Los alquenos son hidrocarburos insaturados que tienen un doble enlace entre átomos. Su otro nombre es olefinas, está asociado con la historia del descubrimiento de esta clase de compuestos. Básicamente, estas sustancias no se encuentran en la naturaleza, pero son sintetizadas por humanos con fines prácticos. En la nomenclatura de la IUPAC, el nombre de estos compuestos se forma de acuerdo con el mismo principio que para los alcanos, solo el sufijo "an" se reemplaza por "en".

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Estructura de los alquenos

Dos átomos de carbono que participan en la formación de un doble enlace están siempre en hibridación sp2 y el ángulo entre ellos es igual a 120 grados. El doble enlace está formado por orbitales π -π superpuestos, pero no es muy fuerte, por lo que este enlace es bastante fácil de romper, que se utiliza en las propiedades químicas de las sustancias.

Isomería

En comparación con los limitantes, en estos hidrocarburos es posible más tipos, tanto espacial como estructural. La isomería estructural también se puede clasificar en varios tipos.

El primero también existe para los alcanos y consiste en un orden diferente de unión de átomos de carbono. Entonces, los isómeros pueden ser penteno-2 y 2-metilbuteno-2. Y el segundo es un cambio en la posición del doble enlace.

La isomería espacial en estos compuestos es posible debido a la aparición de un doble enlace. Es de dos tipos: geométrico y óptico.

La isomería geométrica es una de las especies más extendidas en la naturaleza, mientras que casi siempre los isómeros geométricos tendrán propiedades físicas y químicas radicalmente diferentes. Distinguir isómeros cis y trans. En el primero, los sustituyentes se encuentran en un lado del enlace múltiple, mientras que en los isómeros trans se encuentran en planos diferentes.

Producción de alquenos

Primero se obtuvieron, como muchas otras sustancias, completamente por accidente.

El químico e investigador alemán Becher a finales del siglo XVII estudió el efecto del ácido sulfúrico en el alcohol etílico y se dio cuenta de que recibió un gas desconocido, que es más reactivo que el metano.

Más tarde, varios científicos más llevaron a cabo estudios similares, quienes también aprendieron que este gas, al interactuar con el cloro, forma una sustancia aceitosa.

Por lo tanto, inicialmente esta clase de compuestos fue dado el nombre de olefinas, que se traduce como aceitoso. Pero aún así, los científicos no pudieron determinar la composición y estructura de este compuesto. Esto sucedió solo casi dos siglos después, a fines del siglo XIX.

Actualmente, existen muchas formas de obtener alquenos.

Métodos industriales

Recepción métodos industriales:

1. Deshidrogenación de hidrocarburos saturados. Esta reacción solo es posible bajo la acción de altas temperaturas (alrededor de 400 grados) y catalizadores, ya sea de óxido de cromo 3 o catalizadores de alúmina-platino.
2. Deshalogenación de dihaloalcanos. Ocurre solo en presencia de zinc o magnesio y a altas temperaturas.
3. Deshidrohalogenación de haloalcanos. Se lleva a cabo utilizando sales de sodio o potasio de ácidos orgánicos a temperaturas elevadas.

Importante! Estos métodos de obtención de alquenos no dan un producto puro, el resultado de la reacción será una mezcla de hidrocarburos insaturados. El compuesto predominante entre ellos se determina utilizando la regla de Zaitsev. Dice que lo más probable es que el hidrógeno se separe del átomo de carbono que tiene menos enlaces con los hidrógenos.

Deshidratación de alcoholes. Puede llevarse a cabo solo cuando se calienta y en presencia de soluciones de ácidos minerales fuertes con propiedad de eliminación de agua.

Hidrogenación de alquinos. Solo es posible en presencia de catalizadores de paladio.

Propiedades químicas de los alquenos

Los alquenos son muy sustancias químicamente activas. Esto se debe en gran parte a la presencia de un doble enlace. Las reacciones más características de esta clase de compuestos son la electrofílica y la adición de radicales.

1. Halogenación de alquenos: se refiere a las reacciones clásicas de adición electrofílica. Ocurre solo en presencia de solventes orgánicos inertes, con mayor frecuencia tetracloruro de carbono.
2. Hidrohalogenación. La unión de este tipo se lleva a cabo de acuerdo con la regla de Markovnikov. El ión se adhiere al átomo de carbono más hidrogenado cerca del doble enlace y, en consecuencia, el ión haluro se adhiere al segundo átomo de carbono. Esta regla se viola en presencia de compuestos de peróxido: el efecto Harrosh. La adición de haluro de hidrógeno ocurre completamente opuesta a la regla de Markovnikov.
3. Hidroboración. Esta reacción tiene una importancia práctica significativa. Por lo tanto, el científico que lo descubrió y estudió incluso recibió el Premio Nobel. Esta reacción se lleva a cabo en varias etapas, mientras que la adición del ion boro no sigue la regla de Markovnikov.
4. Hidratación o adición de alquenos. Esta reacción también procede de acuerdo con la regla de Markovnikov. El ion hidróxido está unido al átomo de carbono menos hidrogenado en el doble enlace.
5. La alquilación es otra reacción comúnmente utilizada en la industria. Consiste en la adición de hidrocarburos saturados a insaturados bajo la influencia de bajas temperaturas y catalizadores para aumentar la masa atómica de los compuestos. Los ácidos minerales fuertes son los catalizadores más comunes. Además, esta reacción puede proceder por un mecanismo de radicales libres.
6. La polimerización de alquenos es otra reacción poco característica de los hidrocarburos saturados. Implica la conexión de numerosas moléculas entre sí para formar una conexión fuerte que difiere en sus propiedades físicas.

n en esta reacción es el número de moléculas que han entrado en un enlace. Un requisito previo para la implementación es un entorno ácido, temperatura elevada y presión aumentada.

Además, los alquenos se caracterizan por otras reacciones de adición electrofílica, que no han recibido una distribución práctica tan extensa.

Por ejemplo, la reacción de adición de alcoholes, con formación de éteres.

O la adición de cloruros de ácido, con la recepción de cetonas insaturadas: la reacción de Kondakov.

