29. Способы получения и строение олефинов |
71 |
Общее название этиленовых углеводородов — алкены. Некоторые углеводородные радикалы этиленовых углеводо
родов имеют традиционные названия, образованные из названий спиртов:
СН2=СН — ваипл СН2 = С Н —СН2— аллил
29. Способы получения и строение олефинов. 1. Олефины образуются при сухой переработке многих органических в.еществ. Поэтому они содержатся в коксовом газе и газах крекинга нефти. Газы, образующиеся при жидкофазном крекинге, состоят на 15% из непредельных углеводородов; выход газа составляет около Ь% от веса сырья.
2. Олефины получают из спиртов отнятием от последних воды при помощи водуотнимающих средств или разложением паров соответствующего спирта при высокой температуре в присутст
вии катализаторов (А1г03 |
и др.): |
112С—СН, |
СИ2 =СН , + Н20 |
| | |
этилен |
!онTil
3.Весьма важным способом получения олефинов является действие на галоидпроизводные предельных углеводородов кон центрированного раствора едкого кали в этиловом или метило вом спирте. Если при действии водного раствора щелочи проис ходит замещение галоида на гидроксил и образование спирта:
С,Н, |
KlOH |
С,Н,—ОН + КЗ |
то при действии спиртового раствора щелочи происходит отщеп ление молекулы галоидоводорода и образование олефинов:
Н2С—СН—СН, + КОН -» - СН2=СН —СН3 + KJ + н 2о
....J.... ].... |
пропилен |
|
| J |
н ’ ! |
|
йодистый пропил |
|
|
Н2С— СН—СН, + к о н |
СН2=СН —СН3 - f KJ + н 20 |
|
| |
1 |
пропилен |
Гн У 1
йодистый изопропил
При этом иод соединяется с калием, а водород от соседнего ато ма углерода — с гидроксилом щелочи. Это имеет характер обще
72 Гл. I. Углеводороды
го правила: отнятие водорода и галоида происходит от соседних атомов углерода.
30. Физические и химические свойства олефинов. Этилен, про пилен, бутилен — газы; следующие члены гомологического ряда— жидкости; начиная с С^Нзб — твердые тела. Как и все другие углеводороды, олефины мало растворимы в воде. Пары олефинов, имеют характерный резкий запах.
Этиленовые углеводороды — исключительно реакционноспо собные соединения. В громадном большинстве реакций прини мают участие атомы углерода, связанные двойной связью. Наи более характерным свойством олефинов является их резко выра женная способность вступать в реакции соединения с другими веществами. При этом разрывается одна из связей между атома ми углерода, связанными кратной связью, и за счет освобождаю щихся валентностей к атомам углерода присоединяются другие атомы или группы.
1. При температуре 150—200° в присутствии мелкораздроб ленного никеля олефины присоединяют водород (реакция Са батье), при этом одна молекула олефина присоединяет два атома водорода:
СН2=СН 2 4- Г12 -► СНз—СН3
этан
В присутствии порошкообразной платины или палладия эта реакция проходит и при обыкновенной температуре. Реакция присоединения водорода к непредельным соединениям называет ся гидрированием, или гидрогенизацией.
2. Весьма легко олефины присоединяют галоиды, особенно хлор и бром.
По двойной связи присоединяются два атома галоида:
СИ2=С Н —СН3 -К Вг, -► СН,Вг—СНВг—СН3 1,2-дибромпроиан
Эту реакцию используют для качественного и количественно го определения двойных связей.
3. Олефины очень легко присоединяют галоидоводород (одну молекулу галоидоводорода на молекулу олефина):
I |
: |
СН3—с н - с и , |
СН,=СН—СП3-t-Н—J |
||
|
Г |
N |
|
......................... : |
J |
йодистый изопропил
При этом атом водорода становится у наиболее гидрогенизированного, т. е. у наиболее богатого водородом, атома углерода. Эта закономерность открыта В. В. Марковниковым и называется
правилом Марковникова.
