Radoslav D. Mićić, doc. PhD, Hemija nafte i gasa

Presentation 3.

ACIKLIČNI UGLJOVODONICI

Alkeni (nezasićeni ugljovodonici, olefini)

Alkeni su aciklični nezasideni ugljovodonici u čijim molekulima je prisutna jedna dvostruka (dvojna) veza između ugljenikovih atoma, —C=C—. │ │

Opšta formula alkena je CnH2n. Obrazuju, kao i alkani, homologi niz u kome se svaki slededi alken u odnosu na predhodni razlikuje za ―CH2― grupu, tj. ima jednu više ―CH2― grupu.

Nazivi i izomerija

Pravila za nazive alkena , koja su usvoljena od strane Međunarodnog Saveza za čistu i primenjenu hemiju (IUPAC), su slična pravilima za davanje naziva alkanima:

normalni alkeni

1. nastavak an odgovatrajudeg alkana zamenjuje se nastavkom en,

2. lanac se numeriše od kraja kome je bliža dvostruka veza,

3. naziv normalnog alkena piše se na slededi način: broj atoma C na kome se nalazi dvostruka veza-ime alkena;

1. osnovnim alkenom smatra se najduži lanac u kome se nalazi dvostruka veza, i on se numeriše od kraja kome je bliža dvostruka veza (a ne od kraja kome su bliže bočne grane),

2. pisanje naziva razgranatog alkena vrši se po slededem redosledu: broj atoma C za koji je vezan bočni niz-naziv bočnog niza-broj atoma na kome je dvostruka veza-ime osnovnog alkena. Na primer:

Razgranati alkeni

Pored IUPAC naziva postoje i stari nazivi za alkene,

koji su se još uvek zadržali u upotrebi.

Tako se često koriste nazivi koji se izvode od naziva

alkana tako što se umesto nastavka an stavlja

nastavak ilen. Za razlikovanje izomera koriste se

grčka slova (α, β).

Kod alkena postoji strukturna izomerija

(položajna i izomerija lanaca, položaj dvostruke

veze) i prostorna- geometrijska izomerija i to

Z/E-izomerija.

Z/E izomerija se javlja kada su u molekulu

alkena oba atoma C, povezana dvostrukom

vezom, vezana za 2 različita atoma ili atomske

grupe:

U slučaju da su sa jedne, ili sa dve strane

dvostruke veze isti atomi ili atomske grupe,

nije moguća izometrija.

Formule i nazivi prvih 4 člana homologog

niza alkena (sa izomerima) dati su u dole

navedenoj tabeli 1.

Pri običnim uslovima (25oC i atmosferskom pritisku)

normalni alkeni mogu da budu u svim agregatnim

stanjima: prva 3 alkena (C2-C4) su gasovi, sledeći

ugljovodonici (C5-C16) su tečnosti, a od C17H34 su

čvrste supstance.

Sa povećanjem molske mase (broja C atoma u

molekulu) raste veličina molekula, raste jačina

medjumolekulskih sila, a samim tim i temperature

topljenja i temperature ključanja normalnih alkena.

Rastvorljivost u vodi je jako mala (ali veća od

alkana), a dobro se rastvaraju u nepolarnim

rastvaračima (benzen, etar, hloroform).

Fizičke osobine

Hemijske osobine

Alkeni su znatno hemijski aktivniji od alkana.

Hemijska svojstva alkena određena su prisustvom

dvojne veze (koja se sastoji od 1 σ i 1 π veze)

između dva atoma C, tj; —C=C—

│ │

što predstavlja funkcionalnu grupu, koja određuje

hemijsko ponašanje alkena.

Sve reakcije alkena zavise od prisustva ove

dvostruke veze, a ostatak molekula je inertan.

Dobijanje alkena

1.Dobijanje alkena iz alkana krekingom nafte

U nafti se ne nalaze alkeni, oni se mogu dobiti

samo krekingom, na visokoj temperaturi. Smatra

se da je za kreking minimalna temperatura 873oK

Krekovanje se dešava u više stepeni i reakcija je

lančana.

2. Dobijanje alkena reakcijom eliminacije:

a. Dehidrogenacija alkana: Odvija se na visokoj

temperaturi (723oK) i u prisustvu katalizatora.

Najčešci katalizatori su srebro, hrom oksid i

mešavina gvožđa i molibdena ili vanadijuma

oksida.

b. Dehidrohalogenovanje alkilhalogenida:

Dejstvom jakih alkalija (KOH u etanolu) na alkil-

halogenide, dolazi do eliminacije halogenog i

vodonikovog atoma sa susednog ugljenikovog

atoma, pri čemu nastaje alken

c. Dehalogenovanje vicinalnih dihalogenih

derivata:

Dehalogenovanje vicinalnih dihalogenida je

eliminacija dva atoma halogena iz dihalogenih

derivata alkane.

