Radoslav D. Mićić, doc. PhD, Hemija nafte i gasa. Presentation 3.

Transcript

1 Radoslav D. Mićić, doc. PhD, Hemija nafte i gasa Presentation 3.

2 ACIKLIČNI UGLJOVODONICI Alkeni (nezasićeni ugljovodonici, olefini) Alkeni su aciklični nezasideni ugljovodonici u čijim molekulima je prisutna jedna dvostruka (dvojna) veza između ugljenikovih atoma, C=C. Opšta formula alkena je C n H 2n. Obrazuju, kao i alkani, homologi niz u kome se svaki slededi alken u odnosu na predhodni razlikuje za CH 2 grupu, tj. ima jednu više CH 2 grupu.

3 Nazivi i izomerija Pravila za nazive alkena, koja su usvoljena od strane Međunarodnog Saveza za čistu i primenjenu hemiju (IUPAC), su slična pravilima za davanje naziva alkanima: normalni alkeni 1. nastavak an odgovatrajudeg alkana zamenjuje se nastavkom en, 2. lanac se numeriše od kraja kome je bliža dvostruka veza,

4 3. naziv normalnog alkena piše se na slededi način: broj atoma C na kome se nalazi dvostruka veza-ime alkena;

5 Razgranati alkeni 1. osnovnim alkenom smatra se najduži lanac u kome se nalazi dvostruka veza, i on se numeriše od kraja kome je bliža dvostruka veza (a ne od kraja kome su bliže bočne grane), 2. pisanje naziva razgranatog alkena vrši se po slededem redosledu: broj atoma C za koji je vezan bočni niz-naziv bočnog niza-broj atoma na kome je dvostruka veza-ime osnovnog alkena. Na primer:

6 Pored IUPAC naziva postoje i stari nazivi za alkene, koji su se još uvek zadržali u upotrebi. Tako se često koriste nazivi koji se izvode od naziva alkana tako što se umesto nastavka an stavlja nastavak ilen. Za razlikovanje izomera koriste se grčka slova (α, β).

7 Kod alkena postoji strukturna izomerija (položajna i izomerija lanaca, položaj dvostruke veze) i prostorna- geometrijska izomerija i to Z/E-izomerija. Z/E izomerija se javlja kada su u molekulu alkena oba atoma C, povezana dvostrukom vezom, vezana za 2 različita atoma ili atomske grupe:

8 U slučaju da su sa jedne, ili sa dve strane dvostruke veze isti atomi ili atomske grupe, nije moguća izometrija. Formule i nazivi prvih 4 člana homologog niza alkena (sa izomerima) dati su u dole navedenoj tabeli 1.

9

10 Fizičke osobine Pri običnim uslovima (25 o C i atmosferskom pritisku) normalni alkeni mogu da budu u svim agregatnim stanjima: prva 3 alkena (C 2 -C 4 ) su gasovi, sledeći ugljovodonici (C 5 -C 16 ) su tečnosti, a od C 17 H 34 su čvrste supstance. Sa povećanjem molske mase (broja C atoma u molekulu) raste veličina molekula, raste jačina medjumolekulskih sila, a samim tim i temperature topljenja i temperature ključanja normalnih alkena. Rastvorljivost u vodi je jako mala (ali veća od alkana), a dobro se rastvaraju u nepolarnim rastvaračima (benzen, etar, hloroform).

11 Hemijske osobine Alkeni su znatno hemijski aktivniji od alkana. Hemijska svojstva alkena određena su prisustvom dvojne veze (koja se sastoji od 1 σ i 1 π veze) između dva atoma C, tj; C=C što predstavlja funkcionalnu grupu, koja određuje hemijsko ponašanje alkena. Sve reakcije alkena zavise od prisustva ove dvostruke veze, a ostatak molekula je inertan.

12 Dobijanje alkena 1.Dobijanje alkena iz alkana krekingom nafte U nafti se ne nalaze alkeni, oni se mogu dobiti samo krekingom, na visokoj temperaturi. Smatra se da je za kreking minimalna temperatura 873 o K Krekovanje se dešava u više stepeni i reakcija je lančana.

13

14 2. Dobijanje alkena reakcijom eliminacije: a. Dehidrogenacija alkana: Odvija se na visokoj temperaturi (723 o K) i u prisustvu katalizatora. Najčešcí katalizatori su srebro, hrom oksid i mešavina gvožđa i molibdena ili vanadijuma oksida.

