Алкендер. Полиэтилен. Зертханалық жұмыс № 2 «Этиленнің, ацетиленнің, мұнай үлгісінің және бензолдың калий перманганаты және бром/ йод суы ерітінділеріне әсері». Химия, 11 сынып, қосымша материал.

 Қанықпаған көмірсутектер.

 Алкендердің изомериясы, номенклатурасы, алынуы және қасиеттері.

 Қанықпаған көмірсутектер құрамында бір қос байланысы бар көмірсутектер.

 Алкендер – молекула құрамында бір қос байланысы бар, жалпы формуласы С_nН_2n болатын қанықпаған көмірсутектер.

 Алкендердің ең қарапайым өкілі – құрамында екі көміртек атомы бар – этилен С₂Н₄. Алкендердің гомологтық қатары этиленнен басталатындықтан, алкендер этилен қатарының көмірсутектері немесе олефиндер деп те аталады. Алкендердің жалпы формуласын С_nН_2n (n=2) деп есептеп, этиленнің молекулалық формуласын табуға болады: С₂Н_2*2 = С₂Н₄, ықшамдалған құрылымдық формуласы: СН₂ = СН₂.

  Алкендердің құрылысы. Алкендердің құрылысын олардың ең қарапайым мүшесі – этиленнің (этеннің) С₂Н₄ мысалында қарастырамыз. Этилен молекуласындағы көміртек атомының әрқайсысы екі сутек атомымен байланысқан және олар өзара қос байланыс арқылы жалғасқан. Алкендерде көміртек атомдары sp² гибридтенген күйде болады. Этилен молекуласындағы әр көміртек атомының бір s-және екі p-электрон орбитальдары гибридтенуге қатысады. Яғни, әр көміртек атомында үш гибридтенген электрон бұлты және бір гибридтенбеген p-электрон орбиталь болады.

 Үш гибридтенген орбитальдың екеуі сутек атомдарының s-электрон бұлттарымен екі ϭ-байланыс, ал үшінші гибридтенген орбиталь екінші көміртек атомының осындай орбиталімен қалыптасып тағы бір ϭ-байланыс барлығы бес ϭ-байланыс[бір sp² – sp ² (С – С) және төрт sp² – s (С-Н)] түзеді. Гибридтенбеген p-электрон орбитальдары ϭ-байланыстар орналасқан жазықтыққа перпендикуляр орналасып, бір-бірімен жазықтықтың екі жағында (астында және үстінде) қаптасып, екі π-электрондар арасында (С-С) бір π-байланыс түзеді. Яғни этеннің молекуласындағы көміртек атомдары өзара бір ϭ- және π-байланыстар арқылы жалғасады. Қос байланыстың ұзындығы 0,134 нм, байланыс энергиясы 612 кДж/моль болады. π-байланыс ϭ-байланысқа қарағанда әлсіз болады да, реакцияғс түскенде оңай үзіледі.

 Этилен молекуласының құрылысы:

 Алкендердің атаулары мен изомерлері.

 Нормальді алкендерді атағанда көбіне сәйкес алканның -ан жұрнағын -илен жұрнағына алмастырады: этанға сай алкен – этилен, пропанға сай – пропилен және т.б. Халықаралық номенклатура бойынша атағанда, сәйкес алканнның -ан жұрнағы -ен жұрнағына алмастырылады: алкан – алкен, этан – этен, пропан – пропен және т.с.с. Алкендерді халықаралық номенклатура бойынша атауды қарастырайық:1. Алкенннің құрылымдық формуласын қос байланысы бар ең ұзын тізбек таңдап алынады. Тізбекті нөмірлеу қос байланыс жақын орналасқан шетінен басталады. 2. Орынбасар байланысқан көміртек атомының нөмірі көрсетіліп, содан кейін орынбасар аталады. Бірнеше радикал болса, әрқайсысының орны мен аты аталады. 3. Ұзын тізбек аталады да, атаудың соңында қос байланысы бар көміртек атомының нөмірі көрсетіледі:

  1 2 3 4 5 6 СН₂= СН – СН – СН – СН₂ – СН₃

СН₃ С₂Н₅ 3-метил-4 –этилгексен-1

 Алкендердің радикалдары алкандар радикалдарына ұқсас аталады:

СН₂= СН – этенил (винил).