¡Nota! Esta reacción solo es posible en presencia de un catalizador de cloruro de zinc.

La siguiente clase principal de reacciones características de los alquenos son las reacciones de adición de radicales. Estas reacciones son posibles solo con la formación de radicales libres bajo la influencia de altas temperaturas, radiación y otras acciones. La reacción de adición de radicales más característica es la hidrogenación con formación de hidrocarburos saturados. Ocurre exclusivamente bajo la influencia de la temperatura y en presencia de un catalizador de platino.

Debido a la presencia de un doble enlace, los alquenos son muy característicos de varios reacciones de oxidacion.

• La combustión es una reacción de oxidación clásica. Funciona bien sin catalizadores. Dependiendo de la cantidad de oxígeno, son posibles diferentes productos finales: desde dióxido de carbono hasta carbono.
• Oxidación con permanganato de potasio en medio neutro. Los productos son alcoholes polivalentes y dióxido de manganeso marrón. Esta reacción se considera cualitativa para los alquenos.
• Además, se puede llevar a cabo una oxidación suave con peróxido de hidrógeno, óxido de osmio 8 y otros agentes oxidantes en un ambiente neutro. Para la oxidación suave de alquenos, solo es característica una ruptura de enlace; el producto de reacción, por regla general, son alcoholes polihídricos.
• También es posible una oxidación severa, en la que ambos enlaces se rompen y se forman ácidos o cetonas. Un requisito previo es un entorno ácido, la mayoría de las veces se usa ácido sulfúrico, ya que otros ácidos también pueden sufrir oxidación con la formación de subproductos.

Averigüemos cuál es la reacción de hidratación de los alquenos. Para ello, daremos una breve descripción de esta clase de hidrocarburos.

Formula general

Los alquenos son compuestos orgánicos insaturados que tienen la fórmula general CH2p, en cuyas moléculas hay un doble enlace, así como enlaces simples (simples). Sus átomos de carbono están en estado híbrido sp2. Los representantes de esta clase se denominan etileno, ya que el etileno es el antepasado de esta serie.

Características de la nomenclatura.

Para comprender el mecanismo de hidratación de los alquenos, es necesario resaltar las características de su nombre. Según la nomenclatura sistemática, al compilar el nombre de un alqueno, se utiliza un cierto algoritmo de acciones.

Primero, debe determinar la cadena de carbono más larga que incluye un doble enlace. Los números indican la ubicación de los radicales de hidrocarburos, comenzando con el más pequeño del alfabeto ruso.

Si hay varios radicales idénticos en la molécula, los prefijos calificativos di-, tri-, tetra se agregan al nombre.

Solo entonces se llama la cadena de átomos de carbono en sí, agregando el sufijo -en al final. Para aclarar la ubicación del enlace insaturado (doble) en la molécula, se indica con un número. Por ejemplo, 2metilpenteno-2.

Hibridación de alquenos

Para hacer frente a la tarea del siguiente tipo: "Establecer la fórmula molecular del alqueno, mediante la hidratación del cual se obtuvo el alcohol secundario", es necesario conocer las características estructurales de los representantes de esta clase de hidrocarburos. La presencia de un doble enlace explica la capacidad de CxHy para entrar en reacciones de adición. El ángulo entre los dobles enlaces es de 120 grados. No se observa rotación en el enlace insaturado, por lo tanto, la isomería geométrica es característica de los representantes de esta clase. Es el doble enlace que actúa como el principal sitio de reacción en las moléculas de alquenos.

Propiedades físicas

Son similares a los hidrocarburos saturados. Los representantes más bajos de esta clase de hidrocarburos orgánicos son sustancias gaseosas en condiciones normales. Además, se observa una transición gradual a líquidos, y para los alquenos, cuyas moléculas contienen más de diecisiete átomos de carbono, es característico un estado sólido. Todos los compuestos de esta clase tienen una solubilidad insignificante en agua, mientras que son perfectamente solubles en disolventes orgánicos polares.

Características de la isomería

La presencia en las moléculas de compuestos de la serie etileno explica la variedad de sus fórmulas estructurales. Además de la isomerización de la estructura carbonada, que es característica de los representantes de todas las clases de compuestos orgánicos, tienen isómeros interclase. Son cicloparafinas. Por ejemplo, para el propeno, el isómero interclase es ciclopropano.

La presencia de un doble enlace en moléculas de esta clase explica la posibilidad de isomería geométrica cis y trans. Tales estructuras solo son posibles para hidrocarburos insaturados simétricos que contienen un doble enlace.

La existencia de esta variante de isomería está determinada por la imposibilidad de rotación libre de átomos de carbono a lo largo del doble enlace.

Especificidad de las propiedades químicas.

El mecanismo de hidratación del alqueno tiene ciertas características. Esta reacción se denomina adición electrofílica.

¿Cómo procede la reacción de hidratación del alqueno? Para responder a esta pregunta, considere la regla de Markovnikov. Su esencia radica en que la hidratación de los alquenos asimétricos se lleva a cabo de una determinada forma. El átomo de hidrógeno se unirá al carbono más hidrogenado. El grupo hidroxilo está unido a un átomo de carbono con menos H. La hidratación de los alquenos conduce a la formación de alcoholes monohídricos secundarios.

Para que la reacción se desarrolle por completo, se utilizan ácidos minerales como catalizadores. Garantizan la introducción de la cantidad necesaria de cationes de hidrógeno en la mezcla de reacción.

Los alcoholes monohídricos primarios no se pueden obtener por hidratación de alquenos, ya que no se observará la regla de Markovnikov. Esta característica se utiliza en la síntesis orgánica de alcoholes secundarios. Cualquier hidratación de alquenos se lleva a cabo sin el uso de condiciones duras, por lo que el proceso ha encontrado su uso práctico.

Si se toma etileno como representante inicial de la clase SpN2p, la regla de Markovnikov no funciona. ¿Qué alcoholes no se pueden obtener por hidratación de alquenos? Es imposible obtener alcoholes primarios a partir de alquenos asimétricos como resultado de dicho proceso químico. ¿Cómo se usa la hidratación con alquenos? La producción de alcoholes secundarios se lleva a cabo exactamente de esta manera. Si se selecciona un representante de la serie acetileno (alquinos) como hidrocarburo, la hidratación conduce a la producción de cetonas y aldehídos.

