で 有機化学炭化水素物質は次の方法で見つけることができます。 異なる金額鎖中の炭素とC=C結合。 これらは同族体であり、アルケンと呼ばれます。 その構造により、アルカンよりも化学反応性が高くなります。 しかし、彼らの典型的な反応はどのようなものでしょうか? 自然界におけるそれらの分布を考えてみましょう。 違う方法領収書と申請書。
彼らは何ですか？
アルケンはオレフィン（油性）とも呼ばれ、その名前は、このグループの最初のメンバーの誘導体である塩化エテンに由来します。 すべてのアルケンには少なくとも 1 つの C=C 二重結合があります。 C n H 2n はすべてのオレフィンの式であり、名前は分子内の炭素数が同じアルカンから形成され、接尾辞 -ane のみが -ene に変わります。 名前の末尾にあるハイフンで区切られたアラビア数字は、二重結合が始まる炭素の数を示します。 主なアルケンを見てみましょう。表はそれらを思い出すのに役立ちます。
分子が単純な分岐のない構造を持っている場合、接尾辞 -ylene が追加され、これも表に反映されます。
どこで見つけられますか?
アルケンの反応性は非常に高いため、その代表的なものは自然界では非常にまれです。 オレフィン分子の生命原理は「友達になろう」です。 周りに他の物質はありません - 問題ありません、私たちはお互いに友達になり、ポリマーを形成します。
しかし、それらは存在し、少数の代表的なものは付随する石油ガスに含まれており、より高級なものはカナダで産出される石油に含まれています。
アルケンの最初の代表であるエテンは、果物の熟成を刺激するホルモンであるため、植物相の代表者によって少量合成されます。 メスのイエバエにおいて性的誘引物質の役割を果たすアルケン、シス-9-トリコセンがあります。 マスカラーとも呼ばれます。 (誘引物質とは、別の生物の臭気源に誘引を引き起こす天然または合成起源の物質です)。 化学的な観点から見ると、このアルケンは次のようになります。
すべてのアルケンは非常に貴重な原料であるため、人工的に製造する方法は非常に多様です。 最も一般的なものを見てみましょう。
たくさん必要な場合はどうすればよいですか?
産業界では、アルケンの種類は主に分解によって得られます。 高温、高級アルカンの影響下での分子の切断。 反応には400～700℃の範囲で加熱する必要があります。 アルカンは望む方法で分解し、アルケンを形成します。これを得る方法は、私たちが検討しているものです。 多額の分子構造のオプション:
C 7 H 16 -> CH 3 -CH=CH 2 + C 4 H 10。
もう 1 つの一般的な方法は脱水素と呼ばれ、触媒の存在下で代表的なアルカン系列から水素分子が分離されます。
で 実験室の条件アルケンとその製造方法は異なります。それらは脱離反応 (置換を伴わない原子グループの脱離) に基づいています。 アルコールから最も一般的に除去される水原子は、ハロゲン、水素、またはハロゲン化水素です。 アルケンを得る最も一般的な方法は、触媒として酸の存在下でアルコールから得る方法です。 他の触媒の使用も可能
すべての脱離反応は、次のようなザイツェフの法則に従います。
水素原子は、水素の数が少ない -OH 基を持つ炭素に隣接する炭素から切り離されます。
ルールを適用した後、どの反応生成物が優勢になるかを答えてください。 後で正解したかどうかがわかります。
化学的特性
アルケンは物質と活発に反応し、パイ結合 (C=C 結合の別名) を切断します。 やはり、単結合（シグマ結合）ほど強くはありません。 炭化水素は反応（付加）後、他の物質を形成することなく不飽和から飽和に変換されます。
- 水素の添加（水素化）。 その通過には触媒の存在と加熱が必要です。
- ハロゲン分子の付加（ハロゲン化）。 パイ結合に対する定性反応の一つです。 結局のところ、アルケンが臭素水と反応すると、茶色から透明に変わります。
- ハロゲン化水素との反応（ハロゲン化水素）。
- 水を加える（水分補給）。 反応が起こる条件は加熱と触媒（酸）の存在です。
非対称オレフィンとハロゲン化水素および水との反応は、マルコフニコフの法則に従います。 これは、すでにより多くの水素原子を持っている炭素-炭素二重結合から水素が炭素に結合することを意味します。
- 燃焼;
- 不完全な酸化触媒。 生成物は環状酸化物です。
- ワグナー反応（中性環境における過マンガン酸塩による酸化）。 このアルケン反応は、別の定性的な C=C 結合です。 流れるにつれて、過マンガン酸カリウムのピンク色の溶液は変色します。 同じ反応を組み合わせた酸性環境で実行すると、生成物は異なります (カルボン酸、ケトン、二酸化炭素)。
- 異性化。 すべてのタイプに特徴があります: シスおよびトランス、二重結合の移動、環化、骨格の異性化。
- 重合は産業におけるオレフィンの主な特性です。
医学への応用
大きい 実用的な重要性アルケン反応生成物があります。 それらの多くは医療に使用されています。 グリセリンはプロペンから得られます。 この多価アルコールは優れた溶媒であり、水の代わりに使用すると溶液はより濃縮されます。 医療目的では、アルカロイド、チモール、ヨウ素、臭素などが溶解され、軟膏、ペースト、クリームの調製にも使用されます。 乾燥を防ぎます。 グリセリン自体は防腐剤です。
塩化水素と反応させると誘導体が得られ、皮膚に塗布すると局所麻酔として使用されるほか、吸入を使用して軽度の外科的介入の場合の短期麻酔として使用されます。
アルカジエンは、1 つの分子内に 2 つの二重結合を持つアルケンです。 その主な用途は合成ゴムの製造であり、そこからさまざまな温熱パッドや注射器、プローブやカテーテル、手袋、おしゃぶりなどが製造され、病人の世話をする際にはまさにかけがえのないものとなります。
産業用途
| 業種 | 何が使われているのか | 彼らはどうやって使うことができるのか |
