Alkenes

Alkener ( olefiner , ethylencarbonhydrider ) er acykliske umættede kulbrinter , der indeholder en dobbeltbinding mellem kulstofatomer , der danner en homolog serie med den almene formel CnH2n .

Kulstofatomerne i dobbeltbindingen er i en tilstand af sp 2 hybridisering og har en bindingsvinkel 120°. Den enkleste alken er ethylen (C 2 H 4 ). Ifølge IUPAC- nomenklaturen dannes navnene på alkener ud fra navnene på de tilsvarende alkaner ved at erstatte suffikset " -an " med " -ene "; positionen af ​​dobbeltbindingen er angivet med et arabertal.

Kulbrinteradikaler afledt af alkener har suffikset "-enyl" . Trivielle navne: CH 2 \u003d CH - "vinyl" , CH 2 \u003d CH - CH 2 - "allyl" .

Homologiske serier og isomerisme

Alkener, hvor antallet af carbonatomer er mere end to, (det vil sige ud over ethylen) har deres egne isomerer . Alkener er karakteriseret ved isomerisme af kulstofskelettet, dobbeltbindingspositioner, interklasse og geometriske. For eksempel er den eneste isomer af propylen cyclopropan (C 3 H 6 ) ved interklasse-isomerisme. Startende med butylen er der isomerer efter placeringen af ​​dobbeltbindingen (buten-1 og buten-2), ved carbonskelettet (isobutylen eller methylpropylen) og geometriske isomerer (cis-buten-2 og trans-buten- 2). Med en stigning i antallet af kulstofatomer i et molekyle, stiger antallet af isomerer hurtigt.

Homolog serie af alkener:

Ethen ( ethylen ) C2H4 _ _ _
Propen ( propylen ) C3H6 _ _ _
Buten ( butylen ) C4H8 _ _ _
Penten C5H10 _ _ _
Hexen C6H 12 _ _
Heptene C7H 14 _ _
Okten C8H 16 _ _
nonene C9H18 _ _ _
anstændig C10H20 _ _ _

Alkener kan eksistere som rumlige eller geometriske isomerer.

Skelne:

IUPAC anbefaler at navngive geometriske isomerer ved hjælp af følgende nomenklatur:

Elektronisk struktur af dobbeltbindingen

I overensstemmelse med teorien om hybridisering dannes en dobbeltbinding på grund af overlapningen langs C-C- bindingslinjen af ​​sp 2 hybridorbitaler af carbonatomer ( σ -binding) og den laterale overlapning af carbon- p -orbitaler ( π -binding).

I tilstanden sp 2 hybridisering kan den elektroniske tilstand af carbonatomet repræsenteres som følger:

Alle ethylenatomer ligger i samme plan, og værdien af ​​CH -bindingsvinklen er praktisk talt 120°. Centrene af carbonatomer i ethylen er i en afstand på 0,134 nm, det vil sige, at længden af ​​dobbeltbindingen er noget kortere end C-C .

Ifølge teorien om molekylære orbitaler danner en lineær kombination af to atomare 2p -orbitaler af kulstof to molekylære π -orbitaler af ethylen [1] :

Det første ioniseringspotentiale for ethylen er 10,51 eV [2] , hvilket gør det muligt for elektronen at forlade relativt let (elektrofil interaktion) fra den højest besatte molekylære orbital (HOMO). Samtidig har den laveste bindingsmolekylære orbital (LUMO) af ethylen en ret lav energi: -1,6-1,8 eV, hvilket forklarer den relative lethed ved elektronbinding til at danne anioner [2] (nukleofil interaktion).

Tilføjelsen af ​​en methylsubstituent reducerer ioniseringspotentialet for π -elektroner med omkring 0,6-0,8 eV og øger LUMO-energien med 0,2 eV og HOMO-energien med 0,7 eV [2] .

Opdagelseshistorie

Ethylen blev først opnået i 1669 af den tyske kemiker og læge I. I. Becher ved virkningen af ​​svovlsyreethylalkohol . Videnskabsmanden fandt ud af, at hans "luft" er mere kemisk aktiv end metan, men han kunne ikke identificere den resulterende gas og tildelte den ikke et navn [3] .

Sekundært og på samme måde blev "Bechers luft" opnået og beskrevet af de hollandske kemikere J.R. Deiman , Potts-van-Troostvik, Bond og Lauwerenburg i 1795 . De kaldte det "iltgas", fordi det, når det interagerer med klor , dannede en olieagtig væske - dichlorethan (dette blev senere kendt). Fransk for "fedtet" er oliefiant . Den franske kemiker Antoine Fourcroix introducerede dette udtryk i praksis, og da andre kulbrinter af samme type blev opdaget, blev dette navn almindeligt for hele klassen af ​​olefiner (eller, i moderne nomenklatur, alkener) [4] .

I begyndelsen af ​​det 19. århundrede opdagede den franske kemiker J. Gay-Lussac , at ethanol består af "olieagtig" gas og vand. Han fandt også den samme gas i ethylchlorid [5] . I 1828 foreslog J. Dumas og P. Bulley, at ethylen er en base, der kan give salte som ammoniak . Jakob Berzelius adopterede denne idé, navngav forbindelsen "etherin" og betegnede den med bogstavet E [6] .

Efter at have fastslået, at ethylen består af brint og kulstof , kunne kemikere i lang tid ikke udskrive dens rigtige formel. I 1848 skrev Kolbe formlen for ethylen som C 4 H 4 , og Liebig var af samme opfattelse . J. Dumas bestemte korrekt sammensætningen af ​​stoffet, men dets struktur blev stadig beskrevet forkert: C 2 HH 3 [5] .