Los alquenos se hidratan según la regla de Markovnikov. La reacción tiene un mecanismo de adición electrofílico, cuya esencia se comprende bien.

A continuación se muestran algunos ejemplos específicos de tales transformaciones. ¿A qué conduce la hidratación de los alquenos? Los ejemplos ofrecidos en el curso de química de la escuela indican que el propanol-2 se puede obtener del propeno por interacción con el agua, y el butanol-2 se obtiene del buteno-1.

La hidratación de alquenos se utiliza comercialmente. De esta forma se obtienen alcoholes secundarios.

Halogenación

Una reacción cualitativa a un doble enlace es la interacción de hidrocarburos insaturados con moléculas de halógeno. Ya hemos analizado cómo se hidratan los alquenos. El mecanismo de halogenación es similar.

Las moléculas de halógeno tienen un enlace químico covalente no polar. Con la manifestación de fluctuaciones temporales, cada molécula desarrolla electrofilia. Como resultado, aumenta la probabilidad de adición, acompañada de la destrucción del doble enlace en las moléculas de hidrocarburos insaturados. Una vez completado el proceso, el producto de reacción es un derivado de alcano dihalogenado. La bromación se considera una reacción cualitativa a los hidrocarburos insaturados, ya que el color marrón del halógeno desaparece gradualmente.

Hidrohalogenación

Ya hemos examinado cuál es la fórmula para la hidratación de los alquenos. Las reacciones de interacción con el bromuro de hidrógeno tienen una variante similar. En este compuesto inorgánico, hay un enlace químico polar covalente, por lo que hay un cambio en la densidad de electrones al átomo de bromo más electronegativo. El hidrógeno adquiere una carga positiva parcial, donando un electrón al halógeno y ataca la molécula de alqueno.

Si un hidrocarburo insaturado tiene una estructura asimétrica, cuando interactúa con el haluro de hidrógeno, se forman dos productos. Por tanto, el 1-bromoproano y el 2-bromopropano se obtienen a partir del propeno mediante hidrohalogenación.

Para una evaluación preliminar de las opciones de interacción, se tiene en cuenta la electronegatividad del sustituyente seleccionado.

Oxidación

El doble enlace inherente a las moléculas de hidrocarburos insaturados está expuesto a oxidantes fuertes. También son de naturaleza electrofílica y se utilizan en la industria química. De particular interés es la oxidación de alquenos con una solución acuosa (o ligeramente alcalina) de permanganato de potasio. Se llama reacción de hidroxilación, ya que finalmente se obtienen alcoholes divalentes.

Por ejemplo, cuando las moléculas de etileno se oxidan con una solución acuosa de permanganato de potasio, se obtiene etindiol-1,2 (etilenglicol). Esta interacción se considera una reacción cualitativa a un doble enlace, ya que durante la interacción, se observa la decoloración de la solución de permanganato de potasio.

En un medio ácido (en condiciones duras), se puede observar un aldehído entre los productos de reacción.

Al interactuar con el oxígeno atmosférico, el alqueno correspondiente se oxida a dióxido de carbono, vapor de agua. El proceso va acompañado de la liberación de energía térmica, por lo que en la industria se utiliza para generar calor.

La presencia de un doble enlace en una molécula de alqueno indica la posibilidad de reacciones de hidrogenación en esta clase. La interacción de СН2п con moléculas de hidrógeno se produce durante el uso térmico de platino y níquel como catalizadores.

Muchos representantes de la clase de alquenos son propensos a la ozonización. A bajas temperaturas, los representantes de esta clase reaccionan con el ozono. El proceso va acompañado de la ruptura del doble enlace, la formación de compuestos de peróxido cíclicos llamados ozonidos. Los enlaces O-O están presentes en sus moléculas, por lo que las sustancias son sustancias explosivas. Los ozonidos no se sintetizan en forma pura, se descomponen mediante un proceso de hidrólisis y luego se reducen con zinc. Los productos de esta reacción son compuestos carbonílicos aislados e identificados por investigadores.

Polimerización

Esta reacción implica la combinación secuencial de varias moléculas de alqueno (monómeros) en una gran macromolécula (polímero). A partir del eteno de partida se obtiene polietileno, que tiene aplicación industrial. Un polímero es una sustancia que tiene un alto peso molecular.

Dentro de la macromolécula hay una cierta cantidad de fragmentos repetidos llamados unidades estructurales. Para la polimerización del etileno, el grupo - CH2 - CH2— se considera una unidad estructural. El grado de polimerización indica el número de unidades repetidas en la estructura del polímero.

El grado de polimerización determina las propiedades de los compuestos poliméricos. Por ejemplo, el polietileno de cadena corta es un líquido que tiene propiedades lubricantes. Una macromolécula con cadenas largas se caracteriza por un estado sólido. La flexibilidad y plasticidad del material se utiliza en la fabricación de tuberías, botellas, películas. El polietileno, en el que el grado de polimerización es de cinco a seis mil, tiene una mayor resistencia, por lo que se utiliza en la producción de hilos fuertes, tuberías rígidas y productos fundidos.

Entre los productos obtenidos por polimerización de alquenos, de importancia práctica, destacaremos el cloruro de polivinilo. Este compuesto se obtiene por polimerización de cloruro de vinilo. El producto resultante tiene valiosas características de rendimiento. Se distingue por una mayor resistencia a productos químicos agresivos, incombustible, fácil de pintar. ¿Qué se puede hacer con PVC? Maletines, impermeables, hule, cuero artificial, cables, aislamiento de cables eléctricos.

El teflón es un producto de polimerización del tetrafluoroetileno. Este compuesto orgánico inerte es resistente a cambios bruscos de temperatura.