| 農業 | エテン | 野菜や果物の熟成促進、植物の落葉、温室用フィルム |
| ワニスとカラフルな | エテン、ブテン、プロペンなど。 | 溶剤、エーテル、溶剤の製造用 |
| 機械工学 | 2-メチルプロペン、エテン | 合成ゴム、潤滑油、不凍液の製造 |
| 食品業界 | エテン | テフロン、エチルアルコール、酢酸の製造 |
| 化学工業 | エテン、ポリプロピレン | アルコール、ポリマー（ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリイソブチレン、アセトアルデヒド）が得られる |
| マイニング | エテンなど | 爆発物 |
アルケンとその誘導体は、産業界で広く使用されています。 (アルケンがどこでどのように使用されるか、上の表)。
これは、アルケンとその誘導体の使用のほんの一部にすぎません。 オレフィンの需要は年々増加するばかりで、これはオレフィンの生産の必要性も増加することを意味します。
アルケン炭化水素 (オレフィン) は、独自の特性を持つ有機物質の一種です。 このクラスの代表的なアルケンの異性の種類は、他の有機物質の異性とは繰り返されません。
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クラスの特徴
エチレンオレフィンはこう呼ばれます 二重結合を 1 つ含む不飽和炭化水素のクラスの 1 つ。
による 物理的特性このカテゴリーの不飽和化合物の代表的なものは次のとおりです。
- ガス、
- 液体、
- 固体化合物。
分子には「シグマ」結合だけでなく「パイ」結合も含まれています。 その理由はハイブリダイゼーションの構造式の存在です。」 SP2」というもので、化合物の原子が同一平面上に並んでいることが特徴です。
この場合、それらの間には少なくとも１２０度の角度が形成される。 混成していない軌道」 R» は、分子面の上と下の両方に位置することが特徴です。
この構造的特徴により、追加の結合「パイ」または「 π ».
説明された結合は、横方向に重なると接着力が弱いため、「シグマ」結合に比べて強度が低くなります。 形成された結合の電子密度の全体的な分布は、不均一性によって特徴付けられます。 炭素-炭素結合の近くで回転すると、「p」軌道の重なりが崩れます。 各アルケン (オレフィン) にとって、このパターンは独特の特徴です。
ほとんどすべてのエチレン化合物は高い沸点と融点を持っていますが、これはすべての有機物質に特有のことではありません。 このクラスの不飽和炭水化物の代表的なものは、他の有機溶媒にすぐに溶解します。
注意！非環式不飽和化合物であるエチレン炭化水素は、一般式 - C n H 2n を持ちます。
相同性
アルケンの一般式が C n H 2n であるという事実に基づいて、アルケンには特定の相同性があります。 アルケンの同族列は、最初の代表であるエチレンまたはエテンで始まります。 この物質は通常の状態では気体であり、2 つの炭素原子と 4 つの水素原子を含んでいます。C2H4. エテンの後には、プロペンとブテンと同族アルケンが続きます。 それらの式は次のとおりです:「C 3 H 6」および「C 4 H 8」。 通常の状態では、これらはより重い気体でもあるため、試験管を逆さまにして収集する必要があります。
アルケンの一般式を使用すると、構造鎖に少なくとも 5 つの炭素原子を持つ、このクラスの次の代表的なものを計算できます。 これは、式「C 5 H 10」を持つペンテンです。
による 体格的特徴示された物質は、以下の 12 の同種化合物と同様に液体に属します。
このような特性を持つアルケンの中には、式 C 18 H 36 で始まる固体もあります。 液体および固体のエチレン炭化水素は水に溶解しませんが、有機溶媒に入ると反応します。
記載されているアルケンの一般式は、以前に使用されていた接尾辞「an」を「en」に置き換えることを意味します。 これは IUPAC 規則に明記されています。 このカテゴリの化合物を代表するものをどれにしても、それらにはすべて説明された接尾辞が付いています。
エチレン化合物の名前には常に、式中の二重結合の位置を示す特定の番号が含まれています。 この例としては、「ブテン-1」または「ペンテン-2」があります。 原子の番号付けは、二重構成に最も近い端から始まります。 このルールはどんな場合でも「鉄」です。
異性化
アルケンのハイブリッド形成のタイプに応じて、アルケンは特定のタイプの異性によって特徴付けられ、それぞれが独自の特性と構造を持っています。 アルケンの異性の主な種類を考えてみましょう。
構造タイプ
構造異性は次に従って異性体に分類されます。
- 炭素骨格。
- 二重結合の位置。
ラジカル（主鎖からの枝）が出現すると、炭素骨格の構造異性体が生じます。
示された異性のアルケンの異性体は次のとおりです。
CH2=CH — CH2 — CH3。
2-メチルプロペン-1:
CH2=C — CH3
│
提示された化合物は共通の数の炭素原子と水素原子 (C 4 H 8) を持っていますが、炭化水素骨格の構造が異なります。 これらは構造異性体ですが、その性質は同じではありません。 ブテン-1 (ブチレン) は、気道を刺激する特有の臭気と麻薬性を持っています。 2-メチルプロペン-1 にはこれらの特徴がありません。
この場合、エチレン (C 2 H 4) は 2 つの炭素原子のみで構成されており、ラジカルを置換することができないため、異性体はありません。
アドバイス！ラジカルは中央および最後から 2 番目の炭素原子に配置することができますが、末端の置換基の近くに配置することはできません。 このルールすべての不飽和炭化水素に作用します。
二重結合の位置に基づいて、異性体は次のように区別されます。
