Какой алкан может быть получен при гидрировании непредельного углеводорода: 2)какой алкан может быть получен при гидровании непредельного углеводорода, графическая - Управленческое образование

Содержание

Углеводороды. Основные способы получения в промышленности и лаборатории.

Углеводороды разных классов (алканы, алкены, алкины, алкадиены, арены) можно получать различными способами.

Получение алканов

Крекинг алканов с изначально б

ольшей длиной цепи

Процесс, используемый в промышленности, протекает в интервале температур 450-500^oC в присутствии катализатора и при температуре 500-700^oC в отсутствие катализатора:

Важность промышленного процесса крекинга заключается в том, что он позволяет повысить выход бензина из тяжелых фракций нефти, которые не представляют существенной ценности сами по себе.

Гидрирование непредельных углеводородов

алкинов и алкадиенов:

Газификация каменного угля

в присутствии никелевого катализатора при повышенных температуре и давлении может быть использована для получения метана:

Процесс Фишера-Тропша

С помощью данного метода могут быть получены предельные углеводороды нормального строения, т.е. алканы. Синтез алканов осуществляют, используя синтез-газ (смеси угарного газа CO и водорода H₂), который пропускают через катализаторы при высоких температуре и давлении:

Реакция Вюрца

С помощью данной реакции могут быть получены углеводороды с большим числом атомов углерода в цепи, чем в исходных углеводородах. Реакция протекает при действии на галогеналканы металлического натрия:

Декарбоксилирование солей карбоновых кислот

Сплавление твердых солей карбоновых кислот со щелочами приводит к реакции декарбоксилирования, при этом образуются углеводород с меньшим числом атомов углерода и карбонат металла (реакция Дюма):

Гидролиз карбида алюминия

Взаимодействие карбида алюминия с водой, а также кислотами-неокислителями приводит к образованию метана:

Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑

Al₄C₃ + 12HCl = 4AlCl₃ + 3CH₄↑

Получение алкенов

Крекинг алканов

Реакция в общем виде уже была рассмотрена выше (получение алканов). Пример реакции крекинга:

Дегидрогалогенирование галогеналканов

Дегидрогалогенирование галогеналканов протекает при действии на них спиртового раствора щелочи:

Дегидратация спиртов

Данный процесс протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и нагревании до температуры более 140^оС:

Обратите внимание, что и в случае дегидратации, и в случае дегидрогалогенирования отщепление низкомолекулярного продукта (воды или галогеноводорода) происходит по правилу Зайцева: водород отщепляется от менее гидрированного атома углерода.

Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов

Вицинальными дигалогеналканами называют такие производные углеводородов, у которых атомы хлора прикреплены к соседним атомам углеродной цепи.

Дегидрогалогенирование вицинальных галогеналканов можно осуществить, используя цинк или магний:

Дегидрирование алканов

Пропускание алканов над катализатором (Ni, Pt, Pd, Al₂O₃ или Cr₂O₃) при высокой температуре (400-600^оС) приводит к образованию соответствующих алкенов:

Получение алкадиенов

Дегидрирование бутана и бутена-1

В настоящий момент основным методом производства бутадиена-1,3 (дивинила) является каталитическое дегидрирование бутана, а также бутена-1, содержащихся в газах вторичной переработки нефти. Процесс проводят в присутствии катализатора на основе оксида хрома (III) при 500—650°С:

Действием высоких температур в присутствии катализаторов на изопентан (2-метилбутан) получают промышленно важный продукт – изопрен (исходное вещество для получения так называемого «натурального» каучука):

Метод Лебедева

Ранее (в Советском Союзе) бутадиен-1,3 получали по методу Лебедева из этанола:

Дегидрогалогенирование дигалогензамещенных алканов

Осуществляется действием на галогенпроизводные спиртового раствора щелочи:

Получение алкинов

Получение ацетилена

Пиролиз метана

При нагревании до температуры 1200-1500^оС метан подвергается реакции дегидрирования с одновременным удваиванием углеродной цепи – образуются ацетилен и водород:

Гидролиз карбидов щелочных и щелочноземельных металлов

Действием на карбиды щелочных и щелочно-земельных металлов воды или кислот-неокислителей в лаборатории получают ацетилен. Наиболее дешев и, как следствие, наиболее доступен для использования карбид кальция:

Дегидрогалогенирование дигалогеналканов

Получение гомологов ацетилена

Дегидрогалогенирование дигалогеналканов:

Дегидрирование алканов и алкенов:

Получение ароматических углеводородов (аренов)

Декарбоксилирование солей ароматических карбоновых кислот

Сплавлением солей ароматических карбоновых кислот со щелочами удается получить ароматические углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле по сравнению с исходной солью:

Тримеризация ацетилена

При пропускании ацетилена при температуре 400°C над активированным углем с хорошим выходом образуется бензол:

Аналогичным способом можно получать симметричные триалкилзамещенные бензолы из гомологов ацетилена. Например:

Дегидрирование гомологов циклогексана

При действии на циклоалканы с 6-ю атомами углерода в цикле высокой температуры в присутствии платины происходит дегидрирование с образованием соответствующего ароматического углеводорода:

Дегидроциклизация

Также возможно получение ароматических углеводородов из углеводородов нециклического строения при наличии углеродной цепи с длиной в 6 или более атомов углерода (дегидроциклизация). Процесс осуществляют при высоких температурах в присутствии платины или любого другого катализатора гидрирования-дегидрирования (Pd, Ni):

Алкилирование

Получение гомологов бензола алкилированием ароматических углеводородов хлорпроизоводными алканов, алкенами или спиртами:

1. Алканы — ЗФТШ, МФТИ

В обычных условиях алканы химически инертны, что объясняется высокой прочностью `σ`-связей `»C» — «C»` и `»C» — «H»`. Поэтому алканы не вступают в реакции присоединения. При обычных условиях алканы проявляют высокую химическую устойчивость. По этой причине алканы получили название парафинов.

Основные химические превращения алканов идут только при сообщении им достаточно высокой энергии. Ковалентные связи не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов. При этом может произойти или разрыв связи `»C»–»H»` с последующим замещением атома водорода на другой атом или группу атомов, или же разрыв молекулы по связи `»C»–»C»`. Несмотря на то, что энергии этих связей равны соответственно `415` – `420` кДж/моль (для первичных атомов углерода) и `350` кДж/моль, разрыв предпочтительнее идёт по связи `»C»–»H»`, т. к. данная связь более доступна для реагента.

Поэтому алканы вступают в реакции, протекающие по механизму радикального замещения `»S»_»R»` (от англ. substitution radicalic).

1. Галогенирование. Алканы реагируют с хлором и бромом под действием УФ излучения или высокой температуры. Реакция протекает по цепному механизму, который характеризуется следующими стадиями:

а) инициирование цепи: `»Cl»_2->2″Cl»*`

б) рост цепи: `»Cl»*+»CH»_4->»HCl»+»CH»_3*`

`»CH»_3*+»Cl»_2->»CH»_3″Cl»+»Cl»*`

в) обрыв цепи: `»Cl»*+»Cl»* ->»Cl»_2`

`»Cl»*+»CH»_3* ->»CH»_3″Cl»`

`»CH»_3*+»CH»_3* ->»C»_2″H»_6`.

Суммарное уравнение реакции:

$$ {\mathrm{CH}}_{4}+{\mathrm{Cl}}_{2}\stackrel{\mathrm{hv}/\mathrm{t}°}{\to }{\mathrm{CH}}_{3}\mathrm{Cl}+\mathrm{HCl}$$.@` под давлением протекает реакция `»S»_»R»` с замещением водорода на нитрогруппу:

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-{\mathrm{CH}}_{3}+{\mathrm{HNO}}_{3}\stackrel{\mathrm{t}°,\mathrm{p}}{\to }{\mathrm{CH}}_{3}-{\mathrm{CH}}_{2}-{\mathrm{NO}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}$$.

При радикальных реакциях в первую очередь замещаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и в последнюю очередь у первичных атомов углерода.

3. Изомеризация. Нормальные алканы при определённых условиях могут превращаться в алканы с разветвленной цепью:

4. Крекинг – это гомолитический разрыв связей `»C» — «C»`, который протекает при нагревании под действием катализаторов. При крекинге высших алканов образуются алкены и низшие алканы, при крекинге метана и этана образуется ацетилен:

$$ {\mathrm{C}}_{6}{\mathrm{H}}_{14}\underset{\mathrm{t}°}{\overset{\mathrm{кат}.}{\to }}{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{6}+{\mathrm{C}}_{4}{\mathrm{H}}_{8}$$,

$$ 2{\mathrm{CH}}_{4}\stackrel{1500°\mathrm{C}}{\to }{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{2}+3{\mathrm{H}}_{2}$$,

$$ {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{6}\stackrel{1200°\mathrm{C}}{\to }{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{2}+2{\mathrm{H}}_{2}$$.-`, образуя вторую `σ`-связь за счёт электронной пары аниона:

Присоединение неполярных молекул происходит по такому же механизму. Отличие лишь в том, что на первой стадии реакции нет готового электрофила. Неполярная молекула при приближении к электронной плотности двойной связи поляризуется, происходит гетеролитический распад, образование `π`-комплекса и его превращение в карбокатион:

Вторая стадия протекает значительно быстрее, чем первая:

Если атомы углерода при двойной связи алкена неравноценны (алкен несимметричный), то структура образующегося карбокатиона и, следовательно, продукта реакции при присоединении полярных молекул определяется правилом Марковникова.

Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа `»HX»` к несимметричным алкенам водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (т. е. к тому атому углерода, при котором находится больше атомов водорода).

Рассмотрим конкретные примеры реакций присоединения.@»C»` газообразной смеси алкена и галогена может происходить и радикальное замещение `»S»_»R»` атома водорода при соседнем к двойной связи атоме углерода:

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+{\mathrm{Cl}}_{2}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{Cl}-{\mathrm{CH}}_{2}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+\mathrm{HCl}$$.

4. Гидрирование. Присоединение водорода происходит в присутствии металлических катализаторов (`»Ni»`, `»Pt»`):

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\underset{\mathrm{t}°}{\overset{\mathrm{кат}.}{\to }}{\mathrm{CH}}_{3}-{\mathrm{CH}}_{2}-{\mathrm{CH}}_{3}$$.

5. В присутствии специальных катализаторов молекулы алкенов могут соединяться друг с другом, образуя длинные цепи. Процесс соединения одинаковых молекул в более крупные называют

полимеризацией, а продукты такой реакции – полимерами.

где `»R» = «H»`, `»CH»_3`, `»Cl»`, `»C»_6″H»_5` и т. д.

Кроме реакций присоединения для алкенов характерны также реакции окисления.

1. В избытке кислорода алкены полностью сгорают:

`»C»_n»H»_(2n) + (3n)/2 «O»_2 -> n»CO»_2 + n»H»_2″O»`

2. При мягком окислении водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) образуются двухатомные спирты:

Эта реакция является качественной реакцией на двойную связь (обесцвечивание холодного раствора `»KMnO»_4` и образование бурого осадка оксида марганца `(«IV»)`).

В щелочной среде также образуются двухатомные спирты и `»K»_2″MnO»_4` (вещество темно-зелёного цвета).

3. При жёстком окислении линейных алкенов кипящим раствором `»KMnO»_4` в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи с образованием двух молекул карбоновых кислот:

$$ 5{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}-\mathrm{CH}=\mathrm{CH}-{\mathrm{CH}}_{3}+8{\mathrm{KMnO}}_{4}+12{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$$

$$ \stackrel{\mathrm{t}°}{\to }5{\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}\mathrm{COOH}+5{\mathrm{CH}}_{3}\mathrm{COOH}+8{\mathrm{MnSO}}_{4}+4{\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}+12{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}$$.

Если в молекуле алкена двойная связь находится на конце, то одним из продуктов реакции будет углекислый газ:

$$ {\mathrm{CH}}_{3}-\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_{2}+2{\mathrm{KMnO}}_{4}+3{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$$

$$ \stackrel{\mathrm{t}°}{\to } {\mathrm{CH}}_{3}\mathrm{COOH}+{\mathrm{CO}}_{2}+2{\mathrm{MnSO}}_{4}+{\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{SO}}_{4}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}$$.