El poliestireno es una sustancia transparente elástica formada por polimerización del estireno original. Es insustituible en la fabricación de dieléctricos en radio y en ingeniería eléctrica. Además, el poliestireno se utiliza en grandes cantidades para la producción de tubos, juguetes, peines y plásticos porosos resistentes a los ácidos.

Características de la obtención de alquenos.

Los representantes de esta clase tienen demanda en la industria química moderna, por lo tanto, se han desarrollado varios métodos de producción industrial y de laboratorio. El etileno y sus homólogos no existen en la naturaleza.

Muchas opciones de laboratorio para obtener representantes de esta clase de hidrocarburos están asociadas con reacciones opuestas a la adición, llamadas eliminación (eliminación). Por ejemplo, en la deshidrogenación de parafinas (hidrocarburos saturados) se obtienen los correspondientes alquenos.

En la interacción de alcanos halogenados con magnesio metálico, también es posible obtener compuestos con la fórmula general CpH2n. La eliminación se lleva a cabo de acuerdo con la regla de Zaitsev, lo opuesto a la regla de Markovnikov.

En volúmenes comerciales, los hidrocarburos insaturados de la serie del etileno se obtienen por craqueo de aceite. Los gases de craqueo y pirólisis de petróleo y gas contienen de diez a veinte por ciento de hidrocarburos insaturados. La mezcla de productos de reacción contiene tanto parafinas como alquenos, que se separan entre sí mediante destilación fraccionada.

Algunas áreas de aplicación

Los alquenos son una clase importante de compuestos orgánicos. La posibilidad de su uso se explica por su excelente reactividad, facilidad de producción y costo aceptable. Entre los numerosos sectores industriales que utilizan alquenos, destacamos la industria de los polímeros. Se utiliza una gran cantidad de etileno, propileno y sus derivados para fabricar compuestos poliméricos.

Por eso son tan urgentes las cuestiones relativas a la búsqueda de nuevas formas de producir hidrocarburos alquenos.

El cloruro de polivinilo se considera uno de los productos más importantes para su uso, obtenido a partir de alquenos. Se caracteriza por estabilidad química y térmica, baja inflamabilidad. Dado que esta sustancia no es soluble en minerales, sino soluble en disolventes orgánicos, se puede utilizar en diversos sectores industriales.

Su peso molecular es de varios cientos de miles. Cuando la temperatura aumenta, la sustancia es capaz de descomponerse, acompañada de la liberación de cloruro de hidrógeno.

Sus propiedades dieléctricas utilizadas en la ingeniería eléctrica moderna son de particular interés. Entre las industrias en las que se utiliza el cloruro de polivinilo, destacamos la fabricación de cuero artificial. El material resultante en términos de características operativas no es de ninguna manera inferior al material natural, mientras que tiene un costo mucho menor. La ropa hecha de este material se está volviendo cada vez más popular entre los diseñadores de moda que crean colecciones brillantes y coloridas de ropa juvenil hechas de cloruro de polivinilo de diferentes colores.

En grandes cantidades, el cloruro de polivinilo se usa como sellador en refrigeradores. Debido a su elasticidad, resistencia, este compuesto químico tiene demanda en la fabricación de películas y techos tensados ​​modernos. El papel tapiz lavable también está cubierto con una película delgada de PVC. Esto les agrega resistencia mecánica. Dichos materiales de acabado serán una opción ideal para reparaciones cosméticas en locales de oficinas.

Además, la hidratación de los alquenos conduce a la formación de alcoholes monohídricos primarios y secundarios, que son excelentes disolventes orgánicos.

En química orgánica, puede encontrar sustancias de hidrocarburos con diferentes cantidades de carbono en la cadena y enlace C = C. Son homólogos y se llaman alquenos. Debido a su estructura, son químicamente más reactivos que los alcanos. Pero, ¿qué tipo de reacciones son típicas para ellos? Considere su distribución en la naturaleza, diferentes métodos de producción y uso.

¿Qué son?

Los alquenos, también llamados olefinas (oleosas), reciben su nombre del cloruro de eteno, un derivado del primer miembro de este grupo. Todos los alquenos tienen al menos un doble enlace C = C. C n H 2n es la fórmula de todas las olefinas, y el nombre se deriva de un alcano con el mismo número de carbonos en la molécula, solo el sufijo -ane cambia a -ene. El número arábigo al final del nombre, separado por un guión, denota el número de carbono a partir del cual comienza el doble enlace. Considere los principales alquenos, la tabla le ayudará a recordarlos:

Si las moléculas tienen una estructura simple no ramificada, agregue el sufijo -ileno, esto también se refleja en la tabla.

¿Dónde los puedes encontrar?, ¿Dónde les puedes encontrar?

Dado que la reactividad de los alquenos es muy alta, sus representantes en la naturaleza son extremadamente raros. El principio de vida de la molécula de olefina es "seamos amigos". No hay otras sustancias alrededor, no importa, seremos amigos unos de otros, formando polímeros.

Pero existen, y un pequeño número de representantes están incluidos en el gas de petróleo que lo acompaña, y los más altos están en el petróleo producido en Canadá.

El primer representante de los alquenos, el eteno, es una hormona que estimula la maduración de las frutas, por lo que es sintetizada en pequeñas cantidades por representantes de la flora. Existe un alqueno cis-9-tricoseno, que desempeña el papel de atrayente sexual en las moscas domésticas hembras. También se le llama muscalur. (El atrayente es una sustancia de origen natural o sintético que provoca atracción hacia la fuente del olor en otro organismo). Desde el punto de vista de la química, este alqueno se ve así:

Dado que todos los alquenos son materias primas muy valiosas, los métodos para su producción artificial son muy diversos. Consideremos los más comunes.

¿Y si necesitas mucho?

En la industria, la clase de alquenos se obtiene principalmente por craqueo, es decir escisión de una molécula bajo la influencia de altas temperaturas, alcanos superiores. La reacción requiere calentamiento en el rango de 400 a 700 ° C. El alcano se escinde como quiere, formando alquenos, los métodos de obtención que estamos considerando, con un gran número de opciones de estructura molecular:

C 7 H 16 -> CH 3 -CH = CH 2 + C 4 H 10.