 Алкендерге изомерленудің бірнеше түрі тән: 1. Алкендерге қаныққан көмірсутектердегі сияқты көміртек қаңқасының изомерлері болады. Мысалы, бутеннің (С₄Н₈) изомерін қарастырайық:

  1 2 3 4 СН₂= СН – СН₂ – СН₃ бутен-1

  1 2 3

 СН₂= С – СН₃

 |

  СН₃

 2-метилпропен-1

  2. Еселі байланыстың орнына қарай изомерлену. Бутен молекуласындағы еселі байланыстың орнына сәйкес екі түрлі изомерлері болады. Қос байланыс шеткі көміртек атомында немесе ортанғы көміртек атомында орналасуы мүмкін:

 1 2 3 4 СН₃ – СН = СН – СН₃ бутен-2

 1 2 3 4 СН₂ = СН–СН₂ – СН₃ бутен-1

 3. Класаралық изомерлену. Алкендер мен циклоалкандардың жалпы формулалары бірдей С_nН_2n. Бутенннің С₄Н₈ класаралық изомері – циклобутан және метилциклопропан. 4. Кеңістік изомерлері (геометриялық немесе цис-, транс- изомер деп те аталады. Қаныққан көмірсутектердің молекулаларында көміртек атомдары ϭ-байланыс айналасындп еркін айнала алады. Ал алкендерде көміртек атомдары өзара қос (ϭ- және π-) байланыс арқылы жалғасқан жағдайда π-байланыс үзілмейінше еркін айналу мүмкін емес.

 Қос байланыспен жалғасқан көміртек атомдары осы байланыс осі арқылы еркін айнала алмайды. Сондықтан бутен-2-нің орынбасарлары – метил топтары кеңістікте екі түрлі жағдайда орналаса алады. Бірдей орын басушы топтары қос байланыстың бір жағында орналасқан цис-изомер деп, ал екі жағында орналасқаны транс-изомер деп аталады (латын. «cis» - бір жақта, «trans» - басқа жақта). Бұл изомерлердің физикалық және химиялық қасиеттерінде айырмашылықтар болады. Транс-изомер цис-изомерге қарағанда тұрақтырақ.

 цис-изомер транс-изомер

 (балқу темп- 138,9 С) (балқу темп- 105,5 С)

 ( қайнау темп. 3,7 С ) (қайнау темп. 0,9 )

 Алкендердің алынуы:

 Алкендердің физикалық қасиеттері:

 Химиялық қасиеттері.

 Жану:

 Этилен қатарындағы көмірсутектер қаныққан көмірсутектегідей химиялық элементтерден (көміртегі және сутегінен) құралатын болғандықтан, бұлардың қасиеттері де бірдей – жанғыш болып келеді. Мысалы, этиленді жаққанда ауада су және көміртнгі (ІV) оксидін түзе жанады.

  C₂H₄ + 3O₂ →2CO₂ + 2H₂O + Q

  Метанмен салыстырғанда, этилен, ауада жарқыраған жалын шығарып жанады, бұл айырмашылық ең алдымен этилен құрамында көміртегінің көп мөлшерде болуына байланысты: этилен молекуласы айрылған кезде түзілетін көміртегі бірден жанып кетпейді, оның бөлшектері алдымен қатты қызады, сөйтіп, жалынды жарқыратады, содан кейін ғана оның сыртқы бөлігі толық жанып кетеді.

  Бірақ этилен мен оның гомологтары элементтер құрамы бойынша қаныққан көмірсутектерге ұқсас болғанымен, олардан құрылысы басқа болады: олардың молекулаларында қос байланыс бар. Бұл жағдай олардың химиялық қасиеттерінен байқала ма?

 Метанның және оның гомологтарының қасиеттерін анықтаған заттардың қанықпаған көмірсутектерге әсерін тексеріп көрейік. Ол үшін этиленді зертханада алып, оның жануын және қасиетін тәжірибе жасау арқылы қарастырамыз. (Зертханалық тәжірибе көрсету.)

  Этиленді калий перманганаты KMnO₄ ерітіндісіне жібереміз. Ерітіндінің күлгін түсі жойылып кетеді, бұл калий перманганатының (MnO₄) ионы этиленді тотықтыратынын көрсетеді. Мұндай жағдайда қаныққан көмірсутектер өзгермейді. Молекуласында қос байланысы бар басқа көмірсутектер де оңай тотығады.

  Этиленді калий перманганатымен тотықтырған кезде екі атомды спирт – этиленгликоль түзіледі. Егер шартты түрде тотықтырғышты оттегімен белгілесек, онда реакция теңдеуін былай жазуға болады:

  KMnO₄

  CH₂ = CH₂ +/ O/ + H₂O → CH₂ - CH₂

  | |

  OH OH

 Енді этиленді және метанды бромды су (бромның судағы ерітіндісі) құйылған ыдысқа жіберіп көрейік. Этиленнің әсерінен бромның қызыл қоңыр түсі тез жойылып кетеді де, метан бромды суға әсер етпейді. Демек, бұл жағдайда этилен – қаныққан көмірсутектерге қарағанда, реакциялауға өте бейім зат.

