GinaMed
Cursuri - Chimie - 4. Alchene

4. Alchene

Cuprins:

4.1. Definiție și serie omoloagă
4.2. Denumirea alchenelor
4.3. Structura alchenelor
4.4. Izomeria alchenelor
4.5. Proprietăți fizice
4.6. Proprietăți chimice
4.7. Importanța practică a alchenelor
4.8. Mase plastice

4.1. Definiție și serie omoloagă

Alchenele sunt hidrocarburi aciclice, nesaturate, care prezintă în molecula lor o legătură dublă între 2 atomi de carbon.

Formula generală: CnH2n

Seria omoloagă a alchenelor se obține prin înlocuirea lui n în formula generală a alchenelor cu valori întregi și succesive (n = 2, 3, 4, etc.), începând de la cifra 2 (n > 2). Primul termen din seria omoloagă a alchenelor este etena.

Formula Lewis a etenei Formula de proiecție a etenei
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Imaginea moleculei (model deschis) de etenă.
Figura 4.1 Imaginea moleculei (model deschis) de etenă.
Imaginea moleculei (model închis) de etenă.
Figura 4.2 Imaginea moleculei (model închis) de etenă.

4.2. Denumirea alchenelor

Denumirea alchenelor se realizează prin înlocuirea sufixului „-an” din denumirea alcanului, cu sufixul „-enă”. Trebuie să se țină cont de faptul că începând cu al treilea termen al seriei omoloage a alchinelor, se indică și poziția dublei legături.

Formulele și denumirile primelor 4 alchene:

n Formula moleculară Formula de proiecție Formula de structură plană Denumire
1 C2H4
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
CH2=CH2 etenă
2 C3H6
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
CH2=CH–CH3 propenă
3 C4H8
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
CH2=CH–CH2–CH3 1-butenă
4 C4H8
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
CH3–CH=CH–CH3 2-butenă

Regulile IUPAC stabilite pentru alcani se aplică și în denumirea alchenelor cu catenă ramificată, însă se mai adaugă următoarele:

  • catena de bază trebuie să conțină legătura dublă, chiar dacă ar exista o altă catenă cu număr mai mare de atomi de carbon, dar fără legătură dublă:
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Primul exemplu este corect pentru că acesta prezintă cea mai lungă catenă cu dublă legătură. 

  • numerotarea catenei de bază se face în așa fel încât unui atom de carbon din legătura dublă să i se atribuie numărul cel mai mic:
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Se alege ca răspuns corect primul exemplu în care legătura dublă se află la atomul de carbon 2.

În baza regulilor menționate la alcani se face denumirea radicalilor derivați de la alchene. Sunt radicali care prezintă și denumiri uzuale, cum ar fi:

Denumire radicali Denumire uzuală a radicalilor Structura chimică
etenil vinil CH2=CH–
propenil alil CH2=CH–CH2
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

În cazul formulei de mai sus, ar fi două posibilități de numerotare, dar conform regulilor menționate la alcani, alegem să includem în catena de bază, catena care prezintă cele mai multe ramificații: 2-hexenă. Și atunci denumirea compusul de mai sus este: 4,5-dimetil-3-propil-2-hexenă.

4.3. Structura alchenelor

Din punct de vedere structural, diferența între un alcan și o alchenă care prezintă un număr identic de atomi de carbon este dată de prezența unei legături covalente duble între 2 atomi de carbon în molecula alchenei,
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
.

Pentru a înțelege mai bine formarea acestei legături trebuie să ne reamintim structura învelișului de electroni al atomului de carbon în stare fundamentală. Cu scopul de a forma legături chimice stabile, atomul de carbon trece din starea fundamentală în starea de valență. Această trecere are loc prin combinarea orbitalilor de tip s și p din stratul 2 al stării fundamentale și formarea unor noi orbitali. Acești noi orbitali prezintă toți geometrie și energie identice, dar care diferă complet de cele ale orbitalilor s și p.

