Telítetlen szénhidrogének

Telítetlen szénhidrogének

Előadó: Léránt István

A prezentációt dr. Bak Judit készítette, kiegészítés: Léránt István

Olefinek

A kettős kötéseket tartalmazó (telítetlen) szénhidrogéneket

olefineknek vagy alkéneknek nevezzük.

összegképlet: CnH2n

--kötést alkotó szénatomjai sp2 hibridállapotban

vannak.

Fizikai tulajdonságok

Alkánokhoz hasonló Molekulatömeg függő Gáz

– Etilén - etén– Propilén - propén– butilén – butén

Cseppfolyós– C9-C15

Szilárd– C16-tól

-C=C- kötéshossz: 133 pm, kötési energia 100 kcal/mól

Előállítás

Alkánokból dehidrogénezéssel Vicinális dihalogén-származékból

– Zn, Cu Alkohol - vízelvonás

R1 CH CH R2

Br Br

Zn R1 CH CH R2 ZnBr2+ +NaI

R1 CH CH2 R2

OH

R1 CH CH R2 OH2+

HH22CC CHCH22 HH22CC CHCHCHCH33

etén (etilén)etén (etilén) propénpropén

Alkének nomenklatúrája

HH22CC CHCHCHCH22CHCH33

1-butén1-butén

1.) Válasszuk ki a leghosszabb el nem ágazó láncot.

2.) Nevezzük el a molekulát az azonos C-atomszámú alkánok nevéből levezetve az -án végződés helyébe -én végződést helyettesítve.

3.) A telítetlen kötés helyét számozás segítségével határozzuk meg. A számozást azon a C-atomon kezdjük el, amelyhez legközelebb van a telítetlen kötés.

HH22CC CHCHCHCH22CHCH33 1-butén1-butén

Alkének elnevezéseAlkének elnevezése

Ha szubsztituent is tartalmaz a vegyület, meg kell határozni a helyét számozással.

A kettős kötés (rangban) elsőbbséget élvez az alkil csoporttal, vagy halogénekkel szemben az alapváz számozásánál.

Például:4-bróm-3-metil-1-butén

HH22CC CHCHCHCHCHCH22BrBr

CHCH33

Alkének elnevezéseAlkének elnevezése

metilén

etenil (vinil)

2-propenil (allil)

1-metil-vinil

(izoprenil)

CHCHHH22CC

HH22CC CHCHCHCH22

HH22CC CCHCCH33

HH22CC

Alkenil csoport

Cikloalkén

A kettős kötést tartalmazó gyűrűs vegyületek a cikloalkének.

CiklohexénCiklohexén

Nevezéktan

CH2

CH2

CH CH2

Metilén csoport

Vinil csoport

3-metilén-ciklohexén

3-vinil-1,5-hexadién

Cl

Br

BrCH

3

Cl

Br

BrCH

3

3-bróm-4-metil ciklopentén

6-klór-5-metil-2--hexén

Nevezéktan

Több kettős kötést tartalmazó alkének:

• 2 C=C dién• 3 C=C trién• 4 C=C tetraén

Br

3-bróm-2,4,6-oktatrién

Az alkének szerkezete:etén (etilén)

kötésszögek: H-C-H = 117°

H-C-C = 121°kötés távolságok: C—H = 110 pm

C=C = 133 pm

A molekula sík alkatú, a A molekula sík alkatú, a

molekulát felépítő mind molekulát felépítő mind

a hat atom azonos síkbana hat atom azonos síkban

helyezkedik el.helyezkedik el.

Etilén szerkezete

(-C-C-) = 154 pm

A kötések váza C-atomok sp2 hibrid állapotúak

Kötések az etilén molekulában

A C-atom harmadik p-pályája nem vesz részt a hibridizációban, változatlanul marad és a hibrid pályák síkjára merőlegesen helyezkedik el.

Etilén szerkezete

A kötést létesítő elektronpár az atomok síkja alatt és felett helyezkedik el.