Halogeni se iz 1,2-dihalogenida uklanjaju

pomoću reaktivnih metala kao što je cink:

H C

H

C

H

H

Br Br

C

H

HC

H

H+ Zn nBr2Z+

HCH3CH2CH2OAl2O3

CH2CH3CH573-673 K

+ HOH

d. Dehidratacija alkohola:

Alkeni se dobijaju dehidratacijom alkohola

pomoću sumporne ili fosforne kiseline na

temperaturi od 200C, ili prevođenjem para

alkohola preko katalizatora, kao što je

aluminijum-oksid, na 350-400C

+ HOH

1-buten (20%)2-buten (80%)

+ CH3 CH2 CH CH2H3C CH CH CH3TH3C CH2 CH2 CH2OH

n-butilalkohol

sec-butilalkohol

+ HOH

1-buten (20%)2-buten (80%)

+ CH3 CH2 CH CH2H3C CH CH CH3370 K

H2SO4(60%)H3C CH2 CH CH3

OH

H2SO4

1. Reakcije adicije

Osnovni tip reakcija u koje alkeni stupaju lako

jesu reakcije adicije, koje su praćene raskidanjem

π veze iz dvostruke veze i nastajanjem 2 nove σ

veze (π veza je slabija od σ veze i zato se ona

raskida):

Najznačajnije reakcije adicije su:

Reakcije alkena

a. adicija vodonika pri kojoj nastaje alkan sa istim brojem

C atoma kao polazni alken

Pt, Pd ili Ni(kataliz.)

CH2 =CH2 + H2 ———————―――→ CH3―CH

eten etan

b. adicija haligena pri kojoj nastaju halogeni derivati

CH2 =CH–CH3 + Br2 ―→ CH2Br–CHBr–CH3

propen 1,2-dibrompropan

Pri ovoj reakciji se koristi bromna voda (vodeni rastvor

broma) koja ima crveno-mrku boju. Nastalo jedinjenje 1,2-

dibrompropan je bezbojno, pa se ova reakcija koristi za

dolazivanje alkena (bromna voda se obezbojava pri reakciji

sa alkenima i služi za dokazivanje nezasićene veze).

Praktično se reakcije halogenovanja svode na reakcije sa Cl

i Br, jer F reaguje suviše burno, a jod gradi nestabilna

jedinjenja.

c. adicija halogenovodoničnih kiselina (HCl, HBr,

HI) se vrši prema tz. Markovnikovljevom pravilu-vodonik

iz halogenovodonične kiseline se adira na C atom koji

ima više H atoma (za koji je vezan veći broj H atoma)

CH2 =CH–CH3 + HBr ―→ CH3–CHBr–CH3

propen 2-brompropan

Lakoća adicije haloenovodoničnih kiselina je po

sledećem redosledu: HI>HBr>HCl>HF.

2. Reakcije alkilovanja Predstavljaju reakcije adicije izoalkana (razgranatih

alkana) na dvostruku vezu alkena . Tako se pri reakciji

izo-butena i izobutana dobija izooktan:

H2C C CH3H2C C CH3

CH3

H3C C CH3

CH3

H

H2C C CH3

CH3

H

H3C C CH3

CH3

H2C C CH3

CH3

H

CH3 C

CH3

CH3

+

Ova reakcija ima primenu u sekundarnoj preradi nafte

radi povećanja oktanskog broja benzina.

Nastali izooktan je vrlo postojan prema detonaciji i ima

najveći oktanski broj 100 (n-heptan ima najmanji

oktanski broj i to 0).

i-buten i-butan i-oktan

2-metilpropen 2-metilpropan 2,2,4-trimetilpentan

3. Reakcije oksidacije

Reakcije oksiudacije alkena vrše se pod dejstvom

različitih oksidacionih sredstava.

Reakcija oksidacije alkena sa rastvorom kalijum

permanganate (KMnO4) u neutralnoj baznoj sredini

(pH>7) na sobnoj temperature teče uz obrazovanje

dvohidroksilnih alkohola:

OH OH

[O] (KMnO4) │ │

R─ CH =CH─R ——―——―→ R─ CH─CH─R

Simbol [O] ne označava atom kiseonika već jedinjenje

koje može da da kiseonik pri reakcijama oksidacije.

Kao rezultat ove reakcije ljubičast rastvora KMnO4 se

obezbojava, a zatim dobija mrku boju zbog izdvajanja

taloga MnO2. Ova reakcija služi za kvalitativno

dokazivanje nezasićene veze (dvostruke veze).

Na visokoj temperature i u prisustvu dovoljne količine

kiseonika vrši se potpuno sagorevaje (oksidacija) alkena

uz nastajanje CO2 i H2O:

C2H4 + 3O2 ―→ 2CO2 + 2H2O

4. Reakcije polimerizacije

Alkeni imaju veliku sklonost za reakcije polimerizacije-

stvaranje veoma velikih molekula (makromolekula) pri

sukcesivnom (jednim za drugim) vezivanju njihovih

molekula –monomera.

Polimerizacija alkena vrši se adicijom jednog molekula

alkena na drugi, pri čemu se dobijaju molekuli velike

molekulske mase

monomer polimer

Nalaženje u prirodi

Alkeni su znatno manje rasprostranjeni u prirodi od

alkana. Mogu da se nađu u manjim količinama u

nafti.

Dobijaju se u naftnim proizvodima tokom prerade