Двойная связь — самое реакционноспособное место в молекуле. Отсюда вся химия этого класса.
Общая формула CnH2n. У атомов углерода при двойной связи — sp2-гибридизация, угол 120°, плоское строение вокруг связи. Названия — суффикс -ен с номером атома, откуда начинается двойная связь.
Главная цепь должна включать двойную связь. Нумерация — с того конца, где двойная связь получит меньший номер. CH₂=CH-CH₂-CH₃ → бутен-1 (или бут-1-ен).
Все реакции идут по π-связи — она слабее и разрывается первой. Основной механизм — электрофильное присоединение (AE).
Горячий подкисленный KMnO₄ рвёт двойную связь полностью, и каждый её углерод превращается по числу заместителей: =CH₂ (концевой) → CO₂; =CH–R → карбоновая кислота R–COOH; =CR₂ (третичный) → кетон. Пример: 2-метилбутен-2 CH₃–C(CH₃)=CH–CH₃ → ацетон CH₃COCH₃ + уксусная кислота CH₃COOH.
Обесцвечивание бромной воды (реакция 2) и раствора KMnO₄ (реакция 5, фиолетовый → бурый осадок MnO2) — оба признака непредельности, любимый вопрос на «как отличить алкен от алкана».
При присоединении HX (X = Cl, Br, I, OH) к несимметричному алкену водород идёт к атому углерода с бо́льшим числом атомов водорода (менее замещённому), а X — к более замещённому.
CH₂=CH-CH₃ + HBr → CH₃-CHBr-CH₃
H идёт к CH2 (там уже 2 H), Br — к среднему атому (там 1 H). Продукт — 2-бромпропан, а не 1-бромпропан.
Механизм AE идёт через промежуточный карбокатион: сначала H+ атакует π-связь, электроны уходят к одному из атомов углерода, оставляя + заряд на другом. Реакция пойдёт через более устойчивый карбокатион — а устойчивость растёт с числом алкильных заместителей у заряженного атома (третичный > вторичный > первичный, за счёт +I-эффекта алкильных групп). Поэтому H присоединяется так, чтобы + заряд (а потом и X) оказался на более замещённом атоме.
Против правила Марковникова (антимарковниковское присоединение) HBr идёт только в присутствии пероксидов — эффект Хараша, меняется механизм на радикальный. Это тоже спрашивают как отдельный факт.
При отщеплении H и X (или H и OH) от несимметричной молекулы водород уходит от соседнего атома с меньшим числом водородов — двойная связь образуется в сторону более замещённого атома. Это зеркальное правило к Марковникову: там присоединяем «к большему H», здесь отщепляем «от меньшего H».
Двойная связь — не просто «чёрточка вдвое толще». Она короче, прочнее целиком, но содержит слабое звено — π-связь, которая и рвётся во всех реакциях присоединения.
| Связь | Длина, нм | Энергия, кДж/моль | Вращение |
|---|---|---|---|
| C–C | 0,154 | 348 | свободное |
| C=C | 0,134 | 612 | заблокировано |
Суммарно 612 кДж/моль — больше, чем у одинарной. Но это 1σ (348) + 1π (264). В реакциях рвётся именно слабая π-связь, а прочный σ-каркас остаётся. Поэтому алкены легко присоединяют, а алканы — нет.
Нужны разные заместители при каждом атоме двойной связи. У пропена CH₂=CH–CH₃ и у 2-метилпропена цис-транс изомеров нет — у одного из атомов два одинаковых водорода.
Раскрывая π-связь, молекулы алкена соединяются друг с другом в длинную цепь. Так получают самые массовые пластики.
Мономер — исходная молекула с кратной связью (этилен). Полимер — продукт (полиэтилен). Структурное звено — повторяющийся фрагмент в скобках. n — степень полимеризации, число звеньев.
| Мономер | Полимер | Где применяют |
|---|---|---|
| CH₂=CH₂ этилен | полиэтилен | плёнка, пакеты, трубы |
| CH₂=CH–CH₃ пропилен | полипропилен | посуда, волокно |
| CH₂=CHCl винилхлорид | поливинилхлорид (ПВХ) | линолеум, изоляция, окна |
| CF₂=CF₂ тетрафторэтилен | тефлон (фторопласт) | антипригарные покрытия |
| CH₂=CH–C₆H₅ стирол | полистирол | пенопласт, упаковка |
Полимеризация (алкены) идёт за счёт раскрытия кратной связи, без побочных продуктов. Поликонденсация (фенол + формальдегид, аминокислоты) идёт с отщеплением малых молекул (воды). Отсюда и разница в подсчёте масс в задачах.
Бромная вода обесцвечивается: CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br. Раствор KMnO₄ обесцвечивается и выпадает бурый MnO₂. Обе реакции отличают алкен от алкана, который с ними не реагирует.
KMnO₄ в кислой среде при нагревании разрывает двойную связь полностью. Что получится, зависит от того, сколько водородов было у атома: =CH₂ → CO₂, =CH– → карбоновая кислота, =C(R)– → кетон.
Какой продукт даст присоединение HBr к пропену CH₂=CH–CH₃?
По правилу Марковникова: водород идёт к тому атому углерода, где водородов больше.
Причина в устойчивости промежуточного карбокатиона: вторичный устойчивее первичного.
Бромная вода. Этен обесцвечивает её, присоединяя бром по двойной связи. Этан с бромной водой не реагирует — цвет сохраняется. Годится и раствор KMnO₄: этен обесцветит его, этан нет.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
2-бромпропан (CH₃-CHBr-CH₃) — Br идёт к более замещённому атому углерода.
Бромная вода (обесцвечивается) и раствор KMnO₄ (фиолетовый → выпадает бурый осадок MnO2). Алкан с ними не реагирует без специальных условий.
Основной продукт — бутен-2 (более замещённый алкен), а не бутен-1: водород уходит от атома с меньшим числом H.
Этиленгликоль (двухатомный спирт): 3C2H4+2KMnO4+4H2O→3C2H4(OH)2+2MnO2↓+2KOH — раствор обесцвечивается, выпадает бурый осадок.
Механизм меняется с ионного на радикальный (эффект Хараша) — сначала образуется бромный радикал, который атакует менее замещённый атом углерода, давая более устойчивый вторичный/третичный радикал на другом атоме.
n(C2H4) = 5,6/22,4 = 0,25 моль. По уравнению 1:1 → n(Br2) = 0,25 моль. m = 0,25 × 160 = 40 г.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно