không mùi. Có ba đồng vị của hiđro: 1H - proti, 2H - đơteri và 3H - triti (phóng xạ). Không khí hoặc oxy phản ứng với hydro đơn giản H₂ rất dễ cháy và cũng dễ nổ. Hydro không thải ra sản phẩm độc hại. Nó có thể hòa tan trong etanol và một số kim loại (đặc biệt là phân nhóm phụ).

Sự phổ biến của hydro trên Trái đất

Giống như oxy, hydro có tầm quan trọng lớn. Tuy nhiên, không giống như oxy, hầu hết tất cả hydro đều có trong hình thức ràng buộc với các chất khác. Ở trạng thái tự do, nó chỉ ở trong khí quyển, nhưng lượng của nó ở đó là vô cùng không đáng kể. Hydro là thành phần của hầu hết các hợp chất hữu cơ và cơ thể sống. Thông thường nó xảy ra ở dạng oxit - nước.

Đặc điểm hóa lý

Hydro không hoạt động, và khi đun nóng hoặc có chất xúc tác, nó phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học đơn giản và phức tạp.

Phản ứng của hydro với các nguyên tố hóa học đơn giản

Ở nhiệt độ cao, hydro phản ứng với oxy, lưu huỳnh, clo và nitơ. bạn sẽ tìm hiểu những thí nghiệm với chất khí mà bạn có thể làm ở nhà.

Kinh nghiệm về sự tương tác của hydro với oxy trong phòng thí nghiệm

Hãy lấy hydro tinh khiết, đi vào qua ống thoát khí và đốt cháy nó. Nó sẽ cháy với ngọn lửa khó nhận thấy. Nếu bạn đặt một ống hydro trong một bình, nó sẽ tiếp tục cháy và các giọt nước hình thành trên thành bình. Oxy này đã phản ứng với hydro:

2H₂ + O₂ = 2H₂O + Q

Khi hydro bị đốt cháy, rất nhiều năng lượng nhiệt được tạo ra. Nhiệt độ của sự kết hợp giữa oxy và hydro đạt tới 2000 ° C. Hiđro đã oxi hóa oxi nên phản ứng này được gọi là phản ứng oxi hóa.

TẠI điều kiện bình thường(không đun nóng) phản ứng xảy ra chậm. Và ở nhiệt độ trên 550 ° C, một vụ nổ xảy ra (cái gọi là khí nổ được hình thành). Trước đây, hydro thường được sử dụng trong bóng bay, nhưng do sự hình thành của khí nổ, đã xảy ra nhiều thảm họa. Tính toàn vẹn của quả bóng bị phá vỡ và một vụ nổ xảy ra: hydro phản ứng với oxy. Do đó, heli ngày nay được sử dụng, được đốt nóng định kỳ bằng ngọn lửa.

Clo phản ứng với hydro và tạo thành hydro clorua (chỉ khi có ánh sáng và nhiệt). Phản ứng hóa học của hydro và clo trông như sau:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Một sự thật thú vị: phản ứng của flo với hydro gây ra vụ nổ ngay cả trong bóng tối và ở nhiệt độ dưới 0 ° C.

Tương tác của nitơ với hydro chỉ có thể xảy ra khi đun nóng và có mặt chất xúc tác. Phản ứng này tạo ra amoniac. Phương trình phản ứng:

ЗН₂ + N₂ = 2НН₃

Phản ứng của lưu huỳnh và hydro xảy ra với sự tạo thành khí - hydro sunfua. Kết quả là có thể cảm nhận được mùi trứng thối:

H₂ + S = H₂S

Trong kim loại, hiđro không chỉ hòa tan mà còn có thể phản ứng với chúng. Kết quả là, các hợp chất được hình thành được gọi là hydrua. Một số hyđrua được sử dụng làm nhiên liệu trong tên lửa. Chúng cũng sản xuất năng lượng hạt nhân.

Phản ứng với các nguyên tố hóa học phức tạp

Ví dụ, hydro với oxit đồng. Lấy một ống hiđro cho chạy qua bột đồng oxit. Toàn bộ phản ứng diễn ra trên đun nóng. Bột đồng đen sẽ chuyển sang màu đỏ nâu (màu của đồng trơn). Các giọt chất lỏng cũng sẽ xuất hiện trên các phần không được làm nóng của bình - phần này đã hình thành.

Phản ứng hóa học:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Như bạn thấy, hydro phản ứng với oxit và đồng bị khử.

Phản ứng phục hồi

Nếu một chất lấy đi một oxit trong quá trình phản ứng thì nó là một chất khử. Trên ví dụ về phản ứng của đồng oxit với chúng ta thấy rằng hiđro là chất khử. Nó cũng phản ứng với một số oxit khác như HgO, MoO₃ và PbO. Trong bất kỳ phản ứng nào, nếu một trong các nguyên tố là chất oxi hóa thì nguyên tố kia sẽ là chất khử.

Tất cả các hợp chất hydro

Hợp chất của hydro với phi kim loại- khí độc và dễ bay hơi (ví dụ như hydro sunfua, silan, mêtan).