При жёстком окислении разветвлённых алкенов образуются кетоны:

Таким образом по продуктам жёсткого окисления можно установить положение двойной связи в исходном алкене.

Для подбора стехиометрических коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) возможны два метода: электронного и электронно-ионного баланса.

В методе электронного баланса существует несколько простых правил, с помощью которых можно определить степени окисления атомов в молекулах органических веществ:

1. Степень окисления водорода в органической молекулы всегда `+1`, а кислорода `-2` (за исключением перекисей, где она составляет `-1`)

2. Молекулу необходимо разделить на фрагменты, включающие по одному атому углерода, в каждом из которых сумма степеней окисления всех атомов должна быть равна нулю.

Примеры:

Свойства углеводородов. Получение углеводородов | ЕГЭ по химии

Характерные химические свойства углеводородов: алканов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов

Алканы

Алканы — углеводороды, в молекулах которых атомы связаны одинарными связями и которые соответствуют общей формуле $С_{n}Н_{2n+2}$.

Гомологический ряд метана

Как вы уже знаете, гомологи — это вещества, сходные по строению и свойствам и отличающиеся на одну или более групп $СН_2$.

Предельные углеводороды составляют гомологический ряд метана.

Изомерия и номенклатура

Для алканов характерна так называемая структурная изомерия. Структурные изомеры отличаются друг от друга строением углеродного скелета. Как вам уже известно, простейший алкан, для которого характерны структурные изомеры, — это бутан:

Рассмотрим подробнее для алканов основы номенклатуры ИЮПАК:

1. Выбор главной цепи.

Формирование названия углеводорода начинается с определения главной цепи — самой длинной цепочки атомов углерода в молекуле, которая является как бы ее основой.

2. Нумерация атомов главной цепи.

Атомам главной цепи присваивают номера. Нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, к которому ближе стоит заместитель (структуры А, Б). Если заместители находятся на равном удалении от конца цепи, то нумерация начинается от того конца, при котором их больше (структура В). Если различные заместители находятся на равном удалении от концов цепи, то нумерация начинается с того конца, к которому ближе старший (структура Г). Старшинство углеводородных заместителей определяется по тому, в каком порядке следует в алфавите буква, с которой начинается их название: метил (—$СН_3$), затем пропил ($—СН_2—СН_2—СН_3$), этил ($—СН_2—СН_3$) и т. д.

Обратите внимание на то, что название заместителя формируется заменой суффикса -ан на суффикс -ил в названии соответствующего алкана.

3. Формирование названия.

В начале названия указывают цифры — номера атомов углерода, при которых находятся заместители. Если при данном атоме находятся несколько заместителей, то соответствующий номер в названии повторяется дважды через запятую ($2.2-$). После номера через дефис указывают количество заместителей (ди — два, три — три, тетра — четыре, пента — пять) и название заместителя (метил, этил, пропил). Затем без пробелов и дефисов — название главной цепи. Главная цепь называется как углеводород — член гомологического ряда метана (

метан, этан, пропан и т. д.).

Названия веществ, структурные формулы которых приведены выше, следующие:

— структура А: $2$-метилпропан;

— структура Б: $3$-этилгексан;

— структура В: $2,2,4$-триметилпентан;

— структура Г: $2$-метил $4$-этилгексан.

Физические и химические свойства алканов

Физические свойства. Первые четыре представителя гомологического ряда метана — газы. Простейший из них — метан — газ без цвета, вкуса и запаха (запах газа, почувствовав который, надо звонить $104$, определяется запахом меркаптанов — серосодержащих соединений, специально добавляемых к метану, используемому в бытовых и промышленных газовых приборах, для того, чтобы люди, находящиеся рядом с ними, могли по запаху определить утечку).

Углеводороды состава от $С_5Н_{12}$ до $С_{15}Н_{32}$ — жидкости; более тяжелые углеводороды — твердые вещества.

Температуры кипения и плавления алканов постепенно увеличиваются с возрастанием длины углеродной цепи. Все углеводороды плохо растворяются в воде, жидкие углеводороды являются распространенными органическими растворителями.

Химические свойства.

1. Реакции замещения. Наиболее характерными для алканов являются реакции свободнорадикального замещения, в ходе которого атом водорода замещается на атом галогена или какую-либо группу.

Приведем уравнения наиболее характерных реакций.

Галогенирование:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

В случае избытка галогена хлорирование может пойти дальше, вплоть до полного замещения всех атомов водорода на хлор:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+{CH_2Cl_2}↙{\text»дихлорметан(хлористый метилен)»}$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+{CHСl_3}↙{\text»трихлорметан(хлороформ)»}$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+{CCl_4}↙{\text»тетрахлорметан(четыреххлористый углерод)»}$.

Полученные вещества широко используются как растворители и исходные вещества в органических синтезах.

2. Дегидрирование (отщепление водорода). В ходе пропускания алканов над катализатором ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) при высокой температуре ($400–600°С$) происходит отщепление молекулы водорода и образование алкена:

$CH_3—CН_3→СH_2=CH_2+Н_2↑$

3. Реакции, сопровождающиеся разрушением углеродной цепи. Все предельные углеводороды горят с образованием углекислого газа и воды. Газообразные углеводороды, смешанные с воздухом в определенных соотношениях, могут взрываться. Горение предельных углеводородов — это свободнорадикальная экзотермическая реакция, которая имеет очень большое значение при использовании алканов в качестве топлива:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 кДж.$

В общем виде реакцию горения алканов можно записать следующим образом:

$C_{n}H_{2n+2}+({3n+1}/{2})O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$

Термическое расщепление углеводородов:

$C_{n}H_{2n+2}{→}↖{400-500°C}C_{n-k}H_{2(n-k)+2}+C_{k}H_{2k}$

Процесс протекает по свободнорадикальному механизму. Повышение температуры приводит к гомолитическому разрыву углерод-углеродной связи и образованию свободных радикалов:

$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2·+·CH_2—R$.

Эти радикалы взаимодействуют между собой, обмениваясь атомом водорода, с образованием молекулы алкана и молекулы алкена:

$R—CH_2CH_2·+·CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Реакции термического расщепления лежат в основе промышленного процесса — крекинга углеводородов. Этот процесс является важнейшей стадией переработки нефти.3$-гибридизации. Молекулы этих веществ построены при помощи ковалентных неполярных $С—С$ (углерод — углерод) связей и слабополярных $С—Н$ (углерод — водород) связей. В них нет участков с повышенной и с пониженной электронной плотностью, легко поляризуемых связей, т.е. таких связей, электронная плотность в которых может смещаться под действием внешних факторов (электростатических полей ионов). Следовательно, алканы не будут реагировать с заряженными частицами, т.к. связи в молекулах алканов не разрываются по гетеролитическому механизму.

Алкены

К непредельным относят углеводороды, содержащие в молекулах кратные связи между атомами углерода. Непредельными являются алкены, алкадиены (полиены), алкины. Непредельным характером обладают также циклические углеводороды, содержащие двойную связь в цикле (циклоалкены), а также циклоалканы с небольшим числом атомов углерода в цикле (три или четыре атома). Свойство непредельности связано со способностью этих веществ вступать в реакции присоединения, прежде всего водорода, с образованием предельных, или насыщенных, углеводородов — алканов.

Алкены — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну двойную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле $С_{n}Н_{2n}$.

Свое второе название — олефины — алкены получили по аналогии с жирными непредельными кислотами (олеиновая, линолевая), остатки которых входят в состав жидких жиров — масел (от лат. oleum — масло).

Гомологический ряд этена

Неразветвленные алкены составляют гомологический ряд этена (этилена):

$С_2Н_4$ — этен, $С_3Н_6$ — пропен, $С_4Н_8$ — бутен, $С_5Н_{10}$ — пентен, $С_6Н_{12}$ — гексен и т. д.

Изомерия и номенклатура

Для алкенов, так же, как и для алканов, характерна структурная изомерия. Структурные изомеры отличаются друг от друга строением углеродного скелета. Простейший алкен, для которого характерны структурные изомеры, — это бутен:

Особым видом структурной изомерии является изомерия положения двойной связи:

$СН_3—{СН_2}↙{бутен-1}—СН=СН_2$ $СН_3—{СН=СН}↙{бутен-2}—СН_3$

Вокруг одинарной углерод-углеродной связи возможно практически свободное вращение атомов углерода, поэтому молекулы алканов могут приобретать самую разнообразную форму. Вращение вокруг двойной связи невозможно, что приводит к появлению у алкенов еще одного вида изомерии — геометрической, или цис-транс изомерии.

Цис-изомеры отличаются от транс-изомеров пространственным расположением фрагментов молекулы (в данном случае метильных групп) относительно плоскости $π$-связи, а следовательно, и свойствами.

Алкены изомерны циклоалканам (межклассовая изомерия), например:

Номенклатура алкенов, разработанная ИЮПАК, схожа с номенклатурой алканов.

1. Выбор главной цепи.

Образование названия углеводорода начинается с определения главной цепи — самой длинной цепочки атомов углерода в молекуле. В случае алкенов главная цепь должна содержать двойную связь.

2. Нумерация атомов главной цепи.

Нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, к которому ближе находится двойная связь. Например, правильное название соединения:

$5$-метилгексен-$2$, а не $2$-метилгексен-$4$, как можно было бы предположить.

Если по положению двойной связи нельзя определить начало нумерации атомов в цепи, то его определяет положение заместителей, так же, как для предельных углеводородов.

3. Формирование названия.

Названия алкенов формируются так же, как и названия алканов. В конце названия указывают номер атома углерода, у которого начинается двойная связь, и суффикс, обозначающий принадлежность соединения к классу алкенов, — -ен.

Например:

Физические и химические свойства алкенов

Физические свойства. Первые три представителя гомологического ряда алкенов — газы; вещества состава $С_5Н_{10}$ – $С_{16}Н_{32}$ — жидкости; высшие алкены — твердые вещества.

Температуры кипения и плавления закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединений.

Химические свойства.

Реакции присоединения. Напомним, что отличительной чертой представителей непредельных углеводородов — алкенов является способность вступать в реакции присоединения. Большинство этих реакций протекает по механизму электрофильного присоединения.

1. Гидрирование алкенов. Алкены способны присоединять водород в присутствии катализаторов гидрирования, металлов — платины, палладия, никеля:

$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2{→}↖{Pt}CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.

Эта реакция протекает при атмосферном и повышенном давлении и не требует высокой температуры, т.к. является экзотермической. При повышении температуры на тех же катализаторах может пойти обратная реакция — дегидрирование.

2. Галогенирование (присоединение галогенов). Взаимодействие алкена с бромной водой или раствором брома в органическом растворителе ($CCl_4$) приводит к быстрому обесцвечиванию этих растворов в результате присоединения молекулы галогена к алкену и образования дигалоген алканов:

$СН_2=СН_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода).

$CH_3-{CH}↙{пропен}=CH_2+HBr→CH_3-{CHBr}↙{2-бромпропен}-CH_3$

Эта реакция подчиняется правилу Марковникова:

При присоединении галогеноводорода к алкену водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, т.е. атому, при котором находится больше атомов водорода, а галоген — к менее гидрированному.

4. Гидратация (присоединение воды).

Гидратация алкенов приводит к образованию спиртов. Например, присоединение воды к этену лежит в основе одного из промышленных способов получения этилового спирта:

${CH_2}↙{этен}=CH_2+H_2O{→}↖{t,H_3PO_4}CH_3-{CH_2OH}↙{этанол}$

Обратите внимание на то, что первичный спирт (с гидроксогруппой при первичном углероде) образуется только при гидратации этена. При гидратации пропена или других алкенов образуются вторичные спирты.

Эта реакция протекает также в соответствии с правилом Марковникова — катион водорода присоединяется к более гидрированному атому углерода, а гидроксогруппа — к менее гидрированному.