a. Structura învelișului de electroni al atomului de carbon; b. Formarea celor 3 orbitali [HTML]sp<sup>2</sup>[/HTML].
Figura 4.3 a. Structura învelișului de electroni al atomului de carbon; b. Formarea celor 3 orbitali sp2.
În starea de valență, prin combinarea unui orbital de tip s cu 2 orbitali de tip p, rezultă 3 orbitali cu aceeași geometrie și energie, care poartă numele de orbitali sp2. Fiecare dintre acești orbitali sp2 este ocupat cu câte un electron. Astfel, în stare de valență, atomul de carbon prezintă 3 orbitali de tip sp2 și un orbital p nemodificat din punct de vedere al formei și energiei. Orbitalii de tip sp2 prezintă geometrie plană trigonală.
a. Geometria orbitalilor [HTML]sp<sup>2</sup>[/HTML]; b. Formarea legăturilor σ și π între 2 atomi de carbon; c. legăturile chimice în molecula de [HTML]C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>[/HTML] (etenă).
Figura 4.4 a. Geometria orbitalilor sp2; b. Formarea legăturilor σ și π între 2 atomi de carbon; c. legăturile chimice în molecula de C2H4 (etenă).
Un atom de carbon aflat în această stare de valență se combină cu un alt atom de carbon aflat în aceeași stare de valență. La formarea legăturii chimice dintre ei, fiecare atom de carbon participă cu câte un orbital de tip sp2 și cu câte un orbital de tip p.
Interacția între cei 2 orbitali de tip p, orientați perpendicular pe planul legăturii, favorizează formarea unei legături de tip π. Prin întrepătrunderea orbitalilor sp2 rezultă o legătură de tip σ. Și în acest fel, între cei 2 atomi de carbon se formează legătura dublă. Astfel, fiecărui atom de carbon participant la legătura dublă îi mai rămân câte 2 orbitali de tip sp2 prin care să formeze legături simple cu hidrogenul. Compusul format prezintă formula C2H4.

O legătură dublă se compune dintr-o legătură σ și o legătură π. Atomul de carbon implicat în dubla legătură formează 3 legături coplanare (în același plan), caracterizate de valori ale unghiurilor dintre ele de 120°.

Planul legăturii π se află perpendicular pe planul legăturii σ. În acest fel, rotația liberă în jurul legăturii duble nu este permisă, față de cazul legăturii simple C-C, în jurul căreia rotația este liberă.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.5 Orientarea în spațiu a planurilor legăturilor σ și π în alchene.

Lungimea unei legături duble între 2 atomi de carbon este de 1,33 Å. Lungimea legăturii C-H în molecula etenei este de 1,079 Å.

Modelul structural spațial deschis al etenei cu valorile unghiurilor și lungimilor legăturilor dintre atomi.
Figura 4.6 Modelul structural spațial deschis al etenei cu valorile unghiurilor și lungimilor legăturilor dintre atomi.

Comparativ cu legătura σ, legătura π este mai slabă. În acest fel se justifică reactivitatea mai mare a alchenelor.

Reacțiile chimice în care sunt implicare alchenele și în care legătura π se scindează (se rupe), lasă cei 2 atomi de carbon cu câte o valență liberă, participând la formarea de noi legături σ mai stabile.

4.4. Izomeria alchenelor

Alchenele în alcătuirea cărora intră cel puțin 4 atomi de carbon, pot prezenta:

  • izomeri de catenă, pentru n ≥ 4;
  • izomeri de poziție, pentru n ≥ 3;
De exemplu, butena prezintă 2 izomeri de catenă: 1-butenă CH2=CH–CH2–CH3 (are catenă liniară) și 2-metilpropenă sau izobutenă
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
(are catena ramificată).

Sunt izomeri de poziție substanțele care prezintă aceeași formulă moleculară, dar diferă prin poziția unei unități structurale sau a unei grupe funcționale.

În cazul achenelor, izomerii de poziție ai acestora diferă prin poziția dublei legături. De exemplu, alchena cu formula moleculară C4H8 prezintă 2 izomeri de poziție: 1-butenă CH2=CH–CH2–CH3 și 2-butenă CH3–CH=CH–CH3.