Hiđro halogenua Hydro clorua được sử dụng phổ biến nhất. Khi hòa tan, nó hình thành axit hydrochloric. Nhóm này cũng bao gồm: hydro florua, hydro iodua và hydro bromua. Kết quả là tất cả các hợp chất này tạo thành các axit tương ứng.

Hydrogen peroxide (công thức hóa họcН₂О₂) thể hiện tính oxi hóa mạnh nhất.

Hiđroxit hoặc nước H₂O.

hydrua là những hợp chất với kim loại.

Hydroxit là axit, bazơ và các hợp chất khác có chứa hydro.

hợp chất hữu cơ: protein, chất béo, lipid, hormone và những chất khác.

Cơ chế của phản ứng cộng với anken là gì?

1. Do các electron của liên kết π trong phân tử các anken có vùng tăng mật độ electron (đám mây electron liên kết π ở trên và dưới mặt phẳng của phân tử):

Do đó, liên kết đôi có xu hướng bị tấn công bởi thuốc thử electrophin (thiếu điện tử). Trong trường hợp này, sự phân cắt dị phân của liên kết π sẽ xảy ra và phản ứng sẽ xảy ra ion cơ chế như một sự cộng electrophin.

2. Mặt khác, liên kết cacbon-cacbon không phân cực, có thể bị phá vỡ một cách đồng nhất, và sau đó phản ứng sẽ diễn ra theo căn bản cơ chế.

Cơ chế cộng phụ thuộc vào điều kiện phản ứng.

Ngoài ra, các anken còn có đặc điểm là phản ứng đồng phân hóavàoxy hóa(bao gồm cả phản ứng đốt cháy, đặc trưng của tất cả các hiđrocacbon).

Phản ứng cộng với anken.

Hydro hóa (bổ sung hydro)

Anken tương tác với hiđro khi đun nóng và ở áp suất cao với sự có mặt của chất xúc tác (Pt, Pd, Ni, v.v.) để tạo thành ankan:

Hiđro hoá anken là phản ứng ngược lại của quá trình hiđro hoá ankan. Theo nguyên lý của Le Chatelier, quá trình hydro hóa được ưa chuộng bởi áp suất tăng lên, vì phản ứng này kèm theo sự giảm thể tích của hệ thống.

Việc bổ sung hydro vào nguyên tử cacbon trong anken dẫn đến giảm mức độ oxi hóa của chúng:

Do đó, phản ứng hiđro hóa anken được gọi là phản ứng khử. Phản ứng này được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất nhiên liệu có trị số octan cao.

Halogen hóa (bổ sung halogen)

Phản ứng cộng của các halogen vào liên kết đôi C = C diễn ra dễ dàng ở điều kiện thường (ở nhiệt độ thường, không có chất xúc tác). Ví dụ, sự đổi màu nhanh chóng của màu nâu đỏ của dung dịch brom trong nước (nước brom) phục vụ phản ứng định tínhđối với sự hiện diện của một liên kết đôi:

Việc bổ sung clo thậm chí còn dễ dàng hơn:

Các phản ứng này xảy ra theo cơ chế cộng electrophin với sự phá vỡ liên kết dị phân trong phân tử halogen.

Khi được nung nóng đến 500 ° C, có thể xảy ra sự thay thế triệt để của nguyên tử hydro bằng nguyên tử cacbon bên cạnh liên kết đôi:

Hidro hóa (bổ sung hydro halogenua)

Phản ứng tiến hành theo cơ chế cộng electron có sự phân cắt liên kết dị phân. CH 2 \ u003d CH 2 + HCl CH 3 -CH 2 Cl Hướng của phản ứng cộng hiđro halogenua vào anken có cấu trúc không đối xứng (ví dụ, vào propylen CH 2 = CH – CH 3 ) được xác định bởi quy tắc Markovnikov:

Ngoài các phản ứng của phân tử loại HX phân cực thành anken không đối xứng, hydro được thêm vào nguyên tử cacbon bị hiđro hóa nhiều hơn ở liên kết đôi (tức là nguyên tử cacbon liên kết với số nguyên tử hiđro lớn nhất).

Vì vậy, trong phản ứng của HCl với propylen, từ hai đồng phân cấu tạo có thể có là 1-cloropan và 2-cloropan, sau này được tạo thành:

Cần lưu ý rằng quy tắc Markovnikov trong công thức cổ điển của nó chỉ được quan sát đối với các phản ứng electrophin của chính các anken. Trong trường hợp một số dẫn xuất của anken hoặc khi thay đổi cơ chế, các phản ứng đều đi ngược lại quy luật Markovnikov.

Hydrat hóa(kết nối nước)

Quá trình hydrat hóa xảy ra với sự có mặt của các axit khoáng theo cơ chế cộng electrophin:

Trong các phản ứng của các anken không đối xứng, quy tắc Markovnikov được quan sát thấy.