CH2=CH — CH2 — CH2～CH3。
CH3-CH = CH — CH2～CH3。
提示された例におけるアルケンの一般式は次のとおりです。C5H10、ですが、1つの二重結合の位置が異なります。これらの化合物の特性は異なります。 これが構造異性です。
異性化
空間タイプ
アルケンの空間異性は、炭化水素置換基の配置の性質に関連しています。
これに基づいて、異性体は次のように区別されます。
- 「シス」;
- "トランス"。
アルケンの一般式により、同じ化合物の「トランス異性体」と「シス異性体」が生成されます。 ブチレン（ブテン）を例に考えてみましょう。 そのために、二重結合に対する置換基の位置を変えることによって、空間構造を持つ異性体を作成することが可能です。 例を挙げると、アルケンの異性は次のようになります。
「シス体」「トランス体」
ブテン-2 ブテン-2
この例から、「シス異性体」が二重結合面の片側に 2 つの同一のラジカルを持っていることは明らかです。 「トランス異性体」の場合、「C=C」炭素鎖に対して位置する 2 つの異なる置換基があるため、この規則は機能しません。 このパターンを考慮すると、さまざまな非環式エチレン炭化水素の「シス」異性体と「トランス」異性体を自分で構築できます。
ブテン-2 について提示された「シス異性体」と「トランス異性体」は、既存の炭素二重鎖 (C=C) の周りを回転する必要があるため、相互に変換することはできません。 この回転を実行するには、既存の「p 結合」を切断するために一定量のエネルギーが必要です。
上記のすべてに基づいて、「トランス」異性体と「シス」異性体は、特定の一連の化学的および物理的特性を持つ個別の化合物であると結論付けることができます。
異性体が存在しないアルケンはどれですか? エチレンには、二重鎖に対する水素置換基の配置が同一であるため、空間異性体はありません。
インタークラス
アルケン炭化水素のクラス間異性は広く知られています。 この理由は、このクラスの代表的な一般式がシクロパラフィン (シクロアルカン) の式と類似しているためです。 これらのカテゴリの物質は、組成 (C n H 2n) の倍数である同じ数の炭素原子と水素原子を持っています。
クラス間異性体は次のようになります。
CH2=CH — CH3。
シクロプロパン:
式が判明したC3H6答えは 2 つの化合物、プロペン-1 とシクロプロパンです。構造からわかるのは 別の場所炭素の相互関係。 これらの化合物の特性も異なります。 プロペン-1 (プロピレン) は、沸点が低いガス状化合物です。 シクロプロパンは、刺激臭と辛味のあるガス状態が特徴です。 これらの物質の化学的性質も異なりますが、その組成は同じです。 有機では、このタイプの異性体はインタークラスと呼ばれます。
アルケン。 アルケンの異性。 統一国家試験。 有機化学。
アルケン: 構造、命名法、異性
結論
アルケン異性は彼らの 重要な特性そのおかげで、さまざまな特性を持つ新しい化合物が自然界に出現し、産業や日常生活で応用されています。
意味
アルケン分子に二重結合が 1 つ含まれる不飽和炭化水素と呼ばれます。 エチレンを例としたアルケン分子の構造を図に示します。 1.
米。 1. エチレン分子の構造。
物理的性質の点では、アルケンは分子内の炭素原子数が同じアルカンとほとんど変わりません。 低級ホモログ C 2 ～ C 4 通常の状態- ガス; C 5 - C 17 - 液体; 高級同族体は固体です。 アルケンは水に不溶です。 有機溶剤によく溶けます。
アルケンの調製
産業では、アルケンは石油精製、つまりアルカンの分解と脱水素中に得られます。 私たちは、アルケンを取得するための実験室の方法を 2 つのグループに分けました。
- 消去反応
– アルコールの脱水症状
ＣＨ ３ −ＣＨ ２ −ＯＨ→ＣＨ ２ ＝ＣＨ ２ ＋Ｈ ２ Ｏ（Ｈ ２ ＳＯ ４ （濃）、ｔ ０ ＝１７０）。
— モノハロアルカンの脱ハロゲン化水素
CH 3 -CH(Br)-CH 2 -CH 3 + NaOHアルコール → CH 3 -CH=CH-CH 3 + NaBr + H 2 O (t 0)。
— ジハロアルカンの脱ハロゲン化
CH 3 -CH(Cl)-CH(Cl)-CH 2 -CH 3 + Zn(Mg) → CH 3 -CH=CH-CH 2 -CH 3 + ZnCl 2 (MgCl 2)。
- アルキンの不完全な水素化
CH≡CH + H 2 →CH 2 =CH 2 (Pd, t 0)。
アルケンの化学的性質
アルケンは反応性の高い有機化合物です。 これはその構造によって説明されます。 アルケンの化学は二重結合の化学です。 アルケンの典型的な反応は求電子付加反応です。
アルケンの化学変換は、分解を伴って進行します。
1) π - S-S接続（付加、重合、酸化）
- 水素化
CH 3 -CH=CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 2 (kat = Pt)。
- ハロゲン化
CH 3 -CH 2 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CH 2 -CH(Br)-CH 2 Br。
— ハロゲン化水素化 (マルコフニコフの法則に従って進行する: 水素原子はより水素化された炭素原子に優先的に結合する)
CH 3 -CH=CH 2 + H-Cl → CH 3 -CH(Cl)-CH 3 。
- 水分補給
CH 2 =CH 2 + H-OH → CH 3 -CH 2 -OH (H + 、t 0)。
- 重合
nCH 2 =CH 2 → -[-CH 2 -CH 2 -]-n (kat, t 0)。
- 酸化
ＣＨ ２ ＝ＣＨ ２ ＋２ＫＭｎＯ ４ ＋２ＫＯＨ→ＨＯ－ＣＨ ２ －ＣＨ ２ －ＯＨ＋２Ｋ ２ ＭｎＯ ４ ；
