Telítetlen szénhidrogének

Az előadások a következő témára: "Telítetlen szénhidrogének"— Előadás másolata:

1 Telítetlen szénhidrogének
Előadó: Léránt István A prezentációt dr. Bak Judit készítette, kiegészítés: Léránt István

2 Olefinek A kettős kötéseket tartalmazó (telítetlen) szénhidrogéneket
olefineknek vagy alkéneknek nevezzük. összegképlet: CnH2n --kötést alkotó szénatomjai sp2 hibridállapotban vannak.

3 Fizikai tulajdonságok
Alkánokhoz hasonló Molekulatömeg függő Gáz Etilén - etén Propilén - propén butilén – butén Cseppfolyós C9-C15 Szilárd C16-tól -C=C- kötéshossz: 133 pm, kötési energia kcal/mól

4 Előállítás Alkánokból dehidrogénezéssel
Vicinális dihalogén-származékból Zn, Cu Alkohol - vízelvonás

5 Alkének nomenklatúrája
H2C CH2 H2C CHCH3 etén (etilén) propén H2C CHCH2CH3 1-butén

6 Alkének elnevezése H2C 1-butén CHCH2CH3
1.) Válasszuk ki a leghosszabb el nem ágazó láncot. 2.) Nevezzük el a molekulát az azonos C-atomszámú alkánok nevéből levezetve az -án végződés helyébe -én végződést helyettesítve. 3.) A telítetlen kötés helyét számozás segítségével határozzuk meg. A számozást azon a C-atomon kezdjük el, amelyhez legközelebb van a telítetlen kötés.

7 Például:4-bróm-3-metil-1-butén
Alkének elnevezése H2C CHCHCH2Br CH3 Ha szubsztituent is tartalmaz a vegyület, meg kell határozni a helyét számozással. A kettős kötés (rangban) elsőbbséget élvez az alkil csoporttal, vagy halogénekkel szemben az alapváz számozásánál. Például:4-bróm-3-metil-1-butén

8 Alkenil csoport H2C H2C CH H2C CHCH2 H2C CCH3 metilén etenil (vinil)
2-propenil (allil) 1-metil-vinil (izoprenil) H2C H2C CH H2C CHCH2 H2C CCH3

9 Cikloalkén Ciklohexén A kettős kötést tartalmazó gyűrűs vegyületek a cikloalkének.

10 Nevezéktan B r 6-klór-5-metil-2--hexén Metilén csoport
3-metilén-ciklohexén Vinil csoport 3-vinil-1,5-hexadién 3-bróm-4-metil ciklopentén B r

11 Nevezéktan Több kettős kötést tartalmazó alkének:
2 C=C dién 3 C=C trién 4 C=C tetraén 3-bróm-2,4,6-oktatrién

12 Az alkének szerkezete: etén (etilén)

13 Etilén szerkezete kötésszögek: H-C-H = 117° H-C-C = 121°
kötés távolságok: C—H = 110 pm C=C = 133 pm (-C-C-) = 154 pm A molekula sík alkatú, a molekulát felépítő mind a hat atom azonos síkban helyezkedik el.

14 Kötések az etilén molekulában
     A  kötések váza C-atomok sp2 hibrid állapotúak

15 Etilén szerkezete A C-atom harmadik p-pályája nem vesz részt a hibridizációban, változatlanul marad és a hibrid pályák síkjára merőlegesen helyezkedik el.

16 Etilén szerkezete A  kötést létesítő elektronpár az atomok síkja alatt és felett helyezkedik el.

17 p-kötés az etilénben

18 Konstitúciós izoméria Sztereoizoméria
C4H8 összegképletű alkének lehetséges izomériái

19 C H CH2CH3 C H H3C 1-butén 2-metil-propén H CH3 C H3C H3C C CH3 H cisz-2-butén transz-2-butén

20 C H CH2CH3 C H H3C 1-butén 2-metil-propén H CH3 C H3C Konstitúciós izomerek cisz-2-butén

21 C H CH2CH3 C H H3C 1-butén 2-metil-propén H3C C CH3 H Konstitúciós izomerek transz-2-butén

22 Sztereoizomerek H CH3 C H3C H3C C CH3 H cisz-2-butén transz-2-butén

23 Cisz-transz izoméria Cisz izoméria: ha a két
szubsztituens a szabad rotációban gátolt pillératomok azonos oldalán helyezkednek el. Transz izoméria: ha a két szubsztituens a szabad rotációban gátolt pillératomok ellenkező oldalán helyezkednek el.