Sự trùng hợp- phản ứng tạo thành hợp chất cao phân tử (polime) bằng cách cộng liên tiếp các phân tử của chất có khối lượng phân tử thấp (monome) theo sơ đồ:

NM M N

Con số N trong công thức polyme ( M N) được gọi là mức độ trùng hợp. Các phản ứng trùng hợp của anken là do tạo thêm các liên kết:

Thu được anken

Trong tự nhiên, anken xảy ra ở mức độ thấp hơn nhiều so với các hiđrocacbon no, rõ ràng là do chúng có khả năng phản ứng cao. Do đó, chúng thu được bằng cách sử dụng các phản ứng khác nhau.

I. Cracking ankan:

Ví dụ:

II. Sự phân cắt (loại bỏ) hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử từ các nguyên tử cacbon lân cận với sự hình thành liên kết  giữa chúng.

Dehydro hóa halogen hóa dưới tác dụng của dung dịch kiềm có cồn

Sự khử nước của rượu ở nhiệt độ cao (trên 140 C) với sự hiện diện của các chất loại bỏ nước

Các phản ứng khử diễn ra theo luật lệZaitseva: Sự loại bỏ nguyên tử hydro trong các phản ứng khử hydro và khử nước chủ yếu xảy ra từ nguyên tử cacbon ít hydro hóa nhất.

Công thức hiện đại: phản ứng phân cắt diễn ra với sự hình thành nhiều anken thay thế hơn ở liên kết đôi. Những anken như vậy có năng lượng thấp hơn.

Sự khử halogen của đihaloalkanes có nguyên tử halogen ở nguyên tử cacbon lân cận dưới tác dụng của kim loại hoạt động:

Dehydro hóa ankan ở 500С:

Ứng dụng của anken

Anken được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất vật liệu cao phân tử (nhựa, cao su, màng) và các chất hữu cơ khác.

Etylen(etilen) H 2 C \ u003d CH 2 được dùng để sản xuất polyetylen, polytetrafloetylen (Teflon), rượu etylic, axetanđehit, dẫn xuất halogen và nhiều hợp chất hữu cơ khác.

Nó được sử dụng như một phương tiện để thúc đẩy quá trình chín của trái cây.

Propylene(propen) H 2 C \ u003d CH 2 -CH 3 và butylenes(butene-1 và butene-2) được sử dụng để sản xuất rượu và polyme.

Isobutylene(2-metylpropene) H 2 C \ u003d C (CH 3) 2 được sử dụng trong sản xuất cao su tổng hợp.

Những hiđrocacbon nào được gọi là anken?

Là gì công thức chung anken?

Các anken có kiểu lai hoá nào?

Tính chất hoá học của anken là gì?

Tại sao anken được dùng làm nguyên liệu ban đầu để sản xuất HMC?

Thực chất của quy luật Markovnikov là gì?

Bạn biết những phương pháp thu nhận anken nào?

Cơ chế của phản ứng cộng trong anken là gì?

Chúng thay đổi như thế nào tính chất vật lý trong dãy đồng đẳng của anken?

Anken được sử dụng ở đâu?

Bài giảng số 17: Các ankadien. Cấu trúc. Tính chất. Cao su, tẩy.

Alkadienes (dienes)- Hiđrocacbon béo không no, trong phân tử có chứa hai liên kết đôi. Công thức chung của ankadien Với N H 2n-2 .

Các tính chất của ankadien phần lớn phụ thuộc vào sự sắp xếp lẫn nhau của các liên kết đôi trong phân tử của chúng. Trên cơ sở này, ba loại liên kết đôi trong đien được phân biệt.

1. Các liên kết đôi đơn lập được phân tách trong chuỗi bằng hai hoặc nhiều liên kết σ:

CH 2 = CH – CH 2 –CH = CH 2

Được phân cách bởi các nguyên tử cacbon sp 3 nên các liên kết đôi như vậy không cản trở nhau ảnh hưởng lẫn nhau và tham gia vào các phản ứng giống như liên kết đôi trong anken. Do đó, các ankan thuộc loại này thể hiện tính chất hóa học đặc trưng của anken.

2. Liên kết đôi cộng gộp nằm ở một nguyên tử cacbon:

CH 2 = C = CH 2 (allen)

Những diene (allenes) như vậy thuộc về một loại hợp chất khá hiếm.

3. Các liên kết đôi liên hợp cách nhau một liên kết σ:

CH 2 = CH – CH = CH 2

Dienes liên hợp đại diện cho mối quan tâm lớn nhất. Chúng khác nhau về các tính chất đặc trưng do cấu trúc điện tử của các phân tử, cụ thể là một chuỗi liên tục của 4 nguyên tử cacbon sp 2.

Các đại diện riêng lẻ của các diene này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cao su tổng hợp và các chất hữu cơ khác nhau.

Theo quy tắc IUPAC, chuỗi chính của phân tử ankadien phải chứa cả hai liên kết đôi. Việc đánh số nguyên tử cacbon trong chuỗi được thực hiện sao cho các liên kết đôi nhận số nhỏ nhất. Tên của ankan được lấy từ tên của ankan tương ứng (có cùng số nguyên tử cacbon), trong đó chữ cái cuối cùng được thay bằng chữ cái tận cùng. –Diene.