I 1862 foreslog den tyske organiske kemiker E. Erlenmeyer tilstedeværelsen af ​​en dobbeltbinding i ethylenmolekylet, og i 1870 anerkendte den kendte russiske videnskabsmand A. M. Butlerov dette synspunkt som korrekt, hvilket bekræftede dets natur eksperimentelt [7] .

Alkeners forekomst i naturen og den fysiologiske rolle

Acykliske alkener forekommer praktisk talt ikke i naturen [8] . Den enkleste repræsentant for denne klasse af organiske forbindelser - ethylen (C 2 H 4 )  - er et hormon for planter og syntetiseres i dem i små mængder.

En af de få naturlige alkener, muscalure ( cis -tricosene-9) er et seksuelt tiltrækningsmiddel for hunhusfluen ( Musca domestica ).

Lavere alkener i høje koncentrationer har en narkotisk effekt . De højere medlemmer af serien forårsager også kramper og irritation af slimhinderne i luftvejene [9] .

Individuelle repræsentanter:

Fysiske egenskaber

Fysiske egenskaber af alkener [10]
Ingen. Navn Formel smeltepunkt °C Kogepunkt, °C Tæthed, d20
4
en Ethylen C2H4 _ _ _ −169,1 −103,7 0,5700*
2 Propylen C3H6 _ _ _ −187,6 −47,7 0,5193*
3 Buten-1 C4H8 _ _ _ −185,3 −6.3 0,5951*
fire cis - Buten-2 CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 −138,9 3.7 0,6213
5 trans - Buten-2 CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 −105,5 0,9 0,6042
6 2-methylpropen-1 CH3 - C(CH3 ) = CH2 −140,4 −7,0 0,5942*
7 Penten-1 CH2 \ u003d CH- CH2 - CH2 - CH3 −165,2 30.1 0,6405
otte Hexen-1 CH2 \ u003d CH- CH2 - CH2 - CH2 - CH3 −139,8 63,5 0,6730
9 Heptene-1 C7H 14 _ _ −119,0 93,6 0,6970
ti Okten-1 C8H 16 _ _ −101,7 121,3 0,7140
Heptadecene [11] C17H34 _ _ _ 4.1 284,4 0,7811

* Værdier målt ved kogepunktet.

Kemiske egenskaber

Alkener er kemisk aktive. Deres kemiske egenskaber er i høj grad bestemt af tilstedeværelsen af ​​en dobbeltbinding. For alkener er elektrofile additionsreaktioner og radikaladditionsreaktioner mest karakteristiske . Nukleofile additionsreaktioner kræver normalt en stærk nukleofil og er ikke typisk for alkener.

Et træk ved alkener er også cycloadditions- og metatesereaktioner .

Alkener indgår let i oxidationsreaktioner , hydrogeneres med stærke reduktionsmidler eller hydrogen under påvirkning af katalysatorer og er også i stand til radikal substitution .

Elektrofile additionsreaktioner

I disse reaktioner er den angribende partikel en elektrofil.

Halogenering

Halogeneringen af ​​alkener, som finder sted i fravær af initiatorer af radikale reaktioner, er en typisk elektrofil additionsreaktion . Det udføres i et miljø med ikke-polære inerte opløsningsmidler (for eksempel: CCl 4 ):

Halogeneringsreaktionen er stereospecifik - additionen sker fra modsatte sider i forhold til alkenmolekylets plan [1]

Mekanismen for reaktioner af denne type i generel form:

Hydrohalogenering

Elektrofil tilsætning af hydrogenhalogenider til alkener sker ifølge Markovnikovs regel :

Men i nærvær af peroxider forløber tilsætningen overvejende mod denne regel ( Harasz-effekten ) [1] :

Dette forklares ved, at reaktionen i dette tilfælde vil forløbe i henhold til radikalmekanismen og tilføjelsen af ​​Br-radikalet . går langs det sterisk mest tilgængelige terminale carbonatom i dobbeltbindingen:

Hydroboration

Tilsætningen af ​​borhydrider til alkener og deres efterfølgende spaltning i et alkalisk medium, opdaget af G. Brown i 1958 , er en så vigtig reaktion, at videnskabsmanden blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1979 for sin opdagelse og undersøgelse [12] .

Tilsætningen sker i mange trin med dannelsen af ​​et mellemliggende cyklisk aktiveret kompleks, og tilsætningen af ​​bor sker mod Markovnikov-reglen  - til det mest hydrogenerede carbonatom:

I syntesen bruges normalt ikke diboran i sig selv , men dets donor-acceptorkompleks med en simpel ether:

Alkylboraner spaltes let. Så under påvirkning af hydrogenperoxid i et alkalisk medium dannes alkoholer :

Hydroboreringsreaktionen er en syn-additionsreaktion - den resulterer i cis -addukter.

Hydration

Additionsreaktionen af ​​vand til alkener forløber i nærværelse af svovlsyre [13] :

Reaktionen forløber efter Markovnikovs regel.

Alkylering

Tilsætning af alkaner til alkener i nærværelse af en sur katalysator ( HF eller H 2 SO 4 ) ved lave temperaturer fører til dannelsen af ​​et carbonhydrid med en højere molekylvægt og bruges ofte i industrien [14] :

Denne reaktion kan også forløbe i overensstemmelse med fri radikalmekanismen i fravær af en katalysator ved høj temperatur (500 °C) og tryk (15-30 MPa) [13] .