2CH 2 =CH 2 + O 2 → 2C 2 OH 4 (エポキシド) (kat = Ag,t 0);
2CH 2 =CH 2 + O 2 → 2CH 3 -C(O)H (kat = PdCl 2 、CuCl)。
2) σ-およびπ-C-C結合
CH 3 -CH=CH-CH 2 -CH 3 + 4[O] → CH 3 COOH + CH 3 CH 2 COOH (KMnO 4, H +, t 0)。
3) C sp 3 -H 結合 (アリル位)
ＣＨ ２ ＝ＣＨ ２ ＋Ｃｌ ２ → ＣＨ ２ ＝ＣＨ－Ｃｌ＋ＨＣｌ（ｔ ０ ＝４００）。
4) あらゆる絆を断ち切る
C 2 H 4 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O;
C n H 2n + 3n/2 O 2 → nCO 2 + nH 2 O。
アルケンの応用
アルケンはさまざまな産業で応用されています 国民経済。 個々の代表者の例を見てみましょう。
エチレンは、ハロゲン誘導体、アルコール（エタノール、エチレングリコール）、アセトアルデヒド、酢酸などのさまざまな有機化合物を製造するための工業用有機合成で広く使用されています。 大量のエチレンはポリマーの製造に使用されます。
プロピレンは、一部のアルコール（2-プロパノール、グリセリンなど）やアセトンなどの製造原料として使用されます。ポリプロピレンは、プロピレンを重合することにより得られます。
問題解決の例
例 1
| エクササイズ | エチレン炭化水素に６．７２リットルの塩素を添加して得られる水酸化ナトリウムＮａＯＨ二塩化物水溶液で加水分解すると、２２．８ｇの二価アルコールが生成した。 反応が定量的収率で (損失なく) 進行することがわかっている場合、アルケンの式は何ですか? |
| 解決 | アルケンの塩素化の方程式を次のように書いてみましょう。 一般的な見解、二価アルコールを生成する反応も同様です。 C n H 2 n + Cl 2 = C n H 2 n Cl 2 (1); C n H 2 n Cl 2 + 2NaOH = C n H 2 n (OH) 2 + 2HCl (2)。 塩素の量を計算してみましょう。 n(Cl 2) = V(Cl 2) / V m; n(Cl 2) = 6.72 / 22.4 = 0.3 モル、 したがって、二塩化エチレンも 0.3 モル (式 1)、二価アルコールも 0.3 モルになるはずで、問題の条件によれば、これは 22.8 g になります。これは、そのモル質量が次と等しいことを意味します。 M(C n H 2 n (OH) 2) = m(C n H 2 n (OH) 2) / n(C n H 2 n (OH) 2); M(C n H 2 n (OH) 2) = 22.8 / 0.3 = 76 g/mol。 アルケンのモル質量を求めてみましょう。 M(C n H 2 n) = 76 - (2×17) = 42 g/mol、 これは式 C 3 H 6 に相当します。 |
| 答え | アルケンの式C 3 H 6 |
例 2
| エクササイズ | 同量のアルケンの接触水素化中に 6.72 リットルの水素が加えられたことがわかっている場合、16.8 g のアルケンを臭素化するには何グラム必要ですか? 元の炭化水素の組成と考えられる構造は何ですか? |
| 解決 | アルケンの臭素化と水素化の方程式を一般形式で書いてみましょう。 C n H 2 n + Br 2 = C n H 2 n Br 2 (1); C n H 2 n + H 2 = C n H 2 n +2 (2)。 水素物質の量を計算してみましょう。 n(H 2) = V(H 2) / V m; n(H 2) = 6.72 / 22.4 = 0.3 モル、 したがって、アルケンも 0.3 mol (式 2) となり、問題の条件によれば 16.8 g になります。これは、そのモル質量が次と等しくなることを意味します。 M(C n H 2n) = m(C n H 2n) / n(C n H 2n); M(C n H 2 n) = 16.8 / 0.3 = 56 g/mol、 これは式 C 4 H 8 に対応します。 方程式 (1) によると、 n(C n H 2 n) : n(Br 2) = 1:1、つまり n(Br 2) = n(C n H 2 n) = 0.3 モル。 臭素の質量を求めてみましょう。 m(Br 2) = n(Br 2) × M(Br 2); M(Br 2) = 2×Ar(Br) = 2×80 = 160 g/mol; m(MnO2) = 0.3 × 160 = 48 g。 異性体の構造式を作成しましょう: ブテン-1 (1)、ブテン-2 (2)、2-メチルプロペン (3)、シクロブタン (4)。 ＣＨ ２ ＝ＣＨ－ＣＨ ２ －ＣＨ ３ （１）； CH 3 -CH=CH-CH 3 (2); ＣＨ ２ ＝Ｃ（ＣＨ ３ ）－ＣＨ ３ （３）； |
| 答え | 臭素の質量は48gです |
最も単純な有機化合物は飽和および不飽和炭化水素です。 これらには、アルカン、アルキン、アルケンのクラスの物質が含まれます。
それらの式には、水素原子と炭素原子が特定の順序と量で含まれています。 それらは自然界でよく見られます。
アルケンの測定
別名はオレフィンまたはエチレン炭化水素です。 これは、18 世紀に油状の液体である塩化エチレンが発見されたときに、このクラスの化合物がまさにそう呼ばれていたものです。
アルケンには、水素と炭素元素からなる物質が含まれます。 それらは非環式炭化水素に属します。 それらの分子には、2 つの炭素原子を互いに接続する単一の二重 (不飽和) 結合が含まれています。
アルケンの式
化合物の各クラスには独自の化学名称があります。 それらには元素の記号が含まれています 周期表各物質の組成と結合構造が表示されます。
