Реферат: Уроков Алкены (олефины). (№33-36 в тематическом планировании) (

Блок уроков Алкены (олефины).

(№33-36 в тематическом планировании) (http://www.edu54.ru/node/87560)


Цели уроков:

1. Расширить знания учащихся об углеводородах  дать понятие о непредельных углеводородах, их классификации. Познакомить учащихся с особенностями строения непредельных ряда этилена, способами образования δ- и π-связей.

2. Знать общую формулу алкенов, физические и химические свойства, способы получения и области применения углеводородов ряда этилена.

3. Уметь записывать молекулярные, структурные и элек­тронные формулы этиленовых, обозначать распределение электронной плотности в молекуле. Уметь называть вещества ряда этилена по систематической номенклатуре и по названию записывать формулы.

4. Знать четыре вида изомерии для этиленовых, уметь составлять формулы различных изомеров, называть их. Уметь доказывать химические свойства алкенов, записывать уравнения реакций, уметь их сравнивать со свойствами предельных углеводородов. Проводится демонстрация тех опытов, которые требуются по программе.

При объяснении материала по ходу лекции демонстрация опытов и лабораторных опытов, которые требуются по программе (есть в тематическом планировании в 10 классе по учебнику Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. «Химия. 10 класс. Профильный уровень». Учебник для 10 класса).


Алкены – органические соединения, углеводороды алифатического (ациклического) непредельного характера, в молекуле которых между атомами углерода – одна двойная связь, и которые соответствуют общей формуле CnH2n.

Для алкенов характерна sp2-гибридизация. Длина двойной связи 0,134нм, она более прочная, чем одинарная, так как ее энергия больше. Одновременно, наличие подвижной, легко поляризуемой π-связи приводит к тому, что алкены химически более активны, чем алканы, и способны вступать в реакции присоединения.

В названии алкенов содержится суффикс –ен или –илен, обозначающий принадлежность соединения к данному классу.

Простейший алкен: C2H4 или H – C = C – H этен или этилен,

| |

H H

Его радикал: C2H3- или CH2=CH- винил.

В определении названия алкена положение кратной связи имеет при нумерации преимущество перед остальными.


CH3 Cl CH3

7 6| 5| 4| 3 2 1

CH3 – CH – CH – C – CH = CH – CH3

|

C2H5

4,6-диметил-4-этил-5-хлоргептен-2


Для алкенов характерны следующие виды изомерии:

Структурная изомерия:

а) изомерия углеродного скелета

1 2 3 4 5 1 2 3 4

CH2=CH – CH2 – CH2 – CH3CH2=CH – CH – CH3

|

CH3

пентен-1 3-метилбутилен-1

б) изомерия положения кратной связи

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH2=CH – CH2 – CH2 – CH3 CH3–CH = CH – CH2 – CH3

пентен-1 пентен-2

в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO2, SO2-OH и др.)

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH2=CH – CH – CH2 – CH3 CH2=CH – CH2 – CH – CH3

| |

Cl Cl

3-хлорпентен-1 4-хлорпентен-1

Пространственная изомерия:

а) геометрическая изомерия

1 2 3 4

CH3 – CH = CH – CH3

бутилен-2


CH3 CH3 CH3 H

\ / \ /

C=C C=C

/ \ / \

H H H CH3

цис-изомер транс-изомер

Межклассовая изомерия (с циклоалканами)

1 2 3 4 5

CH2=CH – CH2 – CH2 – CH3 CH2 – CH2

пентен-1 ! !

CH2 CH2

\ /

CH2

циклопентан


^ Физические свойства.

C2H4 – C4H8 – газы, C5H10 – C16H32 - жидкости, C17H34 – … – твердые вещества. Алкены плохо растворимы в воде. Их температуры плавления и кипения закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединения.


^ Химические свойства.

Реакции присоединения.

гидрирование

1 2 3

CH2=CH – CH3 + H – H  CH3 – CH2 – CH3

пропилен пропан



галогенирование

1 2 3

CH2=CH – CH3 + Br – Br  CH2 – CH – CH3

| |

Br Br

пропилен 1,2-дибромпропан



гидрогалогенирование (по правилу Марковникова: при присоединении веществ с полярной ковалентной связью типа HX (где X – это -Hal, -OH и т.д.) к несимметричным непредельным углеводородам по месту разрыва П-связи атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, а X – к наименее гидрированному атому углерода)

1 2 3

CH2=CH – CH3 + H – Br à CH3 – CH – CH3

|

Br

пропилен 2- бромпропан



гидратация (по правилу Марковникова) с образованием вторичных спиртов (кроме этилена – у него образуется первичный спирт)

1 2 3

CH2=CH – CH3 + H – OH à CH2 – CH – CH3

|

OH

пропилен пропанол-2 (вторичный пропанол)