5. Полимеризация. Особым случаем присоединения является реакция полимеризации алкенов:

$nCH_2{=}↙{этен}CH_2{→}↖{УФ-свет,R}(…{-CH_2-CH_2-}↙{полиэтилен}…)_n$

Эта реакция присоединения протекает по свободнорадикальному механизму.

6. Реакция окисления.

Как и любые органические соединения, алкены горят в кислороде с образованием $СО_2$ и $Н_2О$:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2↑+2Н_2О$.

В общем виде:

$C_{n}H_{2n}+{3n}/{2}O_2→nCO_2↑+nH_2O$

В отличие от алканов, которые устойчивы к окислению в растворах, алкены легко окисляются под действием растворов перманганата калия. В нейтральных или щелочных растворах происходит окисление алкенов до диолов (двухатомных спиртов), причем гидроксильные группы присоединяются к тем атомам, между которыми до окисления существовала двойная связь:

Алкадиены (диеновые углеводороды)

Алкадиены — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, две двойные связи между атомами углерода и соответствующие общей формуле $С_{n}Н_{2n-2}$.

В зависимости от взаимного расположения двойных связей различают три вида диенов:

— алкадиены с кумулированным расположением двойных связей:

$CH_2=C=CH_2$;

— алкадиены с сопряженными двойными связями;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

— алкадиены с изолированными двойными связями

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Эти все три вида алкадиенов существенно отличаются друг от друга по строению и свойствам. Центральный атом углерода (атом, образующий две двойные связи) в алкадиенах с кумулированными связями находится в состоянии $sp$-гибридизации. Он образует две $σ$-связи, лежащие на одной прямой и направленные в противоположные стороны, и две $π$-связи, лежащие в перпендикулярных плоскостях. $π$-Связи образуются за счет негибридизированных р-орбиталей каждого атома углерода. Свойства алкадиенов с изолированными двойными связями весьма специфичны, т.к. сопряженные $π$-связи существенно влияют друг на друга.

р-Орбитали, образующие сопряженные $π$-связи, составляют практически единую систему (ее называют $π$-системой), т.к. р-орбитали соседних $π$-связей частично перекрываются.

Изомерия и номенклатура

Для алкадиенов характерна как структурная изомерия, так и цис-, транс-изомерия.

Структурная изомерия.

— изомерия углеродного скелета:

— изомерия положения кратных связей:

${CH_2=CH—CH=CH_2}↙{бутадиен-1,3}$ ${CH_2=C=CH—CH_3}↙{бутадиен-1,2}$

Цис-, транс-изомерия (пространственная и геометрическая)

Например:

Алкадиены изомерны соединениям классов алкинов и циклоалкенов.

При формировании названия алкадиена указывают номера двойных связей. Главная цепь должна обязательно содержать две кратные связи.

Например:

Физические и химические свойства алкадиенов

Физические свойства.

В обычных условиях пропандиен-1,2, бутадиен-1,3 — газы, 2-метилбутадиен-1,3 — летучая жидкость. Алкадиены с изолированными двойными связями (простейший из них — пентадиен-1,4) — жидкости. Высшие диены — твердые вещества.

Химические свойства.

Химические свойства алкадиенов с изолированными двойными связями мало отличаются от свойств алкенов. Алкадиены с сопряженными связями обладают некоторыми особенностями.

1. Реакции присоединения. Алкадиены способны присоединять водород, галогены, галогеноводороды.

Особенностью присоединения к алкадиенам с сопряженными связями является способность присоединять молекулы как в положениях 1 и 2, так и в положениях 1 и 4.

Соотношение продуктов зависит от условий и способа проведения соответствующих реакций.

2. Реакция полимеризации. Важнейшим свойством диенов является способность полимеризоваться под воздействием катионов или свободных радикалов. Полимеризация этих соединений является основой синтетических каучуков:

$nCH_2={CH—CH=CH_2}↙{бутадиен-1,3}→{(… —CH_2—CH=CH—CH_2— …)_n}↙{\text»синтетический бутадиеновый каучук»}$.

Полимеризация сопряженных диенов протекает как 1,4-присоединение.

В этом случае двойная связь оказывается центральной в звене, а элементарное звено, в свою очередь, может принимать как цис-, так и транс-конфигурацию.

Алкины

Алкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле $С_{n}Н_{2n-2}$.

Гомологический ряд этина

Неразветвленные алкины составляют гомологический ряд этина (ацетилена):

$С_2Н_2$ — этин, $С_3Н_4$ — пропин, $С_4Н_6$ — бутин, $С_5Н_8$ — пентин, $С_6Н_{10}$ — гексин и т. д.

Изомерия и номенклатура

Для алкинов, так же как и для алкенов, характерна структурная изомерия: изомерия углеродного скелета и изомерия положения кратной связи. Простейший алкин, для которого характерны структурные изомеры положения кратной связи класса алкинов, — это бутин:

$СН_3—{СН_2}↙{бутин-1}—С≡СН$ $СН_3—{С≡С}↙{бутин-2}—СН_3$

Изомерия углеродного скелета у алкинов возможна, начиная с пентина:

Так как тройная связь предполагает линейное строение углеродной цепи, геометрическая (цис-, транс-) изомерия для алкинов невозможна.

Наличие тройной связи в молекулах углеводородов этого класса отражается суффиксом -ин, а ее положение в цепи — номером атома углерода.

Например:

Алкинам изомерны соединения некоторых других классов. Так, химическую формулу $С_6Н_{10}$ имеют гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) и циклогексен (циклоалкен):

Физические и химические свойства алкинов

Физические свойства. Температуры кипения и плавления алкинов, так же, как и алкенов, закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединений.

Алкины имеют специфический запах. Они лучше растворяются в воде, чем алканы и алкены.

Химические свойства.

Реакции присоединения. Алкины относятся к непредельным соединениям и вступают в реакции присоединения. В основном это реакции электрофильного присоединения.

1. Галогенирование (присоединение молекулы галогена). Алкин способен присоединить две молекулы галогена (хлора, брома):

$CH≡CH+Br_2→{CHBr=CHBr}↙{1,2-дибромэтан},$

$CHBr=CHBr+Br_2→{CHBr_2-CHBr_2}↙{1,1,2,2-тетрабромэтан}$

2. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода). Реакция присоединения галогеноводорода, протекающая по электрофильному механизму, также идет в две стадии, причем на обеих стадиях выполняется правило Марковникова:

$CH_3-C≡CH+Br→{CH_3-CBr=CH_2}↙{2-бромпропен},$

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→{CH_3-CHBr_2-CH_3}↙{2,2-дибромпропан}$

3. Гидратация (присоединение воды). Боль шое значение для промышленного синтеза кетонов и альдегидов имеет реакция присоединения воды (гидратация), которую называют реакцией Кучерова:

4. Гидрирование алкинов. Алкины присоединяют водород в присутствии металлических катализаторов ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2{→}↖{Pt}R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2{→}↖{Pt}R-CH_2-CH_2-R$

Так как тройная связь содержит две реакционноспособные $π$-связи, алканы присоединяют водород ступенчато:

1) тримеризация.

При пропускании этина над активированным углем образуется смесь продуктов, одним из которых является бензол:

2) димеризация.

Помимо тримеризации ацетилена, возможна его димеризация. Под действием солей одновалентной меди образуется винилацетилен:

$2HC≡CH→{HC≡C-CH=CH_2}↙{\text»бутен-1-ин-3(винилацетилен)»}$

Это вещество используется для получения хлоропрена:

$HC≡C-CH=CH_2+HCl{→}↖{CaCl}H_2C={CCl-CH}↙{хлоропрен}=CH_2$

полимеризацией которого получают хлоропреновый каучук:

$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(…-H_2C-CCl=CH-CH_2-…)_n$

Окисление алкинов.

Этин (ацетилен) горит в кислороде с выделением очень большого количества теплоты:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2↑+2H_2O+2600кДж$ На этой реакции основано действие кислородно-ацетиленовой горелки, пламя которой имеет очень высокую температуру (более $3000°С$), что позволяет использовать ее для резки и сварки металлов.

На воздухе ацетилен горит коптящим пламенем, т.к. содержание углерода в его молекуле выше, чем в молекулах этана и этена.

Алкины, как и алкены, обесцвечивают подкисленные растворы перманганата калия; при этом происходит разрушение кратной связи.

Реакции, характеризующие основные способы получения кислородсодержащих соединений

1. Гидролиз галогеналканов. Вы уже знаете, что образование галокеналканов при взаимодействии спиртов с галогеноводородами — обратимая реакция. Поэтому понятно, что спирты могут быть получены при гидролизе галогеналканов — реакции этих соединений с водой:

$R-Cl+NaOH{→}↖{H_2O}R-OH+NaCl+H_2O$

Многоатомные спирты можно получить при гидролизе галогеналканов, содержащих более одного атома галогена в молекуле.{+}}{C_2H_5OH}↙{этанол}$

Гидратация пропена приводит, в соответствии с правилом Марковникова, к образованию вторичного спирта — пропанола-2:

3. Гидрирование альдегидов и кетонов. Вы уже знаете, что окисление спиртов в мягких условиях приводит к образованию альдегидов или кетонов. Очевидно, что спирты могут быть получены при гидрировании (восстановлении водородом, присоединении водорода) альдегидов и кетонов:

4. Окисление алкенов. Гликоли, как уже отмечалось, могут быть получены при окислении алкенов водным раствором перманганата калия. Например, этиленгликоль (этандиол-1,2) образуется при окислении этилена (этена):

$CH_2=CH_2+[O]+H_2O{→}↖{KMnO_4}HO-CH_2-CH_2-OH$

5. Специфические способы получения спиртов. Некоторые спирты получают характерными только для них способами. Так, метанол в промышленности получают при взаимодействии водорода с оксидом углерода (II) (угарным газом) при повышенном давлении и высокой температуре на поверхности катализатора (оксида цинка):

$CO+2H_2{→}↖{t,p,ZnO}CH_3-OH$

Необходимую для этой реакции смесь угарного газа и водорода, называемую также синтез-газом ($СО + nН_2О$), получают при пропускании паров воды над раскаленным углем:

$C+H_2O{→}↖{t}CO+H_2-Q$

6. Брожение глюкозы. Этот способ получения этилового (винного) спирта известен человеку с древнейших времен:

${C_6H_{12}O_6}↙{глюкоза}{→}↖{дрожжи}2C_2H_5OH+2CO_2$

Способы получения альдегидов и кетонов

Альдегиды и кетоны могут быть получены окислением или дегидрированием спиртов. Еще раз отметим, что при окислении или дегидрировании первичных спиртов могут быть получены альдегиды, а вторичных спиртов — кетоны:

Реакция Кучерова. Из ацетилена в результате реакции гидратации получается уксусный альдегид, из гомологов ацетилена — кетоны:

При нагревании кальциевых или бариевых солей карбоновых кислот образуются кетон и карбонат металла:

Способы получения карбоновых кислот

Карбоновые кислоты могут быть получены окислением первичных спиртов альдегидов:

Ароматические карбоновые кислоты образуются при окислении гомологов бензола:

Гидролиз различных производных карбоновых кислот также приводит к получению кислот. Так, при гидролизе сложного эфира образуются спирт и карбоновая кислота. Как уже говорилось выше, реакции этерификации и гидролиза, катализируемые кислотой, обратимы:

Гидролиз сложного эфира под действием водного раствора щелочи протекает необратимо, в этом случае из сложного эфира образуется не кислота, а ее соль:

8.6: Восстановление алкенов — гидрирование

Цели

После заполнения этого раздела вы сможете:

написать уравнение каталитического гидрирования алкена.
идентифицируют продукт, полученный гидрированием данного алкена.
идентифицируют алкен, реагенты или и то, и другое, необходимые для получения данного алкана каталитическим гидрированием.
описывают механизм каталитического гидрирования алкенов.
объясняют разницу между гетерогенной реакцией и гомогенной реакцией.
признает, что другие типы соединений, содержащих множественные связи, такие как кетоны, сложные эфиры, нитрилы и ароматические соединения, не реагируют с водородом в условиях, используемых для гидрирования алкенов.