アルケンの一般式は次のように表されます: C n H 2n (n は 2 以上)。これを解読すると、各炭素原子に 2 つの水素原子があることがわかります。
同族シリーズのアルケンの分子式は、次の構造で表されます: C 2 H 4、C 3 H 6、C 4 H 8、C 5 H 10、C 6 H 12、C 7 H 14、C 8 H 16 、C9H18、C10H20。 後続の各炭化水素には、さらに 1 つの炭素と 2 つの水素が含まれていることがわかります。
存在する グラフィック指定手配と注文 化学物質分子内の原子間の距離。これはアルケンの構造式で示され、炭素と水素の結合が示されます。
アルケンの構造式は、すべてを拡張した形で表すことができます。 化学元素そしてつながり。 オレフィンのより簡潔な表現では、原子価バーを使用した炭素と水素の組み合わせは示されません。
骨格式は最も単純な構造を示します。 破線は分子の基部を表し、炭素原子は先端と末端で表され、結合は水素を示します。
オレフィン名の形成方法
CH 3 -HC=CH 2 + H 2 O → CH 3 -OHCH-CH 3。
アルケンが硫酸にさらされると、スルホン化のプロセスが発生します。
ＣＨ ３ −ＨＣ＝ＣＨ ２ ＋ＨＯ−ＯＳＯ−ＯＨ → ＣＨ ３ −ＣＨ ３ ＣＨ−Ｏ−ＳＯ ２ −ＯＨ。
反応は酸エステル、例えばイソプロピル硫酸の形成とともに進行します。
アルケンは、酸素の影響下で燃焼中に酸化を受けて水と二酸化炭素を形成します。
2CH 3 -HC=CH 2 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O。
溶液の形態でのオレフィン化合物と希過マンガン酸カリウムの相互作用により、二原子構造のグリコールまたはアルコールが形成されます。 この反応は酸化性でもあり、エチレングリコールが生成され、溶液が変色します。
3H 2 C=CH 2 + 4H 2 O + 2KMnO 4 → 3OHCH-CHOH+ 2MnO 2 +2KOH。
アルケン分子は、フリーラジカルまたはカチオン-アニオン機構による重合プロセスに関与する可能性があります。 最初のケースでは、過酸化物の影響下で、ポリエチレンタイプのポリマーが得られます。
2 番目のメカニズムによれば、酸はカチオン触媒として作用し、有機金属物質はアニオン触媒として作用し、立体選択性ポリマーを放出します。
アルカンとは何ですか
これらはパラフィンまたは飽和非環式炭化水素とも呼ばれます。 それらは直鎖状または分岐状の構造を持ち、飽和した単純結合のみを含みます。 このクラスの代表的なものはすべて、一般式 C n H 2n+2 を持ちます。
それらには炭素原子と水素原子のみが含まれています。 アルケンの一般式は、飽和炭化水素の名称から形成されます。
アルカンの名前とその特徴
このクラスの最も単純な代表はメタンです。 これにエタン、プロパン、ブタンなどの物質が続きます。 彼らの名前は数字の根に基づいています ギリシャ語に接尾辞 -an が追加されます。 アルカンの名前は IUPAC 命名法にリストされています。
アルケン、アルキン、アルカンの一般式には、2 種類の原子のみが含まれています。 これらには炭素と水素という元素が含まれます。 3 つのクラスすべての炭素原子の数は同じで、違いは除去または追加できる水素の数だけです。 そこから不飽和化合物が得られます。 代表的なパラフィンは、オレフィンよりも分子内に 2 個多くの水素原子を含み、これはアルカンとアルケンの一般式によって確認されます。 アルケン構造は二重結合が存在するため不飽和であると考えられます。
al-cans 内の水と炭素原子の数を比較すると、その値は他のクラスの炭素 -ro-dov と比較して最大になります。
メタンから始まりブタンで終わる (C 1 から C 4)、物質は気体の形で存在します。
C 5 ～ C 16 の同種範囲の炭化水素は液体の状態で存在します。 主鎖に 17 個の炭素原子を持つアルカンから始まり、物理状態から固体形態への遷移が発生します。
それらは、炭素骨格の異性と分子の光学的修飾によって特徴付けられます。
パラフィンでは、炭素原子価は、σ 型結合の形成により、隣接する炭素または水によって完全に占有されていると考えられます。 化学的な観点から見ると、これがアルカンの弱い特性を決定し、これがアルカンが親和性を持たない限界石炭または飽和石炭と呼ばれる理由です。
これらは、分子のラジカルハロゲン化、スルホ塩素化、またはニトロ化に伴う置換反応を受けます。
パラフィンは高温で酸化、燃焼、または分解のプロセスを受けます。 反応促進剤の影響下で、水素原子が除去されるか、アルカンが脱水素化されます。
アルキンとは何ですか
これらはアセチレン炭化水素とも呼ばれ、炭素鎖に三重結合を持っています。 アルキンの構造は、一般式 C n H 2 n-2 で表されます。 これは、アルカンとは異なり、アセチレン炭化水素には 4 つの水素原子が欠けていることを示しています。 それらは、2 つの π 化合物によって形成される三重結合に置き換えられます。
この構造が決定します 化学的特性このクラスの。 構造式アルケンとアルキンは、分子の不飽和のほか、二重結合 (H 2 C꞊CH 2) および三重結合 (HC≡CH) の存在を明確に示しています。
アルキンの名前とその特徴
最も単純な代表はアセチレンまたは HC≡CH です。 エシンとも呼ばれます。 これは、飽和炭化水素の名前から、接尾辞 -an を取り除き、-in を追加したものに由来します。 長いアルキンの名前では、番号は三重結合の位置を示します。
飽和および不飽和炭化水素の構造がわかれば、どの文字がアルキンの一般式を示しているかを判断できます。 c) CnH2n+2; c) CnH2n-2; d) CnH2n-6。 正解は 3 番目の選択肢です。