сульфирование (по правилу Марковникова) с образованием алкилсерных кислот

1 2 3

CH2=CH – CH3 + H–O – SO2OH à CH3 – CH – CH3

|

O – SO2OH

пропилен пропил-2серная кислота

CH3 – CH – CH3 + H–OH à CH3 – CH – CH3 + HO – SO2 – OH

| |

O – SO2OH OH

пропил2серная кислота пропанол-2 серная кислота



алкилирование

CH3 CH3 CH3 CH3

| | | |

CH3 – CH + CH2=C – CH3 à CH3 – C – CH2 – CH – CH3

| |

CH3 CH3

метилпропан метилпропен 2,2,4-триметилпентан (изооктан)

взаимное алкилирование (обратный процесс крекинга алкенов), при разных температурах образуются разные соединения



CH2=CH – CH2 – CH3 бутилен-1

CH3 – CH=CH – CH3 бутилен-2

Kt, t0

CH2=CH2 + CH2=CH2 ––à CH2=C – CH3 метилпропилен

|

CH3


CH2=CH – CH=CH2 + H2 бутадиен-1,3


Реакции окисления.

горение

t0

C2H4 + 3 O2 (избыток) à 2 CO2 + 2 H2O

t0

C2H4 + 2 O2 (недостаток) à 2 CO + 2 H2O

t0

C2H4 + O2 (сильный недостаток) à 2 C + 2 H2O


частичное окисление кислородом воздуха с образованием эпоксидов (реакция Прилежаева)

t0, Ag

2 CH2=CH2 + O2 ––à2 CH2 – CH2

\ /

O

Этиленоксид (эпоксиэтан или окись этилена)


окисление кислородом окислителя в щелочной среде (реакция Вагнера)

из KMnO4

3 CH2=CH2 + [O] + H – OH –––––––– HO – CH2 – CH2 – OH

этиленгликоль (этандиол-1,2)


KOH

3 C-2H2=C-2H2 + 2 KMn+7O4 + 4 H2O ––à 3 C-1H2 – C-1H2 + 2 Mn+4O2 + 2 KOH

| |

OH OH

C2-2 -2ē → C2-1 3 3 C2-2 -6ē → 3 C2-1

6

Mn+7 + 3ē → Mn+4 2 2 Mn+7 + 6ē → 2 Mn+4


^ Обесцвечивание щелочного раствора KMnO4 – это качественная реакция на непредельные углеводороды.


жесткое окисление кислородом более энергичного окислителя в кислой среде (кислый раствор KMnO4, HNO3, хромовая смесь) при нагревании

+H3O+, t°
^ R – CH=CH – R + 4 [O] ––à R – COOH + R - COOH

СH3 – СH=CH – CH3 + 4 [O] ––à 2 CH3 – COOH

бутилен-2 этановая (уксусная) кислота


CH3 – CH2 – CH=CH2 + 4 [O] ––à CH3 – CH2 – COOH + HCOOH

бутилен-1 пропановая метановая (муравьиная)

кислота кислота


HCOOH + [O] ––à HOCOOH (H2CO3)

метановая CO2↑ H2O

кислота угольная кислота


CH3 – CH2 – CH=CH – CH3 + 4 [O] ––à CH3 – CH2 – COOH + CH3 – COOH

пентен-2 пропановая кислота этановая кислота


5 CH3–CH2–C-1H=C-1H–CH3 + 8 KMn+7O4 + 12 H2SO4 à4 K2SO4 + 8 Mn+2 SO4 + 12 H2O +

пентен-2

+ 5 CH3–CH2–C+3OOH + 5 CH3–C+3OOH

пропановая кислота этановая кислота

C2-1 -8ē → 2 C+3 5 5 C2-2 -40ē → 10 C-1

40

Mn+7 + 5ē → Mn+2 8 8 Mn+7 + 40ē → 8 Mn+4


CH3 – CH2 – CH2 – CH=CH2 + 5 [O] ––à CH3 – CH2 – CH2 – COOH + H2O + CO2

пентен-1 бутановая кислота


CH3 – CH2 – CH2 – C-1H=C-2H2 + 2 KMn+7O4 + 3 H2SO4 à K2SO4 + 2 Mn+2 SO4 + 4 H2O +

пентен-1

+ CH3 – CH2 – CH2 – C+3OOH + C+4O2

бутановая кислота

C-1 – 4ē → C+3 C-1 -4ē → C+3

-10ē 1

C-2 – 6ē → C+4 C-2 -6ē → C+4

10

Mn+7 + 5ē → Mn+2 2 2 Mn+7 + 10ē → 2 Mn+2


Реакции полимеризации.


t0, kt, P

…+ CH2=CH2 + CH2=CH2 + …––––––à …-CH2 – CH2 – CH2 – CH2-…

этилен полиэтилен


t0, kt, P

nCH2=CH2 ––––––à (– CH2 – CH2 –)n

мономер структурное звено

где n – это степень полимеризации


t0, kt, P

n CH3 – CH=CH2 ––––––– à (– CH – CH2 –)n

|

CH3

пропилен полипропилен


Реакции изомеризации.