Etilén szerkezete

-kötés az etilénben

Izoméria Izoméria

Konstitúciós izomériaKonstitúciós izoméria SztereoizomériaSztereoizoméria

CC44HH8 8 összegképletű alkének lehetséges izomériáiösszegképletű alkének lehetséges izomériái

2-metil-propén2-metil-propén1-butén1-butén

cisz-cisz-2-butén2-butén transz-transz-2-butén2-butén

CC CC

HH

HH HH

CHCH22CHCH33

HH33CC

CC CC

CHCH33

HH

HHHH

CHCH33

CC CC

HH33CC

HH

CC CC

HH

HHHH33CC

HH33CC


cisz-cisz-2-butén2-butén

CC CC

HH

HH HH

CHCH22CHCH33

HH

CHCH33

CC CC

HH33CC

HH

CC CC

HH

HHHH33CC

HH33CC

Konstitúciós izomerekKonstitúciós izomerekKonstitúciós izomerekKonstitúciós izomerek


transz-transz-2-butén2-butén

CC CC

HH

HH HH

CHCH22CHCH33

HH33CC

CC CC

CHCH33

HH

HH

CC CC

HH

HHHH33CC

HH33CC

Konstitúciós izomerekKonstitúciós izomerek

cisz-cisz-2-butén2-butén transz-transz-2-butén2-butén

HH33CC

CC CC

CHCH33

HH

HHHH

CHCH33

CC CC

HH33CC

HH

SztereoizomerekSztereoizomerek

Cisz-transz izoméria

Cisz izoméria:Cisz izoméria: ha a két ha a két

szubsztituens a szabad rotációbanszubsztituens a szabad rotációban

gátolt pillératomok azonos oldalángátolt pillératomok azonos oldalán

helyezkednek el.helyezkednek el.

Transz izoméria:Transz izoméria: ha a két ha a két

szubsztituens a szabad rotációbanszubsztituens a szabad rotációban

gátolt pillératomok ellenkezőgátolt pillératomok ellenkező

oldalán helyezkednek el.oldalán helyezkednek el.

ciszcisz-2-butén-2-butén transztransz-2-butén-2-butén

van der Waals kötés alakul ki van der Waals kötés alakul ki

a cisz-metil csoportok közötta cisz-metil csoportok között

Cisz-transz-2-butén sztereoszerkezete

transztranszciszcisz

Az alkének sztereoizomerei közötti interkonverzióAz alkének sztereoizomerei közötti interkonverziónem lehetséges,nem lehetséges,

csak a kettős kötés “eltörésével”.csak a kettős kötés “eltörésével”.


transztranszciszcisz


energetikai állapota

Amennyiben a pillératomok azonos oldalán találhatók

a rangosabb szubsztituensek (cisz-izomer analógia)

Z-izomerről, ha viszont ellentétesen (transz-izomer

analógia) E-izomerről beszélünk.

E (entgegen =ellentétesen), Z (zusammen =

együtt) izoméria alkéneknél

Br

C

H

C

Cl

CH3

Br

C

H

C

CH 3

Cl

Z-izomer E-izomer

Acetilén

- sp hibridállapotú C-atomok- hármas kötés (, , )

H C C H1.06 A

o

o180

Acetilén

Alkének reakciói:addiciós készség

A reakció során az olefin a reagenssel úgy lép kapcsolatba,

hogy ezek egymással egyesülnek, egyetlen termék

keletkezik.

+ + AA——BBCC CC AA CC CC BB

Alkének reakciója: Addició

Kétféle addiciós utat különböztetünk meg:

1.) gyökös mechanizmusú addició (AR),

2.) elektrofil addició (AE)

Alkének reakciói:gyökös mechanizmusú

addició AR

+ H—H+ H—H

exotherm H° = –136 kJ/mol

katalizátor: Pt, Pd, Rh, Ni

CC CC HH CC CC

HH HH

HH HH

HH

HH

HH

HH

HH

Etilén gyökös mechanizmusú hidrogénaddiciója (AR)