Izomeri geometrici

Faptul că planul legăturii π este perpendicular pe planul legăturii σ, rotația liberă în jurul dublei legături nu este permisă și astfel apare izomeria geometrică (pentru n ≥ 4).

O alchenă ce prezintă substituenți diferiți la fiecare dintre cei 2 atomi de carbon participanți la dubla legătură, are izomeri geometrici.

În situația în care la cei 2 atomi de carbon participanți la dubla legătură există aceeași pereche de 2 substituenți diferiți între ei, alchena prezintă 2 izomeri geometrici: cis și trans.

Se ia cazul 2-butenei CH3–CH=CH–CH3: fiecare atom participant la dubla legătură prezintă câte 2 substituenți diferiți: un atom de hidrogen și un radical metil. În funcție de orientarea substituenților identici se realizează denumirea celor 2 izomeri, astfel:
  • CIS – când sunt situate de aceeași parte a planului dublei legături;
  • TRANS – când se găsesc de părți opuse ale planului dublei legături.
Astfel, 2-butena este o alchenă disubstituită simetric și prezintă 2 izomeri geometrici: cis-2-butenă
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
 și trans-2-butenă
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
.

În ceea ce privește 1-butena, aceasta nu prezintă izomeri geometrici. Unul dintre atomii de carbon participanți la dubla legătură prezintă 2 substituenți identici, respectiv 2 atomi de hidrogen.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.7 Formula desfășurată a moleculei de 1-butenă.

4.5. Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale alchenelor nu diferă mult de cele ale alcanilor. Practic, alchenele prezintă proprietăți asemănătoare alcanilor cu număr similar de atomi de carbon.

Starea de agregare a alchenelor este:

  • gazoasă, pentru primii termeni C2 – C4 (respectiv, etenă, propenă, cele 4 butene izomere);
  • lichidă, pentru următorii termeni până la C18;
  • solidă, pentru alchenele superioare (începând cu C19).

Astfel, odată cu creșterea numărului de atomi din moleculă și implicit creșterea masei moleculare a alchenei, starea de agregare variază în sensul: gaz – lichid – solid.

Punctele de fierbere (p.f.) și de topire (p.t.) ale alchenelor cresc odată (proporțional) cu creșterea masei molare a alchenei, dar puțin mai mici comparativ cu cele ale alcanilor cu număr identic de atomi de carbon.

Punctele de fierbere și de topire ale alchenelor C2 – C5:
Alchena p.f. °C p.t. °C
etena -103,9 -165,5
propena -47,7 -185,2
1-butena -6,5 -190
cis-2-butena +3,7 -139,8
trans-2-butena +0,96 -105,8
izobutena -6,6 -140,7
1-pentena +30,1 -165,2

Densitățile alchenelor sunt mai mari decât cele ale alcanilor cu același număr de atomi de carbon.

Similar alcanilor, alchenele sunt insolubile în apă. Însă se dizolvă în solvenți organici, cum ar fi:

  • cloroform;
  • benzen;
  • alcani.

Izomerii trans se caracterizează, în general, prin puncte de topire mai înalte și solubilități mai scăzute, comparativ cu izomerii cis.

În schimb, punctul de fierbere și densitatea izomerului cis, sunt mai înalte comparativ cu izomerul trans.

4.6. Proprietăți chimice

Pe scurt, proprietățile chimice ale alchenelor cuprind:

  • reacții specifice dublei legături (sistemelor nesaturate): reacții de adiție, oxidare, polimerizare;
  • reacții comune cu cele ale alcanilor: reacții de substituție, ardere.

Reacția de adiție

Reacțiile de adiție la legătura dublă
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
sunt reacții caracteristice (specifice) alchenelor. În cadrul acestor reacții are loc ruperea legăturii π si formarea unei noi legături σ la fiecare atom de carbon implicat în dubla legătură.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.8 Reacția generală de adiție la alchene (R, R’ – radicali alchil care pot fi identici sau diferiți).

Adiția hidrogenului

Reacția de adiția a hidrogenului la alchene se numește reacție de hidrogenare, din care rezultă alcanii corespunzători. Această reacție necesită prezența de catalizatori metale fin divizate: Ni, Pt, Pd, la temperaturi între 80 - 180°C și presiune de 200 atm.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.9 Reacția generală de adiție a hidrogenului (reacția de hidrogenare) la alchene, conducând la alcani.