550°C

CH2=CH2 – CH2 – CH3 ––––à CH3 – CH = CH – CH3 + CH3 – C = CH2

|

CH3

бутен-1 бутен-2 метилпропен


Реакции отщепления (элиминирования)


а) до алкадиенов:

MgO, ZnO

CH2=CH – CH2 – CH3 –––– CH2 = CH – CH = CH2 + H2

бутен-1 бутадиен-1,3


б) до алкинов:

1200°C

2 CH2=CH2 –––– 2 CH≡CH + 2 H2

этен (этилен) этин (ацетилен)


Получение.

Крекинг нефтепродуктов

C16H34  C8H18 + C8H16

гексадекан октан октен

Обычно образуется смесь различных углеводородов: например, при крекинге бутана конечными продуктами будет – смесь бутенов, пропилена, этилена и метана; при крекинге пропана – смесь пропилена, этилена и метана; при крекинге метилпропана – смесь метилпропилена, пропилена и метана.

Дегидрирование предельных углеводородов

CH2 = CH – CH2 – CH3 бутен-1

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 

бутан CH3 – CH = CH – CH3 бутен-2

550-650oc, Kt

2CH4 ––––––––––– C2H4 + 2H2

Внутримолекулярная дегидратация спиртов

H2SO4, 140-150oC

CH3 – CH2 – OH –––––––––––––––– CH2 = CH2 + H2O

этанол этилен

Дегидрогалогенирование галогенпроизводных алканов (по правилу Зайцева: при отщеплении галогенводорода от вторичных и третичных галогеналканов атом водорода отщепляется о наименее гидрированного атома углерода)

Br

| спирт, to

CH3 – CH – CH2 – CH3 + NaOH ––––––– CH3 – CH = CH – CH3 + NaBr + H2O

2-бромбутан бутен-2


Дегалогенирование дигалогенпроизводных алканов

Br Br

| |

CH3 – CH – CH – CH3 + Zn  CH3 – CH = CH – CH3 + ZnBr2

2.3-дибромбутан бутен-2


Применение алкенов

1. Применение этилена


Хлорэтан

(C2H5Cl)

Этиленгликоль

HO–CH2–CH2–OH

1,2-дихлорэтан

(CH2Cl – CH2Cl)

Растворители






Стирол

C6H5 – CH = CH2

Уксусная кислота

(CH3COOH)





Этанол

(этиловый спирт)

(C2H5OH)

Парфюмерия,

растворитель

Дивинил

(CH2=CH–CH=CH2)

Дивиниловый каучук

Этаналь

(уксусный альдегид)

(CH3CHO)





Диэтиловый эфир

(C2H5 – O – C2H5)

2. Применение пропилена


Изопреновый каучук

Изопрен

(2-метилбутадиен-1,3)

CH2 =CH–CH=CH2


Бутанол-1

CH3 –CH2–CH2–CH2–OH

Бутаналь

CH3 –CH2–CH2–CHO










Пропанол-2

(вторичный пропиловый спирт)

C3H7OH




Пропандиол-1,2

CH3 – CH – CH2 – OH

|

OH

















Диметилкетон

(пропанон или ацетон)

CH3 – C – CH3

| |

O


Изопропилбензол

C6H5 – CH(CH3)2








Глицерин

(пропантриол-1,2,3)

HO–CH2–CH(OH)–CH2–OH

Фенол

C6H5 – OH


Полипропилен

– CH – CH2 –

|

CH3n






3. Применение изомеров бутилена

Бутандиолы

(HO – С4Н8– OH)

Бутанолы

(С4Н9– OH)





Изооктан

CH3 CH3

| |

CH3 – C – CH2 – CH – CH3

|

CH3


Бутадиена - 1,3

(CH2 = CH–CH=CH2)












Добавка к бензиновой фракции нефти


Каучуки



II. Закрепление знаний, умений и навыков


Домашние задания:

§12 (с.84-101);

записи в тетради;

упражнения 1, 2, 4 и 5 (с.110) – письменно;

задачи 8-10 (с.102).



Используемая литература

«Репетитор по химии (издание 15-ое)», под редакцией Егорова А. С., Феникс – Ростов-на-Дону, 2006

Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. « Химия 10 класс: профильный уровень». (Учебник для общеобразовательных учреждений), Дрофа – Москва, 2005

Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. «Химия 10: органическая химия (Учебник для 10 класса средней школы)», Просвещение – Москва, 1991

Перекалин В. В., Зонис С. А. «Органическая химия (учебное пособие для студентов педагогических институтов по химическим и биологическим специальностям)», Просвещение – Москва, 1982

«Органическая химия. Том 1 (Основной курс)» под редакцией Н. А. Тюкавкиной (учебник для студентов вузов по специальности «Фармация»), Дрофа – Москва, 2004



Используемые ЦОРы

На уроке можно использовать данный материал в виде презентации: http://www.edu54.ru/node/78610 (рабочая версия).