30. |
Физические |
и химические свойства олефинов |
73 |
||
|
ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ МАРКОВНИКОВ |
|
|||
Владимир |
Васильевич Марковни- |
|
|||
ков (1838— 1904) |
родился близ Ниж |
|
|||
него Новгорода (г. Горький). Высшее |
|
||||
образование он получил в Казанском |
|
||||
университете (1856— 1860), по оконча |
|
||||
нии которого работал в лаборатории |
|
||||
А. М Бутлерова. |
Своими трудами он |
|
|||
очень много сделал для укрепления и |
|
||||
расширения учения Бутлерова. В. В. |
|
||||
Марковников синтезировал ряд новых |
|
||||
соединений, предсказанных струк |
|
||||
турной теорией, |
и |
широко |
развил |
|
|
идеи о взаимном влиянии атомов в |
|
||||
молекулах. Таковы, например, его ра |
|
||||
боты по синтезу изомасляной, окси- |
|
||||
масляной, хлормасляной кислот, по |
|
||||
изучению реакции присоединения га- |
|
||||
лоидоводородов |
к |
двойной |
связи. |
|
|
Большой научный интерес представ ляют работы: «К истории учения о химическом строении», «Об изомерии органических соединений» (магистер ская диссертация, 1865), «Материалы
по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях» (докторская? диссертация, 1869). Глубокие мысли о динамике химических реакций содер жатся в его статье «Принцип химического равновесия» (1902). С 1880 г. Марковников перешел к изучению состава кавказских нефтей. Им было впер вые доказано, что в нефтях содержатся в больших количествах циклопара фины, которые были им названы «нафтенами».
Правило Марковникова не имеет абсолютного значения. В некоторых случаях, например в присутствии веществ перекисного характера, присоеди нение бромистого водорода происходит вопреки этому правилу. Так, бро мистый винил СН2=СНВг в отсутствие перекисей присоединяет бромистыйводород с образованием только 1,1-дибромэтана СН3—СНВг2, т. е. согласноправилу Марковникова; в присутствии же перекисей получается главным образом 1,2-дибромэтан СН2Вг — СН2Вг,
4.С концентрированной серной кислотой олефины реагируют
собразованием кислых эфиров серной кислоты:
СН2 |
Н. |
q |
СНз |
о |
i |
|
I |
|
|
|
д_ О—S—011 - v СНо—о —S -O I I |
|||
сна |
|
> ) |
|
|
|
|
|
этилсерная кислота |
|
СИ, |
п |
-*■ |
сн3 |
|
II |
" + |
1 |
I |
|
СНз—СН |
0 - S 0 3II |
CH3-C H -O SO 3H |
||
изопропилсерная
кислота
При этом водород присоединяется к наиболее гидрогенизировавному атому углерода.
74 |
Гл. I. Углеводороды |
Алкилсерные кислоты можно рассматривать как производные серной кислоты, в молекуле которой один атом водорода замещен алкилом. При обработке алкилсерных кислот водой образуются спирты:
О
S — 0 — : с н , — СН 3 - f Н -—0 : — Н
Ж,
li |
! / |
СНз |
\ |
|
+ Н - 0..... |
||||
) _ S — 0 — ;СН |
||||
1! |
i 'X q j |
[ |
||
О |
: |
u n 's |
||
|
||||
СН3— С Н 2-
с п 3 |
|
|
Г |
Q' 1 |
ш |
/ |
Эту реакцию используют для промышленного получения спиртов из ■олефинов, содержащихся в коксовых газах и газах крекинга нефти. В связи с этим любопытно отметить, что еще в 1873 г. А. М. Бутлеров и В. Горяйнов показали, что серная кислота при температуре около 160° легко поглощает этилен, и считали это за «факт, обещающий приобрести со временем практиче ское значение; если бы удалось открыть дешевый способ приготовления эти лена, то он составил бы материал для добывания спирта». В настоящее время газы крекинга стали широко использоваться в качестве химического сырья для получения многих ценных продуктов (см. стр. 65).
