Строение, свойства, получение. Цель: изучить строение, свойства и способы получения алкенов. Задачи

Вид материала

Урок

Содержание 3. Тип урока 5. Средства обучения Структурная изомерия Пространственная изомерия Получение алкенов (слайды 15 – 20) Реакции окисления алкенов

Подобный материал:

• Алкены: строение, свойства, получение, 90.82kb.
• Тема урока: Алкены. Получение, химические свойства и применение алкенов. Цели и задачи, 108.44kb.
• Задачи урока для учителя: Образовательная: Создать условия для воспроизведения знаний, 43.33kb.
• Урок по теме: «Опорно-двигательная система. Строение, состав и свойства костей», 98.27kb.
• Непредельные углеводороды (7 часов). Цели модуля, 364.14kb.
• Ароматические углеводороды. Бензол представитель аренов. Строение молекулы и физические, 54.51kb.
• Тема: «циклопарафины: строение, свойства, применение», 55.94kb.
• Дробот Светлана Сергеевна конспект, 57.86kb.
• Строение и свойства металлических материалов лекция 2 Строение и свойства металлов, 103.5kb.
• Тема урока: «Фосфор. Строение атома, аллотропия, свойства и применение фосфора», 43.99kb.

АЛКЕНЫ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ.


1. Цель: изучить строение, свойства и способы получения алкенов.

2. Задачи

Образовательные – познакомить учащихся с гомологическим рядом алкенов, рассмотреть особенности их химического и электронного строения, изомерию и номенклатуру. Развить полученные ранее теоретические

представления об изомерии и умения давать названия соединений по систематической номенклатуре, умения составлять уравнения химических реакций с участием непредельных углеводородов. Рассмотреть промышленные и лабораторные способы получения алкенов, развить общие представления о типах и механизмах химических реакций на примере алкенов. Показать место и значение алкенов среди углеводородов.

2. Воспитательные – продолжить формирование естественнонаучной картины мира, способствовать эстетическому воспитанию учащихся (оформление записей лекционного материала и т.п.)

2. Развивающие – на основе теоретических знаний развивать умения учащихся наблюдать, сравнивать, анализировать, обобщать, логически рассуждать, устанавливать взаимосвязь строения и свойств веществ.

3. Тип урока

Урок формирования и совершенствования знаний.

4. Методы обучения – словесные, наглядные, исследовательские. Метод проблемного изложения, диалогический метод, устный опрос, устный и письменный контроль, самоконтроль.

5. Средства обучения:

• мультимедийный проектор

• компьютер

• шаростержневые модели

• тетрадь

• раздаточный материал

• учебная литература:

10 класс,


Ход урока.

1. Организационный момент.
   
2. Тема, цели урока (слайд 1, 2)
   
3. Активизация опорных знаний (слайд 3)
   

• Алкены – углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь между атомами углерода, а качественный и количественный состав выражается общей формулой
  

С_nН_2n, где n ≥ 2.

• Алкены относятся к непредельным углеводородам, так как их молекулы содержат меньшее число атомов водорода, чем насыщенные.
  

4. Объяснение нового материала.
   

1. Строение двойной связи С=С (слайд 4 – 6)
   

Двойная связь является сочетанием - и -связей (хотя она изображается двумя одинаковыми черточками, всегда следует учитывать их неравноценность). -Связь возникает при осевом перекрывании sp²-гибридных орбиталей, а -связь – при боковом перекрывании р-орбиталей соседних атомов углерода. Образование связей в молекуле этилена можно изобразить следующей схемой:

С=С -связь (перекрывание 2sp²-2sp²) и -связь (2р_z-2р_z) С–Н -связь (перекрывание 2sp²-АО углерода и 1s-АО водорода) -Связи, образуемые sp²–гибридными орбиталями, находятся в одной плоскости под углом 120. Поэтому молекула этилена имеет плоское строение.