Otro método común se llama deshidrogenación, en el que una molécula de hidrógeno se separa de un representante de la serie de alcanos en presencia de un catalizador.

En condiciones de laboratorio, los alquenos y los métodos de preparación son diferentes, se basan en reacciones de eliminación (la eliminación de un grupo de átomos sin su sustitución). Muy a menudo, los átomos de agua se eliminan de los alcoholes, halógenos, hidrógeno o haluro de hidrógeno. El método más común para producir alquenos es a partir de alcoholes en presencia de un ácido como catalizador. Es posible utilizar otros catalizadores

Todas las reacciones de eliminación están sujetas a la regla de Zaitsev, que establece:

El átomo de hidrógeno se separa del carbono adyacente al carbono que lleva el grupo -OH, que tiene menos hidrógenos.

Habiendo aplicado la regla, responda ¿qué producto de reacción prevalecerá? Más tarde sabrá si respondió correctamente.

Propiedades químicas

Los alquenos reaccionan activamente con sustancias, rompiendo su enlace pi (otro nombre para el enlace C = C). Después de todo, no es tan fuerte como un solo (enlace sigma). El hidrocarburo insaturado se convierte en saturado, sin formar otras sustancias después de la reacción (adición).

• adición de hidrógeno (hidrogenación). Se requiere la presencia de un catalizador y calentamiento para su paso;
• adición de moléculas de halógeno (halogenación). Es una de las reacciones cualitativas al enlace pi. De hecho, cuando los alquenos reaccionan con el agua de bromo, se vuelve transparente de marrón;
• reacción con haluros de hidrógeno (hidrohalogenación);
• adición de agua (hidratación). Las condiciones de reacción son calentamiento y presencia de un catalizador (ácido);

Las reacciones de olefinas asimétricas con haluros de hidrógeno y agua obedecen a la regla de Markovnikov. Esto significa que el hidrógeno se unirá al carbono del doble enlace carbono-carbono, que ya tiene más átomos de hidrógeno.

• combustión;
• oxidación catalítica incompleta. El producto son óxidos cíclicos;
• Reacción de Wagner (oxidación con permanganato en medio neutro). Esta reacción de los alquenos es otro enlace C = C cualitativo. Cuando fluye, la solución rosada de permanganato de potasio se decolora. Si se lleva a cabo la misma reacción en un medio ácido combinado, los productos ya serán diferentes (ácidos carboxílicos, cetonas, dióxido de carbono);
• isomerización. Todos los tipos son característicos: cis y trans, desplazamiento de doble enlace, ciclación, isomerización esquelética;
• La polimerización es la principal propiedad de las olefinas para la industria.

Aplicación en medicina

Los productos de reacción de los alquenos son de gran importancia práctica. Muchos de ellos se utilizan en medicina. La glicerina se obtiene del propeno. Este alcohol polihídrico es un excelente solvente y, si se usa en lugar de agua, las soluciones estarán más concentradas. Para fines médicos, se disuelven alcaloides, timol, yodo, bromo, etc. La glicerina también se usa en la preparación de ungüentos, pastas y cremas. Evita que se sequen. Por sí sola, la glicerina es un antiséptico.

En la reacción con cloruro de hidrógeno se obtienen derivados que se utilizan como anestesia local cuando se aplica sobre la piel, así como para anestesia de corta duración con intervenciones quirúrgicas menores mediante inhalación.

Los alcadienos son alquenos con dos dobles enlaces en una molécula. Su principal aplicación es la producción de caucho sintético, que luego se utiliza para fabricar diversas almohadillas térmicas y jeringas, sondas y catéteres, guantes, tetinas y mucho más, que es simplemente insustituible en el cuidado de pacientes.

Aplicaciones industriales

Tipo de industria	Que se usa	¿Cómo pueden usar
Agricultura	ethen	acelera la maduración de verduras y frutas, defoliación de plantas, películas para invernaderos
Laco-colorido	eteno, buteno, propeno, etc.	para la producción de disolventes, éteres, disolventes
Ingeniería Mecánica	2-metilpropeno, eteno	producción de caucho sintético, aceites lubricantes, anticongelante
Industria de alimentos	ethen	producción de teflón, alcohol etílico, ácido acético
Industria química	eteno, polipropileno	obtener alcoholes, polímeros (cloruro de polivinilo, polietileno, acetato de polivinilo, poliisobileno, acetaldehído
Minería	ethen, etc.	explosivos

Los alquenos y sus derivados han encontrado una aplicación más amplia en la industria. (Dónde y cómo se usan los alquenos, tabla anterior).

Esto es solo una pequeña parte del uso de alquenos y sus derivados. Cada año, la demanda de olefinas solo aumenta, lo que significa que la demanda para su producción también aumenta.

Fórmula general de alquenos: C n H 2n(n 2)

Los primeros representantes de la serie homóloga de alquenos:

Los alquenos se pueden formular a partir de los correspondientes alcanos (hidrocarburos saturados). Los nombres de los alquenos se forman reemplazando el sufijo -an del alcano correspondiente con -eno o -ileno: butano - butileno, pentano - penteno, etc. El número de un átomo de carbono con un doble enlace se indica mediante un número arábigo después del nombre.

Los átomos de carbono que participan en la formación del doble enlace se encuentran en estado de hibridación sp. Tres eslabones formados por los orbitales híbridos y están ubicados en el mismo plano en un ángulo de 120 ° entre sí. Un enlace β adicional se forma por la superposición lateral de orbitales p no híbridos:

La longitud del doble enlace C = C (0,133 nm) es menor que la longitud del enlace sencillo (0,154 nm). La energía del doble enlace es menos del doble de la energía del enlace simple, ya que la energía del enlace β es menor que la energía del enlace β.

Isómeros de alquenos

Todos los alquenos, excepto el etileno, tienen isómeros. Los alquenos se caracterizan por isomería del esqueleto carbónico, isomería de la posición del doble enlace, isomería interclase e isomería espacial.