De exemplu, prin adiția hidrogenului la etenă rezultă etan.

Modelarea moleculei de etenă în structura catalizatorului de Ni poate să fie privită la microscopul electronic.

Reacția de hidrogenare a alchenelor are loc în sistem heterogen, pentru că în condițiile de lucru:

  • hidrogenul este în stare gazoasă;
  • alchenele pot fi în stare gazoasă sau sub formă de soluție;
  • alcanii (produșii de reacție) sunt în stare fluidă;
  • catalizatorul este în stare solidă.

Adiția halogenilor

Adiția halogenilor X2 (unde X = Cl, Br, I) la legătura dublă se numește reacție de halogenare, în urmă căreia rezultă compuși dihalogenați, în care cei 2 atomi de halogen sunt învecinați (se numesc compuși dihalogenați vicinali).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.10 Reacție generală de adiție a halogenilor la alchene.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.11 Adiția clorului la etenă cu obținerea 1,2-dicloroetan.

Alchenele se mai numesc olefine datorită proprietății lor de a transforma în urma reacției de halogenare în compuși saturați cu aspect uleios.

Reactivitatea halogenilor în reacțiile de adiție la alchene scade în ordinea: Cl2 > Br2 > I2. Deci, cel mai ușor se adiționează clorul, urmat de brom și iod.

În general, reacția de halogenare a alchenelor se desfășoară într-un solvent inert, cum ar fi:

  • tetraclorură de carbon, CCl4;
  • diclorometan, CH2Cl2;
  • sulfură de carbon, CS2.

Adiția clorului și bromului are loc instantaneu și cantitativ, fiind utilizată pentru identificarea (recunoașterea) alchenelor și totodată pentru determinarea lor cantitativă.

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Mod de lucru: Etena se poate prepara prin deshidratarea etanolului (alcoolului etilic) care implică utilizarea unui anumit montaj.

Instalația folosită pentru prepararea etenei și decolorarea soluției de&nbsp;[HTML]Br&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;[/HTML] în [HTML]CCl&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;[/HTML] (<b>înainte</b> de producerea reacției).
Figura 4.12 Instalația folosită pentru prepararea etenei și decolorarea soluției de Br2 în CCl4 (înainte de producerea reacției).
În balonul cu fund rotund (se poate utiliza un balon Würtz) se aduc 5 mL de etanol și câteva bucățele de porțelan. Folosind o pâlnie picurătoare conectată de la balon, se aduc, în picături mici, 15 mL de acid sulfuric concentrat (H2SO4). Încălzirea balonului se realizează cu atenție și cât mai uniform. Când se atinge temperatura aproximativă de 170°C, etena începe să se degaje și încălzirea se oprește. Etena obținută este barbotată într-o soluție de Br2 în CCl4 de culoare brun-roșcată.
Instalația folosită pentru prepararea etenei și decolorarea soluției de [HTML]Br&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;[/HTML] în [HTML]CCl&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;[/HTML] (<b>după</b> producerea reacției).
Figura 4.13 Instalația folosită pentru prepararea etenei și decolorarea soluției de Br2 în CCl4 (după producerea reacției).
Observație: în soluția din vasul de prindere în care se află Br2 în CCl4, barbotează etena care este un gaz ce va decolora soluția respectivă.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.14 Reacția conform căreia etena interacționează cu bromul.

În urma acestei reacții, bromul din soluția de brom se consumă și soluția devine incoloră.

Adiția hidracizilor

Hidracizii, HX (unde HX = HCl, HBr, HI) se adiționează la alchene, rezultând derivați monohalogenați saturați.

Adiția hidracizilor se poate realiza la alchene simetrice și nesimetrice.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.15 Reacția de adiție a hidracizilor la o alchenă simetrică, obținându-se un derivat monohalogenat saturat.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.16 Reacția dintre etenă și acid clorhidric, obținându-se 1-cloroetan (clorură de etil).  În urma acestei reacții se obține clorura de etil (sau kelen), care este unul dintre primele anestezice locale utilizate în domeniul medical.  