Ключевые термины

Убедитесь, что вы можете определить и использовать в контексте следующие ключевые термины.

Катализатор Адамса
гидрирование

Учебные заметки

В гетерогенных химических реакциях реагенты находятся по крайней мере в двух разных фазах (например,грамм. газ с твердым телом), тогда как гомогенные реакции происходят в одной фазе (например, газ с другим газом).

Некоторая путаница может возникнуть из-за описания катализатора, используемого в реакции между алкенами и водородом. Обычно используются три металла — никель, платина и палладий, но химик не может просто поместить кусок одного из этих металлов в смесь алкена и водорода и получить реакцию. Каждый металлический катализатор нужно готовить особым образом:

обычно используется в мелкодисперсной форме, называемой «никель Ренея».«Его получают путем реакции сплава Ni-Al с NaOH.
получают коммерчески, «нанесенный» на инертное вещество, такое как древесный уголь (Pd / C). Алкен обычно растворяется в этаноле, когда Pd / C используется в качестве катализатора.
используется в качестве катализатора Адамса PtO ₂, хотя на самом деле катализатором является металлическая платина. Водород, используемый для добавления к двойной связи углерод-углерод, также восстанавливает оксид платины (IV) до мелкодисперсной металлической платины.Этанол или уксусная кислота используются в качестве растворителя алкена.

Другие типы соединений, содержащих кратные связи, такие как кетоны, сложные эфиры и нитрилы, не реагируют с водородом в условиях, используемых для гидрирования алкенов. Приведенные ниже примеры показывают восстановление алкена, но присутствующие кетоновые и нитрильные группы остаются нетронутыми и не восстанавливаются.

Ароматические кольца также не восстанавливаются в условиях, используемых для восстановления алкенов, хотя эти кольца, по-видимому, содержат три двойные углерод-углеродные связи.Как вы увидите позже, ароматические кольца на самом деле не содержат двойных связей, и многие химики предпочитают представлять бензольное кольцо в виде шестиугольника с кругом внутри него

, а не в виде шестиугольника с тремя чередующимися двойными связями.

Представление бензольного кольца будет обсуждаться далее в Разделе 15.2.

Реакция между двойными связями углерод-углерод и водородом дает метод определения количества двойных связей, присутствующих в соединении.Например, один моль циклогексена реагирует с одним моль водорода с образованием одного моля циклогексана:

, но один моль 1,4-циклогексадиена реагирует с двумя молями водорода с образованием одного моля циклогексана:

Химик сказал бы, что циклогексен реагирует с одним эквивалентом водорода, а 1,4-циклогексадиен реагирует с двумя эквивалентами водорода. Если вы возьмете известное количество неизвестного ненасыщенного углеводорода и определите, сколько водорода он поглотит, вы легко сможете определить количество двойных связей, присутствующих в углеводороде (см. Вопрос 2 ниже).

Присоединение водорода к двойной связи углерод-углерод называется гидрированием . Общий эффект такого добавления заключается в восстановительном удалении функциональной группы с двойной связью. Региоселективность не является проблемой, поскольку одна и та же группа (атом водорода) связана с каждым из атомов углерода с двойной связью. Простейшим источником двух атомов водорода является молекулярный водород (H ₂), но смешивание алкенов с водородом не приводит к какой-либо заметной реакции. Хотя общая реакция гидрирования экзотермична, высокая энергия активации препятствует ее протеканию в нормальных условиях.Это ограничение можно обойти, используя катализатор, как показано на диаграмме координат реакции ниже.

Примером реакции присоединения алкена является процесс, называемый гидрированием. В реакции гидрирования два атома водорода добавляются через двойную связь алкена, в результате чего получается насыщенный алкан. Гидрирование двойной связи является термодинамически выгодной реакцией, поскольку образует более стабильный (с меньшей энергией) продукт. Другими словами, энергия продукта ниже энергии реагента; таким образом, он экзотермичен (выделяется тепло).Выделяющееся тепло называется теплотой гидрогенизации, которая является показателем стабильности молекулы.

Катализаторы — это вещества, которые изменяют скорость (скорость) химической реакции, но не потребляются и не появляются как часть продукта. Катализаторы действуют за счет снижения энергии активации реакций, но не изменяют относительную потенциальную энергию реагентов и продуктов. Мелкодисперсные металлы, такие как платина, палладий и никель, являются одними из наиболее широко используемых катализаторов гидрирования.Каталитическое гидрирование происходит по крайней мере в две стадии, как показано на диаграмме. Во-первых, алкен должен адсорбироваться на поверхности катализатора вместе с некоторым количеством водорода. Затем два атома водорода перемещаются с поверхности металла на атомы углерода двойной связи, и образующийся насыщенный углеводород, который адсорбируется слабее, покидает поверхность катализатора. Точная природа и время последних событий до конца не изучены.

Как показано на энергетической диаграмме, гидрирование алкенов является экзотермическим, и выделяется тепло, соответствующее ΔH на диаграмме.Эту теплоту реакции можно использовать для оценки термодинамической стабильности алкенов, имеющих различное количество алкильных заместителей на двойной связи. Например, в следующей таблице перечислены теплоты гидрирования для трех алкенов C ₅ H ₁₀, которые дают один и тот же алкановый продукт (2-метилбутан). Поскольку большая теплота реакции указывает на более высокую энергию реагента, эта теплота обратно пропорциональна стабильности изомеров алкена. В грубом приближении мы видим, что каждый алкильный заместитель в двойной связи стабилизирует эту функциональную группу чуть более чем на 1 ккал / моль.

Изомер алкенов	(CH ₃) ₂ CHCH = CH ₂ 3-метил-1-бутен	CH ₂ = C (CH ₃) CH ₂ CH ₃ 2-метил-1-бутен	(CH ₃) ₂ C = CHCH ₃ 2-метил-2-бутен
Теплота реакции (ΔHº)	–30,3 ккал / моль	–28.5 ккал / моль	–26,9 ккал / моль

Исходя из показанного здесь механизма, можно ожидать, что добавление водорода будет происходить с синстереоселективностью. Часто это верно, но катализаторы гидрирования могут также вызывать изомеризацию двойной связи перед добавлением водорода, и в этом случае стереоселективность может быть неопределенной.

Упражнение 1

В реакции
1. 0.500 моль этена реагирует с _______ моль водорода. Таким образом, химик может сказать, что этен реагирует с одним _______ водорода.
2. этен _______; пока _______ окисляется.
3. степень окисления углерода в этене _______; в этане это _______.

Ответ

0,500 моль этена реагирует с 0,500 моль водорода. Таким образом, химик может сказать, что этен реагирует с одним эквивалентом водорода.
этен восстанавливается; в то время как водород окисляется.
степень окисления углерода в этене составляет -2; в этане это −3.

Упражнение 2

Когда 1.000 г определенного триглицерида (жира) обрабатывают газообразным водородом в присутствии катализатора Адамса, обнаруживается, что объем газообразного водорода, потребляемого при 99,8 кПа и 25,0 ° C, составляет 162 мл. Отдельный эксперимент показывает, что молярная масса жира составляет 914 г / моль ^-1.Сколько двойных связей углерод-углерод в соединении?

Ответ

Количество израсходованного водорода

= n моль = PVRT = 99,8 кПа × 0,162 л 8,31 кПа⋅моль − 1⋅K − 1 × 298 K = 6,53 × 10−3 моль ч3

Количество использованного жира

= (1.000 г) × (1 моль) (914 г) = 1.09 × 10-3 моль жира

Отношение потребленных молей водорода к молям жира

= 6,53 × 10−3: 1,09 × 10−3 = 6: 1

Таким образом, жир содержит шесть двойных углерод-углеродных связей на молекулу.

Вопросы

8.6.1

Предскажите продукты, если следующие алкены прореагировали с каталитическим водородом.

Решения

S8.6.1

Авторы и авторство

19,4. Восстановление алкенов и алкинов

Двойная связь алкена состоит из сигма (σ) и пи (π) связи. Поскольку π-связь углерод-углерод относительно слабая, она довольно реактивна и может быть легко разорвана, а к углероду могут быть добавлены реагенты.Реагенты добавляются путем образования одинарных связей с углеродом в реакции присоединения.

Введение

Одной из важных реакций присоединения алкена является гидрирование ., При котором алкен восстанавливается до алкана. В реакции гидрирования два атома водорода добавляются через двойную связь алкена, в результате чего получается насыщенный алкан. Гидрирование двойной связи является термодинамически выгодной реакцией, поскольку образует более стабильный (с меньшей энергией) продукт.Другими словами, энергия продукта ниже энергии реагента; таким образом, он экзотермичен (выделяется тепло). Выделяющееся тепло называется теплотой гидрогенизации, которая является показателем стабильности молекулы.

Хотя гидрирование алкена является термодинамически благоприятной реакцией, оно не будет протекать без добавления катализатора.

Обычно используемые катализаторы представляют собой нерастворимые металлы, такие как палладий в форме Pd-C, платина в форме PtO2 и никель в форме Ra-Ni.В присутствии металлического катализатора связь H-H в h3 расщепляется, и каждый водород присоединяется к поверхности металлического катализатора, образуя связи металл-водород. Металлический катализатор также абсорбирует алкен своей поверхностью. Затем атом водорода переносится на алкен, образуя новую связь C-H. Второй атом водорода переносится, образуя еще одну связь C-H. В этот момент два атома водорода добавлены к атомам углерода по двойной связи.

Поскольку эта реакция происходит на плоской поверхности, присоединение водорода происходит на той же грани двойной связи — другими словами, присоединение syn .Каталитическое гидрирование 1,2-диметилциклопентана приведет, например, к диметилциклоалкану цис с небольшим образованием продукта транс или без него.

Конкурирующие реакции

Другие двойные связи, такие как C = O, также могут быть гидрированы, но это восстановление обычно медленнее, чем при гидрировании алкенов. Этот факт можно использовать с пользой при проведении селективных реакций. Например, гидрирование двойной связи углерод-углерод может быть достигнуто без одновременного восстановления карбонильной связи в той же молекуле.Например, двойная связь углерод-углерод следующего альдегида может быть избирательно восстановлена:

Общие приложения

Реакции гидрирования широко используются для создания коммерческих товаров. Гидрирование используется в пищевой промышленности для производства большого количества различных промышленных товаров, таких как спреды и шортенинги, из жидких масел. Этот процесс также увеличивает химическую стабильность продуктов и дает полутвердые продукты, такие как маргарин. Гидрирование также используется при переработке угля.Твердый уголь превращается в жидкость за счет добавления водорода. Сжижение угля делает его доступным для использования в качестве топлива.

Трансжиры

Каталитическое гидрирование алкенов в настоящее время является актуальной темой в пищевой химии. Маргарин получают путем частичного гидрирования двойных связей в ненасыщенных жирных кислотах в жидких растительных маслах, обычно с никелевым катализатором. Полное гидрирование приведет к образованию полностью насыщенных жирных кислот и приведет к продукту, похожему на сало, который слишком сложно намазать на тосте, поэтому условия регулируются таким образом, чтобы гидрогенизировать только некоторые из двойных связей, а другие остаются на месте, что приводит к мягкий и растекающийся продукт.Этот процесс называется частичным гидрированием . (Вы можете узнать больше о химической основе взаимосвязи между насыщением липидов и температурой плавления в книге Содерберга, раздел 2.4D).

Однако в последнее время ученых все больше беспокоит присутствие неестественных жирных кислот, содержащихся в маргарине и других пищевых продуктах, изготовленных из частично гидрогенизированных масел. Природные ненасыщенные жирные кислоты содержат в основном цис- двойных связей. В неприродных жирных кислотах, обнаруженных в маргаринах, естественная стереохимия цис- была преобразована в транс-. Транс- -жирные кислоты связаны с сердечными заболеваниями и некоторыми формами рака.