15 b. Dehidrohalogenovanje alkilhalogenida: Dejstvom jakih alkalija (KOH u etanolu) na alkilhalogenide, dolazi do eliminacije halogenog i vodonikovog atoma sa susednog ugljenikovog atoma, pri čemu nastaje alken

16 c. Dehalogenovanje vicinalnih dihalogenih derivata: Dehalogenovanje vicinalnih dihalogenida je eliminacija dva atoma halogena iz dihalogenih derivata alkane. Halogeni se iz 1,2-dihalogenida uklanjaju pomoću reaktivnih metala kao što je cink: H H H H H C C H + Zn H C C H + ZnBr2 Br Br CH3CH2CH2OH Al2O3 CH3CH CH2 + HO

17 d. Dehidratacija alkohola: Alkeni se dobijaju dehidratacijom alkohola pomoću sumporne ili fosforne kiseline na temperaturi od 200 C, ili prevođenjem para alkohola preko katalizatora, kao što je aluminijum-oksid, na C H 3 C CH 2 CH CH 3 OH sec-butilalkohol H2SO4(60%) 370 K H 3 C CH CH CH 3 2-buten (80%) + CH 3 CH 2 CH CH 2 1-buten (20%) + HOH H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 OH n-butilalkohol H2SO4 T H 3 C CH CH CH 3 2-buten (80%) + CH 3 CH 2 CH CH 2 1-buten (20%) + HOH

18 Reakcije alkena 1. Reakcije adicije Osnovni tip reakcija u koje alkeni stupaju lako jesu reakcije adicije, koje su praćene raskidanjem π veze iz dvostruke veze i nastajanjem 2 nove σ veze (π veza je slabija od σ veze i zato se ona raskida): Najznačajnije reakcije adicije su:

19 a. adicija vodonika pri kojoj nastaje alkan sa istim brojem C atoma kao polazni alken Pt, Pd ili Ni(kataliz.) CH 2 =CH 2 + H 2 CH 3 CH eten etan b. adicija haligena pri kojoj nastaju halogeni derivati CH 2 =CH CH 3 + Br 2 CH 2 Br CHBr CH 3 propen 1,2-dibrompropan Pri ovoj reakciji se koristi bromna voda (vodeni rastvor broma) koja ima crveno-mrku boju. Nastalo jedinjenje 1,2- dibrompropan je bezbojno, pa se ova reakcija koristi za dolazivanje alkena (bromna voda se obezbojava pri reakciji sa alkenima i služi za dokazivanje nezasićene veze). Praktično se reakcije halogenovanja svode na reakcije sa Cl i Br, jer F reaguje suviše burno, a jod gradi nestabilna jedinjenja.

20 c. adicija halogenovodoničnih kiselina (HCl, HBr, HI) se vrši prema tz. Markovnikovljevom pravilu-vodonik iz halogenovodonične kiseline se adira na C atom koji ima više H atoma (za koji je vezan veći broj H atoma) CH 2 =CH CH 3 + HBr CH 3 CHBr CH 3 propen 2-brompropan Lakoća adicije haloenovodoničnih kiselina je po sledećem redosledu: HI>HBr>HCl>HF.

21 2. Reakcije alkilovanja Predstavljaju reakcije adicije izoalkana (razgranatih alkana) na dvostruku vezu alkena. Tako se pri reakciji izo-butena i izobutana dobija izooktan: CH 3 H 2 C C CH 3 + H 3 C C CH 3 CH 3 H CH 3 H 3 C C CH 3 H H 2 C C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 C CH 3 H H 2 C C CH 3 CH 3 i-buten i-butan i-oktan 2-metilpropen 2-metilpropan 2,2,4-trimetilpentan Ova reakcija ima primenu u sekundarnoj preradi nafte radi povećanja oktanskog broja benzina. Nastali izooktan je vrlo postojan prema detonaciji i ima najveći oktanski broj 100 (n-heptan ima najmanji oktanski broj i to 0).

22 3. Reakcije oksidacije Reakcije oksiudacije alkena vrše se pod dejstvom različitih oksidacionih sredstava. Reakcija oksidacije alkena sa rastvorom kalijum permanganate (KMnO 4 ) u neutralnoj baznoj sredini (ph>7) na sobnoj temperature teče uz obrazovanje dvohidroksilnih alkohola: OH OH [O] (KMnO 4 ) R CH =CH R R CH CH R Simbol [O] ne označava atom kiseonika već jedinjenje koje može da da kiseonik pri reakcijama oksidacije.

23 Kao rezultat ove reakcije ljubičast rastvora KMnO 4 se obezbojava, a zatim dobija mrku boju zbog izdvajanja taloga MnO 2. Ova reakcija služi za kvalitativno dokazivanje nezasićene veze (dvostruke veze). Na visokoj temperature i u prisustvu dovoljne količine kiseonika vrši se potpuno sagorevaje (oksidacija) alkena uz nastajanje CO 2 i H 2 O: C 2 H4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O

24 4. Reakcije polimerizacije Alkeni imaju veliku sklonost za reakcije polimerizacijestvaranje veoma velikih molekula (makromolekula) pri sukcesivnom (jednim za drugim) vezivanju njihovih molekula monomera. Polimerizacija alkena vrši se adicijom jednog molekula alkena na drugi, pri čemu se dobijaju molekuli velike molekulske mase monomer polimer

25 Nalaženje u prirodi Alkeni su znatno manje rasprostranjeni u prirodi od alkana. Mogu da se nađu u manjim količinama u nafti. Dobijaju se u naftnim proizvodima tokom prerade