Vị trí của các liên kết đôi được chỉ ra ở cuối tên, và các nhóm thế - ở đầu tên.

Ví dụ:

Tên "divinyl" bắt nguồn từ tên của gốc –CH = CH 2 "nhựa vinyl".

Chủ nghĩa đồng phân của diene liên hợp

Đồng phân cấu trúc

1. Sự đồng phân vị trí của các liên kết đôi liên hợp:

2. Chủ nghĩa đẳng áp của khung carbon:

3. Đồng phân lớp với ankin và xicloankan.

Ví dụ, công thức Với 4 H 6 khớp với các kết nối sau:

Chủ nghĩa đồng phân không gian

Đietylen có các nhóm thế khác nhau ở các nguyên tử cacbon ở các liên kết đôi, như anken, thể hiện đồng phân cis-trans.

Ngoài ra, có thể quay dọc theo các liên kết đôi phân tách liên kết σ, dẫn đến các đồng phân quay. Một số phản ứng hóa học của diene liên hợp chỉ có tính chọn lọc với một đồng phân quay nhất định.

Thuộc tính của Alkadienes liên hợp

Có tầm quan trọng thực tế lớn nhất là divinyl hoặc butadien-1,3 (khí dễ hóa lỏng, bp = -4,5 C) và isopren hoặc 2-metylbutadien-1,3 (chất lỏng có bp = 34 C).

Các hiđrocacbon điêzen tương tự về mặt hóa học với anken. Chúng dễ dàng bị oxy hóa và tham gia vào các phản ứng cộng. Tuy nhiên, các diene liên hợp khác nhau ở một số đặc điểm, đó là do sự phân chia (phân tán) của các electron π.

Phân tử butadien-1,3 CH 2 = CH-CH = CH 2 chứa bốn nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp 2 và có cấu trúc phẳng.

Các electron π của liên kết đôi tạo thành một đám mây electron π đơn (hệ liên hợp) và được phân chia giữa tất cả các nguyên tử cacbon.

Thứ tự liên kết (số cặp electron dùng chung) giữa các nguyên tử cacbon là trung gian giữa 1 và 2, tức là Không có liên kết đơn thuần và liên kết đôi hoàn toàn. Cấu trúc của butadiene được phản ánh chính xác hơn bởi công thức với các liên kết phân định vị.

Các phân tử isoprene được cấu tạo tương tự:

Sự hình thành đám mây electron π đơn lẻ bao gồm 4 nguyên tử cacbon:

dẫn đến khả năng gắn thuốc thử vào các đầu của hệ thống này, tức là đến C 1 và C 4 nguyên tử. Do đó, divinyl và isopren, cùng với việc thêm 1 mol thuốc thử ở một trong các liên kết đôi (1,2- hoặc 3,4-), tham gia vào các phản ứng cộng 1,4. Tỷ lệ sản phẩm cộng 1,2 và 1,4 phụ thuộc vào điều kiện phản ứng (khi nhiệt độ tăng, xác suất của phép cộng 1,4 thường tăng).

Phản ứng trùng hợp đien liên hợp. Cao su

Divinyl và isoprene tham gia vào quá trình trùng hợp và đồng trùng hợp (tức là trùng hợp khớp) với các hợp chất không bão hòa khác, tạo thành cao su. Cao su là vật liệu cao phân tử đàn hồi (chất đàn hồi), từ đó cao su thu được bằng cách lưu hóa (đun nóng với lưu huỳnh).

cao su tự nhiên- hiđrocacbon không no cao phân tử tự nhiên có thành phần (C 5 H 8) n, trong đó n là 1000-3000 đơn vị. Người ta đã xác định rằng polyme này bao gồm các đơn vị lặp lại của 1,4-cis-isoprene và có cấu trúc lập thể:

Trong điều kiện tự nhiên, cao su tự nhiên được hình thành không phải bằng phản ứng trùng hợp isoprene, mà bằng một phương pháp khác phức tạp hơn.

Quá trình trùng hợp 1,3-đien có thể tiến hành theo kiểu cộng 1,4 hoặc kiểu cộng hỗn hợp 1,2 và 1,4. Chiều của cộng phụ thuộc vào điều kiện phản ứng.

Cao su tổng hợp đầu tiên thu được bằng phương pháp S.V. Lebedev trong quá trình trùng hợp divinyl dưới tác dụng của natri kim loại, là một polyme có cấu trúc không đều với loại hỗn hợp liên kết 1,2- và 1,4-tệp đính kèm:

Khi có mặt các peroxit hữu cơ (trùng hợp gốc), một polyme không đều với các đơn vị cộng 1,2 và 1,4 cũng được hình thành. Cao su có cấu trúc không đều được đặc trưng bởi chất lượng thấp trong quá trình hoạt động. Sự cộng 1,4 có chọn lọc xảy ra khi sử dụng chất xúc tác cơ kim (ví dụ, butyllithium C 4 H 9 Li, chất này không chỉ bắt đầu quá trình trùng hợp mà còn phối hợp các phân tử diene gắn vào theo một cách nhất định trong không gian):

Bằng cách này, 1,4-cis-polyisoprene lập thể, một chất tương tự tổng hợp của cao su tự nhiên, đã được thu được. Quá trình này tiến hành như là quá trình trùng hợp ion.

