Непредельные углеводороды: алкены, алкадиены

Молекулы алкенов характеризуются наличием одной двойной связи. Атомы углерода при двойной связи: s и p-связью. Прочность p-связи меньше, чем s-связи, поэтому для алкенов характерны реакции, идущие с разрывом p-связи, т. е характерны реакции присоединения:

гидрирование (присоединения водорода под действием катализаторов - Ni и температуры), галогенирование (присоединение галогенов: F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂), гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов: HF <HCl < HBr < HI), гидратация (присоединение воды).

Присоединение к нессиметричным алкенам полярных реагентов воды, галогеноводородов, серной кислоты и других молекул идет по правилу Марковникова – водород направляется по месту разрыва p-связи к наиболее гидрированному атому углерода:

 Н₃С-СН=СН₂+ НCl ® Н₃С-СНCl-СН₃ (см. влияние электронных эффектов заместителей с. 34)

Присоединение молекул может происходить вопреки правилу Марковникова под действием электроноакцепторных заместителей.

Возможность протекания реакций присоединения привела к развитию химии высокомолекулярных соединений.

Полимеризация – реакция последовательного присоединения молекул с кратной связью, приводящая к получению высокомолекулярного соединения:

Полимеры – высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых имеют большую молекулярную массу, достигающую иногда нескольких миллионов. Полимер представляет собой смесь макромолекул с различной молекулярной массой. Поэтому для полимеров используется понятие «средняя молекулярная масса».

Например, для полиэтилена М_{r ср} –(-СН₂ –СН₂-)_n– = 3 000 000

  Мономер – исходное низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер.

Элементарное (структурное) звено – одинаковые, многократно повторяющиеся звенья в макромолекуле полимера.

Макромолекула – молекула полимера.

макромолекула

Степень полимеризации (n) – число элементарных звеньев в молекуле полимера.

степень полимеризации

структурное звено

nCH₂=CH₂ ^{p, t,кат}   -(– CH₂ – CH₂–)-_n    

                 мономер

 

Для алкенов характерны также реакции окисления, отщепления.

Алкены, как и алканы, являются источником тепловой энергии, в результате горения выделяется большое количество тепла:

 С₂Н₄+3О₂            2СО₂+ 2Н₂О +Q

Характерной особенностью химических свойств алкенов является их легкое окисление. Продукты окисления зависят от окислителя и условий окисления.

Ni,t

Реакцией отщепления (дегидрирования)  из алкенов получают непредельные углеводороды других классов: алкины, алкадиены.

Например,  С₄Н₈ ® С₄Н₆ +Н₂

Алкадиенами называют углеводороды, в молекулах которых содержатся две двойные связи.

Для алкадиенов наибольшее значение получили реакции полимеризации. Продуктами полимеризации диеновых углеводородов являются каучуки (эластомеры) имеющие высокие водоотталкивающие и эластичные свойства. Они получили применение в производстве одежды и обуви.

n СН₂=СX-СН=СН₂ + катализатор ® -[-Н₂С-СX=СН-СН₂-]_n-

        ^{мономер                                                                                полимер}      

X = H дивиниловый (бутадиеновый) каучук

X = CH₃ изопреновый каучук

X = Cl хлорпреновый каучук (обладает большей устойчивостью к износу, твердостью, поэтому из него производят детали машин и аппаратов).

При вулканизации – нагревании с порошком серы - получают резины, которые обладают высокой механической и термической прочностью.