アセチレンから始まりブタンで終わる物質 (C 2 から C 4) は、本質的に気体です。
液体の形態では、C 5 から C 17 までの同種範囲の炭化水素が存在します。 主鎖に 18 個の炭素原子を持つアルキンから始まり、物理状態から固体への移行が起こります。
これらは、炭素骨格、三重結合の位置の異性、および分子のクラス間修飾によって特徴付けられます。
による 化学的特性アセチレン炭化水素はアルケンに似ています。
アルキンが末端三重結合を持つ場合、アルキニド塩 (NaC≡CNa など) を形成して酸の機能を果たします。 2 つの π 結合の存在により、ナトリウム アセチリデン分子は置換反応を受ける強力な求核試薬となります。
アセチレンは塩化銅の存在下で塩素化を受けてジクロロアセチレンを生成し、ハロアルキンの作用下で縮合してジアセチレン分子を放出します。
アルキンは、ハロゲン化、ハロゲン化水素化、水和およびカルボニル化の基礎となる反応に関与します。 ただし、このようなプロセスは二重結合を持つアルケンよりも弱いです。
アセチレン炭化水素の場合、アルコール、第一級アミン、または硫化水素分子の求核付加反応が可能です。
アルカンの化学的性質
アルカン (パラフィン) は、分子内のすべての炭素原子が単結合のみで結合されている非環状炭化水素です。 言い換えれば、アルカン分子には複数の二重結合や三重結合は存在しません。 実際、アルカンは可能な最大数の水素原子を含む炭化水素であるため、限定的 (飽和) と呼ばれます。
飽和のため、アルカンは付加反応を受けることができません。
炭素原子と水素原子は電気陰性度がかなり近いため、分子内の C-H 結合の極性が非常に低いという事実が生じます。 この点において、アルカンの場合、記号 S R で示されるラジカル置換機構を通じて進行する反応がより典型的です。
1. 置換反応
反応中 このタイプの炭素と水素の結合が切れる
RH + XY → RX + HY
ハロゲン化
アルカンは、紫外線や高熱にさらされるとハロゲン（塩素および臭素）と反応します。 この場合、モノ、ジトリなど、さまざまな程度の水素原子の置換度を持つハロゲン誘導体の混合物が形成されます。 ハロゲン置換アルカン。
例としてメタンを使用すると、次のようになります。
反応混合物中のハロゲン/メタン比を変更することにより、生成物の組成においてメタンの特定のハロゲン誘導体が確実に優勢になるようにすることができます。
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反応機構 メタンと塩素の相互作用を例にして、フリーラジカル置換反応のメカニズムを分析してみましょう。 これは 3 つの段階で構成されます。
上の図からわかるように、フリーラジカルは、1 つ以上の不対電子 (Cl、H、CH 3、CH 2 など) をもつ原子または原子団です。 2. チェーン展開 この段階には、活性フリーラジカルと不活性分子との相互作用が含まれます。 この場合、新しいラジカルが形成されます。 特に、塩素ラジカルがアルカン分子に作用すると、アルキルラジカルと塩化水素が生成されます。 次に、アルキル ラジカルが塩素分子と衝突して、塩素誘導体と新しい塩素ラジカルを形成します。 3) 回路の切断 (死亡): 2 つのラジカルが互いに再結合して不活性分子になる結果として発生します。 |
2. 酸化反応
通常の条件下では、アルカンは濃硫酸、濃硝酸、過マンガン酸カリウム、重クロム酸塩 (KMnO 4、K 2 Cr 2 O 7) などの強力な酸化剤に対して不活性です。
酸素中での燃焼
A) 過剰な酸素による完全燃焼。 二酸化炭素と水の生成につながります。
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
B) 酸素不足による不完全燃焼:
2CH4 + 3O2 = 2CO + 4H2O
CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O
酸素による接触酸化
触媒の存在下でアルカンを酸素と加熱（約 200℃）すると、アルカンからアルデヒド、ケトン、アルコール、カルボン酸などのさまざまな有機生成物が得られます。
たとえば、触媒の性質に応じて、メタンは酸化されて次のようになります。 メチルアルコール、ホルムアルデヒドまたはギ酸:
3. アルカンの熱変化
ひび割れ
ひび割れ (英語から亀裂 - 引き裂き) は、次のような場合に発生する化学プロセスです。 高温その結果、アルカン分子の炭素骨格が破壊され、アルケンと元のアルカンよりも分子量の低いアルカン分子が形成されます。 例えば：
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CH=CH 2
亀裂は熱または触媒によって発生する可能性があります。 接触分解を実行するには、触媒を使用するため、熱分解と比較して大幅に低い温度が使用されます。
脱水素反応
破裂すると水素が発生する C-H結合; 高温で触媒の存在下で行われます。 メタンが脱水素化されると、アセチレンが形成されます。
2CH4 → C2H2 + 3H2
メタンを 1200 °C に加熱すると、単体の物質に分解されます。
CH 4 → C + 2H 2
残りのアルカンが脱水素化されると、アルケンが形成されます。
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
脱水素する場合 n-ブタンはブテンまたはブテン-2（混合物）を生成します シス-そして トランス-異性体):
脱水素環化
異性化
シクロアルカンの化学的性質
