Węglowodory nienasycone
Węglowodory nienasycone
Węglowodory nienasycone charakteryzują się
udziałem wiązań podwójnych lub potrójnych między
sąsiadującymi ze sobą atomami węgla. I właśnie
obecność wiązań podwójnych i potrójnych nadaje tej
grupie węglowodorów charakter nienasycony, co
objawia się zdolnością przyłączania w miejscu
występowania wiązań nienasyconych innych atomów
lub grup atomów. Najprostszymi przykładami
węglowodorów nienasyconych są cząsteczki z dwoma
atomami węgla.
Węglowodory nienasycone tworzą dwa
podstawowe szeregi homologiczne. Są to alkeny i
alkiny. W cząsteczkach alkenów jest jedno
wiązanie podwójne, a w alkinach jedno wiązanie
potrójne.
Nazwy węglowodorów nienasyconych tworzy się,
dodając do rdzenia nazwy odpowiedniego
węglowodoru nasyconego końcówkę -en dla
alkenów, a końcówkę –yn dla alkinów. Po
spółgłoskach: g, k, ch, f końcówkę -yn zmieniamy na
–in.
H
3
C CH
3
etan
H
2
C CH
2
eten
HC CH etyn
Budowa cząsteczek węglowodorów
nienasyconych
Wiemy, że węglowodory nienasycone zbudowane są z
atomów węgla i wodoru oraz, że atomy węgla w
związkach organicznych są zawsze
czterowartościowe, dlatego bez problemu możemy
napisać wzory elektronowe tych związków.Dzięki
utworzeniu wspólnych par elektronowych atomy
węgla uzyskują trwały oktet elektronowy, a atomy
wodoru trwały dublet elektronowy. Rozpatrując
wiązania między atomami węgla możemy zadać
pytanie czy we wszystkich
związkach wiązania są jednakowe? Możemy
odpowiedzieć na to pytanie porównując energię
różnych wiązań.
Energia wiązania jest to energia, którą należy
dostarczyć, aby rozerwać jeden mol wiązań.
Energia wiązań w różnych typach
węglowodorów.
Typ
Energia wiązania
węglowodoru
kJ/mol
alkany
368
alkeny 682
alkiny
829
Porównując dane z tabeli, możemy stwierdzić, że
energia wiązań wielokrotnych nie jest dwukrotnie lub
trzykrotnie większa od energii wiązań pojedynczych.
Dlatego też badania wykazały, że między atomami
węgla mogą tworzyć się różne wiązania: mocne, tzw.
wiązania (sigma) oraz słabsze od nich wiązania
(pi). I tak w alkanach mamy jedno wiązanie , w
alkenach jedno wiązanie i jedno wiązanie , a w
alkinach jedno wiązanie i dwa wiązania .
Alkeny
Alkeny, nazywane często tradycyjnie olefinami,
zawierają w cząsteczce jedno wiązanie podwójne
między dwoma atomami węgla. Najprostszym
alkenem jest eten (etylen), w którego cząsteczce
znajdują się dwa atomy węgla.
CH
2
=CH
2
Alkenami są również:
CH
2
=CH-CH
3
- propen
CH
2
=CH-CH
2
-CH
3
- but-1-en
CH
2
=CH-CH
2
-CH
2
-CH
3
- pent-1-en
Prosta analiza wzorów cząsteczek alkenów (etenu
C
2
H
4
, propylenu C
3
H
6
, butenu C
4
H
8
) wskazuje, że
tworzą one szereg homologiczny o ogólnym wzorze;
C
n
H
2n
(n = 2, 3, ....,N)
Nazewnictwo alkenów
Nazwy alkenów określa się zgodnie z następującymi
zasadami:
•jako strukturę podstawową wybiera się najdłuższy
ciągły łańcuch, który zawiera wiązanie nienasycone;
•położenie wiązania nienasyconego w podstawowym
łańcuchu oznacza się pisząc cyfrę arabską za
rdzeniem nazwy przed końcówką charakteryzującą
rodzaj wiązań. Numerację łńcucha rozpoczyna się od
tego końca, bliżej którego znajduje się wiązanie
nienasycone;
•położenie grup alkilowych przyłączonych do
łańcucha podstawowego oznacza się odpowiednimi
cyframi arabskimi
Przykład:
pent-2-en
C C C
C
C
1
1
2
3
4 5
Obok nazw systematycznych spotyka się często nazwy
zwyczajowe z końcówką -ylen dla alkenów
H
2
C=CH
2
eten, etylen
H
2
C=CH-CH
2
-CH
3
but-1-en, butylen
Nazwy rodników pochodnych alkenów tworzy się
przez dodanie końcówki -yl do nazwy węglowodoru
ALKENYL.