El isómero interclase de propeno (C 3 H 6) es ciclopropano. Partiendo de buteno (C 4 H 8), isomería de doble enlace (buteno-1 y buteno-2), isomería del esqueleto carbónico (metilpropeno o isobutileno), así como isomería espacial (cis-buteno-2 y trans- buteno-2). En los isómeros cis, los sustituyentes se encuentran en un lado, y en los isómeros trans, en lados opuestos del doble enlace.

Las propiedades químicas y la reactividad de los alquenos están determinadas por la presencia de un doble enlace en sus moléculas. Para los alquenos, las reacciones más características son la adición electrofílica: hidrohalogenación, hidratación, halogenación, hidrogenación, polimerización.

Reacción cualitativa para un doble enlace - blanqueo de agua de bromo:

Ejemplos de resolución de problemas sobre el tema "fórmula de alquenos"

EJEMPLO 1

Ejercicio	¿Cuántos isómeros capaces de decolorar el agua de bromo tiene una sustancia con la composición C 3 H 5 Cl? Escribe las fórmulas estructurales de estos isómeros.
Solución	C 3 H 5 Cl es un derivado monocloro del hidrocarburo C 3 H 6. Esta fórmula corresponde a propeno, un hidrocarburo con un doble enlace, o ciclopropano (hidrocarburo cíclico). Esta sustancia decolora el agua de bromo, lo que significa que contiene un doble enlace. Tres átomos de carbono solo pueden formar esta estructura: ya que la isomería de la estructura carbonada y la posición del doble enlace con tal número de átomos de carbono es imposible. La isomería estructural en una molécula dada solo es posible debido a un cambio en la posición del átomo de cloro en relación con el doble enlace: Para el 1-cloropropeno, es posible la isomería cis-trans:
Respuesta	La condición del problema se satisface con 4 isómeros.

EJEMPLO 2

Ejercicio

Una mezcla de hidrocarburos isoméricos (gases con una densidad de hidrógeno igual a 21) con un volumen de 11,2 litros (NU) reaccionó con agua de bromo. Como resultado, se obtuvieron 40,4 g del correspondiente derivado dibromo. ¿Qué estructura tienen estos hidrocarburos? Determine su contenido volumétrico en la mezcla (en%).

Solución

La fórmula general de los hidrocarburos es C x H y. Calculemos la masa molar de los hidrocarburos: Por tanto, la fórmula de los hidrocarburos es C 3 H 6. Solo dos sustancias tienen tal fórmula: propeno y ciclopropano. Solo el propeno reacciona con el agua de bromo: Calculemos la cantidad de sustancia del derivado dibromo: Según la ecuación de reacción: n (propeno) mol La cantidad total de hidrocarburos en la mezcla es:

El alqueno más simple es el eteno C 2 H 4. Según la nomenclatura de la IUPAC, los nombres de los alquenos se derivan de los nombres de los alcanos correspondientes reemplazando el sufijo "-an" por "-eno"; la posición del doble enlace se indica mediante un número arábigo.

Estructura espacial del etileno

Con el nombre del primer representante de esta serie, etileno, tales hidrocarburos se llaman etileno.

Nomenclatura e isomería

Nomenclatura

A menudo se denominan alquenos de estructura simple, reemplazando el sufijo -ano en alcanos con -ileno: etano - etileno, propano - propileno, etc.

De acuerdo con la nomenclatura sistemática, los nombres de los hidrocarburos de etileno se obtienen reemplazando el sufijo -ano en los alcanos correspondientes por el sufijo -eno (alcano - alqueno, etano - eteno, propano - propeno, etc.). La elección de la cadena principal y el orden del nombre es el mismo que para los alcanos. Sin embargo, la cadena debe incluir un doble enlace. La numeración de la cadena comienza desde el extremo al que se encuentra este eslabón más cercano. Por ejemplo:

A veces también se utilizan nombres racionales. En este caso, todos los hidrocarburos alquenos se consideran etileno sustituido:

Los radicales insaturados (alquenos) se denominan nombres triviales o de acuerdo con la nomenclatura sistemática:

H 2 C = CH - - vinilo (etenilo)

H 2 C = CH - CH 2 - -alilo (propenil-2)

Isomería

Los alquenos se caracterizan por dos tipos de isomería estructural. Además de la isomería asociada con la estructura del esqueleto carbónico (como en los alcanos), aparece la isomería, dependiendo de la posición del doble enlace en la cadena. Esto conduce a un aumento del número de isómeros en la serie de alquenos.

Los dos primeros miembros de la serie homóloga de alquenos (etileno y propileno) no tienen isómeros y su estructura se puede expresar de la siguiente manera:

H 2 C = CH 2 etileno (eteno)

H 2 C = CH - CH 3 propileno (propeno)

Isomería de la posición del enlace múltiple

H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 buteno-1

H 3 C - CH = CH - CH 3 buteno-2

Isomería geométrica: isomería cis, trans.

Esta isomería es característica de los compuestos con doble enlace.

Si un enlace σ simple permite la rotación libre de eslabones individuales de la cadena de carbono alrededor de su eje, entonces dicha rotación alrededor del doble enlace no ocurre. Esta es la razón de la aparición de formas geométricas ( cis-, trans-) isómeros.

La isomería geométrica es uno de los tipos de isomería espacial.

Los isómeros en los que los mismos sustituyentes (en diferentes átomos de carbono) se encuentran en un lado del doble enlace se denominan isómeros cis y, de manera diferente, isómeros trans:

Cis- y trance- Los isómeros difieren no solo en la estructura espacial, sino también en muchas propiedades físicas y químicas. Trance- los isómeros son más estables que cis- isómeros.

Producción de alquenos

Los alquenos son raros en la naturaleza. Por lo general, los alquenos gaseosos (etileno, propileno, butilenos) se aíslan de los gases de refinería (durante el craqueo) o de los gases asociados, así como de los gases de coquización del carbón.

En la industria, los alquenos se obtienen por deshidrogenación de alcanos en presencia de un catalizador (Cr 2 O 3).