環内に 4 個を超える炭素原子を持つシクロアルカンの化学的性質は、一般にアルカンの性質とほぼ同じです。 奇妙なことに、シクロプロパンとシクロブタンは付加反応によって特徴付けられます。 これは、サイクル内の緊張が高く、サイクルが壊れる傾向があるためです。 したがって、シクロプロパンとシクロブタンは臭素、水素、または塩化水素を容易に追加します。
アルケンの化学的性質
1. 付加反応
アルケン分子の二重結合は 1 つの強いシグマ結合と 1 つの弱いパイ結合で構成されているため、付加反応を起こしやすい非常に活性な化合物です。 アルケンはしばしばこのような反応を起こします。 穏やかな状況- 低温、水溶液および有機溶媒中。
アルケンの水素化
アルケンは、触媒 (プラチナ、パラジウム、ニッケル) の存在下で水素を付加できます。
CH 3 -CH = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
アルケンの水素化は、常圧およびわずかな加熱でも容易に起こります。 興味深い事実は、同じ触媒をアルカンからアルケンへの脱水素化に使用でき、脱水素化プロセスのみがより高い温度とより低い圧力で起こることです。
ハロゲン化
アルケンは、水溶液中でも有機溶媒中でも臭素と容易に付加反応します。 相互作用の結果、最初は黄色の臭素溶液は色を失います。 変色する。
CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
ハロゲン化水素化
容易にわかるように、非対称アルケンの分子にハロゲン化水素を付加すると、理論的には 2 つの異性体の混合物が生じるはずです。 たとえば、臭化水素をプロペンに添加すると、次の生成物が得られます。
ただし、特定の条件がない場合 (たとえば、反応混合物中に過酸化物が存在する場合)、ハロゲン化水素分子の追加はマルコフニコフの法則に従って厳密に選択的に行われます。
アルケンへのハロゲン化水素の付加は、水素が炭素原子に付加される形で起こります。 多数の水素原子（水素化が多い）、およびハロゲンが水素原子の少ない炭素原子（水素化が少ない）です。
水分補給
この反応はアルコールの形成につながり、またマルコフニコフの法則に従って進行します。
容易に推測できるように、アルケン分子への水の付加はマルコフニコフの法則に従って起こるため、第一級アルコールの形成はエチレンの水和の場合にのみ可能です。
CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
この反応により、エチルアルコールの大部分が大規模産業で生産されます。
重合
付加反応の具体的な例は重合反応です。この反応は、ハロゲン化、ハロゲン化水素および水和とは異なり、フリーラジカル機構を通じて進行します。
酸化反応
他のすべての炭化水素と同様に、アルケンは酸素中で容易に燃焼して二酸化炭素と水を形成します。 過剰酸素中でのアルケンの燃焼の方程式は次の形式になります。
C n H 2n+2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O
アルカンとは異なり、アルケンは容易に酸化されます。 アルケンが KMnO 4 水溶液にさらされると、変色が起こります。 定性的反応有機物質分子の二重および三重CC結合に関する研究。
中性または弱アルカリ性溶液中で過マンガン酸カリウムを使用してアルケンを酸化すると、ジオール (二価アルコール) が形成されます。
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH-CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (冷却)
酸性環境では、二重結合が完全に切断され、二重結合を形成した炭素原子がカルボキシル基に変換されます。
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (加熱)
C=C 二重結合がアルケン分子の末端に位置する場合、二重結合の最も外側の炭素原子が酸化された生成物として二酸化炭素が形成されます。 これは、中間酸化生成物が ギ酸酸化剤を超えると容易に酸化します。
5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (加熱)
二重結合の C 原子に 2 つの炭化水素置換基が含まれるアルケンを酸化すると、ケトンが生成されます。 たとえば、2-メチルブテン-2 を酸化するとアセトンと酢酸が生成されます。
アルケンの酸化は炭素骨格が二重結合で切断され、構造を決定するために使用されます。
アルカジエンの化学的性質
付加反応
たとえば、ハロゲンの添加:
臭素水は変色します。
通常の条件下では、ハロゲン原子の付加が 1,3-ブタジエン分子の末端で起こり、同時に π 結合が切断され、臭素原子が末端の炭素原子に付加され、自由原子価が新しい π 結合を形成します。 。 こうして二重結合の「移動」が起こります。 臭素が過剰に存在する場合、形成された二重結合の部位に別の分子が追加される可能性があります。
重合反応
アルキンの化学的性質
アルキンは不飽和（不飽和）炭化水素であるため、付加反応を起こすことができます。 アルキンの付加反応の中で、求電子付加が最も一般的です。
ハロゲン化
アルキン分子の三重結合は 1 つの強いシグマ結合と 2 つの弱いパイ結合で構成されているため、1 つまたは 2 つのハロゲン分子を結合できます。 1 つのアルキン分子による 2 つのハロゲン分子の付加は、求電子機構によって 2 段階で順次進行します。
ハロゲン化水素化
ハロゲン化水素分子の付加も、求電子機構を介して 2 段階で発生します。 どちらの段階でも、加盟はマルコフニコフの法則に従って進行します。
水分補給
アルキンへの水の付加は、酸性媒体中でルチ塩の存在下で起こり、クチェロフ反応と呼ばれます。
水和の結果、アセチレンに水が加わるとアセトアルデヒド（酢酸アルデヒド）が生成されます。
