Хімічні властивості етилену

Хімічні властивості етилену та його гомологів визначаються наявністю в їх молекулах подвійного зв’язку. Для них характерні реакції приєднання, окиснення і полімеризації.

1. Реакції приєднання

а) взаємодія з галогенами:

СН₂=СН₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br

^{1,2-диброметан}

б) взаємодія з воднем (гідрування):

СН₂=СН₂ + Н₂ ^{t, kt} СН₃-СН₃

^етан

в) взаємодія з водою (гідратація):

СН₂=СН₂ + Н₂О ^{t, kt} СН₃-СН₂-ОН

^{етанол (етиловий спирт)}

г) взаємодія з галогеноводнями:

СН₂=СН₂ + НBr → CH₃-CH₂Br

^{брометан}

Пропілен і наступні вуглеводні етиленового ряду реагують із галогеноводнями відповідно до правила В.В. Марковнікова.

Правило Марковнікова:

Гідроген приєднується до більш гідрогенізованого атома Карбону, а атом Гідрогену – до менш гідрогенізованого атома Карбону.

СН₂=СН-СН₃ + НBr → CH₃-CHBr-СН₃

^{2-бромпропан}

Ковалентний зв’язок у молекулі бромоводню є полярним. Атом Гідрогену в ній має частково позитивний заряд, а атом брому – частково негативний заряд. При взаємодії електрони π-зв’язку ненасиченого вуглеводню притягують до себе позитивно заряджений атом Гідрогену і відштовхують негативно заряджений атом Брому. Загальна електронна пара повністю переходить до атома Брому. У результаті утворюється

-

позитивний йон гідрогену Н⁺ і негативний йон брому Br . У даному випадку руйнування ковалентного зв’язку в молекулі бромоводню здійснюється за йонним механізмом.

Зміни відбуваються і в молекулі етилену. Вступаючи у взаємодію з електронами π-зв’язку цього вуглеводню, йон гідрогену Н⁺ приєднується до одного із атомів Карбону; у результаті зміщення електронів π-зв’язку один атом Карбону набуває позитивного заряду:

б+

б-

+

Н

-

Н

С

С

Н

+

Н

Вr

→

Н

С

С

Н

+

Вr

Н

Н

Н

Н

Йон брому приєднується до того атома Карбону, котрий набув позитивного заряду:

	+	Н			-			Вr	Н
Н	С	С	Н	+	Вr	→	Н	С	С	Н
	Н	Н						Н	Н

Отже, приєднання галогеноводнів до ненасичених вуглеводнів проходить за йонним механізмом.

З точки зору йонного механізму сутність правила В.В. Марковнікова при взаємодії пропілену з бром оводнем пояснюється таким чином: у молекулі пропілену в результаті зміщення електронної густини другий атом Карбону, котрий зв’язаний з метил радикалом, заряджений більш позитивніше, ніж перший.

Н

1 2 3

б- б+

Н- С= С← С←Н

Н Н Н

Значення електронегативності у атомів Карбону більше, ніж у атомів Гідрогену. Тому третій атом Карбону метильної групи у результаті зміщення електронної густини від трьох атомів Гідрогену набуває відносно більший негативний заряд, ніж інші атоми Карбону. Цей надлишковий негативний заряд в свою чергу зміщує рухливі π-електронні хмари від другого до першого атома Карбону. У результаті такого зміщення перший атом Карбону набуває великий негативний заряд (б-), а другий атом Карбону, у порівнянні з ним, стає більш позитивним (б+). У результаті атом Гідрогену (більш позитивний) приєднується до атома Карбону (більш негативного), а галоген (більш негативний) – до атома Карбону (більш позитивного).

2. Реакції окиснення

а) горіння:

С₂Н₄ + 3О₂ → 2СО₂ + 2Н₂О

б) повне окиснення:

KMnO4

СН₂=СН₂ + [О] + Н₂О ОН-CН₂-СН₂-ОН

^{етиленгліколь}

Етиленгліколь (двохатомний спирт) широко використовується для виготовлення мало замерзаючих рідин – антифризів, а також синтетичного волокна лавсану, вибухових речовин тощо.

