Окисление алкенов перманганатом калия


Окислительно-восстановительные реакции с участием органических веществ » HimEge.ru

В окислительно-восстановительных реакциях органические вещества чаще проявляют свойства восстановителей, а сами окисляются. Легкость окисления органических соединений зависит от доступности электронов при взаимодействии с окислителем. Все известные факторы, вызывающие увеличение электронной плотности в молекулах органических соединений (например, положительные индуктивный и мезомерные эффекты), будут повышать их способность к окислению и наоборот.

Склонность органических соединений к окислению возрастает с ростом их нуклеофильности, что соответствует следующим рядам:

Рост нуклеофильности в ряду

Рассмотрим окислительно-восстановительные реакции представителей важнейших классов органических веществ с некоторыми неорганическими окислителями.

Окисление алкенов

При мягком окислении алкены превращаются в гликоли (двухатомные спирты). Атомы-восстановители в этих реакциях – атомы углерода, связанные двойной связью.

Реакция с раствором перманганата калия протекает в нейтральной или слабо щелочной среде следующим образом:

3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH

В более жестких условиях окисление приводит к разрыву углеродной цепи по двойной связи и образованию двух кислот (в сильно щелочной среде – двух солей) или кислоты и диоксида углерода (в сильно щелочной среде – соли и карбоната):

1) 5CH3CH=CHCH2CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CH3COOH + 5C2H5COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O

2) 5CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4 → 5CH3COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O

3) CH3CH=CHCH2CH3 + 8KMnO4 + 10KOH → CH3COOK + C2H5COOK + 6H2O + 8K2MnO4

4) CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 13KOH → CH3COOK + K2CO3 + 8H2O + 10K2MnO4

Дихромат калия в сернокислотной среде окисляет алкены аналогично реакциям 1 и 2.

При окислении алкенов, в которых атомы углерода при двойной связи содержат по два углеродных радикала, происходит образование двух кетонов:

Окисление алкинов

Алкины  окисляются в несколько более жестких условиях, чем алкены, поэтому они обычно окисляются с разрывом углеродной цепи по тройной связи. Как и в случае алкенов, атомы-восстановители здесь – атомы углерода, связанные  кратной связью. В результате реакций образуются кислоты и диоксид углерода. Окисление может быть проведено перманганатом или дихроматом калия в кислотной среде, например:

5CH3C≡CH + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CH3COOH + 5CO2 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O

Ацетилен может быть окислен перманганатом калия в нейтральной среде до оксалата калия:

3CH≡CH +8KMnO4→ 3KOOC –COOK +8MnO2 +2КОН +2Н2О

В кислотной среде окисление идет до щавелевой кислоты или углекислого газа:

5CH≡CH +8KMnO4 +12H2SO4 → 5HOOC –COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +12Н2О
CH≡CH + 2KMnO4 +3H2SO4 → 2CO2 + 2MnSO4 + 4H2O + K2SO4

Окисление гомологов бензола

Бензол не окисляется даже в довольно жестких условиях. Гомологи бензола могут быть окислены раствором перманганата калия в нейтральной среде до бензоата калия:

C6H5CH3 +2KMnO4 →  C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O

C6H5CH2CH3 + 4KMnO4 → C6H5COOK + K2CO3 + 2H2O + 4MnO2 + KOH

Окисление гомологов бензола дихроматом или перманганатом калия в кислотной среде приводит к образованию бензойной кислоты.

6Н5СН3+6КMnO4+9 H2SO4→ 5С6Н5СООН+6MnSO4 +3K2SO4 + 14H2O

5C6H5–C2H5 + 12KMnO4 + 18H2SO → 5C6H5COOH + 5CO2 + 12MnSO4 + 6K2SO4 + 28H2O

Окисление спиртов

Непосредственным продуктом окисления первичных спиртов являются альдегиды, а вторичных – кетоны.

Образующиеся при окислении спиртов альдегиды легко окисляются до кислот, поэтому альдегиды из первичных спиртов получают окислением дихроматом калия в кислотной среде при температуре кипения альдегида. Испаряясь, альдегиды не успевают окислиться.

3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

С избытком окислителя (KMnO4, K2Cr2O7) в любой среде первичные спирты окисляются до карбоновых кислот или их солей, а вторичные – до кетонов.

5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5CH3COOH + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O

3CH3–CH2OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CH3–COOH + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O

Третичные спирты в этих условиях не окисляются, а метиловый спирт окисляется до углекислого газа.

Двухатомный спирт, этиленгликоль HOCH2–CH2OH, при нагревании в кислой среде с раствором KMnO4 или K2Cr2O7 легко окисляется до щавелевой кислоты, а в нейтральной – до оксалата калия.

5СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4+12H2SO4→ 5HOOC –COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +22Н2О

3СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4→ 3KOOC –COOK +8MnO2 +2КОН +8Н2О

Окисление альдегидов и кетонов

Альдегиды – довольно сильные восстановители, и поэтому легко окисляются различными окислителями, например: KMnO4,  K2Cr2O7,  [Ag(NH3)2]OH,  Cu(OH)2. Все реакции идут при нагревании:

3CH3CHO + 2KMnO4 → CH3COOH + 2CH3COOK + 2MnO2 + H2O

3CH3CHO + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3COOH + Cr2(SO4)3 + 7H2O

CH3CHO + 2KMnO4 + 3KOH → CH3COOK + 2K2MnO4 + 2H2O

5CH3CHO + 2KMnO4 + 3H2SO→ 5CH3COOH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

CH3CHO + Br2 + 3NaOH → CH3COONa + 2NaBr + 2H2O

реакция «серебряного зеркала»

C аммиачным раствором оксида серебра альдегиды окисляются до карбоновых кислот которые в аммиачном растворе дают соли аммония (реакция «серебрянного зеркала»):

CH3CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH → CH3COONH4 + 2Ag + H2O + 3NH3

CH3–CH=O + 2Cu(OH)2 → CH3COOH + Cu2O + 2H2O

Муравьиный альдегид (формальдегид) окисляется, как правило, до углекислого газа:

5HCOH + 4KMnO4(изб) + 6H2SO4 → 4MnSO4 + 2K2SO4 + 5CO2 + 11H2O

3СН2О + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CO2 +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O

HCHO + 4[Ag(NH3)2]OH → (NH4)2CO3 + 4Ag↓ + 2H2O + 6NH3

HCOH + 4Cu(OH)2 → CO2 + 2Cu2O↓+ 5H2O

Кетоны окисляются в жестких условия сильными окислителями с разрывом связей С-С и дают смеси кислот:

Карбоновые кислоты. Среди кислот сильными восстановительными свойствами обладают муравьиная и щавелевая, которые окисляются до углекислого газа.

НСООН + HgCl2 =CO2 + Hg + 2HCl

HCOOH+ Cl2 = CO2 +2HCl

HOOC-COOH+ Cl2 =2CO2 +2HCl

Муравьиная кислота, кроме кислотных свойств, проявляет также некоторые свойства альдегидов, в частности, восстановительные. При этом она окисляется до углекислого газа. Например:

2KMnO4 + 5HCOOH + 3h3SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5CO2↑ + 8h3O

При нагревании с сильными водоотнимающими средствами (h3SO4 (конц.) или P4O10) разлагается:

HCOOH →(t) CO↑ + h3O

Каталитическое окисление алканов:

Каталитическое окисление алкенов:

Окисление фенолов:

алкенов и манганат калия (VII) (перманганат)

Если продукт имеет одну углеводородную группу и один водород

Например, предположим, что первая стадия реакции была:

В этом случае первая молекула продукта имеет метильную группу и водород, присоединенный к карбонильная группа. Это другой вид соединения, известный как альдегид.

Альдегиды легко окисляются с образованием карбоновых кислот, содержащих группу -COOH.Таким образом, на этот раз реакция пойдет на следующую стадию с получением этановой кислоты, CH 3 COOH.

Структура кислоты была немного изменена, чтобы она больше походила на то, как мы обычно извлекаем кислоты, но в итоге кислород оказался между углеродом и водородом.

Таким образом, общий эффект манганата калия (VII) на этот вид алкена составляет:

Очевидно, если бы к обоим атомам углерода на концах двойной углерод-углеродной связи был присоединен атом водорода, вы бы получили две молекулы карбоновой кислоты, которые могли бы быть одинаковыми или разными, в зависимости от того, были ли одинаковые алкильные группы. или другое.

Поиграйте с этим, пока не будете довольны. Нарисуйте несколько алкенов, каждый из которых имеет водород, присоединенный к обоим концам двойной углерод-углеродной связи. Меняйте алкильные группы - иногда одинаковые на каждом конце двойной связи, иногда разные. Окислите их, чтобы образовались кислоты, и посмотрите, что у вас получится.

Если продукт содержит два атома водорода, но не содержит углеводородной группы

Можно было ожидать, что при этом будет образована метановая кислота, как в уравнении:

Но это не так! Это потому, что метановая кислота также легко окисляется раствором манганата калия (VII).Фактически, он полностью окисляет его до двуокиси углерода и воды.

Таким образом, уравнение в таком случае могло бы быть, например:

Точная природа другого продукта (в данном примере пропанона) будет варьироваться в зависимости от того, что было присоединено к правому атому углерода в двойной связи углерод-углерод.

Если бы на обоих концах двойной связи было по два атома водорода (другими словами, если бы у вас был этен), то все, что вы получили бы, - это диоксид углерода и вода.

 

Сводка

Подумайте о обоих концах двойной связи углерод-углерод по отдельности, а затем объедините результаты.

  • Если на одном конце связи есть две алкильные группы, эта часть молекулы даст кетон.

  • Если есть одна алкильная группа и один водород на одном конце связи, эта часть молекулы даст карбоновую кислоту.

  • Если на одном конце связи есть два атома водорода, эта часть молекулы даст диоксид углерода и воду.

 

В чем смысл всего этого?

Работа с результатами поможет вам определить структуру алкена. Например, алкен C 4 H 8 имеет три структурных изомера:

Определите, какие из них дали бы каждый из следующих результатов, если бы их обрабатывали горячим концентрированным раствором манганата (VII) калия. Вышеуказанные изомеры: , а не в порядке A, B и C.

Не читайте ответы в зеленой рамке, пока не попробуете это.