Andre elektrofile additionsreaktioner

Alkener er også karakteriseret ved følgende elektrofile additionsreaktioner [13] :

  • At opnå alkoholer ved reaktionen af ​​oxymercuration-demercuration:

Radikale additionsreaktioner

Under forhold, der befordrer homolytisk bindingsspaltning (høj temperatur, bestråling, tilstedeværelsen af ​​frie radikaler osv.), sker tilsætning til alkener ved en radikalmekanisme [16] .

efter Markovnikovs regel.

etc.

Reaktionsmekanisme:

Additionsreaktioner af carbener

Carbener CR 2 : - meget reaktive kortlivede partikler, der let kan tilføje til dobbeltbindingen af ​​alkener [17] . Som et resultat af carbenadditionsreaktionen dannes cyclopropanderivater :

Carbener i singlet-tilstanden , som er mere karakteristisk for dem , reagerer for at give stereospecifikke syn -additionsprodukter [13] .

Ud over selve carbenet kan dets derivater også indgå i sådanne reaktioner [13] :

    etc.

Ofte forekommer additionsreaktioner af carbener uden direkte bevis for deres frie tilstedeværelse, dvs. carbenoverførsel forekommer . I dette tilfælde, og også hvis dannelsen af ​​en fri carben er i tvivl, bruges udtrykket carbenoid [18] .

I laboratoriepraksis bruges Simmons-Smith-reaktionen [19] ofte :

For mere information om metoder til at opnå carbener, se artiklen Carbener .

Hydrogenering (Sabatier-Sanderan reaktion)

Hydrogenering af alkener direkte med brint sker kun i nærværelse af en katalysator . Platin , palladium og nikkel tjener som heterogene hydrogeneringskatalysatorer [20] .

Hydrogenering kan også udføres i flydende fase med homogene katalysatorer (for eksempel: Wilkinsons katalysator ((C 6 H 5 ) 3 P) 3 Rh Cl) [20] .

Diimid (NH=NH), diboran (B 2 H 6 ) og andre kan fungere som hydrogeneringsreagenser [21] .

Radikale substitutionsreaktioner

Ved høje temperaturer (over 400 °C) undertrykkes reversible radikaladditionsreaktioner. I dette tilfælde bliver det muligt at udføre substitutionen af ​​hydrogenatomet i allylpositionen, mens dobbeltbindingen opretholdes:

Reaktionen er radikal og forløber på samme måde som chlorering af alkaner.

Allylbromering udføres sædvanligvis med N-bromsuccinimid ( Wohl-Ziegler reaktion ) [22] i nærvær af benzoylperoxid i carbontetrachlorid eller i en binær blanding af dimethylsulfoxid og vand [20] :

Oxidation

Oxidationen af ​​alkener kan forekomme, afhængig af betingelserne og typerne af oxiderende reagenser, både ved brud af dobbeltbindingen og ved bevarelse af kulstofskelettet.

Oxidation med uorganiske oxidationsmidler
  • Under milde forhold er oxidation mulig ved at tilføje to hydroxylgrupper til dobbeltbindingen [23] :

I det første trin tilsættes osmiumoxid til alkenen, derefter, under påvirkning af et reduktionsmiddel ( Zn eller NaHSO3 ) , passerer det resulterende kompleks til diolen ( Kriege-reaktion ).

Tilsvarende forløber reaktionen i et neutralt eller let alkalisk medium under påvirkning af KMnO 4 ( Wagner-reaktion ) [23] :

  • Når stærke oxidationsmidler ( KMnO 4 eller K 2 Cr 2 O 7 i H 2 SO 4 medium ) virker på alkener, brydes dobbeltbindingen ved opvarmning:

(keton)

  • Nogle oxidationsmidler, såsom thallium(III)nitrat, oxiderer alkener med en omlejring i henhold til følgende skema [23] :

Oxidation i nærværelse af palladiumsalte

I nærvær af palladiumsalte oxideres ethylen til acetaldehyd [1] :

Reaktionen foregår i et surt miljø og er en industriel metode til at opnå acetaldehyd.

På samme måde dannes acetone af propen .

Epoxidering

Under påvirkning af peroxycarboxylsyrer på alkener dannes epoxider ( Prilezhaev reaktion ) [24] :

Epoxidationsreaktionen bruges til at fremstille ethylenoxid industrielt . Ilt i luften virker som et oxidationsmiddel; processen foregår på en sølvkatalysator ved 200–250 °C under tryk.

Ozonolyse

Ozonolyse af alkener udføres normalt ved lave temperaturer (fra -80 til -30 °C) i et inert opløsningsmiddel ( hexan , carbontetrachlorid , chloroform , ethylacetat osv.). De direkte produkter fra ozonolyse isoleres ikke, men udsættes for yderligere hydrolyse, oxidation eller reduktion [23] .

  • Ozonolyse under milde forhold : alkenen oxideres til aldehyder (i tilfælde af monosubstituerede vicinale carboner), ketoner (i tilfælde af disubstituerede vicinale carboner) eller en blanding af aldehyd og keton (i tilfælde af en tri-substitueretalken på dobbeltbindingen).

I det første trin tilsættes ozon for at danne ozonid . Yderligere, under påvirkning af et reduktionsmiddel (for eksempel: Zn + CH3COOH ), nedbrydes ozonidet :

Hvis vi tager et stærkere reduktionsmiddel, f.eks. lithiumaluminiumhydrid , vil reaktionsproduktet være alkoholer .

  • Ozonolyse under barske forhold  - alkenen oxideres til en syre :

I dette tilfælde sker nedbrydningen af ​​ozonid under påvirkning af oxidationsmidler ( brintoverilte , sølvoxid , peroxysyrer osv. [23] ).