Похоже, что эти неприродные изомеры транс жирных кислот непреднамеренно образуются в процессе гидрирования. Проблема в том, что нет контроля над региохимией или стереохимией обратной реакции (дегидрирования). Поскольку для частичного (а не полного) гидрирования используется только ограниченное количество водорода, этот процесс обратим, а это означает, что двойные связи имеют тенденцию к переформированию, а когда это происходит, это часто происходит с более низкой энергией конфигурация trans , а не естественная конфигурация cis .На приведенном ниже рисунке показано частичное гидрирование углеводорода линолевой кислоты на никелевом катализаторе, приводящее к олеиновой кислоте, которая является желаемым цис--ненасыщенным продуктом, а также элаидиновой кислотой, нежелательным -транс--жирным продуктом.

Производители пищевых продуктов все чаще применяют альтернативные технологии гидрогенизации и производственные стратегии, чтобы предлагать продукты, не содержащие транс- жирных кислот. (См. J. Am. Diet. Assoc . 2006 , 106 , 867 для подробного обзора этой темы).

Ненасыщенный углеводород — обзор

11.4 Гидрирование полимеров

Любой полимер с ненасыщенными углеводородными группами в основной цепи или в качестве боковых групп может быть гидрирован. Ранние исследования гидрирования эластомеров были сосредоточены на деструктивном гидрировании с последующей потерей макромолекулярной структуры. Это выходит за рамки данной главы; ссылаются на несколько ссылок по этому поводу (Hall, Antikowiak, 1955; Wichlatz, 1964; Yakubchik et al., 1962). Самая последняя работа в области гидрогенизации позволила получить превосходные продукты, такие как линейный полиэтилен путем гидрирования поли (1,4-бутадиена) (Rachapudy et al., 1979; Halasa, 1981a) и сополимер этилена с пропиленом из каучука. гидрирование полиизопрена

(11,5) (11,6)

Эти реакции проводили с использованием гетерогенного катализатора.

Гомогенные растворимые катализаторы на основе переходных металлов для гидрирования были использованы для создания новых полимеров. Гомогенные катализаторы гидрирования обычно получают из катализаторов типа Циглера на основе органических солей никеля или кобальта, восстановленных в присутствии алюминийорганических или литийорганических соединений.Эти катализаторы используются для образования насыщенных эластомеров путем гидрирования ненасыщенных эластомеров. Получаемые полимеры имеют вязкоупругие свойства, значительно отличающиеся от их ненасыщенных исходных полимеров. Например, гидрирование 99% поли (1,2-бутадиена) привело к образованию полибутена (Halasa and Massie, 1993), который имеет более низкую температуру стеклования, чем его исходный эластомер. Интересно отметить, что гидрирование не влияет на молекулярную массу полимера или архитектуру основной цепи.

Легкость гидрирования и достигнутая в результате степень насыщения отражают микроструктуру полимера. Гидрирование ненасыщенных эластомеров обычно протекает блочно. Это связано с различной реакционной способностью различных двойных связей. Как правило, двойные связи структуры 1,2 в четыре раза более реакционноспособны, чем двойные связи структуры 1,4. цис -1,4 единицы более реактивны, чем транс -1,4 единицы. Чемберлин и др. (1981) показали, что гидрирование 1,2 звеньев статистически случайно, тогда как гидрирование 1,4 звеньев — нет.

Полное гидрирование поли (1,4-бутадиена), структуры цис или транс , образует полиэтилен с низкой температурой плавления около 115 ° C. Считается, что этот линейный полиэтилен представляет собой материал низкой плотности. Неопубликованные данные, полученные при частичном гидрировании 99% цис поли (1,4-бутадиена), показали, что гидрирование протекает блочно. Гидрирование 40-50% поли (1,4-бутадиена) (содержание цис- 98%), полученного с помощью никелевого катализатора, дает полимер с температурой плавления + 98 ° C и температурой кристаллизации -13 ° C, как измерено. методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).Это подтверждает тот факт, что гидрирование цис- -поли-1,4-бутадиена протекает блочным образом с образованием блока полиэтилена и блока поли ( цис -1,4-бутадиена).

Полибутадиены, полученные с помощью анионных катализаторов в присутствии полярных модификаторов, содержат смешанную микроструктуру из цис- -1,4, транс -1,4 и 1,2 звеньев. Гидрирование этих полимеров приводит к интересным продуктам. Как упоминалось ранее, гидрирование отдает предпочтение 1,2 единицам по сравнению с 1,4 единицами в соотношении 3 (или 4) к 1.Из-за этого несоответствия в реакционной способности гидрирование полибутадиена, содержащего 40-50% 1,2 звеньев, дает полимер, содержащий полиэтиленовую часть с Tm 85-95 ° C и каучукоподобную часть с Tg -62 ° C.

Блок-сополимеры также можно гидрогенизировать для получения уникальных продуктов. Гидрогенизированные триблок-сополимеры сополимера сополимера стирола, бутадиена и стирола (SBS) коммерчески доступны от Shell Company под торговым названием Kraton G. Средний блок обычно представляет собой смешанную микроструктуру поли (1,2-бутадиена). и поли (1,4-бутадиен) звенья.Полученный продукт представляет собой гидрированный ненасыщенный полимер, который проявляет более высокие термические и окислительные свойства, чем исходный триблок SBS.

Подобные процедуры использовались несколькими исследователями (Halasa et al., 1982) для гидрирования поли (1,4-бутадиен-со-1,2-бутадиен) диблоков (Halasa, 1985) и поли (1,4-бутадиена). -со-1,4-изопрен-со-1,4-бутадиен) триблоки. Гидрирование этих диблочных и триблочных сополимеров приводит к образованию термопластичных эластомеров с кристаллическими и аморфными сегментами.Все эти материалы демонстрируют спектры кристалличности, стеклования, растворимости и динамических механических потерь, отличные от спектров их ненасыщенных аналогов.

Другой метод получения насыщенных каучуков был разработан (Harwood et al., 1973) с использованием диимидного восстановления. Этот метод может использоваться для получения высокой степени насыщения в зависимости от типа используемого реагента; однако при использовании этого метода могут возникать побочные реакции. Образование диимида из p -толуолсульфонилгидридов оставляет кислотный фрагмент, который может вызывать циклизацию в некоторых ненасыщенных эластомерах.

Ненасыщенный углеводород | bartleby

Реакции с участием алкенов

Есть четыре типа общих реакций:

Реакции горения
Реакции присоединения
Реакции окисления алкенов

Реакции горения 9002 9002, насыщенные алкены
0008 соединения, ненасыщенные соединения также могут вступать в реакции горения с образованием молекул углекислого газа и воды.Его можно представить как:
Cnh3n + 1,5nO2 → n CO2 + n h3OC3H6 + 4,5 O2 → 3 CO2 + 3 h3O

Как и насыщенные соединения, они также производят CO при сгорании в присутствии недостаточного количества кислорода.
Реакции присоединения
Эти реакции относятся к присоединению заместителя к ненасыщенным углеводородам. Реакции присоединения алканов можно разделить на две категории; Симметричные и несимметричные реакции.
а. Симметричные реакции
В этих реакциях один и тот же заместитель присоединяется к каждому атому углерода двойной связи.
г. Несимметричные реакции
В этих реакциях к атомам углерода, участвующим в двойной связи, добавляются различные заместители.
Примеры реакций присоединения:
• Гидрирование относится к присоединению молекулы водорода к ненасыщенному соединению. Обычно это происходит в присутствии катализаторов, таких как Pt, Pd, а также в присутствии тепла или давления. Превращение непредельных углеводородов в насыщенные формы происходит во время гидрирования.Для превращения жидких масел в твердые жиры используют гидрирование. Температура плавления жира повышается по мере уменьшения количества двойных связей. Эта реакция также известна как отверждение, когда Pt обычно действует как стандартный катализатор.
• Добавление молекул галогена к ненасыщенным соединениям называется галогенированием. В этих реакциях двойная связь вступает в реакцию с Br2 или Cl2 при комнатной температуре. Эти реакции не нуждаются в катализаторе для протекания реакции. Порядок реакции галогенов следующий: F >> Cl> Br >>> I, где F активно реагирует, в то время как I не проявляет никакой реакционной способности.Идентификация галогенирования может быть проведена добавлением раствора Br2. Появление прозрачного раствора будет указывать на присутствие алкена.
• Бензол — это ароматический углеводород с кольцевой структурой, состоящей из шести атомов углерода и шести атомов водорода с молекулярной формулой C6H6. Структурная формула бензола представляет собой бензольное кольцо с чередующимися двойными связями и одинарными связями. Бензол также вступает в реакции присоединения, что характерно для непредельных углеводородов.Бензол, когда реагирует в присутствии катализатора, такого как никель, приводит к образованию циклогексана.
Реакции окисления алкена
Окисление определяется как добавление кислорода или удаление водорода.
Существует несколько наиболее распространенных окислителей, таких как озон, дихромат калия, кислород, O2. Дигидроксиспирт может образовываться, когда алкен реагирует с разбавленным водным KMnO4. Окисление алкенов можно использовать для обнаружения присутствия алкенов. Если испытуемый образец смешан с водным раствором KMnO4.Исчезновение пурпурной окраски подтверждает присутствие алкена.
Полимеризация алкенов
«Полимер» — это греческий термин, обозначающий «поли» (много) и «мер» (части). Полимер — это аддитивный полимер, который связывает несколько алкеновых соединений посредством дополнительных реакций. Это большая сложная молекула с повторяющимися звеньями, называемая мономером. Мономер — это вещество, из которого повторяются полимеры. Полимеру, образованному в результате реакции полимеризации, нельзя дать точную формулу, поскольку различные молекулы полимера различаются по размеру.Полимеры из алкенов образуют длинную цепь алканов. Следовательно, алканы химически инертны. Некоторые алкены подвергаются самодостаточным реакциям с образованием полимеров с использованием различных катализаторов. Реакция требует двойных связей, в которых сотни или тысячи молекул связываются, образуя длинные цепи. В показанной ниже полимеризации этена в полиэтилен большое количество связывания молекул определяется буквой «n».
n Ch3 = Ch3 → Catalysisheat, давление-Ch3-Ch3-n
Реакционная способность алкинов