Reactivitatea hidracizilor în reacțiile de adiția la alchene scade în ordinea: HI > HBr > HCl. Astfel, ce mai ușor se adiționează acidul iodhidric și cel mai greu acidul clorhidric.

Adiția hidracizilor la alchene nesimetrice

În ceea ce privește alchenele nesimetrice, cum ar fi propena, chiar dacă sunt două posibilități de adiție a atomilor hidracidului, rezultă întotdeauna un singur izomer.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.17 Posibilitatea de adiție a hidracizilor la propenă.

Chimistul rus, Vladimir Vasilievivi Markovnikov (1837-1901), în anul 1870, a stabilit regula care îi poartă numele și pe baza căreia se poate prevedea felul în care se realizează adiția hidracizilor la alchenele nesimetrice.

Enunțul regulii lui Markovnikov este: Atomul de hidrogen din molecula hidracidului se fixează la atomul de carbon (participant la dubla legătură), care are cel mai mare număr de atomi de hidrogen, iar halogenul la atomul de carbon al dublei legături care are număr mai mic de atomi de hidrogen.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.18 Reacția chimică de adiție a acidului clorhidric la propenă, conform regulii lui Markovnikov, conducând la 2-cloropropan (clorură de izopropil).

Adiția anti-Markovnikov

În anumite condiții, adiția poate avea loc împotriva regulii lui Markovnikov (adiție anti-Markovnikov). Astfel, în prezență de peroxizi organici (R–O–O–R), la întuneric și la cald sau la lumină și la rece, adiția acidului bromhidric (HBr) la alchenele cu dubla legătură la marginea catenei, are loc în mod invers față de regula lui Markovnikov. Acest lucru este valabil doar pentru HBr, nu și pentru acidul clorhidric (HCl) și acidul iodhidric (HI).

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.19 Reacția de adiție a HBr la propenă în prezență de peroxizi organici conduce la 1-bromopropan. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.20 Schema generală a reacției de adiție anti-Markovnikov.

Adiția apei

Adiția apei la alchene se realizează în prezență de acid sulfuric H2SO4 concentrat și se obțin alcooli.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.21 Reacția generală de adiție a apei la alchenele simetrice, în urma căreia se obține alcool.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.22 Reacția de adiție a apei la etenă, cu obținere de etanol.

În ceea ce privește alchenele nesimetrice, adiția apei se face conform regulii lui Markovnikov.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.23 Reacția generală de adiție a apei la alchenele nesimetrice, în urma căreia se obține un alcool secundar.

Rezultă un alcool secundar în care gruparea hidroxil (–OH) este legată de un atom de carbon secundar.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.24 Reacția de adiție a apei la propenă, cu obținere de 2-propanol (alcool izopropilic).

Reacția de polimerizare

Polimerizarea este procesul prin care mai multe molecule ale unui compus – monomer sau mer, se leagă între ele și formează o macromoleculă, denumită polimer.

În limba greacă, poly = numeros, meros = parte.

Gradul de polimerizare, n, reprezintă numărul de molecule de monomer care formează polimerul.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.25 Reacția de polimerizare a n molecule de monomer A prin care se obține polimerul An.
Gradul de polimerizare, n și masa molară, M, care caracterizează un polimer, sunt valori medii, care uneori sunt notate cu și .

Alchenele prezintă capacitatea de a se uni între ele cu scopul de a forma molecule compuse din unități identice care se repetă de zeci, sute sau mii de ori, denumite macromolecule (sau mase plastice).

Reacția de polimerizare a alchenelor este o reacție de poliadiție (adiție repetată) care implică ruperea legăturii π din fiecare moleculă de alchenă (monomer) și formarea unor noi legături σ, C–C.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.26 Ecuația generală a reacției chimice de polimerizare a unei alchene.