24 Cisz-transz-2-butén sztereoszerkezete
van der Waals kötés alakul ki a cisz-metil csoportok között cisz-2-butén transz-2-butén

25 Cisz-transz izoméria Az alkének sztereoizomerei közötti interkonverzió
nem lehetséges, csak a kettős kötés “eltörésével”. cisz transz

26 Cisz-transz izoméria energetikai állapota

27 E (entgegen =ellentétesen), Z (zusammen = együtt) izoméria alkéneknél
Amennyiben a pillératomok azonos oldalán találhatók a rangosabb szubsztituensek (cisz-izomer analógia) Z-izomerről, ha viszont ellentétesen (transz-izomer analógia) E-izomerről beszélünk. Br Cl Br CH 3 C C C C CH Cl H 3 H Z-izomer E-izomer

28 Acetilén

29 Acetilén - sp hibridállapotú C-atomok - hármas kötés (, , ) H C
180

30 Alkének reakciói: addiciós készség

31 Alkének reakciója: Addició
A reakció során az olefin a reagenssel úgy lép kapcsolatba, hogy ezek egymással egyesülnek, egyetlen termék keletkezik. C A C B + A—B Kétféle addiciós utat különböztetünk meg: 1.) gyökös mechanizmusú addició (AR), 2.) elektrofil addició (AE)

32 Alkének reakciói: gyökös mechanizmusú addició AR

33 Etilén gyökös mechanizmusú hidrogénaddiciója (AR)
 C    + H—H exotherm H° = –136 kJ/mol katalizátor: Pt, Pd, Rh, Ni

34

35 A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa
B X Y H

36 A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa
B Y C C A X H H H H

37 A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa
B X Y H H H H

38 A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa
B Y A X H H H C C H

39 A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa
B X Y H H

40 A katalitikus hidrogénaddició mechanizmusa
B X Y H H

41 A hidrogénaddició sztereokémiája

42 Két térbeli (sztereokémiai) aspektusa van az alkén hidrogénaddiciójának
szün addició anti addició

43 Hidrogén addició sztereokémiája
+ H—H C H szün addició

44 Példa: “szün” addició H CO2CH3 CO2CH3 H2, Pt CO2CH3 (100%)

45

46 Alkének reakciói: elektrofil addició AE

47 Reakciók Halogén addició Hidrogénhaloid (HCl,HBr) addició
Kénsav addició

48 Általános ismeretek az AE mechanizmusáról
Az addiciót a kation kezdeményezi A+  kötés a támadás célja (az alkén Lewis bázisként viselkedik), kialakul a karbokation, ami pozitív töltésű átmeneti ion, Lewis savként képes viselkedni, a karbokationt kedvezőtlen állapota miatt B-támadja, B- saját elektronpárjának felhasználásával kötést létesít a második C-atommal

49 Halogén addició (Br2,Cl2)

50 Elektrofil reagensek: Br2 és Cl2
Elektrofil addició Elektrofil reagensek: Br2 és Cl2 Általánosan ábrázolva: Példa:

51 Elektrofil addició első lépése
Átmneneti állapot kialakulásának energia profilja  komplex komplex kialakulása C C Átmeneti állapot  kötés d+ Cl s-kötés hasad - Cl

52

53 Elektrofil reagens:Br2
Elektrofil addició Elektrofil reagens:Br2 ciklikus szerkezetű “ komplex” Transz addició

54 Hidrogénhaloidok addiciója (HCl, HBr, HI)

55 Átmeneti aktiválási komplex kialakulása
- Cl Cl C C C C C C + H H Karbokation (átmeneti állapot) + H Cl C C C C H H