Carbonyleringsreaktion

Alkener i nærværelse af en katalysator, høj temperatur og tryk tilføjer CO og H 2 for at danne aldehyder [25] :

Reaktionen af ​​CO og H 2 O forløber på samme måde med dannelsen af ​​carboxylsyrer [25]  :

Hvis der bruges alkohol i stedet for vand , vil slutproduktet af reaktionen være en ester [25]  :

Polymerisationsreaktioner

Polymerisationen af ​​alkener kan forløbe både ved frie radikaler og kation-anion- mekanismer.

Ifølge den første metode opnås højtrykspolyethylen :

Reaktionen katalyseres af peroxider.

Den anden metode involverer brugen af ​​syrer som katalysatorer (kationisk polymerisation), organometalliske forbindelser ( Ziegler-Natta-katalysatorer , anionisk polymerisation). Fordelen ved metoden er muligheden for at opnå stereoselektive polymerer.

Frie radikaler additionsreaktioner

Alkene metatese

Denne type reaktion blev først opdaget i midten af ​​forrige århundrede, da man studerede polymerisationen af ​​ethylen , og blev derefter brugt i 1966 til industriel syntese af buten-2.

I 1967 beskrev N. Calderon, H. Yu Chen og C. V. Scott metatesen af ​​alkener (i den russiske litteratur bruges udtrykket alken-dismutationsreaktion ofte , med andre ord udvekslingsreaktionen af ​​atomer, samtidig med at den generelle struktur af alken og dets dobbeltbinding) under katalyse af wolfram (VI) chlorid:

Reaktionen viste sig at være så vigtig inden for praktisk præparativ kemi, at forskningsgruppen Robert Grubbs , der udviklede en ny klasse af katalysatorer (rutheniumalkylidenkomplekser) til olefinmetatese, modtog Nobelprisen i kemi i 2005 [26] . Denne pris blev også modtaget af franskmanden Yves Chauvin i 1971, som foreslog carbenteorien om metatesereaktionens mekanisme [27] og amerikaneren Richard Schrock , som skabte den første organometalliske katalysator til alkenmetatese i 1990 [28] .

I 2008 demonstrerede polske kemikere en metatesereaktion i vandig opløsning ved hjælp af en kommercielt tilgængelig rutheniumkatalysator [29] .

Teknologiske aspekter af alkenmetatese diskuteres i artiklen: Olefinmetatese: en moderne vej til polypropylen .

Metoder til opnåelse af alkener

Den vigtigste industrielle metode til opnåelse af alkener er katalytisk og højtemperaturkrakning af olie og naturgaskulbrinter . Til fremstilling af lavere alkener anvendes også dehydreringsreaktionen af ​​de tilsvarende alkoholer .

I laboratoriepraksis anvendes sædvanligvis metoden til dehydrering af alkoholer i nærvær af stærke mineralsyrer [1] , dehydrohalogenering og dehalogenering af de tilsvarende halogenderivater; synteser af Hoffmann, Chugaev, Wittig og Cope [30] .

For flere detaljer, se de relevante afsnit nedenfor.

Dehydrogenering af alkaner

Dette er en af ​​de industrielle metoder til at opnå alkener [31] [32] . Temperatur : 350-450 °C, katalysator - Cr2O3 . Også anvendt er aluminium-molybdæn- og aluminium-platin- katalysatorer [33] . For at opnå trans-alkener anvendes MOH / EtOH, for cis-derivater, NaNH 2 / NH 3

Dehydrohalogenering og dehalogenering af alkaner

Elimination af halogener fra dihalogenalkaner sker i nærvær af zink [34] :

Dehydrohalogenering udføres ved opvarmning ved påvirkning af alkoholiske opløsninger af alkalier [35] :

Når hydrogenhalogenidet er elimineret , dannes en blanding af isomerer , hvoraf den overvejende bestemmes af Zaitsev-reglen : elimineringen af ​​en proton sker fra et mindre hydrogeneret carbonatom.

Dehydrering af alkoholer

Dehydreringen af ​​alkoholer udføres ved en forhøjet badtemperatur i nærvær af stærke mineralsyrer [34] :

I moderne praksis opnås alkener fra sekundære og tertiære alkoholer også ved hjælp af et dehydreringsreagens, Burgess-reagenset [19] :

Hydrogenering af alkyner

Delvis hydrogenering af alkyner kræver særlige forhold og tilstedeværelsen af ​​en katalysator (for eksempel deaktiveret palladium - Lindlars katalysator ) [34] :

( cis -isomer)

( trans -isomer)

Wittig reaktion

Wittig-reaktionen er en stereoselektiv syntese af alkener ved interaktion af carbonylforbindelser og alkylidenphosphoraner (ylider af phosphoniumsalte) [36] :

For at omdanne phosphoniumsalte til ylider anvendes butyllithium , hydrid, amid eller natriumalkoxid samt nogle andre stærke baser.

En lang række carbonylforbindelser kan reagere, herunder aromatiske og alifatiske aldehyder og ketoner , herunder dem, der indeholder dobbelt- og tredobbeltbindinger og forskellige funktionelle grupper .

I laboratoriepraksis bruges ofte en mere moderne modifikation ( 1959 ) af Wittig-reaktionen - Horner-Wadsworth-Emmons-reaktionen [37] :

Fordelen ved at anvende fosfonater er, at de fosfater, der dannes under reaktionen, let vaskes af med vand. Derudover gør reaktionen det muligt at vælge den optiske retning for eliminering, hvilket producerer trans- (termodynamisk kontrol) eller cis -isomerer (kinetisk kontrol) [19] .