  • Изомер A дает кетон (пропанон) и диоксид углерода.

  • Изомер B дает карбоновую кислоту (пропановую кислоту) и диоксид углерода.

  • Изомер C дает карбоновую кислоту (этановую кислоту).

.

Окисление алкенов манганатом калия

Двойные связи углерод-углерод в алкенах, таких как этен, реагируют с раствором манганата калия (VII) (раствор перманганата калия).

Окисление алкенов холодным разбавленным раствором манганата (VII) калия

Алкены реагируют с раствором манганата (VII) калия на холоде. Изменение цвета зависит от того, используется ли манганат калия (VII) в кислых или щелочных условиях.

  • Если раствор манганата (VII) калия подкисить разбавленной серной кислотой, фиолетовый раствор станет бесцветным.
  • Если раствор манганата калия (VII) сделать слабощелочным (часто путем добавления раствора карбоната натрия), пурпурный раствор сначала становится темно-зеленым, а затем образует темно-коричневый осадок.

Химия реакции

Посмотрим на реакцию с этеном. Точно так же реагируют и другие алкены. Ионы манганата (VII) являются сильным окислителем и в первую очередь окисляют этен до этан-1,2-диола (старое название: этиленгликоль). Рассматривая уравнение исключительно с точки зрения органической реакции:

Уравнения этого типа довольно часто используются в органической химии.Кислород, написанный в квадратных скобках, означает «кислород окислителя». Причина этого в том, что более нормальное уравнение имеет тенденцию скрывать органические изменения массой других деталей - как вы увидите ниже!

Полное уравнение зависит от условий.

  • В кислых условиях ионы манганата (VII) восстанавливаются до ионов марганца (II).

  • В щелочных условиях ионы манганата (VII) сначала восстанавливаются до ионов зеленого манганата (VI).. .

. . . а затем к темно-коричневому твердому оксиду марганца (IV) (диоксид марганца).

Эту последнюю реакцию вы также получили бы, если бы реакцию проводили в нейтральных условиях. Вы заметите, что в левой части уравнения нет ни ионов водорода, ни ионов гидроксида.

Возможно, вы помните, что дальше на странице говорится, что манганат калия (VII) часто слегка подщелачивают, добавляя раствор карбоната натрия.- \]

Именно присутствие этих гидроксид-ионов придает раствору карбоната натрия pH в диапазоне 10-11.

Использование реакции для проверки двойных связей углерод-углерод

Если органическое соединение реагирует с разбавленным щелочным раствором манганата калия (VII) на холоде с образованием зеленого раствора с последующим темно-коричневым осадком, то оно может содержать двойную связь углерод-углерод. Но в равной степени это может быть любое из большого числа других соединений, все из которых могут окисляться ионами манганата (VII) в щелочных условиях.

Ситуация с подкисленным раствором манганата (VII) калия еще хуже, поскольку он имеет тенденцию к разрыву углерод-углеродных связей. Он разрушительно реагирует с большим количеством органических соединений и редко используется в органической химии.

Вы могли бы использовать щелочной раствор манганата калия (VII), если, например, все, что вам нужно было сделать, это выяснить, является ли углеводород алканом или алкеном - другими словами, если нет ничего другого, что могло бы быть окислено.Это бесполезный тест. Бромная вода гораздо более понятна.

Окисление алкенов горячим концентрированным подкисленным раствором манганата (VII) калия

Диолы, такие как этан-1,2-диол, которые являются продуктами реакции с холодным разбавленным манганатом калия (VII), сами по себе довольно легко окисляются ионами манганата (VII). Это означает, что в этой точке реакция не остановится на p, если раствор манганата (VII) калия не будет очень разбавленным, очень холодным и предпочтительно не в кислых условиях.Если вы используете горячий концентрированный раствор подкисленного манганата калия (VII), то, что вы в конечном итоге получите, зависит от расположения групп вокруг двойной связи углерод-углерод.

Приведенная ниже формула представляет собой общий алкен. В органической химии символ R используется для обозначения углеводородных групп или водорода в формуле, когда вы не хотите говорить о конкретных соединениях. Если вы используете символ более одного раза в формуле (как здесь), различные группы записываются как R 1 , R 2 и т. Д.

В этом конкретном случае двойная связь окружена четырьмя такими группами, и они могут быть любой комбинацией одинаковых или разных - так что они могут быть 2 атомами водорода, метилом и этилом, или 1 атомом водорода и 3 метилами, или 1 атомом водорода. и 1 метил, 1 этил и 1 пропил, или любую другую комбинацию, о которой вы можете подумать. Другими словами, эта формула представляет все возможные простые алкены:

Первая ступень расширенного окисления

Подкисленный раствор манганата калия (VII) окисляет алкен, разрывая двойную связь углерод-углерод и заменяя ее двумя двойными связями углерод-кислород.

Эти продукты известны как карбонильные соединения , потому что они содержат карбонильную группу C = O. Карбонильные соединения также могут реагировать с манганатом калия (VII), но то, как они реагируют, зависит от того, что присоединено к двойной связи углерод-кислород. Поэтому нам нужно проработать все возможные комбинации.