По своей природе -связь резко отличается от -связи: -связь менее прочная вследствие меньшей эффективности перекрывания р-орбиталей. В молекуле пропилена СН₂=СН-СН₃ в одной плоскости лежат 6 атомов: два sp²-атома углерода и четыре связанные с ними атома (3 атома Н и атом С группы СН₃). Вне этой плоскости находятся атомы водорода в метильной группе СН₃, имеющей тетраэдрическое строение, т.к.этот атом углерода sp³–гибридизован. Аналогичное строение имеют другие алкены.

2. Гомологический ряд алкенов (слайд 7)
   

По систематической номенклатуре названия алкеновых углеводородов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на –ен: 2 атома С  этан  этен; 3 атома С  пропан  пропен и т.д.

Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь (т.е. она может быть не самой длинной). Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи. Цифра, обозначающая положение двойной связи, ставится обычно после суффикса –ен.

3. Изомерия алкенов (слайд 8 – 13)
   

Структурная изомерия

1. Изомерия углеродного скелета (начиная с С₄Н₈):

СН₂=СНСН₂СН₃ СН₂=ССН₃



СН₃

бутен-1 2-метилпропен

2. Изомерия положения двойной связи (начиная с С₄Н₈):

СН₂=СНСН₂СН₃ СН₃СН=СНСН₃

бутен-1 бутен-2

3. Межклассовая изомерия с циклоалканами, начиная с С₃Н₆ .

Пространственная изомерия

Вращение атомов вокруг двойной связи невозможно без ее разрыва. Это обусловлено особенностями строения -связи (-электронное облако сосредоточено над и под плоскостью молекулы). Вследствие жесткой закрепленности атомов поворотная изомерия относительно двойной связи не проявляется. Но становится возможной цис-транс-изомерия. Алкены, имеющие у каждого из двух атомов углерода при двойной связи различные заместители, могут существовать в виде двух пространственных изомеров, отличающихся расположением заместителей относительно плоскости -связи. Так, в молекуле бутена-2 СН₃СН=СНСН₃ группы СН₃ могут находиться либо по одну сторону от двойной связи в цис-изомере, либо по разные стороны в транс-изомере. Цис-транс-изомерия не проявляется, если хотя бы один из атомов С при двойной связи имеет 2 одинаковых заместителя. Например, бутен-1 СН₂=СНСН₂СН₃ не имеет цис- и транс-изомеров, т.к. 1-й атом С связан с двумя атомами Н.

Цис- и транс-изомеры отличаются не только физическими, но и химическими свойствами, т.к. сближение или удаление частей молекулы друг от друга в пространстве способствует или препятствует химическому взаимодействию. Иногда цис-транс-изомерию не совсем точно называют геометрической изомерией. Неточность состоит в том, что все пространственные изомеры различаются своей геометрией, а не только цис- и транс-.

4. Физические свойства (слайд 14)
   

Алкены плохо растворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.

С увеличением молекулярной массы алкенов, в гомологическом ряду, повышаются температуры кипения и плавления, увеличивается плотность веществ.

5. Получение алкенов (слайды 15 – 20)
   

В природе алкены встречаются в значительно меньшей степени, чем предельные углеводороды, по-видимому, вследствие своей высокой реакционной способности. Поэтому их получают с использованием различных реакций.

I. Крекинг алканов:

C_nH_2n+2  C_mH_2m + C_pH_2p+2, где m + p = n

Например:

С₇Н₁₆  СН₃СН=СН₂ + С₄Н₁₀


II. Отщепление (элиминирование) двух атомов или групп атомов от соседних атомов углерода с образованием между ними -связи.