H
2
C=CH
-
etenyl (zwyczajowo winyl)
H
2
C=CH-CH
2
-
prop-2-enyl, allil
Właściwości fizyczne i chemiczne alkenów.
Obecność podwójnego wiązania w cząsteczce alkanów
powoduje dużo większą aktywność chemiczną w
porównaniu z alkanami. Na przykład chlor, brom i jod
w zwykłych warunkach nie reagują z alkanami,
natomiast łatwo reagują z etylenem; mieszanina
chloru z etylenem reaguje już w temperaturze
pokojowej w ciemności, a wybuchowo pod wpływem
światła, tworząc dichloroetan, C
2
H
4
Cl
2
C
2
H
4
+ Cl
2
---> C
2
H
4
Cl
2
Podczas tej reakcji podwójne wiązanie między dwoma
atomami węgla przekształca się w pojedyncze, a
pojedyncze wiązanie między dwoma atomami chloru
ulega rozerwaniu; tworzą się natomiast wiązania
pojedyncze między atomem chloru i atomem węgla.
Reakcja przyłączania jest to reakcja, w wyniku
której cząsteczka przyłącza się do innej cząsteczki
zawierającej wiązanie podwójne przekształcając to
wiązanie w pojedyncze. Reakcja addycji stanowi typ
reakcji charakterystyczny dla związków
nienasyconych.
Z najważniejszych reakcji przyłączania należy
wymienić:
•reakcję z wodą bromową
C
2
H
4
+ Br
2
---> C
2
H
4
Br
2
•uwodornienie
C
2
H
4
+ H
2
---> C
2
H
6
•przyłączanie fluorowcowodorów
CH
3
-CH=CH
2
+ HCl ---> CH
3
-CHCl-CH
3
•przyłączanie wody - w reakcji otrzymujemy alkohol
C
2
H
4
+ H
2
O ---> C
2
H
5
OH
Spalanie alkenów
Alkeny podobnie jak alkany spalają się w obecności
tlenu.
Spalanie przy pełnym dostępie tlenu
C
2
H
4
+ 3O
2
---> 2CO
2
+ 2H
2
O
Produktem reakcji jest dwutlenek węgla i woda.
Spalanie przy ograniczonym dostępie tlenu
C
2
H
4
+ 2O
2
---> 2CO + 2H
2
O
C
2
H
4
+ O
2
---> 2C + 2H
2
O
Produktem reakcji jest tlenek węgla (czad) lub
sadza.
Alkiny
Alkiny to węglowodory zawierające w łańcuchu jedno
wiązanie potrójne. Mają one wzór ogólny
C
n
H
2n-2
,
a ich
nazwy końcówkę –in lub –yn.
Najprostszym i najważniejszym przedstawicielem
alkinów jest acetylen - C
2
H
2
. Potrójne wiązanie węgiel-
węgiel jest charakterystyczną cechą struktury alkinów.
HC CH acetylen
Właściwości chemiczne alkinów są podobne do
właściwości chemicznych alkenów. Najbardziej
charakterystyczną reakcją jest reakcja przyłączania.
Przykłady reakcji przyłączania
•przyłączanie wodoru
C
2
H
2
+ 2H
2
---> C
2
H
6
•przyłączanie fluorowcowodorów
C
2
H
2
+ HCl ---> C
2
H
3
Cl
C
2
H
3
Cl + HCl ---> C
2
H
4
Cl
2
Acetylen - ma zastosowanie do produkcji tworzyw
sztucznych, ale najbardziej znanym jest
wykorzystanie acetylenu jako paliwo do wytwarzania
wysokich temperatur (spawanie acetylenowe).
Acetylen otrzymuje się z karbidu - CaC
2
w reakcji.
CaC
2
+ 2H
2
O ---> C
2
H
2
+ Ca(OH)
2
Właściwości fizyczne acetylenu:
•jest to gaz bezwonny, lżejszy od powietrza,
bezbarwny
•zmieszany z powietrzem tworzy mieszankę
wybuchową
Reakcja polimeryzacji
Węglowodory nienasycone są związkami aktywnymi i
oprócz reakcji addycji ulegają procesom polimeryzacji.
Łączenie się wielu cząsteczek to proces polimeryzacji.
eten polimeyzacja polietylen
Procesem odwrotnym do procesu polimeryzacji jest
depolimeryzacja. Polega ona na rozpadzie
wielkocząsteczkowego polimeru na pojedyncze
monomery.
Zadanie domowe
Wyjaśnić na czym polega reguła Władimira
Markownikowa.