H H CC CCAA

BB

XX

YYH H

A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa

H

CC CCAA

BB

XX

YY

H H H


H

H H HCCCC

AABB

XXYY

A katalitikus hidrogénaddició

mechanizmusa

H

H H HCCCC

AABB

XXYY


H H

H

CCCC

AABB

XXYY

H


mechanizmusa

H HH

CCCC

AABB

XXYY

H


mechanizmusa

A hidrogénaddició sztereokémiája

szünszün addició addició antianti addició addició

Két térbeli (sztereokémiai) aspektusa van az

alkén hidrogénaddiciójának

Hidrogén addició sztereokémiája

+ + HH——HHCC CC

HH

CC CC

HH

szün addiciószün addició

COCO22CHCH33

COCO22CHCH33

(100%)(100%)

HH22,, Pt Pt

Példa: “szün” addició

COCO22CHCH33

COCO22CHCH33

HH

HH

Alkének reakciói:elektrofil addició AE

Reakciók

Halogén addició Hidrogénhaloid (HCl,HBr) addició Kénsav addició

Általános ismeretek az AE mechanizmusáról Az addiciót a kation kezdeményezi A+

kötés a támadás célja (az alkén Lewis bázisként viselkedik),

kialakul a karbokation, ami pozitív töltésű átmeneti ion, Lewis savként képes viselkedni, a karbokationt kedvezőtlen állapota miatt B -támadja, B- saját elektronpárjának felhasználásával kötést létesít a második C-atommal

R

CR

C

R

R

A B

R

CR C+

R

RA

B

R C C R

R

B

R

A

Halogén addició(Br2,Cl2)

Elektrofil addició

Elektrofil reagensek: Br2 és Cl2

– Általánosan ábrázolva:

– Példa:

– Példa:

C C + C C

X XX2

+ CH3 CH CH CH3

BrBr

Br2CH3CH CHCH3

CH3 + Cl2

CH3

Cl

Cl

C C

Cl

kötés

Cl

-kötés hasad

+

komplex komplex kialakulása

• Átmneneti állapot kialakulásának energia profilja

Átmeneti állapot

Elektrofil addició első lépése

Elektrofil addició

Elektrofil reagens:Br2

C C C C

BrC

Br

C

Br

BrBr

Brciklikus szerkezetű “ komplex”

BrBr

Br

Br Br

Br

Transz addició

Hidrogénhaloidok addiciója

(HCl, HBr, HI)

Átmeneti aktiválási komplex kialakulásaÁtmeneti aktiválási komplex kialakulása

C C

H

ClCl-

+C C

H

H+

C C

C C

H

C C

H

Cl

Karbokation (átmeneti állapot)

Hidrogén halogenidek addiciója HX= HCl, HBr,HI

CH2 CH2CH2 CH2 H

CH2 CH2 H CH2 CH2 H

X

1)+

+

slow

+2)

_ fast

+

+

H

X

Példák:Példák:

CH3

+ HCl

CH3

Cl

CH2

+ HCl

CH3

Cl

CH CH2 CH CH3

Cl+ HCl

MarkovnyikovMarkovnyikov

Markovnyikov

1838-1904

Nem Markovnyikov

Markovnyikov- szabály:A H+ ahhoz a C-atomhoz kapcsolódik, aminek több hidrogénje volt, a halogén anion (Cl-) a magasabbrendű C-atomhoz kötődik.

Magyarázat: az alacsonyabb C-atomot tartalmazó karbokation kialakulásának aktiválási energiája alacsonyabb, mint a magasabbrendűé, igy reakciókinetikailag ennek a képződése kedvezőtlen

R CH CH2R CH CH2 H

R CH CH2 H R CH CH2 H

Br

1)+

+

slow

+2)

_ fast

+

+

H

Br

Markovnyikov-szabály

Mechanizmus:

A reakció a stabilabb intermedier karbokationon keresztül valósul meg.