1. Дегидрогалогенирование моногалогеналканов при действии спиртового_раствора щелочи :

СН₃СНBrCH₃ + KOH (спирт)  CH₃CH=CH₂ + KBr + H₂O

2. Дегидратация спиртов при t > 150 C в присутствии водоотнимающих реагентов H₂SO₄

CH₃CH₂OH  CH₂=CH₂ + H₂O

СH₃CHOHCH₂CH₃  CH₃CH=CHCH₃ + H₂O

Реакции элиминирования идут в соответствии с правилом Зайцева:

Отщепление атома водорода в реакциях дегалогенирования и дегидратации происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.

Современная формулировка: реакции отщепления идут с образованием более замещенных при двойной связи алкенов. Такие алкены обладают более низкой энергией.

3. Дегалогенирование дигалогеналканов, имеющих атомы галогена у соседних атомов углерода, при действии активных металлов:

СH₂BrCHBrCH₃ + Mg  CH₂=CHCH₃ + MgBr₂

4. Дегидрирование алканов при 500 С:

Cr₂O₃

СH₃CHCH₂  CH₃CH=CH₂ + Н₂

 

Н Н

6. Химические свойства алкенов (слайды 21 – 25)
   

Гидрирование (присоединение водорода)

Алкены взаимодействуют с водородом при нагревании в присутствии металлов Pt, Pd или Ni:

t, Ni

СН₃CH=CH₂ + Н₂  СН₃CH  CH₂

пропилен  

Н Н

пропан

Присоединение водорода к атомам углерода в алкенах приводит к понижению степени их окисления:

-3 -1 -2 -3 -2 -3

СН₃CH=CH₂ + Н₂  СН₃CH₂  CH₃

Поэтому гидрирование алкенов относят к реакциям восстановления. Эта реакция используется в промышленности для получения высокооктанового топлива.

Гидратация (присоединение воды)

Н⁺

CH₂=CH₂ + H₂О  CH₂  CH₂

этилен  

H ОН

этиловый спирт

Гидратация происходит в присутствии минеральных кислот по механизму электрофильного присоединения:

1-я стадия: CH₂=CH₂ + H^  CH₃  CH₂^

2-я стадия: CH₃  CH₂^ + :О Н  CH₃  CH₂ О^ Н

 

Н Н

3-я стадия: CH₃  CH₂ О^Н₂  CH₃  CH₂ ОН + H^

В реакциях несимметричных алкенов соблюдается правило Марковникова.

Н⁺

СН₃CH=CH₂ + H₂О  СН₃CH  CH₂

пропилен  

ОН Н

изопропиловый спирт

Галогенирование (присоединение галогенов)

Присоединение галогенов по двойной связи С=С происходит легко в обычных условиях (при комнатной температуре, без катализатора). Например, быстрое обесцвечивание красно-бурой окраски раствора брома в воде (бромной воды) служит качественной реакцией на наличие двойной связи.

СН₃CH=CH₂ + Br₂  СН₃CH  CH₂

пропилен  

Br Br

1,2-дибромпропан

Еще легче происходит присоединение хлора:

CH₂=CH₂ + Сl₂  Сl-СН₂CH₂-Сl

1,2-дихлорэтан

Эти реакции протекают по механизму электрофильного присоединения При нагревании до 500 С возможно радикальное замещение атома водорода при соседнем к двойной связи атоме углерода:

СН₃–СН=СН₂ + Сl₂  ClCH₂CH=CH₂ + HCl

Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов)

CH₂=CH₂ + HCl  CH₂  CH₂

этилен  

H Cl

хлорэтан

Реакция идет по механизму электрофильного присоединения с гетеролитическим разрывом связей. Электрофилом является протон Н⁺ в составе молекулы галогеноводорода. Направление реакции присоединения галогеноводородов к алкенам несимметричного строения (например, к пропилену CH₂=CHСН₃)

определяется правилом Марковникова:

В реакциях присоединения полярных молекул типа НХ к несимметричным алкенам водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (т.е атому углерода, связанному с наибольшим числом атомов

водорода).