Để sử dụng thực tế, cao su được chuyển đổi thành cao su. Cao su, tẩy - nó là một loại cao su lưu hóa với chất độn (carbon đen). Bản chất của quá trình lưu hóa là đun nóng hỗn hợp cao su và lưu huỳnh dẫn đến sự hình thành cấu trúc mạng ba chiều của các đại phân tử cao su mạch thẳng, làm cho nó tăng cường độ bền. Các nguyên tử lưu huỳnh được gắn vào các liên kết đôi của các đại phân tử và tạo thành các cầu nối disulfua liên kết ngang giữa chúng:

Polyme lưới bền hơn và thể hiện tính đàn hồi tăng lên - độ đàn hồi cao (khả năng biến dạng có thể đảo ngược cao).

Tùy thuộc vào lượng tác nhân liên kết chéo (lưu huỳnh), có thể thu được các mạng có tần số liên kết chéo khác nhau. Cao su tự nhiên có liên kết chéo cực cao - ebonite - không có tính đàn hồi và là một vật liệu rắn.

Thu nhận alkadien

Phương pháp chung để thu được đien tương tự như phương pháp thu được anken.

1. Xúc tác hai giai đoạn khử hiđro của ankan (qua giai đoạn tạo thành anken). Bằng cách này, divinyl thu được trong công nghiệp từ butan có trong khí lọc dầu và khí đồng hành:

Isopren thu được bằng cách xúc tác dehydro hóa isopentan (2-metylbutan):

2. Tổng hợp divinyl theo Lebedev:

3. Sự khử nước của glycol (rượu dihydric, hoặc ankan):

4. Tác dụng của dung dịch cồn của kiềm với dihaloalkanes (dehydro hóa halogen hóa):

Các câu hỏi để sửa chủ đề:

Những hiđrocacbon nào được gọi là đien?

Những loại đồng phân nào quan sát được trong ankadien?

Những tính chất hóa học của hiđrocacbon đien là gì?

Làm thế nào có thể thu được ankadien?

Kiểu lai hoá nào đặc trưng cho ankadien?

Cao su là gì?

Cao su là gì?

Điều gì quyết định tính chất vật lý của ankadien?

Tính chất hóa học của ankadien tương tự như những gì?

Bài giảng số 18: Alkynes. Cấu tạo, tính chất, ứng dụng.

Alkynes (hydrocacbon axetylen)- Các hiđrocacbon béo không no, phân tử của chúng chứa một liên kết ba C≡C.

Công thức chung cho các ankin có một liên kết ba Với N H 2n-2 .

Liên kết ba C≡C do 6 electron chung thực hiện:

Các nguyên tử cacbon tham gia vào việc hình thành một liên kết như vậy trong sp-trạng thái ngưng kết. Mỗi người trong số họ có hai sp- các obitan lai hóa hướng với nhau một góc 180 và hai obitan lai hóa R-các cọc số nằm ở một góc 90 ° so với nhau và để sp- các obitan lai:

Cấu trúc của liên kết ba C≡C

Liên kết ba là sự kết hợp của một liên kết σ- và hai liên kết π được tạo thành bởi hai sp nguyên tử lai hoá. Liên kết σ xảy ra với sự xen phủ trục sp-các obitan lai hóa của các nguyên tử cacbon lân cận; một trong các liên kết π được hình thành do sự xen phủ bên R các obitan y, obitan khác - với sự chồng chéo bên R các obitan z. Sự hình thành liên kết bằng cách sử dụng ví dụ về phân tử axetilen H – C≡C – H có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ:

C≡C liên kết σ (xen phủ 2 sp-2sp);liên kết π (2 R y-2 R y); liên kết π (2 R z-2 R z); Liên kết C – H (xen phủ 2 sp-AO carbon và 1 S-AO của hiđro).

liên kết π nằm trong các mặt phẳng vuông góc với nhau:

liên kết σ hình thành sp-các obitan lai của cacbon, nằm trên một đường thẳng (vuông góc 180 với nhau). Do đó, phân tử axetilen có cấu trúc mạch thẳng:

Danh pháp Alkyne

Theo danh pháp hệ thống, tên của các hiđrocacbon axetilen bắt nguồn từ tên của ankan tương ứng (có cùng số nguyên tử cacbon) bằng cách thay thế hậu tố. –En trên -trong :

2 nguyên tử C → etan → eth trong ; 3 nguyên tử C → propan → prop trong vân vân.

Chuỗi chính được chọn sao cho nó nhất thiết phải bao gồm một liên kết ba (tức là nó có thể không dài nhất).

Việc đánh số nguyên tử cacbon bắt đầu từ cuối chuỗi gần với liên kết ba nhất. Số chỉ vị trí của liên kết ba thường được đặt sau hậu tố -trong . Ví dụ:

Đối với các anken đơn giản nhất, các tên đã thành lập trong lịch sử cũng được sử dụng: axetylen(ethin), allylene(propyne), crotonylene(butin-1), valerylene(pentin-1).