Если обе присоединенные группы R в продуктах являются алкильными группами

Карбонильные соединения, которые имеют две углеводородные группы, присоединенные к карбонильной группе, называются кетонами.Кетоны не так просто окислить, поэтому дальнейших действий нет. (Но см. Примечание, выделенное красным ниже.) Если бы группы, присоединенные по обе стороны от исходной двойной углерод-углеродной связи, были одинаковыми, то в итоге вы получили бы единственный кетон. Если бы они были разными, вы бы получили смесь двух. Например:

В этом случае вы получите две идентичные молекулы, называемые пропаноном. С другой стороны, если одну из метильных групп в исходной молекуле заменить на этильную группу, вы получите смесь двух разных кетонов - пропанона и бутанона.

Что бы вы получили, если бы по обе стороны от исходной двойной связи углерод-углерод были метильная и этильная группы? Опять же, вы получите единственный кетон - в данном случае бутанон. Если вы не уверены в этом, нарисуйте конструкции и посмотрите.

Этот последний раздел является чрезмерным упрощением. На практике в этих условиях кетоны окисляются раствором манганата калия (VII). Реакция протекает неаккуратно и приводит к разрыву углерод-углеродных связей по обе стороны от карбонильной группы.Манганат калия (VII) - настолько разрушительный окислитель, что его редко используют в органической химии.

Если продукт содержит одну углеводородную группу и один водород

Например, предположим, что первая стадия реакции была:

В этом случае первая молекула продукта имеет метильную группу и водород, присоединенный к карбонильной группе. Это другой вид соединения, известный как альдегид. Альдегиды легко окисляются с образованием карбоновых кислот, содержащих группу -COOH.Итак, на этот раз реакция пойдет на следующую стадию, чтобы получить этановую кислоту, CH 3 COOH.

Структура кислоты была немного изменена, чтобы она больше походила на то, как мы обычно извлекаем кислоты, но в итоге кислород оказался между углеродом и водородом. Таким образом, общий эффект манганата калия (VII) на этот вид алкена составляет:

Очевидно, если бы к обоим атомам углерода на концах двойной углерод-углеродной связи был присоединен атом водорода, вы бы получили две молекулы карбоновой кислоты, которые могли бы быть одинаковыми или разными, в зависимости от того, были ли одинаковые алкильные группы. или другое.

Поиграйте с этим, пока не будете довольны. Нарисуйте несколько алкенов, каждый из которых имеет водород, присоединенный к обоим концам двойной углерод-углеродной связи. Меняйте алкильные группы - иногда одинаковые на каждом конце двойной связи, иногда разные. окислите их, чтобы образовались кислоты, и посмотрите, что у вас получится.

Если продукт содержит два атома водорода, но не содержит углеводородной группы

Вы, возможно, ожидали, что это приведет к образованию метановой кислоты, как в уравнении:

Но это не так! Это потому, что метановая кислота также легко окисляется раствором манганата калия (VII).Фактически, он полностью окисляет его до двуокиси углерода и воды. Таким образом, уравнение в таком случае может быть, например:

Точная природа другого продукта (в данном примере пропанона) будет варьироваться в зависимости от того, что было присоединено к правому атому углерода в двойной связи углерод-углерод. Если бы на обоих концах двойной связи было два атома водорода (другими словами, если бы у вас был этен), то все, что вы получили бы, - это углекислый газ и вода.

Пример

Работа с результатами поможет вам определить структуру алкена.Например, алкен C 4 H 8 имеет три структурных изомера:

Определите, какие из них дали бы каждый из следующих результатов, если бы их обрабатывали горячим концентрированным раствором манганата (VII) калия.

  • Изомер А дает кетон (пропанон) и диоксид углерода.
  • Изомер B дает карбоновую кислоту (пропановую кислоту) и диоксид углерода.
  • Изомер C дает карбоновую кислоту (этановую кислоту).

РЕШЕНИЕ

Кислоты образуются, когда атом водорода присоединен хотя бы к одному из атомов углерода в двойной связи углерод-углерод.Поскольку в C имеется только один продукт, алкен должен быть симметричным относительно двойной связи. Это бут-2-ен. Если у вас есть два атома водорода на одном конце связи, это приведет к образованию двуокиси углерода. A - это 2-метилпропен, потому что другая молекула - кетон. B должен быть бут-1-еном, потому что он производит диоксид углерода и кислоту.

.

Получение алкенов, реакции, физические свойства

Когда между атомами углерода есть двойные связи, эти соединения вводятся как алкены. или олефин. Из-за наличия двойных связей, алкен считается ненасыщенные углеводороды. Каждый алкен содержит одну или несколько двойных связей между двумя атомами углерода. Общая формула алкена: C n H 2n . (N = 2,3,4.....)

Примеры и названия алкенов по ИЮПАК

Общая формула алкенов - C n H 2n [n = 2,3,4 ....]

Пример: если n = 3;
Соответствующий углеводород: C 3 H 2 * 3 = C 3 H 6

Какой самый простой алкен

Простейший алкен содержит только два атома углерода.Согласно общей формуле алкена, количество атомов водорода четыре в простейшем алкене. Следовательно, этен (C 2 H 4 ) является простейший алкен.

Физическое состояние алкенов при комнатной температуре
  • Первые 3 алкена - газы.
  • Алкены, содержащие от 5 до 18 атомов углерода, являются жидкостями.
  • Более 18 атомов углерода в алкенах являются твердыми веществами.