5.Олефины присоединяют хлорноватистую кислоту; при этом
кодному углеродному атому (менее гидрогенизированному) присоединяется гидроксил, а к другому — хлор:
СН3-С*Н=СН,-ЬНб-С1 |
СН3—СНОН—СИ2С1 |
т |
пропилеяхлоргкдрин |
6. При действии озона на раствор олефинов в четыреххлори стом углероде образуются озониды:
|
О |
|
|
|
R ~C H =C H —R' + 0 3 -» - |
/ |
\ |
|
|
R—СН |
C II-R ' |
|||
|
А |
_ |
о |
|
А ' |
О |
А ' |
|
|
/ |
\ |
|
||
R -C H = C < + 0 3 |
R—СН С< |
|
|
|
Ж ' |
I |
| X R" |
|
|
|
0 — 0 |
|
|
|
Как легко видеть из этих формул, действие |
озона приводит |
|||
к разрыву углеродной цепи. Буквами R, |
R', |
R" |
здесь обозначе |
|
ны различные углеводородные радикалы. Можно подставить вме сто R, например, СН3—, а вместо R' СгН5—, или же вместо R С3Н7—, а вместо R" С5Н 11—, но характер реакции от этого не из менится. С подобным обобщенным способом написания химиче ских формул мы будем часто встречаться в дальнейшем.
30. Физические и химические свойства олефинов ___ 75
При действии воды озониды расщепляются с образованием перекиси водорода и альдегидов или кетонов:
Лл |
, |
R—СИ >СН— Н |
ПпО |
I / к |
|
O-i-O |
|
Л \ |
/ л' |
R —СН',С |
н ,о |
i / ! \ R " |
|
О г - о |
- |
о |
/ О |
|
п —с \ |
R —с ' |
+■ Н20 2 |
н |
м |
|
R— / ° |
+ 0 = С ^-и ' |
+ IHO, |
н |
гП |
|
Если в молекуле, подвергшейся озонированию, углерод при двойной связи был соединен с водородом, то получается альдегид, если же углерод не имел при себе водорода, то образуется кетон. Так как разрыв молекулы происходит в том месте, где была двой ная связь, то, изучая продукты окисления, можно определить местоположение двойной связи. В качестве примера может слу жить окисление трех изомерных бутенов:
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
СН8=СЫ—СН,—CI 1л + 0 3 ->- |
Н4С |
СН—СП.,—с н , |
||||
|
|
|
|
1 |
I |
|
|
|
о |
|
|
О— о |
|
|
|
|
|
|
/О |
|
|
л |
|
i I..C |
СН—CI U—СН3 4 - 1 Ф -*■ |
н —с |
/ Г |
|
|
f |
|
+ |
сн3—СН2—С + Н А |
||||||
I |
! |
|
\ н |
|
|
|
|
О-----о |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
СН3—СН=С11—CI13 + о3 |
|
|
\ |
|
||
|
сн 3—нс |
с н - с н 3 |
|||||
|
|
|
|
|
о— о |
|
|
|
/ |
о |
|
|
|
/ ° |
|
|
\ |
п 2о |
|
|
н,о, |
||
|
НС |
с н —с н 3 + |
зсн3—с + |
||||
|
I |
1 |
|
|
|
\ н |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
О——о |
|
|
о |
|
|
|
|
Cii34 |
СН3. / |
\ |
|
|||
|
|
|
|||||
3) |
|
> с = сн 2+ о 3- ^ |
>с |
|
сн, |
|
|
|
СИ/ |
СН3' |
|
I |
|
||
|
|
■Л |
|
|
|||
|
|
|
|
о — о |
|
||
|
о |
|
сн3\ |
|
|
|
|
|
снзч / \ |
|
|
|
+ Н*0 |
||
|
>С сн., + н»о |
|
>со + н - с |
||||
|
СНз' |
|
сн3/ |
|
\-н |
|
|
|
О------О |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||