Реакции присоединения алкинов
Тройная связь углерод-углерод может располагаться в любом неразветвленном участке углеродной цепи или на конце цепи, и в этом случае она называется -конце .Из-за своей линейной конфигурации (угол связи sp-гибридизированного углерода 180º) десятичленное углеродное кольцо является наименьшим, которое может выполнять эту функцию без чрезмерного напряжения. Поскольку наиболее распространенным химическим преобразованием двойной связи углерод-углерод является реакция присоединения, можно ожидать, что то же самое будет верно и для тройных связей углерод-углерод. Действительно, большинство реакций присоединения алкенов, обсуждавшихся ранее, также протекает с алкинами с аналогичной регио- и стереоселективностью.
1. Каталитическое гидрирование
Каталитическое добавление водорода к 2-бутину не только служит примером такой реакции присоединения, но также дает данные о теплоте реакции, которые отражают относительную термодинамическую стабильность этих углеводородов, как показано на диаграмме справа. Судя по теплотам гидрирования, показанным синим цветом в единицах ккал / моль, может показаться, что алкины термодинамически менее стабильны, чем алкены, в большей степени, чем алкены менее стабильны, чем алканы.Стандартные значения энергии связи углерод-углерод подтверждают этот вывод. Таким образом, двойная связь прочнее одинарной, но не вдвое сильнее. Разницу (63 ккал / моль) можно рассматривать как силу компонента π-связи. Точно так же тройная связь прочнее двойной, но не на 50% прочнее. Здесь разницу (54 ккал / моль) можно принять за силу второй π-связи. Ослабление этой второй π-связи на 9 ккал / моль отражается в теплоте чисел гидрирования (36.7 — 28,3 = 8,4).
Поскольку алкины термодинамически менее стабильны, чем алкены, можно ожидать, что реакции присоединения первых будут более экзотермическими и относительно более быстрыми, чем эквивалентные реакции вторых. В случае каталитического гидрирования обычные катализаторы гидрирования Pt и Pd настолько эффективны в промотировании присоединения водорода как к двойным, так и к тройным углерод-углеродным связям, что промежуточное соединение алкена, образованное присоединением водорода к алкину, не может быть выделено. Менее эффективный катализатор, катализатор Линдлара , полученный дезактивацией (или отравлением) обычного палладиевого катализатора обработкой его ацетатом свинца и хинолином, позволяет превращать алкины в алкены без дальнейшего восстановления до алкана.Добавление водорода является стереоселективным синтезом (например, 2-бутин дает цис-2-бутен). Дополнительное стереоселективное восстановление в анти-режиме может быть выполнено раствором натрия в жидком аммиаке. Эта реакция будет обсуждаться позже в этом разделе.
RC≡CR + H ₂ и катализатор Линдлара —— > цис R-CH = CH-R
RC≡CR + 2 Na в NH ₃ (жидкий) —— > транс R-CH = CH-R + 2 NaNH ₂
Алкены и алкины демонстрируют любопытное различие в поведении при каталитическом гидрировании.Независимые исследования скорости гидрирования для каждого класса показывают, что алкены реагируют быстрее, чем алкины. Однако осторожное гидрирование алкина происходит исключительно до алкена до тех пор, пока первый не израсходуется, после чего полученный алкен очень быстро гидрируется до алкана. Такое поведение хорошо объясняется различиями в стадиях реакции гидрирования. Прежде чем водород сможет присоединиться к кратной связи, алкен или алкин должны адсорбироваться на поверхности катализатора. В этом отношении образование стабильных комплексов платины (и палладия) с алкенами описано ранее.Поскольку алкины адсорбируются на таких каталитических поверхностях сильнее, чем алкены, они предпочтительно занимают реакционные центры на катализаторе. Последующий перенос водорода к адсорбированному алкину происходит медленно по сравнению с соответствующим переносом водорода к адсорбированной молекуле алкена. Следовательно, восстановление тройных связей происходит селективно с умеренной скоростью с последующим быстрым добавлением водорода к алкеновому продукту. Катализатор Линдлара позволяет адсорбировать и восстанавливать алкины, но не адсорбирует алкены в достаточной степени, чтобы обеспечить их восстановление.
2. Добавление электрофильных реагентов
Когда изучаются реакции присоединения электрофильных реагентов, таких как сильные кислоты Бренстеда и галогены, к алкинам, мы обнаруживаем любопытный парадокс. Реакции даже более экзотермичны, чем добавление к алкенам, и тем не менее скорость добавления к алкинам в 100-1000 раз ниже, чем при добавлении к эквивалентно замещенным алкенам. Например, реакция одного эквивалента брома с 1-пентен-4-ином дает 4,5-дибром-1-пентин в качестве основного продукта.
HC≡C-CH ₂ -CH = CH ₂ + Br ₂ —— > HC≡C-CH ₂ -CHBrCH ₂ Br
Хотя эти электрофильные присоединения к алкинам происходят медленно, они действительно имеют место и обычно проявляют региоселективность и антистереоселективность по правилу Марковникова. Одна из проблем, конечно, состоит в том, что продукты этих присоединений сами являются замещенными алкенами и поэтому могут подвергаться дальнейшему присоединению. Из-за своей высокой электроотрицательности галогеновые заместители в двойной связи снижают ее нуклеофильность и тем самым снижают скорость реакций электрофильного присоединения.Следовательно, существует тонкий баланс в отношении того, будет ли продукт первоначального добавления к алкину страдать от дальнейшего добавления к насыщенному продукту. Хотя исходные алкеновые продукты часто можно выделить и идентифицировать, они обычно присутствуют в смесях продуктов и не могут быть получены с высоким выходом. Следующие ниже реакции иллюстрируют многие из этих функций. В последнем примере 1,2-диодэтен не подвергается дополнительному добавлению, поскольку вицинальные дииодалканы относительно нестабильны.
Как правило, реакции электрофильного присоединения к алкенам и алкинам протекают путем начального образования пи-комплекса , в котором электрофил принимает электроны от кратной связи и становится слабо связанным с ней. Такие комплексы образуются обратимо и затем могут реорганизоваться в реакционноспособный промежуточный продукт на более медленной, определяющей скорость стадии. Реакции с алкинами более чувствительны к изменениям растворителей и каталитическим воздействиям, чем аналогичные алкены.Для просмотра примеров и обсуждения механизмов щелкните здесь.
Почему реакции алкинов с электрофильными реагентами более медленны, чем соответствующие реакции алкенов? В конце концов, реакции присоединения к алкинам обычно более экзотермичны, чем реакции присоединения к алкенам, и, по-видимому, существует более высокая π-электронная плотность вокруг тройной связи (две π-связи по сравнению с одной). Для объяснения этого очевидного парадокса важны два фактора. Во-первых, хотя с тройной связью связано больше π-электронов, sp-гибридизированные атомы углерода оказывают сильное притяжение для этих π-электронов, которые, следовательно, более прочно связаны с функциональной группой, чем π-электроны двойной связи. .Это видно по потенциалам ионизации этилена и ацетилена.
ацетилен HC≡CH + Энергия —— > [HC≡CH • ⁽⁺⁾ + e ^(-) ΔH = +264 ккал / моль
Этилен H ₂ C = CH ₂ + Энергия —— > [H ₂ C = CH ₂] • ⁽⁺⁾ + e ^(-) ΔH = +244 ккал / моль
Этан H ₃ C – CH ₃ + Энергия —— > [H ₃ C – CH ₃] • ⁽⁺⁾ + e ^(-) ΔH = +296 ккал / моль
Как определено предыдущими уравнениями, потенциал ионизации — это минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из молекулы соединения.Поскольку пи-электроны удерживаются менее прочно, чем сигма-электроны, мы ожидаем, что потенциалы ионизации этилена и ацетилена будут ниже, чем у этана, как это имеет место. Сродство к протонам в газовой фазе показывает тот же порядок: этилен является более основным, чем ацетилен, а этан — менее основным, чем любой другой. Поскольку первоначальное взаимодействие между электрофилом и алкеном или алкином представляет собой образование пи-комплекса, в котором электрофил принимает электроны от кратной связи и становится слабо связанным с ней, становится понятным относительно более медленные реакции алкинов.
Предполагается, что вторым фактором является стабильность промежуточного соединения карбокатиона, образованного сигма-связыванием протона или другого электрофила с одним из атомов углерода с тройной связью. Этот промежуточный продукт имеет положительный заряд, локализованный на ненасыщенном углероде, и такие виниловые катионы менее стабильны, чем их насыщенные аналоги. В самом деле, мы можем изменить наш предыдущий порядок стабильности карбокатиона, чтобы включить эти винильные катионы, как показано ниже. Возможно, что винильные катионы, стабилизированные сопряжением с арильным заместителем, являются промежуточными продуктами присоединения HX к алкинам типа Ar-C≡C-R, но такие промежуточные соединения образуются не во всех реакциях присоединения алкинов.
Карбокатион
Стабильность CH ₃ ⁽⁺⁾ ≈ RCH = CH ⁽⁺⁾ RCH ₂ ⁽⁺⁾ ≈ RCH = CR ⁽⁺⁾ R ₂ CH ⁽⁺⁾ ≈ CH ₂ = CH-CH ₂ ⁽⁺⁾ C ₆ H ₅ CH ₂ ^{( +)} ≈ R ₃ C ⁽⁺⁾
Метил 1 ° -Винил 1 ° 23 2 ° -Vinyl ° 1 ° -аллил 1 ° -бензил 3 °
Применение постулата Хаммонда указывает на то, что энергия активации образования промежуточного винильного катиона будет выше, чем энергия активации промежуточного соединения с более низкой энергией.Это проиллюстрировано для алкенов по сравнению с алкинами на следующих энергетических диаграммах.
Несмотря на эти различия, электрофильные добавки к алкинам оказались исключительно полезными синтетическими трансформациями. Например, добавление HCl, уксусной кислоты и синильной кислоты к ацетилену дает соответственно полезные мономеры винилхлорид, винилацетат и акрилонитрил, как показано в следующих уравнениях. Обратите внимание, что в этих и многих других подобных реакциях переходные металлы, такие как соли меди и ртути, являются эффективными катализаторами.
HC≡CH + HCl + HgCl ₂ (на углероде) —— > H ₂ C = CHCl винилхлорид
HC≡CCH ₂ Cl + HCl + HgCl ₂ —— > H ₂ C = CClCH ₂ Cl 2,3-дихлорпропен
HC≡CH + CH ₃ CO ₂ H + HgSO ₄ —— > H ₂ C = CHOCOCH ₃ винилацетат
HC≡CH + HCN + Cu ₂ Cl ₂ —— > H ₂ C = CHCN акрионитрил12
Комплексы, образованные алкенами и алкинами с переходными металлами, отличаются от простых пи-комплексов, указанных выше.Здесь синергетический процесс, включающий донорство электронов с заполненной π-орбитали органического лиганда на пустую d-орбиталь металла, вместе с обратным донором электронов с другой d-орбитали металла в пустую π * -связь. орбиталь лиганда. Модель комплекса Pt (II) с ацетиленом можно посмотреть, нажав здесь
3. Гидратация алкинов и таутомерия
Как и в случае с алкенами, для добавления воды к алкинам требуется сильная кислота, обычно серная кислота, и этому способствует сульфат ртути.Однако, в отличие от добавок к двойным связям, которые дают спиртовые продукты, добавление воды к алкинам дает кетоновые продукты (за исключением ацетилена, который дает ацетальдегид). Объяснение этого отклонения заключается в енол-кетотаутомеризации , что иллюстрируется следующим уравнением. Исходным продуктом добавления воды к алкину является енол (соединение, имеющее гидроксильный заместитель, присоединенный к двойной связи), и он немедленно перестраивается в более стабильный кето-таутомер.
Таутомеры определяются как быстро взаимно превращающиеся конституционные изомеры, обычно отличающиеся другим местом связывания лабильного атома водорода (здесь окрашено красным) и другим расположением двойной связи. Равновесие между таутомерами не только быстрое при нормальных условиях, но часто сильно способствует одному из изомеров (например, ацетон составляет 99,999% кетотаутомера). Даже в таком одностороннем равновесии свидетельство присутствия минорного таутомера исходит из химического поведения соединения.Таутомерные равновесия катализируются следами кислот или оснований, которые обычно присутствуют в большинстве химических образцов. Три приведенных ниже примера иллюстрируют эти реакции для различных замещений тройной связи. Стадия таутомеризации обозначена красной стрелкой. Для концевых алкинов добавление воды следует правилу Марковникова, как во втором примере ниже, а конечный продукт представляет собой метилкетон (за исключением ацетилена, показанного в первом примере). Для внутренних алкинов (тройная связь находится в более длинной цепи) добавление воды не региоселективно.Если тройная связь не расположена симметрично (т.е. если R и R ‘в третьем уравнении не совпадают), будут образованы два изомерных кетона.
HC≡CH + H ₂ O + HgSO ₄ и H ₂ SO ₄ —— > [H ₂ C = CHOH] —— > H ₃ C-CH = О
RC≡CH + H ₂ O + HgSO ₄ и H ₂ SO ₄ —— > [RC (OH) = CH ₂] —— > RC (= O) CH ₃
RC≡CR ‘+ H ₂ O + HgSO ₄ и H ₂ SO ₄ —— > [RHC = C (OH) R’ + RC (OH) = CHR ‘] —— > RCH ₂ -C (= O) R ‘+ RC (= O) -CH ₂ R’
Два фактора имеют важное влияние на описанные здесь енол-кетотаутомеризации.Первый — это разность потенциальной энергии между таутомерными изомерами. Этот фактор определяет положение состояния равновесия . Второй фактор — это энергия активации взаимного превращения одного таутомера в другой. Этот коэффициент определяет скорость перегруппировки . Поскольку потенциальная энергия или стабильность соединения в значительной степени зависит от энергий его ковалентных связей, мы можем оценить относительную энергию кето- и енольных таутомеров, рассматривая связи, которые изменяются при перегруппировке.Из следующей диаграммы мы видим, что происходят только три значительных изменения, и стандартные энергии связи для этих изменений указаны справа от уравнения. Кето-таутомер имеет преимущество в энергии связи 17,5 ккал / моль, поэтому ожидается его преобладание в состоянии равновесия.
Скорость, с которой происходит енол-кетотаутомеризация, предполагает, что энергия активации этого процесса мала. Мы отметили, что перегруппировка катализируется кислотой и основанием, и очень тщательные эксперименты показали, что взаимное превращение таутомеров происходит намного медленнее, если такие катализаторы отсутствуют.Яркий пример влияния энергии активации на такие превращения можно увидеть в следующей гипотетической перегруппировке. Здесь мы заменили протон обычной таутомерии метильной группой (окрашенной в темно-бордовый цвет), и метил переходит от кислорода к углероду, точно так же, как протон при переходе от енола к кетону.
H ₂ C = CH-O-CH ₃ –X– > CH ₃ -CH ₂ -CH = O
Изменение потенциальной энергии для этой перегруппировки даже более выгодно, чем для енол-кето таутомерии, и оценивается более чем в 25 ккал / моль из-за изменений энергии связи.Несмотря на эту термодинамическую движущую силу, описанный выше енольный эфир полностью устойчив к обработке основанием и подвергается быстрому кислотно-катализируемому гидролизу с потерей метанола, а не перегруппировкой. Управляющая разница в этом случае должна заключаться в недопустимо высокой энергии активации для описанной перегруппировки в сочетании с альтернативными путями реакции с более низкой энергией.