Trong danh pháp của các loại hợp chất hữu cơ, các gốc ankin hóa trị đơn sau đây thường được sử dụng nhất:

Alkyne đồng phân

Đồng phân cấu trúc

Đồng phân vị trí liên kết ba (bắt đầu từ C 4 H 6):

Chủ nghĩa đẳng áp của khung carbon (bắt đầu từ C 5 H 8):

Đồng phân lớp với ankadien và xicloalken, bắt đầu từ C 4 H 6:

Đồng phân không gian đối với liên kết ba không xuất hiện trong các alkyne, bởi vì các nhóm thế chỉ có thể được định vị theo một cách - dọc theo đường liên lạc.

Tính chất của alkynes

tính chất vật lý. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các hiđrocacbon axetilen tăng khi khối lượng phân tử tăng. Ở điều kiện thường, ankin C 2 H 2 -C 4 H 6 là chất khí, C 5 H 8 -C 16 H 30 là chất lỏng và C 17 H 32 là chất rắn. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các anken cao hơn các anken tương ứng.

Tính chất vật lý của anken và anken

Alkynes hòa tan kém trong nước, tốt hơn trong dung môi hữu cơ.

Tính chất hóa học.

Phản ứng cộng với alkynes

1. Hydro hóa

Khi có mặt xúc tác kim loại (Pt, Ni), các ankan cộng hiđro để tạo thành anken (liên kết π đầu tiên bị phá vỡ), và sau đó ankan (liên kết π thứ hai bị phá vỡ):

Khi sử dụng chất xúc tác kém hoạt tính, quá trình hiđro hóa dừng lại ở giai đoạn hình thành anken.

2. Halogen hóa

Phản ứng cộng electrophin của halogen vào anken tiến hành chậm hơn so với anken (liên kết π thứ nhất khó đứt hơn liên kết thứ hai):

Alkynes khử màu nước brom(phản ứng định tính).

Ghi chú giải thích (6)

Ghi chú giải thích

giải thích một lưu ý Chương trình này được thiết kế để ...

Bản giải thích (7)

Ghi chú giải thích

GIẢI THÍCH MỘT LƯU Ý Phòng thí nghiệm làm việcđiêu đo la...

Trang 1

Phản ứng cộng hiđro là phản ứng thuận nghịch.

Phản ứng cộng hiđro vào liên kết cacbon-cacbon đôi hoặc ba do nhiều chất xúc tác. Khởi đầu ứng dụng công nghiệp Quá trình xúc tác này được bắt đầu ở Pháp bởi công trình của Sabatier, người đã nghiên cứu quá trình hydro hóa pha hơi ở áp suất vừa phải, và ở Nga bởi Ipatiev, người đã nghiên cứu hydro hóa chất lỏng ở áp suất cao.

Phản ứng cộng hiđro vào các hợp chất không no được gọi là phản ứng hiđro hoá hay hiđro hoá.

Các phản ứng cộng hydro, trùng hợp và ngưng tụ, kèm theo sự hình thành một phân tử có khối lượng phân tử lớn hơn từ hai hoặc nhiều phân tử, tiến hành giải phóng nhiệt. Hiệu ứng nhiệt âm của các phản ứng phân hủy cho thấy rằng chúng được ưu nhiệt độ cao; chiều sâu của các phản ứng tỏa nhiệt tăng khi nhiệt độ giảm. Như vậy, quá trình tiến hành càng chọn lọc thì hiệu ứng nhiệt tổng của nó càng cao, trong trường hợp này không bị ảnh hưởng bởi các phản ứng khác diễn ra song song và đôi khi có hiệu ứng nhiệt ngược dấu.

Phản ứng cộng hydro với liên kết đôi của etylen với sự có mặt của nhiều chất xúc tác kim loại khác nhau, trong đó niken, bạch kim, rhodi và paladi là hoạt động tích cực nhất, là một trong những phản ứng được nghiên cứu nhiều nhất bằng thực nghiệm. Rõ ràng, vì lý do này, các nhà khoa học không thể đi đến thống nhất về cơ chế hoạt động của nó trên bề mặt chất xúc tác. Việc kích hoạt đồng thời phân tử hydro có cần thiết không, và nếu có, điều này xảy ra như thế nào? Tất cả các bề mặt xúc tác có hoạt động theo cùng một nguyên tắc hay không, hay mỗi kim loại chọn cơ chế phù hợp nhất theo ý thích của mình. Như mọi khi trong những trường hợp như vậy, học việnđược chia thành nhiều nhóm theo số lượng các cơ chế thay thế và một cuộc thảo luận kéo dài bắt đầu.

Phản ứng cộng hiđro được gọi là phản ứng hiđro hoá.