в) часткове ок

t, kt

иснення:

СН₂=СН₂ + [О] C Н₂- СН₂

О

^{етилен оксид}

3. Реакції полімеризації – реакція сполучення однакових молекул в одну велику моле

t, kt

кулу.

СН₂=СН₂+СН₂=СН₂+СН₂=СН₂ -СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-

або в скор

t, kt

оченому вигляді:

n СН₂=СН₂ (-СН₂-СН₂-)_n

^{етилен поліетилен}

Одержання етилену

1. Дегідрува

t, kt

ння (відщеплення водню) насичених вуглеводнів:

СН₃-СН₃ СН₂=СН₂ + Н₂

2. Дегідрата

t, Н2SО4

ція спиртів:

СН₂- СН₂ СН₂=СН₂ + Н₂О

Н ОН

3. Нагрівання галогенопохідних насичених вуглеводнів із концентрованим розчином лугу:

СН₂- СН₂ + КОН → СН₂=СН₂ + КВr + Н₂О

Н Вr

4. Взаємодія дигалогенопохідних насичених вуглеводнів з металом:

СН₂Вr -СН₂Вr + Zn → СН₂=СН₂ + ZnВr₂

5. Крекінг

t, kt

:

С₅Н₁₂ СН₂=СН₂ + С₃Н₈

Застосування етилену

З етилену добувають ряд цінних продуктів. Це насамперед поліетилен, який використовується для виробництва пластмаси. З етилену одержують пальне з високим октановим числом, а також етиловий спирт, що має застосування у виробництві цінних органічних продуктів. Продукт приєднання хлору до етилену – 1,2-дихлоретан є розчинником і засобом знищення шкідників сільськогосподарських культур. А продукт приєднання хлороводню – хлоретан є анестезійною речовиною.

Завдання для самоконтролю

44. Які вуглеводні називають ненасиченими та як їх поділяють?

45. Чим за складом і будовою насичені вуглеводні відрізняються від етиленових?

46. Напишіть структурні формули хлоретану та 1,2-дихлоретану.

47. Як одержують етилен? Напишіть рівняння відповідних реакцій.

48. Якими хімічними властивостями володіють етилен та його гомологи? Відповідь підтвердіть рівняннями відповідних реакцій.

49. Напишіть рівняння реакцій горіння етилену і пропілену та їх взаємодію з бромною водою.

50. Як пропілен реагує з галогеноводнями? На цьому прикладі поясніть сутність правила В.В. Марковнікова.

51. Які реакції називаються реакціями полімеризації? Написати рівняння реакції полімеризації пропілену.

52. Складіть рівняння реакцій, при допомозі яких можна здійснити такі перетворення:

а) СН₄ → С₂Н₄ → С₂Н₆ → СО₂

б) СН₃-СН₃ → СН₃-СН₂Сl → СН₂=СН₂ → СН₃-СН₂ОН

53. Обчисліть: а) скільки літрів і грамів етилену можна одержати із 160 мл етилового спирту, густина якого 0,8 г/см³; б) скільки літрів абсолютного (безводного) етилового спирту (ρ = 0,8 г/см³) можна одержати із 100 л етилену (н.у.).

54. Скільки за об’ємом етилену (н.у.) потрібно для одержання 126 кг етилен оксиду, якщо виробничі втрати етилену складають 10 %?

55. Спалили етилен об’ємом 16,8 л. утворений карбон(ІV) оксид пропустили крізь розчин натрій гідроксиду об’ємом 245 мл з масовою часткою лугу 20 % (густина – 1,225 г/см³). Яка сіль: кисла чи середня утворилася? Обчисліть її масу.

56. Суміш алкану і алкену, що містить однакову кількість атомів Карбону, об’ємом 2,24 л поглинає бром оводень об’ємом 0,56 л. Утворилося бромопохідне алкану масою 3,075 г. Знайдіть формули алкану й алкену та об’ємні частки їх у суміші.

Ацетиленові вуглеводні