До ненасичених сполук відносять алкени (олефіни, або етиленові вуглеводні), дієнові вуглеводні (алкадієни) та алкіни (ацетиленові вуглеводні). Всі ці сполуки містять подвійні або потрійні вуглець-вуглецеві зв’язки.
Алкени. Гомологічний ряд алкенів.
АЛКЕНИ (олефіни, або етиленові вуглеводні) містять в молекулі один подвійний зв'язок.
Загальна формула алкенів CnH2n.
Назви алкенів утворені від грецьких і латинських числівників з додаванням суфікса– ен.
Алкени утворюютьгомологічний ряд. Першийнайпростіший ненасичений вуглеводень є Етилен (етен):
структурна формула етилену
електронна формула етилену
Електронна будова подвійного зв’язку
Розглянемо будову молекули етилену С2Н4 (СН2=СН2): у кожного атома вуглецю стають гібридними 3 електронні орбіталі, утворені 1s- і 2р - електронами (sp2- гібридизація). Гібридні орбіталі утворюють s - зв’язок з атомами водню і між атомами вуглецю. Негібридні орбіталі (р - електрони) утворюють π-зв’язок між атомами вуглецю, вони знаходяться в площині, перпендикулярній площині розміщення s - зв’язків.
Рис.3. Утворення подвійного зв’язку в молекулі етилену
þ Подвійний зв’язок – це ковалентний зв’язок, який складається з одного s- і одного π-зв’язку. Подвійному зв’язку відповідає sp2- гібридизація.
Ізомерія
Для алкенів характерні два види ізомерії: структурна і просторова. Структурні ізомери – це ізомери, що мають різний порядок сполучення атомів у молекулі і різні структурні формули. Розрізняють ізомерію вуглецевого скелету та положення кратного зв’язку:
· скелетна
бутен-1
2-метилпропен-1
· положення кратного зв'язку:
CH2=CH–CH2–CH3 бутен-1
CH3–CH=CH–CH3 бутен-2
Просторова ізомерія виникає із-за різного положення окремих частин молекули в просторі відносно подвійного зв’язку:
· просторова (геометрична) або цис-транс-ізомерія
цис-ізомер
транс-ізомер
Цис –означає, що замісники знаходяться по одну сторону молекули, транс – замісники знаходяться по різні сторони молекули. Замісники – це групи, які заміщені на атоми водню у молекулі.
Одержання
1) дегідрогенізація алканів при підвищеній температурі в присутності каталізатора:
2) в лабораторії - дегідратація спиртів (відщеплення води):
CH3–CH2–OH ––t°,Al2O3→ CH2=CH2 + H2О
етанол етилен
Порядок дегідратації вторинних і третинних спиртів визначається правилом А.М.Зайцева: при утворенні води атом водню відщеплюється від найменш гідрогенізованого сусіднього атома вуглецю, тобто з найменшою кількістю атомів водню.
За фізичними властивостями алкени близькі до алканів, але мають більш низьку температуру кипіння і плавлення. Нищі алкени (С2-С4) за нормальних умов – гази, С5-С17 – рідини, решта – тверді речовини. Всі алкени нерозчинні у воді, але розчинні у полярних органічних розчинниках.
Хімічні властивості
Алкени відносяться до ненасичених органічних сполук. Це означає, що не всі валентні можливості алкенів використані в повному обсязі, і алкени можуть приєднувати до себе хімічні сполуки, тобто „насичуватися”. Така ненасиченість алкенів пояснюється наявністю подвійного зв’язку: розкривається π-зв’язок і утворюється два неспарених електрона, які здатні утворювати нові зв’язки.
Оскільки π-зв’язок менш міцний, ніж σ-звязок, легко розривається, тому для алкенів найбільш типовими є реакції приєднання:
1) галогенування – приєднання галогенів:
H2C=CH2 + Br2 → BrCH2–CH2Br
етен 1,2-диброметан
þ Якісна реакція на подвійний зв'язок - знебарвлення алкеном бромної води; рожевого розчину КМnО4.
2) гідрування – приєднання водню Н2:
CH3–CH=CH2 + H2 ––Ni→ CH3–CH2–CH3
пропен пропан
3)гідрогалогенування – приєднання галогеноводню НСl, HBr:
H2C=CH2 + HBr → CH3–CH2Br етен брометан
Правило Марковнікова«Гідроген приєднується до найбільш гідрогенізованого атома Карбону при подвійному зв'язку».
CH3−CH=CH2 + HCl → CH3−
CH−CH3 | Cl
2-хлорпропан
4) окиснення – алкени легко окиснюються:
a) киснем повітря (реакція горіння – повне окиснення):
H2C=CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
б) перманганат калію КМnО4. При цьому знебарвлюється рожевий розчин перманганату калію, утворюється бурий осад MnO2. Окиснення подвійного звязку KMnO4 веде до утворення двохатомних спиртів – гліколів:
3H2C=CH2 + 2KMnO4+ 4H2O →
CH2−CH2 + 2MnO2 + 2KOH | | OH OH
етиленгліколь
þ якісна реакція на подвійний зв'язок.
5. полімеризація – утворення полімеру.
Реакцією ПОЛІМЕРИЗАЦІЇ називається процес утворення високомолекулярної сполуки (полімеру) шляхом з'єднання один з одним молекул початкової низькомолекулярної сполуки (мономера). При полімеризації подвійні зв'язки в молекулах початкової ненасиченої сполуки "розкриваються", і за рахунок вільних валентностей, що утворюються, ці молекули з'єднуються одна з одною.
Полімеризація олефінів викликається нагріванням, тиском, опроміненням, дією вільних радикалів або каталізаторів. В спрощеному вигляді таку реакцію на прикладі етилену можна представити таким чином:
етилен поліетилен
АЛКАДІЄНИ.
ДІЄНОВІ ВУГЛЕВОДНІ або АЛКАДІЄНИ – це ненасичені вуглеводні, що містять два подвійних вуглець - вуглецеві зв'язки.
Загальна формула алкадієнів CnH2n-2. Назви алкадієнів утворені від грецьких і латинських числівників з додаванням суфікса – дієн.
Залежно від взаємного розташування подвійних зв'язків дієни поділяються на три типи:
1) вуглеводні з кумульованимиподвійними зв'язками, тобто примикаючими до одного атома вуглецю. Наприклад, пропадієн CH2=C=CH2;
2) вуглеводні з ізольованимиподвійними зв'язками, тобто розділеними двома і більш простими зв'язками. Наприклад, пентадієн -1,4 CH2=CH–CH2–CH=CH2;
3) вуглеводні із зв'язаними (спряженими)подвійними зв'язками, тобто розділеними одним простим зв'язком.
Наприклад, бутадієн –1,3 CH2=CH–CH=CH2
Найбільший інтерес представляють вуглеводні із зв'язаними подвійними зв'язками.