4. Реакции гидроборирования
Диборан легко реагирует с алкинами, но образование замещенных алкеновых продуктов оставляет возможность второй реакции присоединения.Умная техника для предотвращения этого события использует тот факт, что алкины обычно не страдают от стерических затруднений вблизи тройной связи (конфигурация этой функциональной группы линейна). Следовательно, большие или объемные электрофильные реагенты легко добавляются к тройной связи, но образующийся алкен обязательно более скучен или стерически затруднен и сопротивляется дальнейшим добавлениям. Объемный реагент гидроборирования, необходимый для этой стратегии, получают реакцией диборана с 2-метил-2-бутеном, сильно разветвленным алкеном.Из-за алкильного разветвления только два алкена присоединяются к фрагменту BH ₃ (снова стерические препятствия), оставляя одну ковалентную связь B-H доступной для реакции с алкином, как показано ниже. Получающийся в результате диалкилборан называется дизиамилбораном, сокращением ди-вторичного изоамилборана (амил — старое название пентила).
2 (CH ₃) ₂ C = CHCH ₃ + BH ₃ в эфире —— > [(CH ₃) ₂ CH-CH (CH ₃)] ₂ BH дизиамилборан
Важным применением дизиамилборана является его реакция присоединения к концевым алкинам.Как и в случае с алкенами, группа реагентов B-H добавляет явно антимарковниковским образом из-за того, что бор является электрофилом, а не водородом. Дальнейшего добавления к образующемуся борзамещенному алкену не происходит, и обычное окислительное удаление бора щелочной перекисью водорода дает енол, который быстро перестраивается в таутомер альдегида. Таким образом, при правильном выборе реагентов концевые алкины могут быть превращены либо в метилкетоны (гидратация, катализируемая ионами ртути), либо в альдегиды (гидроборирование с последующим окислением).
RC≡CH + (C ₅ H ₁₁) ₂ BH —— > [RCH = CH-B (C ₅ H ₁₁) ₂] + H ₂ O ₂ и NaOH —— > [RCH = CH-OH] —— > RCH ₂ -CH = O
Гидроборирование внутренних алкинов не является особенно полезной процедурой, потому что часто будет получаться смесь продуктов, если только тройная связь не замещена симметрично.Гидратация, катализируемая ионами ртути, дает аналогичные результаты.

5. Окисления
Реакции алкинов с окислителями, такими как перманганат калия и озон, обычно приводят к разрыву тройной связи с образованием продуктов карбоновой кислоты. Общее уравнение для такого преобразования следует. Символ [O] часто используется в общем виде для обозначения окисления.
RC≡CR ‘+ [O] —— > RCO ₂ H + R’CO ₂ H

Реакции нуклеофильного присоединения и восстановление
Реакции нуклеофильного присоединения и восстановление
sp-гибридные атомы углерода тройной связи делают алкины более электрофильными, чем аналогично замещенные алкены.В результате алкины иногда подвергаются реакциям присоединения, инициированным связыванием с нуклеофилом. Этот способ реакции, проиллюстрированный ниже, обычно не проявляется для алкенов, если двойная связь не активируется электроотрицательными заместителями, например. F ₂ C = CF ₂, или сопряжением с электроноакцепторной группой.
HC≡CH + KOC ₂ H ₅ дюймов C ₂ H ₅ OH при 150 ºC —— > H ₂ C = CH-OC ₂ H ₅
HC≡CH + HCN + NaCN (каталитический) —— > H ₂ C = CH-CN
Самым маленьким и наиболее реактивным нуклеофильным веществом, вероятно, является электрон.Присоединение электрона к функциональной группе по определению является восстановлением, и мы отметили ранее, что алкины восстанавливаются растворами натрия в жидком аммиаке до транс-алкенов. Чтобы понять, как происходит это восстановление, нам сначала нужно идентифицировать две различные реакции натрия с жидким аммиаком (точка кипения -78 ºC). В первом случае натрий растворяется в чистой жидкости с образованием темно-синего раствора, состоящего из очень подвижных и слабо связанных электронов вместе с сольватированными катионами натрия (первое уравнение ниже).Для практических целей мы можем рассматривать такие растворы как источник «свободных электронов», которые могут использоваться как мощные восстановители. Во втором случае соли трехвалентного железа катализируют реакцию натрия с аммиаком, выделяя водород и образуя бесцветную соль амида натрия (второе уравнение). Это аналогично реакции натрия с водой с образованием гидроксида натрия, но поскольку аммиак в 10 ¹⁸ раз слабее кислоты, чем вода, реакция протекает менее бурно. Полезность этой реакции заключается в том, что амид натрия, NaNH ₂, является чрезвычайно сильным основанием (на 18 раз на десять сильнее, чем гидроксид натрия), которое можно использовать для превращения очень слабых кислот в их сопряженные основания.
Na + NH ₃ (жидкость, –78 ºC) —— > Na ⁽⁺⁾ + e ^(-) (синий раствор)
Na + NH ₃ (жидкость, — 78 ºC) + Fe —— > H ₂ + NaNH ₂ (бесцветный раствор)
Возвращаясь к восстановительной способности растворов синих электронов, мы можем написать правдоподобный механизм восстановления алкинов до транс-алкенов, как показано ниже.Изолированные двойные углеродные связи не восстанавливаются натрием в жидком аммиаке, что подтверждает различие электроотрицательности между sp и sp ² гибридизированных углеродов.

Кислотность концевых алкинов
Кислотность концевых алкинов
Алканы, несомненно, являются самыми слабыми кислотами Бренстеда, обычно встречающимися в органической химии. Такие слабые кислоты трудно измерить, но по оценкам pK _a этана составляет около 48.Гибридизация углерода с целью увеличения s-характера C-H увеличивает кислотность, причем наибольшее изменение происходит для sp-C-H групп, обнаруженных в концевых алкинах. Таким образом, pK _a этена оценивается в 44, а pK _a этина (ацетилена) оказывается равным 25, что делает его в 10 ²³ раз сильнее кислоты, чем этан. Это повышение кислотности позволяет выделить нерастворимые соли серебра и меди из таких соединений.
RC≡CH + Ag (NH ₃) ₂ ⁽⁺⁾ (в NH ₄ OH) —— > RC≡C-Ag (нерастворимый) + NH ₃ + NH ₄ ⁽⁺⁾
Несмотря на резкое повышение кислотности концевых алкинов по сравнению с другими углеводородами, они по-прежнему являются очень слабыми кислотами, особенно по сравнению с водой, которая примерно в миллиард раз более кислой.Если мы хотим получить нуклеофильные соли концевых алкинов для использования в синтезе, необходимо использовать гораздо более сильное основание, чем гидроксид (или этоксид) анион. Таким основанием является амид натрия (NaNH ₂), обсужденный выше, и его реакции с концевыми алкинами могут проводиться в жидком аммиаке или эфире в качестве растворителей. Продуктами этой кислотно-щелочной реакции являются аммиак и соль ацетилида натрия. Поскольку ацетилид-анион является мощным нуклеофилом, он может вытеснять галогенид-ионы из 1º-алкилгалогенидов с образованием более высокозамещенного алкина в качестве продукта (реакция S _N 2).Это приложение для синтеза описывается следующими уравнениями. Первые два уравнения показывают, как ацетилен можно превратить в пропин; последние два уравнения представляют собой синтез 2-пентина из пропина.
HC≡CH + NaNH ₂ (в аммиаке или эфире) —— > HC≡C-Na (ацетилид натрия) + NH ₃
HC≡C-Na + CH ₃ -I — — > HC≡C-CH ₃ + NaI
CH ₃ -C≡CH + NaNH ₂ (в аммиаке или эфире) —— > CH ₃ -C≡C-Na (пропинилид натрия) + NH ₃
CH ₃ -C≡C-Na + C ₂ H ₅ -Br —— > CH ₃ -C≡CC ₂ H ₅ + NaBr
Поскольку RC≡C: ^(-) Na ⁽⁺⁾ является очень сильным основанием (примерно в миллиард раз сильнее, чем NaOH), его использование в качестве нуклеофила в реакциях S _N 2 ограничено 1º-алкилом. галогениды; 2º и 3º -алкилгалогениды отщепляются по механизму E2.
Повышенная кислотность концевых алкинов по сравнению с алканами также приводит к реакциям обмена металлов, когда эти соединения обрабатывают литийорганическими реагентами или реактивами Гриньяра. Этот обмен, показанный ниже в уравнении 1, можно интерпретировать как кислотно-щелочную реакцию, которая, как и ожидалось, протекает в направлении более слабой кислоты и более слабого основания. Этот фактор явно ограничивает применимость реактивов Гриньяра или лития, когда присутствует терминальная тройная связь, как в уравнении 2.
1) RC≡CH + C ₂ H ₅ MgBr (в эфире) —— > RC≡C-MgBr + C ₂ H ₆
2) HC≡C-CH ₂ CH ₂ Br + Mg (в эфире) —— > [HC≡C-CH ₂ CH ₂ MgBr] —— > BrMgC≡C-CH ₂ CH ₂ H
Кислотность концевых алкинов также играет роль в определении продукта, когда вицинальные (или геминальные) дигалогениды подвергаются реакциям бис-элиминирования, индуцированным основанием.Следующий пример иллюстрирует исключения такого рода, начиная с 1,2-дибромпентана, полученного из 1-пентена путем добавления брома. Предположительно, при начальном удалении образуется 1-бром-1-пентен, поскольку следует отдавать предпочтение атаке основания на более кислый и менее затрудненный 1 º-углерод. После второго исключения получается 1-пентин. Если используется очень сильный щелочной амид натрия, терминальный алкин улавливается в виде его натриевой соли, из которой он может быть высвобожден при обработке слабой кислотой. Однако, если для элиминации используется более слабое основание КОН, терминальная соль алкина не образуется или образуется обратимо, и первоначально образованный 1-пентин перегруппировывается в более стабильный 2-пентин через промежуточный аллен.
В случае нетерминальных алкинов амиды натрия и калия и родственные им сильные основания из 1 º-аминов способны отщеплять протоны от атомов углерода, прилегающих к тройной связи. Образовавшиеся алленовые карбанионы претерпевают быстрое равновесие переноса протона, что приводит к относительно стабильному концевому основанию конъюгата алкина. Эту изомеризацию можно использовать для получения 1-алкинов с более длинной цепью, как показано в следующем преобразовании 3-гептина в 1-гептин. Заместители R и R ‘в алленовом промежуточном соединении находятся в диапазоне от пропила до водорода по мере протекания переноса протона.
Образование сложных углеводородных систем из метана в термобарических условиях верхней мантии