Knoevenagel reaktion

Knoevenagel-reaktionen er kondensation af aldehyder eller ketoner med forbindelser, der indeholder en aktiv CH 2 -gruppe [19] :

Reaktionen har et meget bredt anvendelsesområde, mens der udover estere af malonsyre også kan indgå andre forbindelser i reaktionen, for eksempel: CH 3 CN, CH 3 NO 2 , LiCH 2 COOC 2 H 5 , etc. [ 13] .

Chugaevs reaktion

Chugaev-reaktionen er interaktionen af ​​alkoholer med CS2 og NaOH , efterfulgt af methylering og yderligere pyrolyse af de resulterende S-methylxanthater [38] :

Hoffmanns reaktion

Udtømmende Hoffmann-methylering er nedbrydningen af ​​kvaternære ammoniumbaser til alken, tertiær amin og vand [39] :

I det første trin af reaktionen omdannes aminen ved påvirkning af methyliodid til kvaternært ammoniumiodid, som derefter omdannes til hydroxid ved påvirkning af sølvoxid, og til sidst udføres det sidste trin, dekomponering, ved 100 –200 °C, ofte under reduceret tryk [40] .

Elimination ifølge Hoffmann fører til dannelsen af ​​de mindst substituerede alkener (mod Zaitsev-reglen).

Metoden bruges hovedsageligt til at opnå nogle cykliske alkener og i kemien af ​​alkaloider [40] .

Cope's reaktion

Cope-reaktionen er nedbrydningen af ​​N-oxider af tertiære aminer [40] :

Andre syntesemetoder

Burdas reaktion

Bourda-reaktion - eliminering af brom og ethoxygruppe fra bromalkylethylethere under påvirkning af zinkstøv [41] :

Syntese fra tosylhydrazoner

Alkener kan opnås ved nedbrydning af tosylhydrazoner under påvirkning af baser ( Bamford-Stevens reaktion og Shapiro-reaktion ) [42] :

Bamford-Stevens-reaktionen og Shapiro-reaktionen følger samme mekanisme. I det første tilfælde anvendes natrium , natriummethoxid, lithium- eller natriumhydrider, natriumamid osv. I det andet: allkillithium- og Grignard-reagenser . I Bamford-Stevens reaktionen dannes flere substituerede alkener, og i Shapiro reaktionen de mindst substituerede alkener [43] .

Perkin reaktion

Perkin-reaktionen er vekselvirkningen mellem aromatiske aldehyder og carboxylsyreanhydrider i nærvær af basiske katalysatorer (alkaliske salte af carboxylsyrer, tertiære aminer osv.) [44] :

Efterfølgende decarboxylering af den resulterende syre kan give den tilsvarende alken.

Corey-Winter syntese

Olefination Julia-Lijo

Identifikation af alkener

Kemiske metoder til identifikation af alkener

Ofte bruges Wagner-reaktionen til at identificere alkener : misfarvning af en opløsning af kaliumpermanganat i et let alkalisk medium (oxidation af alkener til glykoler). En anden mulighed er affarvning af en opløsning af brom i carbontetrachlorid i fravær af hydrogenbromidudvikling ( additionsreaktion ) [45] .

Disse kemier er meget generelle, ikke-selektive og kan ikke garanteres at detektere alkener. For at bekræfte tilstedeværelsen af ​​en dobbeltbinding i en forbindelse anvendes spektroskopimetoder.

Massespektrometriske metoder til analyse af alkener

Massespektrene for alkener indeholder mere intense M + -toppe sammenlignet med alkaner [46] . Der findes en effektiv ekspresmetode til massespektrometrisk undersøgelse af alkeners struktur, som består i at studere massespektrene for de tilsvarende alkaner dannet under gasfasehydrogeneringen af ​​alkener i en brintstrøm (kat. Pt , Pd ) i en mikroreaktor placeret mellem en gaskromatograf og et massespektrometer [47] .

UV-spektroskopiske metoder til analyse af alkener

Alkener med isolerede dobbeltbindinger har et intenst (ε fra 6500 til 12000) bredt absorptionsbånd på grund af π→π-overgangen i området 165-200 nm. Tilstedeværelsen af ​​alkylsubstituenter flytter dette bånd til det lange bølgelængdeområde [48] .

IR-spektroskopiske metoder til analyse af alkener

IR-spektrene for alkener har karakteristiske bånd præsenteret i tabellen, forårsaget af strækvibrationer af C=C- og CH-bindingerne [49] :

Typer af vibrationer og grupper Rækkevidde, cm −1 Bemærk
Strækkende vibrationer af C–H-bindinger
  R2C = CH2 _ 3095-3075 Multipletter kan ses
  R2C = CHR 3045-3010 Differentiering af cis- og trans - isomerer er ikke mulig
Deformationsvibrationer af C–H-bindinger
  RCH= CH2 990, 910
  R,RC= CH2 omkring 890
  R,RC=CHR 840-790
  trans -RCH=CHR omkring 950
  cis −RCH=CHR 730-665
Strækvibrationer af C=C-bindinger
  trans −RCH=CHR omkring 1675 Bånd af moderat og høj intensitet, velegnet til identifikation af acykliske og ubelastede systemer
  cis −RCH=CHR omkring 1660
  RCH = CR1R2 _ omkring 1670
  R2C = CH2 _ omkring 1650
  RCH= CH2 omkring 1640
  C=C-C=C 1645-1600 Placeringen af ​​båndet, som er mere intens end alkenernes, afhænger af geometrien af ​​det konjugerede system
  C=C-C=O 1660-1580
  C=C-(C=C)n 1650-1580 Båndene har en multipletstruktur og smelter i det store og hele sammen til ét bredt bånd
  ArC=C omkring 1630 Båndets position afhænger af substituenternes position og natur

NMR-spektroskopiske metoder til analyse af alkener

NMR-spektroskopiske metoder til analyse af alkener gør det muligt at identificere signalerne fra alkenernes brintatomer og derved opnå vigtig information om kulbrinternes struktur. Disse signaler ligger i området 4-8 ppm. Der er en empirisk afhængighed, der gør det muligt nøjagtigt at beregne skift af protoner i alkener [50] :

δ C=CH = 5,25 + Z hæm + Z cis + Z trans

hvor Z-additive screeningsparametre for de tilsvarende substituenter.