CH3 CH CH2

CH3 CH CH3

CH3 CH2 CH2

H Br BrBr

Br Br

2º carbocationmore stable

1º carbocationless stableinstabil

stabil karbónium

Markovnyikov-szabály

HBr elektrofil addiciójának energia profilja:

+ HBr

Br

Bralacsonyabb Ea

Br

Br

Kénsavaddició, vízaddició

Elektrofil addició:

Elektrofil reagens:H2SO4

C C + H2SO4 C

H

C

OSO3H

C

H

C

OHH2O

alkohol

H2SO4 H2O

OSO3H OH

Markovnyikovorientáció

Elektrofil reagens:H2SO4

Példa:

C C + H2OH+

C

H

C

OH

OHH2O

H2SO4

OH2 OHH+ H2O -H+

-H+ -H2O H+

Alkének oxidációja

Oxidáció

1. Az oxidálószer erősségétől és a kettős kötések számától és elhelyezkedésétől függ, hogy milyen termék keletkezik.

CH2=CH2 + H2O2 HO-CH2-CH2-OH

Etilén etilénglikol

R-CH=CH-R’ +4O R-COOH + R’-COOH

olefin karbonsav karbonsav

Oxidáció

R2-C=CH-R’ +3O R-CO-R + R’-COOH

olefin keton karbonsav

R2C=C-R’2 R-CO-R + R’-CO-R’

olefin keton keton

Alkén polimerizáció

PolimerizációPolimerizáció

Az alkének szintetikus és természetes polimerek alapja lehetnek (görög eredetű: poly = sok, meros = részek):

C C

H

H

H

H

etilén

n C

H

H

C

H

Hn

Polietilén (PE)


C C

F

F

F

F

Tetrafluoro- etán

n C

F

F

C

F

Fn

Teflon


C C

HH

H

sztirén

n C

H

H

C

H

n

Polisztirol

Alkén polimerekAlkén polimerek

Természetes alapú alkén polimerek.

Kaucsukfa(Hevea brasiliensis)

CAHUCHU

Poli-cisz-izoprén

Természetes polimerTermészetes polimer

C C

CH

2

CH

2

CH

3

Izoprén2-metil-1,3-butadién

n

n

Természetes gumi

H

C C

CH

2

CH

2

CH

3

H

Vulkanizálás

Charles Goodyear 1841

Sir Henry Wickham 1876

Diének

Két kettős kötés Átmenet alkén – poliének között

Diének

1,4-pentadién

Osztályozás: Izolált Konjugált Kummulált

CH2 C CH2

allén (propadién)

1,3-butadién

Diének

1,4-pentadién

Osztályozás: Izolált Konjugált Kummulált

CH2 C CH2

allén (propadién)

1,3-butadién

AllenizomériaOptikai antipódok

1,3-Budadién részleges Br2 addiciója

CH2 CH CH CH2Br2

CH2 CH CH CH2

BrBr

CH2 CH CH CH2

Br Br

+

1,2-dibróm-3-butén

1,4-dibróm-2-butén

1,3-butadién

1,3-butadién HCl addiciója

CH2 CH CH CH2ClH CH3 CH CH CH2

Cl

CH2 CH CH CH3

Cl

+

2-klór-3-butén

1-klór-2-butén

1,3-butadién

Kötéstávolság:Izolált kettőskötésben: 133 pmButadiénben: 137 pm

Kötéstávolság:Egyszeres kötés 154 pmButadién 2,3 C között 147 pm

Delokalizációs energia = 3,6 kCal/mólÉgéshő / elméleti

Acetilén szénhidrogének

Acetilén szénhidrogének

Acetilén - etin Propin 2-butin

Az acetilén előállítása

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Bányászat során használt Davy-féle lámpások (acetilén, benzin)

Лампы для шахт с повышенным содержанием взрывоопасных газов (Г.Дэви, 1815 г.)

Izoprénvázas vegyületek:1.) terpének,2.) karotinoidok

•Izoprénvázasok csoportja:1.) terpének,2.) karotinoidok

CH2=C-CH=CH2

CH3

2-Methyl-1,3-butadiene(Isoprene)

C-C-C-C1 2 3 4head tail

Isoprene unit

Cfejvég

2-metil-butadién Izoprén egység

OHMentol, (2-izopropil-5-metil-1-ciklohexanol)

Terpének

12

34

12

3

4

O

Camphor

Mircén

kámfor

mircén

Karotinoidok: A vitamin

H3C CH3

CH3

CH3 CH3

CH2OH

Documents

Telítetlen szénhidrogének