1.
Хаббард В. Б. и Макфарлейн Дж. Дж. Строение и эволюция Урана и Нептуна. Журнал геофизических исследований: Твердая Земля 85 , 225–234, https://doi.org/10.1029/JB085iB01p00225 (1980).
CAS Статья Google ученый
2.
Хаббард, В. Б. и др. . Внутреннее строение Нептуна: сравнение с Ураном. Science 253 , 648–651 (1991).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
3.
Аллен, М. и др. . In Исследование кометы Галлея (ред. Майкл Грюинг, Франсуаза Прадери и Рюдегер Рейнхард) 502–512 (Springer Berlin Heidelberg, 1988).
4.
Notesco, G., Laufer, D.И Бар-Нун, А. Источник высокого отношения C2H6 / Ch5 в комете Хиякутаке. Icarus 125 , 471–473, https://doi.org/10.1006/icar.1996.5648 (1997).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
5.
Формизано В., Атрея С., Энкреназ Т., Игнатьев Н. и Джуранна М. Обнаружение метана в атмосфере Марса. Наука 306 , 1758 (2004).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
6.
Цицероне Р. Дж. И Оремланд Р. С. Биогеохимические аспекты атмосферного метана. Global Biogeochem. Cycles 2 , 299–327, https://doi.org/10.1029/GB002i004p00299 (1988).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
7.
Феррейра Т. и Оскарссон Н. Химия и изотопный состав фумарольных выбросов кальдеры Фурнас. J. Volcanol. Геотерм. Res. 92 , 169–179, https: // doi.org / 10.1016 / S0377-0273 (99) 00074-8 (1999).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
8.
Милков А.В., Сассен Р., Апанасович Т.В. и Дадашев Ф.Г. Глобальный поток газа от грязевых вулканов: значительный источник ископаемого метана в атмосфере и океане. Письма о геофизических исследованиях 30 , https://doi.org/10.1029/2002gl016358 (2003).
9.
Этиоп, Г., Мартинелли, Г., Caracausi, A. & Italiano, F. Просачивание метана и грязевые вулканы в Италии: происхождение газа, фракционирование и выбросы в атмосферу. Письма о геофизических исследованиях 34 , https://doi.org/10.1029/2007gl030341 (2007).
10.
Мелтон, К. Э. и Джардини, А. А. Экспериментальные результаты и теоретическая интерпретация газовых включений, обнаруженных в природных алмазах Арканзаса. Am. Минерал 60 , 413–417 (1975).
CAS Google ученый
11.
Кутчеров В. Г., Бенделиани Н. А., Алексеев В. А., Кенни Дж. Ф. Синтез углеводородов из минералов при давлениях до 5 ГПа. Докл. Phys. Chem. 387 , 328–330 (2002).
CAS Статья Google ученый
12.
Скотт, Х. П. и др. . Образование метана в мантии Земли: In situ измерения карбонатного восстановления при высоком давлении и температуре. PNAS 101 , стр.14023–14026 (2004).
13.
Колесников А.Ю., Саул Дж. М., Кутчеров В.Г. Химия углеводородов в экстремальных термобарических условиях. ChemistrySelect 2 , 1336–1352, https://doi.org/10.1002/slct.201601123 (2017).
CAS Статья Google ученый
14.
Бенедетти, Л. Р. и др. . Диссоциация CH ₄ при высоких давлениях и температурах: образование алмазов в недрах гигантских планет? Science 286 , 100–102 (1999).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
15.
Зерр А., Сергиу Г., Бёлер Р. и Росс М. Разложение алканов при высоких давлениях и температурах. High Press. Res. 26 , 23–32 (2006).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
16.
Хираи, Х., Конагая, К., Кавамураб, Т., Ямамотоб, Й. и Яги, Т. Полимеризация и образование алмазов при плавлении метана и их влияние на ледяной слой планет-гигантов. Phys. Планета Земля. Интер. 174 , 242–246 (2008).
ADS Статья Google ученый
17.
Колесников А., Кутчеров В. Г., Гончаров А. Ф. Углеводороды метанового происхождения, добываемые в условиях верхней мантии. Nature Geoscience 2 , p. 566–570 (2009).
18.
Лобанов С.С. и др. . Осаждение углерода из тяжелого углеводородного флюида в глубоких недрах планеты. Сообщества природы 4 , 2446, https://doi.org/10.1038/ncomms3446 (2013).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
19.
Чекалюк Е.Б. Термодинамические основы теории минералогенеза нефти . (Наукова думка, 1971).
20.
Зубков В.С., Карпов И.К., Бычинский В.А., Степанов А.Н. Термодинамическая модель системы C-H при повышенных температурах и давлениях. Geochem. Int. 36 , 85–90 (1997).
Google ученый
21.
Карпов И.К., Зубков В.С., Степанов А.Н., Бычинский В.А. Термодинамическая модель системы C-H: переделка. Докл. Earth Sci. 358 , 30–33 (1998).
Google ученый
22.
Кенни, Дж. Ф., Кутчеров, В. А., Бенделиани, Н. А., Алексеев, В.А. Эволюция многокомпонентных систем при высоких давлениях: VI. Термодинамическая стабильность системы водород-углерод: генезис углеводородов и происхождение нефти. PNAS 99 , 10976–10981 (2002).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
23.
Туинстра Ф. и Кениг Дж. Л. Рамановский спектр графита. Журнал химической физики 53 , 1126–1130, https: // doi.орг / 10.1063 / 1.1674108 (1970).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
24.
Бхагавантам С. Рамановские спектры простых углеводородов. Индийская ассоциация развития науки , 595–606 (1931).
25.
Стерин К.Е., Алексанян В., Жижин Г.Н. Рамановские спектры углеводородов . 360 (Elsevier, 2013).
26.
Кутчеров В., Колесников А., Дюжева Т., Бражкин В. Синтез углеводородов в условиях верхней мантии: доказательства теории абиотического происхождения глубинной нефти. J. Phys. Конф. Сер. 215 , 012103 (2010).
Артикул Google ученый
27.
Чжан К. и Дуан З. Модель флюида C-O-H в мантии Земли. Геохим. Космохим. Acta 73 , стр. 2089–2102 (2009).
28.
Domine, F. и др. . До какой температуры стабильна нефть? Новое понимание модели 5200 свободнорадикальных реакций. Органическая геохимия 33 , 1487–1499, DOI: Pii S0146-6380 (02) 00108-0, https://doi.org/10.1016/S0146-6380(02)00108-0 (2002).
29.
Чен, Дж. Й., Джин, Л. Дж., Донг, Дж. П. и Чжэн, Х. Ф. In situ Рамановское спектроскопическое исследование диссоциации метана при высоких температурах и высоких давлениях. Подбородок.Phys. Lett. 25 , 780–782 (2008).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
30.
Поллак, Х. Н. и Чепмен, Д. С. О региональных изменениях теплового потока, геотерм и толщины литосферы. Тектонофизика 38 , 279–296 (1977).
ADS Статья Google ученый
31.
Кучеров В.Г., Краюшкин В.А. Глубинное абиогенное происхождение нефти: от геологической оценки к физической теории. Обзоры геофизики 48 , 1–30, https://doi.org/10.1029/2008rg000270 (2010).
Артикул Google ученый
32.
Мухина Е., Колесников А. и Кутчеров В. Нижний предел pT глубокого синтеза углеводородов восстановлением CaCO ₃ в воде. Научные отчеты 7 , 5749 (2017).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
33.
Сверженски, Д. А., Стагно, В. и Хуанг, Ф. Важная роль органического углерода во флюидах зоны субдукции в глубоком углеродном цикле. Nature Geoscience 7 , 909–913, https://doi.org/10.1038/NGEO2291 (2014).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
34.
Huizenga, J. M.Термодинамическое моделирование жидкостей C-O-H. Литос 55 , 101–114 (2001).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
35.
Матсон, Д. У., Мюноу, Д. В. и Гарсия, М. О. Летучие вещества в амфиболах из ксенолитов, Вулканский трон, Гранд-Каньон, Аризона, США. Геохим. Космохим. Acta 48 , 1629–1636, https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)
-6 (1984).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

ацетилен	HC≡CH + Энергия —— > [HC≡CH • ⁽⁺⁾ + e ^(-)	ΔH = +264 ккал / моль
Этилен	H ₂ C = CH ₂ + Энергия —— > [H ₂ C = CH ₂] • ⁽⁺⁾ + e ^(-)	ΔH = +244 ккал / моль
Этан	H ₃ C – CH ₃ + Энергия —— > [H ₃ C – CH ₃] • ⁽⁺⁾ + e ^(-)	ΔH = +296 ккал / моль

Каталитическое гидрирование алкенов: механизм и объяснение — видео и стенограмма урока

Реакции присоединения алкенов

Прежде чем продолжить, важно напомнить, что наиболее важной реакцией алкенов является реакция присоединения.В то время как алкены представляют собой ненасыщенные соединения , содержащие по крайней мере одну двойную связь (состоящую из сигма-связи и пи-связи), реакция присоединения представляет собой реакцию, в которой алкен взаимодействует с другой молекулой с образованием единственного продукта.

Как вы могли заметить, реакция присоединения превращает ненасыщенный реагент в насыщенный продукт, где при разрыве двойной связи образуются одинарные связи.

Гидрирование алкенов

Одна из наиболее важных промышленных реакций присоединения включает добавление водорода к алкену.Реакция также известна как гидрирование алкена.

Реакция протекает в присутствии мелкодисперсного металлического катализатора, такого как никель (Ni), палладий (Pd), платина (Pt) или родий (Rh), при температуре около 150 ° C. Именно это происходит, когда ненасыщенные растительные масла превращаются в насыщенный маргарин.

Несколько разных примеров помогут вам понять.

При гидрировании этена образуется этан.

Гидрирование 2-метилбут-1-ена приводит к образованию 2-метилбутана.

При гидрировании 3,5-гептадиена образуется гептан.

Механизм гидрирования

Чтобы объяснить механизм гидрирования алкена, мы будем использовать реакцию этена с водородом в присутствии никелевого катализатора при 150 ° C. Механизм можно описать в четыре этапа.

Шаг 1. Молекулы этена адсорбируются на поверхности никеля.

Во-первых, помните, что адсорбция — это адгезия или слипание молекул на поверхности твердого тела или жидкости. Вначале молекулы этена адсорбируются на поверхности никелевого катализатора.

После адсорбции молекулы этена происходит разрыв связи и образование связи. Пи-связь двойной связи разрывается, и образуются новые связи между углеродом и поверхностью катализатора.

Шаг 2: Молекулы водорода адсорбируются на поверхности никеля.

Аналогичным образом молекулы водорода адсорбируются на одном и том же никелевом катализаторе. Связь водород-водород разрывается, и образуются новые связи между водородом и поверхностью катализатора.

Шаг 3. Водород присоединяется к молекуле этена.

Связи между водородом и поверхностью катализатора разрываются, и образуются атомы водорода.

После этого атомы водорода перемещаются по поверхности никеля и являются причиной разрыва двух связей, первоначально образованных между углеродом и никелем.Образовываются новые связи между углеродом и водородом.

Этап 4: Десорбция продукта.

Наконец продукт, этан, десорбируется с поверхности. Это позволяет большему количеству реагентов адсорбироваться на поверхности никеля по мере протекания реакции.

Как вы видели, добавление водорода к ненасыщенному соединению дает насыщенное соединение.По такому же механизму растительное масло превращается в маргарин. Также стоит отметить, что добавление водорода через пи-связь составляет син , то есть с той же стороны двойной связи.

Краткое содержание урока

Мы изучили гидрирование алкена, примером которого является этен. Алкены представляют собой ненасыщенные соединения, содержащие по крайней мере одну двойную связь (состоящую из сигма-связи и пи-связи). Реакция присоединения — это реакция алкена с другой молекулой с образованием единственного продукта.Он превращает ненасыщенный реагент в насыщенный продукт, где при разрыве двойной связи образуются одинарные связи.

Это происходит в присутствии металлического катализатора, такого как никель, при 150 ° C. Основными этапами гидрирования алкена являются:

Адсорбция алкена на поверхности катализатора
Адсорбция водорода на поверхности катализатора
Образование алкана
Десорбция алкана с поверхности катализатора