Температуры плавления и кипения алкенов

Алкены

имеют более высокие температуры плавления и кипения, чем соответствующие алканы.
Алкены имеют пи (Π) связь в двойной связи. Связи Pi (Π) более поляризуемы, чем сигма (σ) связи. Следовательно, межмолекулярные силы сильнее, чем алканы.
Температуры кипения и плавления увеличиваются с увеличением молекулярной массы.

Изомерия алкенов

Геометрическая изомерия - важный случай изомерии, который мы изучаем в алкенах из-за двойной связи алкенов. Другие случаи изомерии, такие как оптическая , также могут существовать случаи изомерии цепи и положения.

Структурные изомеры алкенов

Изомеры цепи и положения представлены алкенами как структурные изомеры.


Структурные изомеры бутена

Геометрическая изомерия 2-бутена

В 2-бутене имеются две геометрические изомерии.

Геометрическая изомерия C 5 H 10

Структуры геометрической изомерии для представлены ниже.

Изучите рисунок. Вы можете видеть, что углерод номер 2 в молекуле A имеет две разные группы: -CH 3 и -H. Если мы поменяемся местами что две группы мы получаем новое соединение. Физические и химические свойства A и B различны. Структура - цис-изомерия и B представляет собой транс-изомерию.

Гибридизация алкенов


Гибридизация этена

Этен имеет только два атома углерода, которые связаны двойной связью. Каждый атом углерода имеет три атома водорода. При рассмотрении одного атом углерода, он имеет три σ-связи и одну Π-связь. Следовательно, гибридизация этого углерода представляет собой sp 3 .

Гибридизация пропена

Источники алкенов

Многие важные промышленные алкены получают из нефти.Нефть нагревается до очень высокой температуры. Затем молекулы нефти подвергаются термолизу. Эти алкены превращается в другие важные соединения.

Приготовление алкенов

Алкены получают несколькими способами в разных условиях.
  1. Нагревание алкилгалогенидов спиртовым калием (КОН).
  2. Получение алкена из алкина.
  3. Получение алкена из спиртов.

Получение алкена с помощью алкилгалогенидов спиртовым калием (КОН).

Молекула H-X удаляется из алкилгалогенида с образованием алкена. Нагретый KOH действует как щелочь и удаляет атом H, который связан с атомом C, который примыкает к Br, связанному с C.

Получение алкена из алкина

Алкины восстанавливаются до алкенов с использованием катализатора Линда (частично дезактивированный палладий-угольный катализатор). с ядом, например соединениями серы или хинолином) и водородом (H 2 )

Получение алкена из спиртов

Спирты нагревают серной или фосфорной кислотой примерно до 443 К.

Получение алкенов из спиртов

Спирты нагреваются безводным оксидом алюминия (Al 2 O 3 )

Реакции алкенов

Алкены проявляют различные реакции, например виды реакций определяются в соответствии с механизмами реакций. Причина характерных реакций алкена - двойная облигация.Сильная связь σ и слабая связь входят в двойную связь. Два электрона связи прикреплены очень легко. Следовательно, эти Π электроны более подвижны, чем σ-электроны. По этой причине Π электронов легко поляризуется чем σ электронов реагентами

  • Реакции восстановления
  • Реакции окисления
  • Электрофильные аддитивные реакции
Электрофильные аддитивные реакции алкенов

Область двойной связи имеет высокую электронную плотность.Поэтому алкены соблазняются вступать в реакцию с электрофилами (положительно заряженными или нейтральные виды). Слабая связь Π легко разрывается, и реагент добавляется через двойную связь. Такого рода реакции определяются как электрофильные аддитивные реакции

Реакция алкенов и галогенов

Галогены (особенно Cl 2 и Br 2 ) реагируют с алкенами и образуют производные дигалогена


Устойчивость карбокатиона в промежуточных состояниях реакций

Carbocations держит положительный заряд.Карбокатионы образуются как промежуточные соединения в реакциях. Если плотность положительного заряда низкая, этот карбокатион показывает некоторую стабильность. Плотность положительного заряда зависит от количество других алкильных групп, находящихся вокруг положительно заряженного атома углерода, и состояние этих алкильных групп. Алкильные группы (CH 3 CH 2 -, CH 3 -) могут выделять электроны.

  • Следовательно, алкильные группы могут снижать положительный заряд карбокатиона.
  • Также, когда количество алкильных групп увеличивается, положительный заряд карбокатиона уменьшается.

Этот карбокатион стабильности карбокатиона полезен, когда мы изучаем некоторые реакции алкенов. Некоторые примеры присоединение галогеновых кислот к алкенам, гидратация алкенов.


Механизм реакции алкенов и галогенов

Присоединение галогенов к алкенам представляет собой реакцию электрофильного присоединения.Как обычно, Молекулы галогенов (Cl 2 , Br 2 ) не являются электронодефицитными соединениями. Но из-за более высокого электронная плотность двойной связи алкенов, молекула галогена поляризуется. Самый закрытый атом Молекула галогена по двойной связи заряжается положительно, а другой атом галогена заряжается отрицательно. Положительно заряженный атом галогена (атом с дефицитом электронов) реагирует с двойной связью и образует связи с обоими атомами углерода двойной связи.Другая молекула галогена образует ион галогена.