Z-værdier for individuelle substituenter er vist i tabellen [50] :

Stedfortræder Z perle Z cis Z trans
  H 0,00 0,00 0,00
  Alkyl 0,45 -0,22 -0,28
  Alkyl (cyklus)* 0,69 -0,25 -0,28
  CH2Ar _ _ 1,05 -0,29 -0,32
  CH2X (X:F, Cl, Br ) 0,70 0,11 -0,04
  CH2OH _ _ 0,64 -0,01 -0,02
  CH2NH2 _ _ _ 0,58 -0,10 -0,08
  C=C (isoleret) 1.00 -0,09 -0,23
  C=C (konjugat) 1,24 0,02 -0,05
  Ar 1,38 0,36 -0,07
  Cl 1.08 0,18 0,13
  Br 1.07 0,45 0,55
  ELLER 1.22 -1.07 -1.21
  OC(O)R 2.11 -0,35 -0,64
  CHO 1.02 0,95 1.17
  COOH 0,97 1,41 0,71
  COOR 0,80 1.18 0,55

* - Dobbeltbinding og alkyl er inkluderet i cyklussen

Anvendelser af alkener

Alkener er de vigtigste kemiske råstoffer.

Industriel brug af ethylen

Ethylen bruges til at fremstille en række kemiske forbindelser: vinylchlorid , styren , ethylenglycol , ethylenoxid , ethanolaminer , ethanol , dioxan , dichlorethan , acetaldehyd og eddikesyre [34 ] . Polymerisationen af ​​ethylen og dets direkte derivater producerer polyethylen , polyvinylacetat , polyvinylchlorid , gummi og smøreolier .

Verdensproduktionen af ​​ethylen er omkring 100 millioner tons om året [51] (ifølge 2005-data: 107 millioner tons [52] ).

Industriel anvendelse af propylen

Propylen bruges i industrien hovedsageligt til syntese af polypropylen (62 % af det samlede producerede volumen [53] ). Det producerer også cumen , propylenoxid, acrylonitril , isopropanol , glycerin , smøraldehyd [34] .

I øjeblikket er verdens propylenproduktionskapacitet omkring 70 millioner tons om året [53] . Ifølge eksperternes prognoser vil behovet for propylen i den nærmeste fremtid væsentligt overstige mængden af ​​dets produktion, og det forventes, at mængden af ​​dets verdensproduktion i 2010 vil nå op på 90 millioner tons [54] .

Industriel anvendelse af andre alkener

Butylener bruges til fremstilling af butadien , isopren , polyisobutylen , butylgummi , methylethylketon osv. [55] .

Isobutylen  - råmateriale til fremstilling af butylgummi, isopren , tert-butanol ; anvendes til alkylering af phenoler i syntesen af ​​overfladeaktive stoffer. Dens copolymerer med butener bruges som olieadditiver og tætningsmidler.

Højere alkener C10 - C18 anvendes i syntesen af ​​overfladeaktive stoffer såvel som til at opnå højere alkoholer.

Se også

Yderligere eksterne kilder

Generelle forelæsninger om alkenkemi

  1. Illustrerende materialer til forelæsninger om organisk kemi af professor Nenaydenko V. G., forelæsning nr. 7 (Alkenes. Struktur, forberedelse, reaktivitet.)
  2. Illustrerende materialer til forelæsninger om organisk kemi af professor Nenaydenko V. G., forelæsning nr. 8 (Alkenes. Reactivity.)
  3. Illustrerende materialer til forelæsninger om organisk kemi af professor V. G. Nenaydenko, forelæsning nr. 9 (Alkenes. Reaktivitet.)
  4. Kurts A. L., Livantsov M. V., Livantsova L. I. Alkenes (Del I). Det kemiske fakultet, Moscow State University, 1998.
  5. Kurts A. L., Livantsov M. V., Livantsova L. I. Alkenes (del II). Det kemiske fakultet, Moscow State University, 1999.

Undervisningslitteratur

  1. Neiland O. Ya. Kapitel II. Alkener // Organisk kemi: Proc. for kemi. universiteter . - M . : "Højskole", 1990. - S.  102 -130. — ISBN 5-06-001471-1 .
  2. Roberts J., Caserio M. Kapitel 6. Alkenes. Struktur, spektre og stereoisomerisme. Kapitel 7. Alkenes. Reaktioner af dobbelte carbon-carbon-bindinger // Fundamentals of Organic Chemistry / Redigeret af akademiker A.N. Nesmeyanov - 2., suppleret. - M . : Mir, 1978. - T. 1. - S. 171-235.
  3. Reutov O. A., Kurts A. L., Butin K. P. Organisk kemi. I 4 dele. — 3. udgave. - M . : Binom. Videnslaboratoriet, 2007. - Vol. 1. - 568 s. — ISBN 978-5-94774-613-6 .
  4. Traven V. F. Kapitel 5. Alkenes // Organisk kemi: En lærebog for gymnasier: I 2 bind / V. F. Traven. - M . : ICC "Akademkniga", 2004. - T. 1. - S. 237-305. — ISBN 5-94628-171-2 .