Phản ứng cộng hydro với sự có mặt của xúc tác kim loại theo nghĩa này có những ưu điểm đáng kể so với phản ứng bình thường sự gia nhập. Chất xúc tác kim loại được chọn lọc liên quan đến các loại khác nhau phân tử và thậm chí phần khác nhau cùng một phân tử. Nó sắp xếp chúng và do đó hợp lý hóa quá trình, làm cho các phản ứng diễn ra đồng thời mà không có chất xúc tác tiến hành tuần tự. Và điều này giúp cho việc nghiên cứu công thoát của các đường cong hydro hóa có một phương pháp bổ trợ quý giá để nghiên cứu quá trình hydro hóa và các tính chất của hệ liên hợp.

Phản ứng cộng hiđro không chỉ xảy ra đối với loại axit cụ thể, mà nói chung đối với toàn bộ dãy axit đang xét và các dẫn xuất của chúng, ví dụ este(chất béo); sự hiện diện của các chất xúc tác (palladium đen hoặc niken được phân chia mịn) tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều cho quá trình. Phản ứng này hiện đang được sử dụng trong công nghệ chuyển hóa chất lỏng dầu thực vật, cũng như dầu cá và cá voi, giàu este glycerol của oleic và các axit không bão hòa khác, thành các khối kết tinh rắn tương tự như mỡ lợn. Trong trường hợp này, este glixerol lỏng của axit không no được chuyển thành este rắn của axit no.

Tốt nhất có thể giải thích nhiều phản ứng cộng hydro, trao đổi đồng vị, khử hydro, oxy hóa chọn lọc hoặc hoàn toàn, bổ sung carbon monoxide và polyme hóa hydrocacbon bằng cách giả sử sự tồn tại của các chất trung gian giống gốc liên kết với các vị trí hoạt động của chất xúc tác bằng các liên kết đồng cực. .

Giới hạn nhiệt độ của phản ứng cộng hydro quyết định phần lớn các điều kiện cho quá trình hydro hóa nhiên liệu trong công nghệ. Thực tế, như đã thấy ở trên, ở nhiệt độ gần 500, các quá trình cộng hydro, ngay cả ở áp suất cao, bị giảm mạnh, đặc biệt là đối với hydrocacbon etylen nặng, đã xuất hiện trong các sản phẩm crackinh ban đầu của dầu khí nặng và dầu cặn.

Tuy nhiên, trong các phản ứng cộng hydro vào liên kết đôi trong olefin, các kim loại được coi là có hoạt tính cực kỳ thấp. Vì vậy, trong đó chỉ ra rằng hexene-1 không trải qua quá trình biến đổi trên titan kim loại ở 100 - 400 C trong dòng hydro.

Như vậy, phản ứng cộng hiđro với etilen để tạo thành etan phải tỏa nhiệt; nhiệt phân tử hiđro hoá etilen là 316 kcal.

Phản ứng này tương tự như phản ứng cộng hydro, chỉ khác là không cần chất xúc tác. Nó chảy ngay lập tức ở nhiệt độ phòng. Dung môi dùng để pha loãng brom thường là cacbon tetraclorua.

Các phản ứng cộng.

1.1. Gia nhập

CH 2 \ u003d CH 2 + H 2 ® CH 3 -CH 3

Phản ứng xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác (Pd, Pt, Ni).

1.2. Bổ sung các halogen:

CH 2 \ u003d CH 2 + Br 2 ® CH 2 Br-CH 2 Br

1.3. Bổ sung hydro halogenua:

CH 2 \ u003d CH 2 + HC1 ® CH 3 -CH 2 C1

Việc cộng các hiđro halogenua vào các chất đồng đẳng của etylen xảy ra theo quy tắc của V.V. Markovnikov: nguyên tử hiđro trở thành nguyên tử cacbon bị hiđro hóa nhiều nhất và nguyên tử halogen trở thành nguyên tử bị hiđro hóa ít nhất, ví dụ:

CH 3 -CH \ u003d CH 2 + HBr- \ u003e CH 3 - CH Br -CH3

1.4. Sự gia nhập của nước (phản ứng hydrat hóa). Phản ứng xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác - axit sunfuric:

CH 2 \ u003d CH 2 + H 2 O ® CH 3 - CH 2 OH

Đây là phương trình tóm tắt các phản ứng. Trong thực tế, phản ứng diễn ra theo hai giai đoạn. Đầu tiên, axit sunfuric được thêm vào etylen tại điểm đứt liên kết đôi để tạo thành axit etylsulfuric:

CH 2 \ u003d CH 2 + H-O-SO 2 - OH ® CH3-CH 2 - O-SO 2 -OH

Sau đó, axit etylsulfuric, tương tác với nước, tạo thành rượu và axit:

CH 3 - CH 2 - O-SO 2 - OH + H - OH ® CH 3 - CH 2 OH + HO-SO 2 - OH

Hiện nay, phản ứng cộng nước vào etylen với sự có mặt của chất xúc tác rắn được sử dụng cho sản xuất công nghiệp Rượu etylic từ các hydrocacbon không no có trong khí crackinh dầu (khí đồng hành), cũng như trong khí lò luyện cốc.

