Алкены. Свойства, применение и получение

Проблема. Мы рассмотрели присоединение сложных веществ (НСl, Н₂O) к симметричной молекуле этилена. А как пойдет присоединение хлороводорода к гомологам этилена несимметричного строения, например к пропилену?

Для этого рассмотрим механизм реакции присоединения.

Хлороводород НСl — полярное соединение. Атом водорода имеет частичный положительный заряд, атом хлора — частичный отрицательный заряд:

При сближении молекул хлороводорода и пропена происходит разрыв связи Н—Сl и образуются ионы:

Положительно заряженный ион водорода (протон) — электрофильная частица атакует молекулу алкена, при этом π-связь поляризуется быстрее σ-связи и разрывается. Электрофил присоединяется к звену СН₂, так как здесь скапливается бо́льший отрицательный заряд и образуется органический ион — карбокатион:

Карбокатион часто называют σ-комплексом, поскольку при его образовании формируется новая σ-связь.

К карбокатиону затем присоединяется хлорид-ион и образуется 2-хлор- пропан:

Таким образом, механизм реакции присоединения условно слагается из трех стадий. Вначале разрывается связь Н—Сl с образованием неорганических ионов, затем образуется положительно заряженный органический ион — карбокатион Н₃С—⁺СН—СН₃ и наконец — нейтральный продукт реакции СН₃—СНСl—СН₃. Такой механизм реакции называется электрофильным присоединением. Аналогично происходит присоединение к алкенам молекул воды.

В реакциях присоединения галогеноводородов, воды к гомологам этена наблюдается определенный путь, по которому идет эта реакция.

Водород галогеноводорода (и других веществ, содержащих водород) присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи в молекуле этиленового углеводорода несимметричного строения.

Закономерности подобных реакций, которые носят название правила Марковникова, экспериментально доказал русский ученый В. В. Марковников.

Владимир Васильевич Марковников

Задание. Запишите уравнение химической реакции взаимодействия пропилена с бромоводородом. Дайте название полученному продукту.

д) Полимеризация

Проблема. Выскажите свои соображения по поводу того, могут ли молекулы этилена и его гомологи взаимодействовать друг с другом.

При повышенной температуре, давлении и в присутствии катализатора молекулы этиленовых углеводородов могут соединяться между собой в длинные цепи за счет разрыва π-связей.

Это схематично можно изобразить так:

СН²=СН² + СН²=СН² → —СН²—СН²—СН²—СН²—
—СН²—СН²—СН²—СН²— + СН²=СН² →
—СН²—СН²—СН²—СН²—СН²—СН²— → (—СН²—СН²—)ⁿ

Образуется высокомолекулярное вещество.

Процесс соединения одинаковых молекул в более крупные молекулы без выделения побочных продуктов называется реакцией полимеризации.

Сокращенное уравнение реакции полимеризации можно представить следующим образом:

Аналогичный способ краткого написания формулы полимеров применяется и для других полимерных соединений.

Продуктом реакции полимеризации этилена является полимер — полиэтилен. Исходное вещество (этилен) — мономер, повторяющееся звено (в данном случае — СН²—СН²—) — элементарное, или структурное, звено. Коэффициент n — количество молекул мономера, индекс ⁿ — степень полимеризации.

Полимеры — механически прочный материал. Они широко используются в промышленности. Изделия из них газо- и влагонепроницаемы, не проводят электрический ток. При обычных условиях на них не действуют органические растворители, они устойчивы к действию концентрированных кислот и щелочей. Позже мы более подробно познакомимся со свойствами этих веществ и механизмом ракции полимеризации (см. с. 333).

<<< К началу Окончание >>>