Deshidrogenación de alcanos

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C = CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (buteno-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH = CH - CH 3 + H 2 (buteno-2)

De los métodos de laboratorio de obtención, se puede observar lo siguiente:

1. Escisión de haluro de hidrógeno de haloalquilos bajo la acción de una solución alcalina alcohólica sobre ellos:

2. Hidrogenación de acetileno en presencia de un catalizador (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C = CH 2

3. Deshidratación de alcoholes (eliminación de agua).
Como catalizador se utilizan ácidos (sulfúricos o fosfóricos) o Al 2 O 3:

En tales reacciones, el hidrógeno se separa del átomo de carbono menos hidrogenado (con el menor número de átomos de hidrógeno) (regla de A.M. Zaitsev):

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de algunos alquenos se muestran en la siguiente tabla. Los primeros tres representantes de la serie homóloga de alquenos (etileno, propileno y butileno) son gases, comenzando con C 5 H 10 (amileno o penteno-1) - líquidos y con C 18 H 36 - sólidos. Con un aumento en el peso molecular, aumentan los puntos de fusión y ebullición. Los alquenos normales hierven a una temperatura más alta que sus isómeros. Punto de ebullición cis-isómeros son más altos que trance-isómeros, y el punto de fusión es el opuesto.

Los alquenos son poco solubles en agua (pero mejores que los alcanos correspondientes), pero buenos en disolventes orgánicos. El etileno y el propileno arden con una llama humeante.

Propiedades físicas de algunos alquenos

Nombre		t pl, ° С	t fardo, ° С
Etileno (eteno)
Propileno (propeno)
Butileno (buteno-1)
Cis-buteno-2
Trans-buteno-2
Isobutileno (2-metilpropeno)
Amileno (penteno-1)
Hexileno (hexeno-1)
Heptileno (hepteno-1)
Octilene (octeno-1)
Nonilen (nonen-1)
Decylene (deceno-1)

Los alquenos son de baja polaridad, pero se polarizan fácilmente.

Propiedades químicas

Los alquenos son muy reactivos. Sus propiedades químicas están determinadas principalmente por el doble enlace carbono-carbono.

El enlace π, como el menos fuerte y más accesible, se rompe bajo la acción del reactivo, y las valencias liberadas de los átomos de carbono se gastan en unir los átomos que forman la molécula del reactivo. Esto se puede representar en forma de diagrama:

Por lo tanto, en las reacciones de adición, el doble enlace se rompe, por así decirlo, por la mitad (con conservación del enlace σ).

Los alquenos, además de la adición, también se caracterizan por reacciones de oxidación y polimerización.

Reacciones de adición

Muy a menudo, las reacciones de adición son de tipo heterolítico, siendo reacciones de adición electrofílicas.

1. Hidrogenación (adición de hidrógeno). Los alquenos, añadiendo hidrógeno en presencia de catalizadores (Pt, Pd, Ni), se transforman en hidrocarburos saturados - alcanos:

H 2 C = CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (etano)

2. Halogenación (adición de halógenos). Los halógenos se unen fácilmente en el sitio de la ruptura del doble enlace para formar derivados dihalogenados:

H 2 C = CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dicloroetano)

La adición de cloro y bromo es más fácil y el yodo es más difícil. El flúor con alquenos, al igual que con los alcanos, interactúa con una explosión.

Compare: en los alquenos, la reacción de halogenación es un proceso de adición, no de sustitución (como en los alcanos).

La reacción de halogenación se lleva a cabo habitualmente en un disolvente a temperatura ambiente.

La adición de bromo y cloro a los alquenos se produce por un mecanismo iónico en lugar de por radicales. Esta conclusión se deriva del hecho de que la velocidad de adición de halógeno no depende de la irradiación, la presencia de oxígeno y otros reactivos que inician o inhiben los procesos de radicales. Sobre la base de una gran cantidad de datos experimentales para esta reacción, se ha propuesto un mecanismo que incluye varias etapas secuenciales. En la primera etapa, la polarización de la molécula de halógeno ocurre bajo la acción de los electrones del enlace π. El átomo de halógeno, que adquiere una cierta carga positiva fraccional, forma un intermedio inestable con los electrones del enlace π, llamado complejo π o complejo de transferencia de carga. Cabe señalar que en el complejo π, el halógeno no forma un enlace direccional con ningún átomo de carbono en particular; en este complejo, la interacción donante-aceptor del par de electrones del enlace π como donante y halógeno como aceptor se realiza simplemente.

Luego, el complejo π se convierte en un ion bromonio cíclico. En el proceso de formación de este catión cíclico, se produce una escisión heterolítica del enlace Br-Br y un vacío R-orbital del átomo de carbono hibridado sp 2 se superpone con R-orbital del "par solitario" de electrones del átomo de halógeno, formando un ion bromonio cíclico.

En la última, tercera etapa, el anión bromo, como agente nucleofílico, ataca a uno de los átomos de carbono del ion bromonio. El ataque nucleofílico del ión bromuro conduce a la apertura del anillo de tres miembros y a la formación de dibromuro vecinal ( vic-cercano). Este paso puede considerarse formalmente como sustitución nucleofílica de S N 2 en el átomo de carbono, donde el grupo saliente es Br +.

El resultado de esta reacción no es difícil de predecir: el anión bromo ataca el carbocatión para formar dibromoetano.

La rápida decoloración de una solución de bromo en CCl4 es una de las pruebas más simples de insaturación, ya que los alquenos, alquinos y dienos reaccionan rápidamente con el bromo.

La adición de bromo a los alquenos (reacción de bromación) es una reacción cualitativa a los hidrocarburos saturados. Cuando los hidrocarburos insaturados pasan por agua de bromo (una solución de bromo en agua), el color amarillo desaparece (en el caso de los límites, permanece).

3. Hidrohalogenación (adición de halogenuros de hidrógeno). Los alquenos agregan fácilmente haluros de hidrógeno:

H 2 C = CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

La adición de haluros de hidrógeno a los homólogos de etileno sigue la regla de VV Markovnikov (1837-1904): en condiciones normales, el hidrógeno de un haluro de hidrógeno se une en el sitio del doble enlace al átomo de carbono más hidrogenado, y el halógeno, a uno menos hidrogenado. uno:

La regla de Markovnikov se puede explicar por el hecho de que los alquenos asimétricos (por ejemplo, en el propileno) tienen una distribución desigual de densidad de electrones. Bajo la influencia del grupo metilo unido directamente al doble enlace, la densidad de electrones se desplaza hacia este enlace (al átomo de carbono extremo).