Этен и бром

Циклический ион брома указан в качестве промежуточного продукта. Затем один атом углерода в броме ион атакуется бромид-ионом (Br - ). Тогда связь между Br - и этим атомом углерода образуется и связь бром-углерод в кольце разрывается. В виде продукта образуется дибромид.

Реакция запускается через Br δ + . Br δ + - электрофильный. А это реакция присоединения. Следовательно, эта реакция Реакция электрофильного присоединения .

Алкены и галогеновые кислоты (HCl, HBr, HI)

Алкен симметричный и галогеновые кислоты

Одна часть галогеновой кислоты присоединяется к одному атому углерода (по двойной связи), а другая часть - к другому атому углерода.

Алкен несимметричный и галогеновые кислоты
Присоединение галогенокислот к несимметричным алкенам (правило Марковникова)

отрицательная часть дополнения (здесь Cl, Br, I) соединяется с атомом углерода, который несет меньшее количество атомов водорода а положительная часть (H) идет к атому углерода, у которого больше атомов водорода.

Антимарковское правило

Когда HBr (HF, HCl и HI не проявляют этого эффекта) добавляют к несимметричному алкену в присутствии органических пероксидов, реакция протекает противоположно правилу Марковникова.
Это означает, что Br соединяется с атомом углерода, который несет большее количество атомов водорода, а H переходит к другому атому углерода.

Другие примеры присоединения галогенов к алкенам

Механизм реакции алкенов и галогеновых кислот

Эта реакция происходит в два этапа.


Механизм взаимодействия этена и бромистого водорода

Во-первых, H электронодефицитная часть галогена кислота, добавляется к π связи алкена.Между тем связь HBr разрывается, и оба электрона в связи смещается к атому брома. Эта реакция происходит медленно.

Образованный карбокатион очень реакционноспособен. Нуклеофил Br - может отдавать два электрона атому углерода в карбокатион. Это второй этап реакции, и он происходит быстро.

Алкен и сильный окислитель

Когда алкены реагируют с сильными окисляющими реагентами, такими как кислый перманганат калия (H + / KMnO 4 ), кислый дихромат калия (H + / K 2 Cr 2 O 7 ) двойная связь между атомы углерода разрушены.Разорванные атомы углерода (в двойной связи) будут окислены. Карбоновые кислоты или диоксид углерода образуются в соответствии с положением двойной связи. одинарные связи между атомами углерода остаются неизменными в углеродной цепи.

Реакция пропена и кислого перманганата

Гидратация алкенов - H 2 Присоединение O к алкенам

Все алкены реагируют с разбавленной H 2 SO 4 и дают спирты.Это гидратация. Молекула H 2 O присоединяется через двойную связь и дает первичные, вторичные титровые спирты. Гидратация алкенов также определяется правилом Марковникова .

Механизм реакции алкенов и серной кислоты

Сначала к алкену добавляют атом водорода (протон), чтобы получить карбокатион в качестве промежуточного продукта. Два карбокатионы образуются в этой реакции.По стабильности карбокатион , самый стабильный карбокатион образует больше, чем другой карбокатион.

Следовательно, третичный карбокатион образует больше. Затем карбокатион атакуется молекулой воды. вода молекула может выступать как нуклеофильная, потому что атом кислорода в молекуле воды имеет две неподеленные пары электроны. Поэтому электронная плотность кислорода высока. После установления связи между атомом кислорода и атомом углерода атом кислорода получает положительный заряд.

Наконец, протон отделяется от иона, и в качестве продукта выделяется спирт.

Если рассматривать полную реакцию, на начальной стадии используется протон. Но на последнем этапе высвобождается протон. очередной раз. Следовательно, в этой реакции в качестве катализатора используется H 2 SO 4 . Когда нет кислоты, чтобы обеспечить протон, реакция не происходит. Добавляется часть молекулы воды (H и OH) к двойной связи.Следовательно, эта реакция является реакцией гидратации.

Окисление алкенов

Получение диола - реакция алкенов с холодным разбавленным щелочным раствором перманганата калия

Когда алкены реагируют с разбавленным щелочным раствором перманганата калия (OH - / KMnO 4 ) две группы -ОН присоединены к двум атомам углерода двойной связи.Также марганец диоксида (MnO 2 ) образуется осадок коричневого цвета. Например этилен (CH 2 = CH 2 ) превращается в этиленгликоль (HO-CH 2 -CH 2 -OH).

Природные источники алкенов

Алкены содержатся в ароматических маслах растений. Лимонен входит в состав лимона и апельсина ароматические масла. Полиизопрен - это алкен, входящий в состав резины.В скипидаре есть α - пинен.

Алкены в промышленности и в быту

Этилен производит полиэтилен, диоксид этилена, оксид этилена, винилхлорид. Полимеризация из этих соединений производятся очень важные промышленные искусственные полимеры. Этанол, ацетальдегид и уксусная кислота производятся этеном.
Полипропилен, акрилонитрил, оксид пропилена и кумол получают из пропена.