アセチレン同族体の場合、水の添加によりケトンが形成されます。
アルキンの水素化
アルキンは 2 段階で水素と反応します。 白金、パラジウム、ニッケルなどの金属が触媒として使用されます。
アルキンの三量体化
アセチレンを通すことで 活性炭高温では、そこからさまざまな生成物の混合物が形成されますが、その主なものはアセチレンの三量化生成物であるベンゼンです。
アルキンの二量体化
アセチレンも二量化反応を起こします。 このプロセスは、触媒として銅塩の存在下で行われます。
アルキンの酸化
アルキンは酸素中で燃焼します。
C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO 2 + (n-1)H 2 O
アルキンと塩基の反応
他のアルキンとは異なり、分子の末端に三重 C≡C を持つアルキンは、三重結合の水素原子が金属に置き換わる反応を起こすことができます。 たとえば、アセチレンは液体アンモニア中でナトリウムアミドと反応します。
HC≡CH + NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3 、
また、酸化銀のアンモニア溶液を使用すると、アセチレニドと呼ばれる不溶性の塩のような物質が生成されます。
この反応のおかげで、末端三重結合を持つアルキンを認識したり、そのようなアルキンを他のアルキンとの混合物から単離したりすることが可能になります。
すべての銀および銅のアセチレニドは爆発性物質であることに注意してください。
アセチレニドはハロゲン誘導体と反応することができ、三重結合を持つより複雑な有機化合物の合成に使用されます。
CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3
CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr
芳香族炭化水素の化学的性質
結合の芳香族の性質は、ベンゼンなどの化学的性質に影響を与えます。 芳香族炭化水素.
統一された 6pi 電子系は、通常の pi 結合よりもはるかに安定です。 したがって、芳香族炭化水素では付加反応よりも置換反応の方が一般的です。 アレーンは求電子機構を介して置換反応を起こします。
置換反応
ハロゲン化
ニトロ化
ニトロ化反応は、純粋な硝酸ではなく、硝酸と濃硫酸の混合物、いわゆるニトロ化混合物の影響下で最もよく進行します。
アルキル化
芳香環の水素原子の 1 つが炭化水素ラジカルで置換される反応:
ハロゲン化アルカンの代わりにアルケンを使用することもできます。 ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化第二鉄、または無機酸を触媒として使用できます。<
付加反応
水素化
塩素添加
紫外線の強い照射によりラジカルメカニズムによって進行します。
同様の反応は塩素でのみ起こります。
酸化反応
燃焼
2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q
不完全な酸化
ベンゼン環は、KMnO 4 や K 2 Cr 2 O 7 などの酸化剤に対して耐性があります。 反応はありません。
ベンゼン環上の置換基は次の 2 種類に分類されます。
トルエンを例として、ベンゼン同族体の化学的性質を考えてみましょう。
トルエンの化学的性質
ハロゲン化
トルエン分子は、ベンゼン分子とメタン分子の断片から構成されていると考えることができます。 したがって、トルエンの化学的性質は、別々に取得したこれら 2 つの物質の化学的性質をある程度組み合わせたものであると仮定するのが論理的です。 これは、ハロゲン化中に観察されることがよくあります。 ベンゼンが求電子機構により塩素と置換反応を起こすことはすでに知られており、この反応を実行するには触媒（アルミニウムまたはハロゲン化第二鉄）を使用する必要があります。 同時に、メタンは塩素と反応することもできますが、フリーラジカル機構を介して反応するため、最初の反応混合物に UV 光を照射する必要があります。 トルエンは、塩素化の条件に応じて、ベンゼン環の水素原子の置換生成物、または水素の置換生成物のいずれかを生成します。このためには、ベンゼンの塩素化と同じ条件を使用する必要があります。メチルラジカルの原子、紫外線照射下で塩素がメタンにどのように作用するか:
ご覧のとおり、塩化アルミニウムの存在下でトルエンを塩素化すると、オルト-クロロトルエンとパラ-クロロトルエンという 2 つの異なる生成物が生成されます。 これは、メチルラジカルが第 1 種の置換基であるという事実によるものです。
AlCl 3 の存在下でトルエンの塩素化を塩素過剰で行うと、トリクロロ置換トルエンが生成する可能性があります。
同様に、より高い塩素/トルエン比でトルエンを光の下で塩素化すると、ジクロロメチルベンゼンまたはトリクロロメチルベンゼンが得られます。
ニトロ化
濃硝酸と濃硫酸の混合物によるトルエンのニトロ化中に水素原子がニトロ基で置換されると、メチルラジカルではなく芳香環に置換生成物が生成されます。
アルキル化
すでに述べたように、メチルラジカルは第一種の配向剤であるため、フリーデルクラフツに従ってそのアルキル化を行うと、オルト位とパラ位の置換生成物が生成されます。
付加反応
トルエンは、金属触媒 (Pt、Pd、Ni) を使用して水素化してメチルシクロヘキサンにすることができます。
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
不完全な酸化
過マンガン酸カリウム水溶液などの酸化剤にさらされると、側鎖が酸化を受けます。 芳香族コアはそのような条件下では酸化できません。 この場合、溶液のpHに応じて、カルボン酸またはその塩が形成されます。