Como resultado de este desplazamiento, el enlace p se polariza y surgen cargas parciales en los átomos de carbono. Es fácil imaginar que un ion de hidrógeno cargado positivamente (protón) se unirá a un átomo de carbono (adición electrofílica), que tiene una carga negativa parcial, y el anión de bromo se unirá al carbono con una carga positiva parcial.

Esta adición es consecuencia de la influencia mutua de los átomos en una molécula orgánica. Como saben, la electronegatividad de un átomo de carbono es ligeramente superior a la del hidrógeno.

Por lo tanto, en el grupo metilo, existe cierta polarización de los enlaces σ-C-H asociados con el cambio de la densidad electrónica de los átomos de hidrógeno al carbono. A su vez, esto provoca un aumento de la densidad de electrones en la región del doble enlace y especialmente en su extremo, el átomo. Por tanto, el grupo metilo, al igual que otros grupos alquilo, actúa como donador de electrones. Sin embargo, en presencia de compuestos de peróxido u O 2 (cuando la reacción es radical), esta reacción también puede ir en contra de la regla de Markovnikov.

Por las mismas razones, se observa la regla de Markovnikov cuando no solo se unen haluros de hidrógeno a alquenos asimétricos, sino también a otros reactivos electrofílicos (H 2 O, H 2 SO 4, HOCl, ICl, etc.).

4. Hidratación (adición de agua). En presencia de catalizadores, se agrega agua a los alquenos para formar alcoholes. Por ejemplo:

H 3 C - CH = CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (alcohol isopropílico)

Reacciones de oxidación

Los alquenos se oxidan más fácilmente que los alcanos. Los productos formados durante la oxidación de los alquenos y su estructura dependen de la estructura de los alquenos y de las condiciones para llevar a cabo esta reacción.

1. Combustión

H 2 C = CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2. Oxidación catalítica incompleta

3. Oxidación a temperatura ambiente. Cuando el etileno se expone a una solución acuosa de KMnO 4 (en condiciones normales, en un medio neutro o alcalino, la reacción de Wagner), se forma un alcohol dihídrico, etilenglicol:

3H 2 C = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (etilenglicol) + 2MnO 2 + KOH

Esta reacción es cualitativa: el color violeta de la solución de permanganato de potasio cambia cuando se le agrega un compuesto insaturado.

En condiciones más severas (oxidación de KMnO 4 en presencia de ácido sulfúrico o una mezcla de cromo), se rompe un doble enlace en el alqueno con la formación de productos que contienen oxígeno:

H 3 C - CH = CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (ácido acético)

Reacción de isomerización

Cuando se calientan o en presencia de catalizadores, los alquenos son capaces de isomerizar: se desplaza un doble enlace o se establece una formación isoestructural.

Reacciones de polimerización

Debido a la ruptura de los enlaces π, las moléculas de alqueno pueden combinarse entre sí, formando moléculas de cadena larga.

Hallazgo en la naturaleza y el papel fisiológico de los alquenos.

En la naturaleza, prácticamente no se encuentran alquenos acíclicos. El representante más simple de esta clase de compuestos orgánicos, el etileno C 2 H 4, es una hormona para las plantas y se sintetiza en pequeñas cantidades en ellas.

Uno de los pocos alquenos naturales es muscalur ( cis- tricosen-9) es un atrayente sexual de una mosca doméstica hembra (Musca domestica).

Los alquenos inferiores en altas concentraciones tienen un efecto narcótico. Los miembros superiores de la serie también provocan convulsiones e irritación de las membranas mucosas del tracto respiratorio.

Representantes individuales

El etileno (eteno) es un compuesto químico orgánico descrito por la fórmula C 2 H 4. Es el alqueno más simple. Contiene un doble enlace y por lo tanto se refiere a hidrocarburos insaturados o insaturados. Desempeña un papel extremadamente importante en la industria, y también es una fitohormona (sustancias orgánicas de bajo peso molecular producidas por plantas y que tienen funciones reguladoras).

Etileno: causa anestesia, tiene un efecto irritante y mutagénico.

El etileno es el compuesto orgánico más producido en el mundo; la producción mundial total de etileno en 2008 fue de 113 millones de toneladas y continúa creciendo en un 2-3% por año.

El etileno es el producto principal de la síntesis orgánica principal y se utiliza para obtener polietileno (1er lugar, hasta el 60% del volumen total).

El polietileno es un polímero termoplástico de etileno. El plástico más extendido del mundo.

Es una masa blanca cerosa (láminas finas transparentes incoloras). Aislante químicamente y resistente a las heladas, no sensible a los golpes (amortiguador), se ablanda cuando se calienta (80-120 ° C), se solidifica cuando se enfría, la adherencia (adherencia de superficies de cuerpos sólidos y / o líquidos diferentes) es extremadamente baja. A veces, en la mente popular, se identifica con el celofán, un material similar de origen vegetal.

Propileno: causa anestesia (más fuerte que el etileno), tiene un efecto general tóxico y mutágeno.

Resistente al agua, no reacciona con álcalis de ninguna concentración, con soluciones de sales neutras, ácidas y básicas, ácidos orgánicos e inorgánicos, incluso ácido sulfúrico concentrado, pero se descompone cuando se expone al 50% de ácido nítrico a temperatura ambiente y bajo la influencia de cloro y flúor líquidos y gaseosos. Con el tiempo, se produce un envejecimiento térmico.

Envoltura de plástico (especialmente envases, como envoltura de burbujas o cinta adhesiva).

Envases (botellas, frascos, cajas, latas, regaderas de jardín, macetas para plántulas.

Tuberías de polímero para alcantarillado, drenaje, suministro de agua y gas.

Material aislante eléctrico.

El polvo de polietileno se utiliza como pegamento termofusible.

Buteno-2: causa anestesia, tiene un efecto irritante.