Так, в реакции HCl c пропиленом из двух возможных структурных изомеров 1-хлорпропана и 2-хлорпропана, образуется последний:

CH₂=CHСН₃ + HCl  СН₃CHCl CH₃

пропилен 2-хлорпропан

Эта закономерность была первоначально установлена эмпирически. В современной органической химии дано теоретическое обоснование правила Марковникова на основе положения о влиянии электронного строения молекул на их реакционную способность. Следует отметить, что правило Марковникова в его классической формулировке соблюдается только для электрофильных реакций самих алкенов.

В случае некоторых производных алкенов или при изменении механизма реакции возможно несоблюдение этого правила.

Реакции окисления алкенов

Строение продуктов окисления алкенов зависит от условий реакции и природы окислителя.

1. Мягкое окисление алкенов водным раствором перманганата калия приводит

к образованию двухатомных спиртов (реакция Вагнера):


KMnO₄

СН₂=СН₂ + [O] + H₂O  HOCH₂CH₂OH

этилен этиленгликоль (этандиол)

Полное уравнение реакции:

3СН₂=СН₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O  3HOCH₂CH₂OH + 2KOH + 2MnO₂

Полное уравнение реакции:

3СН₂=СН₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O  3HOCH₂CH₂OH + 2KOH + 2MnO₂

Электронный баланс:

2 MnO₄^ + 2 H₂O + 3e  MnO₂ + 4 OH^ восстановление

3 C₂H₄ + 2 OH^  2e  C₂H₄(OH)₂ окисление



2 MnO₄^ + 4 H₂O + 3 C₂H₄  2 MnO₂ + 2 OH^ + 3 C₂H₄(OH)₂

В ходе этой реакции происходит обесцвечивание фиолетовой окраски водного раствора KMnO₄. Поэтому она используется как качественная реакция на алкены.

2. При жестком окислении алкенов кипящим раствором KMnO₄ в кислой среде

происходит полный разрыв двойной связи:

KMnO₄ (H⁺), t

СН₃СН=СНСН₃ + 4 [O]  2 СН₃СООН

бутен-2 уксусная кислота

3. Промышленное значение имеет частичное окисление алкенов с образованием циклических оксидов, которые широко используются в органическом синтезе.

4. Полное окисление (горение):

2С_nH_2n + 3n O₂  2n CO₂ + 2n H₂O +Q

С₂H₄ + 3 O₂  2 CO₂ + 2 H₂O + Q

Газообразные гомологи алкенов образуют с воздухом взрывчатые смеси.

Полимеризация – реакция образования высокомолекулярного соединения (полимера) путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) по схеме:

n M  M _n

Число n называется степенью полимеризации. Реакции полимеризации

алкенов идут в результате присоединения по кратным связям:

кат.

n CH₂=CH₂  (-CH₂-CH₂-)_n

полиэтилен

кат.

n CH₂=CH  (-CH₂-CH-)_n

 

СН₃ СН₃

пропилен полипропилен

7. Применение алкенов ( слайд 26 – 27)
   

Алкены применяются в качестве исходных продуктов в производстве полимерных материалов (пластмасс, каучуков, пленок) и других органических веществ.

Этилен (этен) Н₂С=СН₂ используется для получения полиэтилена, политетрафторэтилена (тефлона), этилового спирта, уксусного альдегида, галогенопроизводных и других органических соединений. Применяется как средство для ускоренного созревания фруктов.

Пропилен (пропен) Н₂С=СН₂–СН₃ и бутилены (бутен-1 и бутен-2) используются для получения спиртов и полимеров.

Изобутилен (2-метилпропен) Н₂С=С(СН₃)₂ применяется в производстве синтетического каучука.

5. Первичное закрепление знаний. (слайды 28, 29)
   

• Назвать приведенные вещества.
  
• Дописать уравнения химических реакций.
  

6. Подведение итогов урока (слайд 2)
   
7. Домашнее задание ( слайд 30).
   

параграф, ТПО стр., №