Reaktionsmekanismer, der involverer alkener

  1. March, J. Kapitel 15. Additionsreaktioner til multiple carbon-carbon-bindinger. Kapitel 16 // Organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur. Et dybdegående kursus for universiteter og kemiske universiteter: i 4 bind / Pr. fra engelsk, redigeret af I. P. Beletskaya. - M . : Mir, 1988. - T. 3. - S. 132-430.
  2. Sykes P. Reaktionsmekanismer i organisk kemi / Pr. fra engelsk, redigeret af V. F. Traven. - 4. udg. - M . : Kemi, 1991. - 448 s. — ISBN 5-7245-0191-0 .

Brug af alkener i industrien

  1. Ethylenproduktion i CIS: reaktorer og katalysatorer
  2. Polyolefiner: nye teknologier og marked

Noter

  1. 1 2 3 4 5 Traven V.F. Organisk kemi: Lærebog for gymnasier: I 2 bind / VF Traven. - M . : ICC "Akademkniga", 2004. - T. 1. - 727 s. ISBN 5-94628-171-2 .
  2. 1 2 3 Mazalov L.N. Elektronstrukturelle faktorer ved ekstraktion (utilgængeligt led) . Journal of Structural Chemistry . INC SB RAS (17. oktober 2002). Dato for adgang: 24. juli 2009. Arkiveret fra originalen 20. september 2008. 
  3. Tilfældige opdagelser. Ethylen (utilgængeligt link) . Underholdende kemi . Hentet 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 19. maj 2007. 
  4. Opdagelse af ethylen (pdf). Opdagelser i organisk kemi og biokemi . Ensartet samling af digitale uddannelsesressourcer. Hentet: 22. juli 2009.
  5. 1 2 Menshutkin N. Essay om udviklingen af ​​kemiske synspunkter. - St. Petersborg: Type. V. Demakova, 1888. - S. 252-264.
  6. Figurovsky N.A. Kemiens historie: Proc. godtgørelse for studerende ped. in-t på kemi. og biol. spec . - M . : Uddannelse, 1979. - S.  102 .
  7. Solovyov Yu. I. Kemiens historie: Udviklingen af ​​kemi fra oldtiden til slutningen af ​​det 19. århundrede. En guide til lærere. - 2. udg., revideret. - M . : Uddannelse, 1983. - S. 208.
  8. I naturen er der et stort antal forbindelser med dobbeltbindinger, såsom terpener eller carotenoider , men de er klassificeret som separate klasser af forbindelser, og de er ikke taget i betragtning i denne artikel.
  9. 1 2 Skadelige stoffer. Umættede carbonhydrider af ethylenserien (alkener) . Ny håndbog for kemiker og teknolog . Chemanalytica.com. Hentet: 22. juli 2009.
  10. Umættede eller umættede kulbrinter af ethylenserien (alkener) . Organisk kemi . Chemistry.narod.ru. Dato for adgang: 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 28. maj 2013.
  11. Organiske forbindelsers egenskaber. Vejviser. / Under. udg. A. A. Potekhina. L. Kemi. - 1984. - 520 s.
  12. Nobelprisen i kemi  1979 . Nobelprisen i kemi . Nobelfondens officielle hjemmeside. Dato for adgang: 25. juli 2009. Arkiveret fra originalen den 22. august 2011.
  13. 1 2 3 4 5 6 Marts J. Organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur. Avanceret kursus for universiteter og kemiske universiteter: i 4 bind = Avanceret organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur / Pr. fra engelsk, redigeret af I.P. Beletskaya. - M . : Mir, 1988. - T. 3. - 459 s.
  14. Roberts J., Caserio M. Fundamentals of Organic Chemistry = Grundlæggende principper for organisk kemi / Redigeret af akademiker Nesmeyanov A.N. - 2., suppleret. - M . : Mir, 1978. - T. 1. - S. 227-228.
  15. Kondakova-reaktion // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 2. - S. 887-888.
  16. Marts J. Organisk Kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur. Avanceret kursus for universiteter og kemiske universiteter: i 4 bind = Avanceret organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur / Pr. fra engelsk, redigeret af I.P. Beletskaya. - M . : Mir, 1988. - T. 2. - 504 s.
  17. Kurts A L., Livantsov M.V., Livantsova L.I. Carbener og carbenoider (afsnit 4.7.) . Alkener (del II) . Det kemiske fakultet, Moskva statsuniversitet. Hentet: 22. juli 2009.
  18. Marts J. Organisk Kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur. Avanceret kursus for universiteter og kemiske universiteter: i 4 bind = Avanceret organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur / Pr. fra engelsk, redigeret af I.P. Beletskaya. - M . : Mir, 1988. - T. 1. - S. 253.
  19. 1 2 3 4 Lee J. Nominelle reaktioner. Organiske reaktioners mekanismer = Navnereaktioner / Pr. fra engelsk. V.M. Demyanovich. — M. : BINOM. Videnlaboratoriet, 2006. - 456 s. — ISBN 5-94774-368-X .
  20. 1 2 3 Kurts A L., Livantsov M.V., Livantsova L.I. Alkeners kemiske egenskaber (afsnit 4.) . Alkener (del II) . Det kemiske fakultet, Moskva statsuniversitet. Hentet: 22. juli 2009.
  21. McQuillin F. J. Homogen hydrogenering i organisk kemi = Homogen hydrogenering i organisk kemi / Pr. fra engelsk. N.M. Loyma. - M . : Kemi, 1980. - 160 s.
  22. Wol-Ziegler-reaktion // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 1. - S. 824-825.
  23. 1 2 3 4 5 Haynes A. Metoder til oxidation af organiske forbindelser: alkaner, alkener, alkyner og arener / Oversat fra engelsk, redigeret af I.P. Beletskaya. — M .: Mir, 1988. — 400 s. — ISBN 5-03-000149-2 .