Производство полимеров с использованием алкенов

Для получения полимеров используется много алкенов. Эти полимеры очень полезны в наших бытовых целях.

Алкены Вопросы, проблемы и ответы

Наша цель - подготовить вопросы об алкенах, как они приготовлены, реакции алкенов, изомерия, названия алкенов IUPAC.Мы представляем проблемы как вопросы для сочинения и вопросы MCQ.


Какие продукты образуются при реакции алкенов с перекисью водорода?

Пероксид водорода добавляют к алкенам с образованием гликолей.

Реакция этилена и пероксида водорода

Вопрос 1

Синтез пропан-1,2-диола из 2-бромпропана

Ответ

Пропан-1,2-диол включает две -ОН группы.Диолы могут быть получены из алкенов реакцией алкенов и OH - / KMnO 4 . Также его можно приготовить из нимба углерода. Но два атома галогена должны существовать и находиться на двух атомах углерода. Изучите фигуру как получают алкен из галогеналкана и некоторые реакции алкенов.


Показать ответ Скрыть ответ

Вопрос 2

Идентифицировать изомризмы алкенов по реакциям

A - алифатическое органическое соединение.Его молекулярная формула: C 5 H 10 . Когда A обрабатывают разбавленной H 2 SO 4 , получается B. B не проявляет оптической изомерии. B мгновенно дает мутный раствор с NaOH (водн.) . A дает C, когда A реагирует с Br 2 / CCl 4 . C имеет атом углерода, который демонстрирует оптическую изомерию.
Определите различные соединения для A, Напишите имена ИЮПАК A

Ответ

Когда мы рассматриваем молекулярную формулу C 5 H 10 , мы можем идентифицировать это как алкен.Общая формула алкена с молекулярной формулой C n H 2n . Следовательно, когда n = 5, молекулярная формула C 5 H 10 Согласно известному нам вопросу, A реагирует с разбавленным H 2 SO 4 и Br 2 / CCl 4 . Алкены реагируют с H 2 SO 4 и HBr. Итак, мы можем доказать, что A - алкен.

Покажи ответ Скрыть ответ

Вопрос 3

Добавление HBr в алкены

Каковы основные и второстепенные продукты при следующей реакции алкена с HBr

Добавление HBr к алкенам решено Марковниковым правило.Но в этом примере мы видим, что нет атомов H, связанных с C атомы, которые существуют в двойной связи. Итак, мы должны сначала найти, где атом H (в молекуле HBr) будут связаны? Поэтому рассмотрим механизм добавления HBr в алкены.

может быть два промежуточных соединения (карбокатион).Если один промежуточный соединение более стабильно, чем другое промежуточное соединение, стабильное в основном образует промежуточные соединения.

Индуктивный эффект

Алкильные группы, такие как -CH 3 , -CH 2 CH 3 может высвобождать электроны, и когда цепь C становится длиннее, индуктивная эффект (высвобождение электронов) увеличивается.Поэтому индукционные эффекты различных алкильных групп изменены, как показано ниже.

Итак, мы можем понять, плюс заряд промежуточного соединения i низкий. Так что больше стабильнее, чем другие карбокатионы. Поэтому основной продукт дается в соответствии с самое стабильное промежуточное соединение.


Показать ответ Скрыть ответ .

Oxidation of Alkenes Chemistry Tutorial

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Окисление алкенов в условиях умеренного окисления Примеры

Мягкие окислительные условия присутствуют, когда окислителем является холодный (комнатная температура) щелочной раствор (OH - (водн.) ) перманганата калия (KMnO 4 )

Мягкое окисление алк-1-енов (1-алкенов) дает алкан-1,2-диол (часто называемый просто диолом).

Примеры мягкого окисления алк-1-енов включают:

  • этен (этилен) в этан-1,2-диол (этиленгликоль)
  • бутан-1-ен (1-бутен) в бутан-1,2-диол (1,2-бутандиол)

Мягкое окисление алк-2-енов (2-алкенов) дает алкан-2,3-диол (2,3-алкандиол).

Примеры мягкого окисления алк-2-енов включают:

  • бутан-2-ен (2-бутен) в бутан-2,3-диол (2,3-бутандиол)
  • пент-2-ен (2-пентен) в пентан-2,3-диол (2,3-пентандиол)

Поскольку мягкое окисление алкенов приводит к присоединению двух гидроксильных (ОН) групп через двойную связь, эти реакции также обычно называют реакциями гидроксилирования.

алк ен слабое окисление
алк анэ диол
H
|
H
|
R− С = С R ′
MnO 4 - / OH - (водн.)

холодный
H
|
H
|
R− C− С R ′
|
ОН
|
ОН

Пример мягкого окисления алкена: гидроксилирование этена (этилена)

Гидроксилирование этена (этилена), CH 2 = CH 2 , с использованием холодного щелочного раствора перманганата калия дает этан-1,2-диол (1,2-этандиол или этиленгликоль).