 Этилен броммен реакцияласқанда түссіз сұйықтық дибромэтан түзіледі, яғни бром этиленнің молекуласымен қосылады:

 CH₂ = CH₂ + Br₂ → CH₂ – CH₂

  | |

  Br Br

  Реакциядан көрініп отырғандай, бром атомдарының қосылуы қос байланыстың есебінен іске асады, бұл кезде қос байланыс жай бір байланысқа айналады. Этилен тәрізді басқа қанықпаған көмірсутектер де бромды оңай қосып алады, мысалы:

  CH₂ = CH – CH₃ + Br₂ → CH₂ – CH – CH3

  | |

  Br Br

  Калий перманганаты мен бромды су қанықпаған көмірсутектерге реактив болып табылады, солардың бояуының өзгеруі бойынша қанықпаған көмірсутектің бар-жоғын айтуға болады.

 Қанықпаған көмірсутектің қос байланысына катализатордың қатысында (платина, никель) сутегі қосыла алады, мысалы:

  CH₂ = CH₂ + H₂ → CH₃ – CH₃

  CH₂ = CH – CH₃ + H₂ → CH₃ – CH₂ – CH₃

  Бұл реакцияның нәтижесінде көміртегі атомдары сутегі атомдарымен шегіне жеткенше қанығып, қаныққан немесе шекті көмірсутектер түзіледі. Бастапқы заттар шегіне жеткенше қанықпаған болатын, олар – қанықпаған көмірсутектер.

•  Затқа сутегі қосыла жүретін реакцияларды гидрлену немесе гидрогендену реакциясы деп аталады.

  Қарастырылып отырған мысалда этилен мен пропиленнің гидрленуі нәтижесінде этан және пропан түзіледі.

  Гидрлену процесінде қос байланыс кезінде көміртегі атомы sp²-гибридтену күйінен sp³–гибридтену күйіне ауысады, соның нәтижесінде молекуланың кеңістіктік құрылысы да өзгереді. Мысалы, этиленнің жазық молекуласынан гидрлену кезінде этанның көлемді молекуласы түзіледі.

  Қанықпаған көмірсутектер тек жай заттармен ғана емес, күрделі заттармен де қосып алу реакциясына түседі. Мысалы, этилен бромсутекпен оңай реакцияласады:

  CH₂ = CH₂ + HBr → CH₃ – CH₂Br

  Бромэтан

  Қаныққан көмірсутектердің галоген туындыларын қанықпаған көмірсутектерден осылай алуға болады. Қанықпаған көмірсутектеріне тән қосып алу реакциясының қаныққан көмірсутектерде болатын орын басу реакциясының ерекшелігі – иондар түзу арқылы жүреді, бос радикал түзбейді.

 Гидрлеу:

 Галогендеу:

 Гидраттау:

 Гидрогалогендеу:

 Владимир Васильевич Марковников ережесіне сәйкес жүреді:

 Бұл ереже бойынша қос байланысы бар және сутегі атомдары көбірек тіркескен көміртегі атомына сутегі қосылады, ал сутегі атомдары азырақ тіркескен көміртегі атомына галоген атомы қосылады.

 Пропиленнің этиленнен айырмашылығы – оның молекуласында СН₃ радикалы бар. Радикалдың қос байланысқа әсер етуінен қосып алу реакциясы қалай болса солай жүрмей, белгілі бір бағытта жүреді.

 Полимерлену: Этилен көмірсутектерінің молекулалары өзара бір-бірімен қосылып,ұзын тізбекті молекулалар құрастыра алады. Мысалы: этиленнен полиэтилен алады. Бұл кезде этиленнің жүздеген және мыңдаған молекулалары бір-бірімен ұзын тізбек түзе қосылады, оны сызбанұсқа түрінде былай бейнелеуге болады:

 Қолданылуы:

 Бекіту сұрақтары:

•   Қанықпаған көмірсутектер дегеніміз не?
•  Этиленді көмірсутектер дегеніміз не?
•  Этиленнің формуласы, құрылымдық формуласын жазып көрсет.
•  Этилен молекуласындағы валенттік бұрыш нешеге тең?
•  Этиленді көмірсутектердің гомологтық қатарының жалпы формуласы қандай?
•  Этиленді көмірсутектердің гомологтық қатары
•  Этиленді көмірсутектерде гибридтену түрі қандай?
•  Этиленді көмірсутектерге қандай изомерия түрі тән?
•  Этиленнің алыну жолдары
•   Этиленді зертханада қалай аламыз?
•  Этиленнің физикалық қасиеттері
•  Этиленнің химиялық қасиеттері
•  В.В.Морковников ережесінің оқылуы
•  Оларға тән реакция типі қандай?
•  Полимерлену реакциясы дегеніміз не?
•  Этиленді көмірсутектер қайда қолданылады?