  24. Tilstødende reaktion // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 4. - S. 169.
  25. 1 2 3 Falbe Yu Syntese baseret på kulilte / Pr. med ham. - L. , 1971.
  26. Nobelprisen i kemi  2005 . Nobelprisen i kemi . Nobelfondens officielle hjemmeside. Hentet 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 22. august 2011.
  27. Metatese-reaktionsmekanisme (jpg)  (utilgængelig link - historie ) . Siden for tidsskriftet "Science and Life". Hentet: 22. juli 2009.  (ikke tilgængeligt link)
  28. Nobelprisen i kemi tildelt Yves Chavin, Robert Grubbs og Richard Schrock . Nyheder . Lenta.ru (5. oktober 2005). Hentet: 22. juli 2009.
  29. Metatese i vandmiljøet . Nyheder om kemisk videnskab . Portal Chemport.ru (9. februar 2008). Hentet: 22. juli 2009.
  30. Olefins // Chemical Encyclopedia / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 3. - S. 737-740.
  31. Dehydrogenering af alkaner (afsnit 2.5.3.) (utilgængeligt led) . Interaktiv multimedielærebog "Organisk kemi" . Samara State University, Institut for Organisk, Bioorganisk og Medicinsk Kemi. Hentet 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 28. oktober 2011. 
  32. Alkener og alkadiener fra alkaner (utilgængeligt link) . Petrokemi . Chemistry.narod.ru. Hentet 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 16. oktober 2009. 
  33. Dehydrogeneringskatalysatorer // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 2. - S. 670-671.
  34. 1 2 3 4 5 Neiland O. Ya. Organisk kemi: Proc. for kemi. universiteter. - M . : "Højskole", 1990. - 750 s. ISBN 5-06-001471-1 .
  35. Mathieu J., Paniko R., Weil-Reynal J. Ændring og introduktion af funktioner i organisk syntese = L'amenagement fonctionnel en synthese organique / Oversat fra fransk af S.S. Yufit. - M . : "Mir", 1980. - S. 169.
  36. Kerry F, Sandberg R. Første bog. Struktur og mekanismer // Videregående kursus i organisk kemi / Pr. fra engelsk, redigeret af prof. V.M. Potapova. - M. : Chemistry, 1981. - S.  54 -59.
  37. Horner-reaktion // Chemical Encyclopedia / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 5. - S. 606-607.
  38. Chugaevs reaktion (utilgængeligt link) . Nominelle organiske reaktioner . Irkutsk State University. Kemisk fakultet. Hentet 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 19. april 2011. 
  39. Ammoniumforbindelser // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 1. - S. 278-280.
  40. 1 2 3 Marts J. Organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur. Avanceret kursus for universiteter og kemiske universiteter: i 4 bind = Avanceret organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur / Pr. fra engelsk, redigeret af I.P. Beletskaya. - M . : Mir, 1988. - T. 4. - S. 49-53.
  41. Burda-reaktion (utilgængeligt link) . Nominelle organiske reaktioner . Irkutsk State University. Kemisk fakultet. Hentet 22. juli 2009. Arkiveret fra originalen 10. april 2013. 
  42. Bamford-Stevens reaktion // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 1. - S. 658.
  43. Dyadchenko V.P., Andresyuk A.N., Beloglazkina E.K., Brusova G.P. Anvendelse af beskyttelsesgrupper i syntese . Planlægning af flertrinssynteser . Det kemiske fakultet, Moscow State University (2003). Hentet: 25. juli 2009.
  44. Perkin reaktion // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1988. - T. 3. - S. 965-966.
  45. Schreiner R, Fuson R, Curtin D, Morrill T. Identifikation af organiske forbindelser . Kemikaliekatalog. Hentet: 22. juli 2009.
  46. Vulfson N.S., Zaikin V.G., Mikaya A.I. Massespektrometri af organiske forbindelser. — Kemi. - M. , 1986. - S. 31.
  47. Mikaya A.I., Smetanin V.I., Zaikin V.G.  // Kemikalieserie: Lør. - Izvestia fra USSR's Videnskabsakademi, 1982. - S. 2214 .
  48. Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Anvendelse af UV-, IR- og NMR-spektroskopi i organisk kemi. - M . : Højere skole, 1971. - S. 66-67.
  49. Brown D., Floyd A., Sainsbury M. Spektroskopi af organiske stoffer \u003d Organisk spektroskopi / Pr. fra engelsk. A. A. Kiryushkina. - M . : Mir, 1992. - S.  50 . ISBN 5-03-002111-6 .
  50. 1 2 Ionin B.I., Ershov B.A., Koltsov A.I. NMR Spectroscopy in Organic Chemistry / Ed. Ershova B.A. - 2. udgave, revideret. - L .: Chemistry, 1983. - S. 157-158.
  51. Ethylenmarkedsprognose . konjunktur. Varer og markeder . Russisk Center for Udenrigshandel. Hentet: 22. juli 2009.
  52. Ethylen, ethen . Artikler om gasser . Firma "NII KM". Hentet: 22. juli 2009.
  53. 1 2 Verdensmarkedet for propylen . Ssa.ru. Hentet: 22. juli 2009.
  54. Olefinmetatese: En moderne vej til polypropylen . Den kemiske industris analytiske portal: Nye kemiske teknologier. Hentet: 22. juli 2009.
  55. Butenes // Kemisk encyklopædi / Chefredaktør I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk encyklopædi", 1988. - T. 1. - S. 638-640.