2. Quan trọng hữu hóa etylen và các chất đồng đẳng của nó là khả năng dễ bị oxi hóa ngay cả ở nhiệt độ thường. Trong trường hợp này, cả hai nguyên tử cacbon được kết nối bằng liên kết đôi đều trải qua quá trình oxy hóa. Nếu ethylene được truyền vào dung dịch nước thuốc tím KMpo 4 thì đặc màu tím chất sau biến mất - etylen bị oxi hóa bằng thuốc tím:

ZSN 2 \ u003d CH 2 + 2KMp0 4 + 4H 2 O ® ZNON 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

ethylene glycol

Phản ứng này được sử dụng để thiết lập sự không bão hòa của chất hữu cơ - sự hiện diện của các liên kết đôi hoặc ba trong đó.

2.2. Etylen cháy với ngọn lửa sáng tạo thành cacbon (IV) oxit và nước:

CH 2 \ u003d CH 2 + 4 O 2 ® 2CO 2 + 4H 2 O

3. Các phản ứng trùng hợp.

trùng hợp là kết nối nối tiếp các phân tử giống hệt nhau thành những phân tử lớn hơn.

Phản ứng trùng hợp đặc trưng cho các hợp chất không no. Vì vậy, ví dụ, một chất có trọng lượng phân tử cao, polyetylen, được hình thành từ etylen. Kết nối các phân tử ethylene

diễn ra tại địa điểm mà liên kết đôi bị phá vỡ. Tóm lại, phương trình của phản ứng này được viết như sau: nCH 2 \ u003d CH 2 ® (- CH 2 - CH 2 - )N

Một số nguyên tử hoặc gốc tự do (ví dụ, nguyên tử hydro từ ethylene) được gắn vào đầu của các phân tử đó (đại phân tử). Sản phẩm của phản ứng trùng hợp được gọi là polyme (từ tiếng Hy Lạp poly - many, meros - part), và chất bắt đầu tham gia phản ứng trùng hợp được gọi là monome.

Polyme - một chất có trọng lượng phân tử tương đối rất lớn, phân tử của nó bao gồm một số lượng lớn nhóm lặp lại có cấu trúc giống nhau. Các nhóm này được gọi là liên kết cơ bản hoặc đơn vị cấu trúc. Ví dụ, liên kết cơ bản của polyetylen là một nhóm các nguyên tử - CH 2 - CH 2 -.

Số đơn vị cơ bản lặp lại trong đại phân tử được gọi là mức độ trùng hợp (kí hiệu là n). Tuỳ theo mức độ trùng hợp có thể thu được những chất có tính chất khác nhau từ cùng một monome.

Vì vậy, polyetylen với chuỗi ngắn (n = 20) là chất lỏng có đặc tính bôi trơn. Polyetylen có chiều dài chuỗi 1500 - 2000 mắt xích là vật liệu nhựa cứng nhưng dẻo, từ đó có thể lấy màng, làm chai lọ và các đồ dùng khác, ống đàn hồi,… Cuối cùng là polyetylen có chiều dài chuỗi từ 5 - 6 nghìn mắt xích. là một chất rắn, từ đó bạn có thể chuẩn bị các sản phẩm đúc, ống cứng, ren chắc chắn.

Nếu một số lượng nhỏ các phân tử tham gia phản ứng trùng hợp, thì các chất có phân tử thấp được tạo thành, ví dụ như chất đime, chất bazơ, ... Điều kiện để xảy ra phản ứng trùng hợp là rất khác nhau. Đôi khi cần chất xúc tác và áp suất cao. Nhưng yếu tố chính là cấu trúc của phân tử monome. Các hợp chất không no (không no) tham gia phản ứng trùng hợp do sự bẻ gãy các liên kết đa.

Công thức cấu tạo của polyme được viết ngắn gọn như sau: công thức của đơn vị cơ bản được đặt trong dấu ngoặc và chữ n được đặt ở dưới cùng bên phải. Ví dụ: công thức cấu tạo polyetylen (- CH 2 - CH 2 - ) P. Dễ dàng kết luận rằng tên của polyme được tạo thành từ tên của monome và tiền tố poly-, ví dụ, polyetylen, polyvinyl clorua, polystyren, v.v.

Với sự trợ giúp của phản ứng trùng hợp, người ta thu được các chất tổng hợp cao phân tử, ví dụ như polyetylen, polytetrafluoroethylen (Teflon), polystyren, cao su tổng hợp, v.v ... Chúng có tầm quan trọng kinh tế lớn.

Teflon là sản phẩm của quá trình trùng hợp tetrafluoroethylen:

nCF 2 = CF 2 -> - (- CF 2 - CF 2 -)

Đây là chất trơ nhất chất hữu cơ(nó chỉ bị ảnh hưởng bởi kali và natri nóng chảy). Nó có khả năng chống sương giá và nhiệt cao.

Ứng dụng. Etylen được dùng để sản xuất rượu etylic, polyetylen. Nó đẩy nhanh quá trình chín của trái cây (cà chua, trái cây có múi, v.v.) với việc đưa một lượng nhỏ vào không khí trong nhà kính. Ethylene và các chất đồng đẳng của nó được sử dụng làm nguyên liệu hóa học để tổng hợp nhiều chất hữu cơ.