Этот синтез этан-1,2, -диола из этена показан ниже:

eth ene
(этилен)
промежуточное соединение
(циклический неорганический эфир)
eth ane -1,2-di ol
(этиленгликоль)
диоксид марганца
(твердый)
H
|
H
|
H− С = С −H
MnO 4 -

25 o C
H
|
H
|
H− С С −H
|
O
|
O
/
Mn
// \
O O
ОН -

H
|
H
|
H− С С −H
|
ОН
|
ОН
+ MnO 2 (т)
бесцветный
реактив
фиолетовый
реагент
бесцветный
органический продукт
коричневый
побочный продукт

Пример мягкого окисления алкена: гидроксилирование бутена-2 (2-бутена)

Гидроксилирование бутан-2-ена (2-бутена), CH 3 -CH = CH-CH 3 , с использованием холодного щелочного раствора перманганата калия дает бутан-2,3-диол (2,3-бутандиол) .

Этот синтез бутан-2,3-диола из бутан-2-ена показан ниже:

бутен-2- ен
(2-бутен)
средний
но анэ -2,3-ди ол
(2,3-бутандиол)
диоксид марганца
(твердый)
H
|
H
|
H
|
H
|
H− С С = С С −H
|
H
|
H
MnO 4 -

25 o C
H
|
H
|
H
|
H
|
H− С С С С −H
|
H
|
O
|
O
|
H
/
Mn
// \
O O
ОН -

H
|
H
|
H
|
H
|
H− С С С С −H
|
H
|
ОН
|
ОН
|
H
+ MnO 2 (т)
бесцветный
реактив
фиолетовый
реагент
бесцветный
органический продукт
коричневый
побочный продукт

Окисление алкенов в условиях сильного окисления

Сильные окислительные условия представлены использованием горячего концентрированного раствора перманганта калия (KMnO 4 (водный) ).

В этих условиях двойная связь (C = C) в алкене разрывается.

Продукты сильного окисления алкенов могут включать диоксид углерода, воду, алканоны (кетоны) и алкановые кислоты (карбоновые кислоты), в зависимости от расположения двойной связи в молекуле алкена.

Примеры ниже показывают сильное окисление

  • этен (этилен) в двуокись углерода (CO 2 ) и воду (H 2 O)
  • пропен (пропилен) в уксусную кислоту (этановую кислоту), диоксид углерода и воду
  • 2-метилпропен (2-метилпропилен) в ацетон (пропан-2-он), диоксид углерода и воду

Пример сильного окисления алкена: сильное окисление этена (этилена)

Окисление этена (этилена), CH 2 = CH 2 , с использованием горячего концентрированного раствора перманганата калия дает диоксид углерода и воду.

Синтез диоксида углерода и воды в результате сильного окисления этена показан ниже:

eth ene
(этилен)
промежуточное соединение
(2 × муравьиная кислота)
(2 × метановая кислота)
промежуточное соединение
(2 × угольная кислота)
диоксид углерода
+ вода
H
|
H
|
H− С = С −H
конц.MnO 4 -

тепло
H
|
H
|
HO− С + С -OH
||
O
||
O
конц.MnO 4 -

тепло
OH
|
OH
|
HO− С + С -OH
||
O
||
O
конц.MnO 4 -

тепло
CO 2 + H 2 O
бесцветный
реактив
фиолетовый
реагент
бесцветный
товаров

Пример сильного окисления алкена: сильное окисление пропена (пропилена)

Окисление пропена (пропилена), CH 2 = CH-CH 3 , с использованием горячего концентрированного раствора перманганта калия дает диоксид углерода, воду и уксусную кислоту (этановую кислоту).

Этот синтез уксусной кислоты (этановой кислоты) из пропена (пропилена) показан ниже:

prop ene
(пропилен)
промежуточное звено
(ацетальдегид)
(eth и al )
+ промежуточное звено
(формальдегид)
(мет и al )
H
|
H
|
H
|
H− С С = С −H
|
H
конц.MnO 4 -

тепло
H
|
H
|
H− С С = O
|
H
+
H
|
O = С −H
MnO 4 - MnO 4 -
продукт: уксусная кислота
(этан oic acid )
промежуточное соединение: муравьиная кислота
(метан oic кислота )
H
|
OH
|
H− С С = O
|
H
OH
|
O = C− H
MnO 4 -
промежуточное соединение (угольная кислота)
OH
|
O = C− OH
MnO 4 -
продуктов (диоксид углерода и вода)
CO 2 + H 2 O

Пример сильного окисления алкена: сильное окисление 2-метилпропена

Окисление 2-метилпропена, CH 3 -C (CH 3 ) = CH 2 , с использованием горячего концентрированного раствора перманганата калия дает ацетон (пропан-2-он), диоксид углерода и воду.

Этот синтез ацетона (пропан-2-она) из 2-метилпропена показан ниже:

2- метил проп ен продукт: ацетон
(проп и один )
+ промежуточное звено: формальдегид
(мет и и )
H
|
CH 3
|
H
|
H− С С = С −H
|
H
конц.MnO 4 -

тепло
H
|
CH 3
|
H- С C = O
|
H
+
H
|
O = С −H
MnO 4 -
ацетон (пропанон) также можно записать как
:
промежуточное соединение: муравьиная кислота
(метан oic кислота )
O
||
Канал 3 - С СН 3
OH
|
O = C− H
MnO 4 -
промежуточное соединение (угольная кислота)
OH
|
O = C− OH
MnO 4 -
продукты: диоксид углерода и вода
CO 2 + H 2 O
.

Смотрите также