Непредельные углеводороды (Алкены и Алкины): правило Марковникова, качественные реакции
Непредельные углеводороды (Алкены и Алкины): правило Марковникова, качественные реакции
Непредельные (ненасыщенные) углеводороды содержат в молекулах кратные связи между атомами углерода:
1. Алкены (этиленовые углеводороды) — ациклические углеводороды с одной двойной связью C=C. Общая формула: CₙH₂ₙ. Простейший представитель — этен (этилен) CH₂=CH₂. Атомы C при двойной связи находятся в sp²-гибридизации (валентный угол 120°). Двойная связь состоит из одной прочной σ-связи и одной подвижной, легко поляризуемой π-связи.
2. Алкины (ацетиленовые углеводороды) — углеводороды с одной тройной связью C≡C. Общая формула: CₙH₂ₙ₋₂. Родоначальник — этин (ацетилен) CH≡CH. Атомы C при тройной связи находятся в sp-гибридизации (линейное строение, угол 180°). Тройная связь состоит из одной σ-связи и двух взаимно перпендикулярных π-связей.
Наличие легкополяризуемых π-электронных облаков определяет высокую реакционную способность алкенов и алкинов в реакциях электрофильного присоединения (AdE).
Схема: Электрофильное присоединение (A_E) и правило Марковникова
Алкены CnH2n
Алкины CnH2n-2
Фитогормон созревания
Газ этилен C₂H₄ — природный фитогормон: микродозы этилена стимулируют ускоренное созревание бананов и томатов.
Анализ молекулярной формулы
Определение типа связи
Номенклатура
Для алкенов и алкинов характерны реакции присоединения по кратным связям с разрывом π-связи:
1. Галогенирование (присоединение Cl₂, Br₂):
CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br (1,2-дибромэтан);
2. Гидрирование (присоединение водорода, катализаторы Ni, Pt, Pd):
CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃ (этан);
CH≡CH + 2H₂ → CH₃–CH₃;
3. Гидрогалогенирование (HCl, HBr) и гидратация (H₂O) несимметричных алкенов подчиняются правилу В.В. Марковникова (1869 г.):
«При присоединении полярных молекул (H–Hal, H–OH) к несимметричным алкенам водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (где больше атомов H), а галоген или гидроксил — к наименее гидрогенизированному атому C».
CH₃–CH=CH₂ (пропен) + HBr → CH₃–CHBr–CH₃ (2-бромпропан — 99%).
Механизм: электрофильная атака протона H⁺ приводит к образованию более термодинамически устойчивого вторичного карбокатиона CH₃–CH⁺–CH₃.
Правило Марковникова
Механизм AdE
Эффект Караша (против Марковникова)
В присутствии органических пероксидов R–O–O–R присоединение HBr идет против правила Марковникова по свободнорадикальному механизму.
Сравнение атомов при C=C
Присоединение водорода
Присоединение галогена
Для обнаружения непредельных углеводородов (алкенов, алкинов, алкадиенов) используют две высокочувствительные качественные реакции:
1. Проба с бромной водой (раствором Br₂ в воде):
При пропускании этилена или ацетилена через красно-бурую бромную воду раствор моментально полностью обесцвечивается вследствие присоединения брома по π-связям:
CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br (бесцветный 1,2-дибромэтан);
CH≡CH + 2Br₂ → CHBr₂–CHBr₂ (1,1,2,2-тетрабромэтан).
2. Реакция Вагнера (окисление разбавленным водным раствором перманганата калия KMnO₄):
Розово-фиолетовый раствор марганцовки быстро обесцвечивается на холоду с выпадением бурого осадка диоксида марганца MnO₂ и образованием двухатомных спиртов — гликолей:
3CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂(OH)–CH₂(OH) (этиленгликоль) + 2MnO₂↓ + 2KOH.
3. Реакция М.Г. Кучерова (1881 г.) — каталитическая гидратация алкинов солями ртути Hg²⁺:
• Гидратация ацетилена дает уксусный альдегид (ацетальдегид):
CH≡CH + H₂O -Hg²⁺/H⁺-> [CH₂=CH–OH] (нестойкий енол) → CH₃–CHO;
• Гидратация всех гомологов ацетилена дает кетоны:
CH₃–C≡CH + H₂O -Hg²⁺-> CH₃–CO–CH₃ (ацетон).
Обесцвечивание бромной воды
Реакция Кучерова
Качественная реакция на концевой алкин
Алкины с концевой тройной связью (R–C≡CH) образуют нерастворимые осадки ацетиленидов со взрывчатыми свойствами: CH≡CH + 2[Ag(NH₃)₂]OH -> AgC≡CAg↓ (серый осадок) + 4NH₃ + 2H₂O.
Выбор качественного реактива
Фиксация аналитического признака
Применение реакции Кучерова
Прогнозирование продуктов присоединения HBr и H₂O к алкенам:
Формулировка правила Марковникова
Электронное обоснование через стабильность карбокатионов
Атака нуклеофила Br⁻
Излюбленная ловушка профильного ЕНТ:
«Какой продукт образуется при реакции пропена с бромоводородом HBr в присутствии перекиси водорода H₂O₂ (или бензоилпероксида)?»
Разбор:
• БЕЗ перекиси (электрофильный механизм AE, по Марковникову):
CH₃-CH=CH₂ + HBr → CH₃-CHBr-CH₃ (2-бромпропан);
• В ПРИСУТСТВИИ ПЕРОКСИДА (радикальный механизм, эффект Хараша/Караша):
Реакция идет ПРОТИВ правила Марковникова!
CH₃-CH=CH₂ + HBr —(H₂O₂)→ CH₃-CH₂-CH₂Br (1-бромпропан)!
Внимание: перекисный эффект Караша работает ТОЛЬКО ДЛЯ HBr (для HCl и HI он не наблюдается из-за термодинамических факторов)!
Эффект Караша (против Марковникова)
Присутствие перекиси (H₂O₂ или пероксида) разворачивает присоединение HBr к алкенам ПРОТИВ правила Марковникова (образуется 1-бромпроизводное)!
- 1. Электронное строение кратных связей и гомологические ряды~5 мин
- 2. Реакции электрофильного присоединения (AdE) и правило Марковникова~5 мин
- 3. Качественные реакции на кратную связь и реакция Кучерова~5 мин
- 4. Алгоритм электрофильного присоединения по правилу Марковникова к алкенам~5 мин
- 5. Ловушки ЕНТ: Исключение из правила Марковникова (перекисный эффект Караша)~5 мин