56 Hidrogén halogenidek addiciója HX= HCl, HBr,HI

57 Példák: C H C H C l + HCl C H C H C l + HCl C H C H C H C H + HCl C l
3 3 C l + HCl C H C H 3 2 C l + HCl C H C H C H C H 3 2 + HCl C l

58 Markovnyikov Markovnyikov Nem Markovnyikov

59 Markovnyikov- szabály: A H+ ahhoz a C-atomhoz kapcsolódik, aminek több hidrogénje volt, a halogén anion (Cl-) a magasabbrendű C-atomhoz kötődik. Magyarázat: az alacsonyabb C-atomot tartalmazó karbokation kialakulásának aktiválási energiája alacsonyabb, mint a magasabbrendűé, igy reakciókinetikailag ennek a képződése kedvezőtlen

60 Markovnyikov-szabály
Mechanizmus: stabil karbónium instabil A reakció a stabilabb intermedier karbokationon keresztül valósul meg.

61 Markovnyikov-szabály
HBr elektrofil addiciójának energia profilja: alacsonyabb Ea 

62 Kénsavaddició, vízaddició

63 Elektrofil reagens:H2SO4
Elektrofil addició: Elektrofil reagens:H2SO4 alkohol Markovnyikov orientáció

64 Elektrofil reagens:H2SO4
Példa:

65 Alkének oxidációja

66 Oxidáció Az oxidálószer erősségétől és a kettős kötések számától és elhelyezkedésétől függ, hogy milyen termék keletkezik. CH2=CH H2O HO-CH2-CH2-OH Etilén etilénglikol R-CH=CH-R’ +4O R-COOH + R’-COOH olefin karbonsav karbonsav

67 Oxidáció R2-C=CH-R’ +3O R-CO-R + R’-COOH olefin keton karbonsav
R2C=C-R’ R-CO-R R’-CO-R’ olefin keton keton

68 Alkén polimerizáció

69 Polimerizáció Az alkének szintetikus és természetes polimerek alapja lehetnek (görög eredetű: poly = sok, meros = részek): H H C H C C n H H n etilén Polietilén (PE)

70 Polimerizáció Tetrafluoro- etán Teflon F F C F C C n F F n

71 Polimerizáció sztirén Polisztirol H H C H n C C H n

72 Alkén polimerek Természetes alapú alkén polimerek. CAHUCHU Kaucsukfa
(Hevea brasiliensis)

73 Természetes polimer n Izoprén 2-metil-1,3-butadién Természetes gumi
Poli-cisz-izoprén Természetes polimer C CH2 CH3 Izoprén 2-metil-1,3-butadién n Természetes gumi H

74 Vulkanizálás

75 Charles Goodyear 1841 Sir Henry Wickham 1876

76

77 Diének Két kettős kötés Átmenet alkén – poliének között

78 Diének Osztályozás: Izolált Konjugált Kummulált 1,3-butadién

79 Diének Osztályozás: Izolált Konjugált Kummulált 1,3-butadién
Allenizoméria Optikai antipódok

80 1,3-Budadién részleges Br2 addiciója

81 1,3-butadién HCl addiciója

82 Izolált kettőskötésben: 133 pm Butadiénben: 137 pm
Kötéstávolság: Egyszeres kötés 154 pm Butadién 2,3 C között 147 pm Delokalizációs energia = 3,6 kCal/mól Égéshő / elméleti Kötéstávolság: Izolált kettőskötésben: 133 pm Butadiénben: 137 pm

83 Acetilén szénhidrogének

84 Acetilén szénhidrogének
Acetilén - etin Propin 2-butin

85 Az acetilén előállítása
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

86 Bányászat során használt Davy-féle lámpások (acetilén, benzin)
Лампы для шахт с повышенным содержанием взрывоопасных газов (Г.Дэви, 1815 г.)

87 Izoprénvázas vegyületek: 1.) terpének, 2.) karotinoidok

88 Izoprénvázasok csoportja: 1.) terpének, 2.) karotinoidok
vég fej Izoprén egység 2-metil-butadién Mentol, (2-izopropil-5-metil-1-ciklohexanol)

89 Terpének 2 1 3 4 kámfor 4 3 2 1 Mircén mircén

90 Karotinoidok: A vitamin