Condițiile de tip:

  • temperatură;
  • presiune;
  • catalizatori;
  • inițiatori;
  • mediu de reacție;
  • procedeu de polimerizare,

variază foarte mult și diferă în funcție de monomer și proprietățile pe care trebuie să le aibă polimerul. Policlorura de vinil, poliacrilonitrilul și poliacetatul de vinil se numără printre cei mai folosiți polimeri de adiție.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.27 Reacția de polimerizare a etenei cu obținere de polietenă (polietilenă).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.28 Reacția de polimerizare a propenei cu obținere de polipropenă (polipropilenă). 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.29 Reacția de polimerizare a cloroetenei (denumită uzual, clorură de vinil) care conduce la policlorură de vinil (PVC).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.30 Reacția de polimerizare a acrilonitrilului care conduce la poliacrilonitril (PNA).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.31 Reacția de polimerizare a acetatului de vinil care conduce la poliacetat de vinil (PAV).

În urma hidrolizei grupelor esterice din poliacetatul de vinil, se formează alcoolul polivinilic

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.32 Reacția de obținere a alcoolului polivinilic.

În macromoleculele de alcool polivinilic nu sunt hidrolizate toate grupele esterice. Astfel, numărul de grupe acetat nehidrolizate influențează proprietățile și utilizările alcoolului polivinilic. Alcoolul polivinilic este un compus macromolecular solid, de culoare albă, solubil în apă, glicol, glicerină. Se folosește ca emulgator, ca adeziv (aracetul), precum și în alte domenii.

Problemă rezolvată

Prin polimerizarea a 2 kg de etenă se obţine polietena cu masa molară 42000 g/moI. Ştiind că doar 80% din etena introdusă polimerizează se cere:

a. Scrie ecuația reacției chimice care are loc;

b. Calculează gradul de polimerizare al polietenei;

c. Calculează masa de polietenă obținută.

Rezolvare:

a. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
b. n = M p o lim e r M m o n o n e r = 42000 28 = 1500

c. În cadrul unei reacții de polimerizare care are loc cu un randament de 100%, se poate considera că masa de monomer este egală cu masa de polimer obținută.

Mmonomer = mpolimer, deci 80 100 · 2 = 1,6 kg etenă polimerizează și rezultă 1,6 kg polietenă.

Reacții de oxidare

Comparativ cu alcanii, alchenele se oxidează mai ușor. Reacțiile de oxidare a alchenelor se desfășoară sub acțiunea agenților oxidanți. Astfel, în funcție de agentul oxidant și condițiile de lucru, reacțiile de oxidare a alchenelor se desfășoară într-un mod diferit, ducând la compuși diferiți.

Oxidarea blândă

Reacția de oxidare blândă a alchenelor are loc în soluție apoasă neutră sau slab bazică de permanganat de potasiu (reactiv Bayer).

Acțiunea agentului oxidant rupe legătura π din legătura dublă a alchenelor și formează dioli. Diolii sunt compuși care prezintă două grupări hidroxil (–OH) la cel 2 atomi de carbon vecini (dioli vicinali). Prin ruperea legăturii π în cadrul acestei reacții, la fel ca și în reacția de adiție, rezultă un compus saturat stabil.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.33 Ecuația generală a reacției chimice de oxidare blândă a alchenelor scrisă simplificat pentru a evidenția doar reactivii și produșii de reacție (R, R’ – radicali alchil care pot fi identici sau diferiți).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.34 Oxidarea blândă a etenei cu obținere de etandiol sau 1,2-etandiol sau glicol.

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Mod de lucru: Prepararea etenei se realizează în mod similar cu experimentul descris la adiția halogenilor. Etena se barbotează într-un vas în care se află 20 mL soluție violetă de KMnO4 0,5% și 5 mL soluție Na2CO3 5%.
Instalația folosită pentru reacția etenei cu&nbsp;[HTML]KMnO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;[/HTML] în mediu neutru sau bazic (<b>înainte</b> de producerea reacției).
Figura 4.35 Instalația folosită pentru reacția etenei cu KMnO4 în mediu neutru sau bazic (înainte de producerea reacției).
Observații: se remarcă decolorarea soluției de KMnO4 și apariția unui precipitat brun de dioxid de mangan.
&nbsp;Instalația folosită pentru reacția etenei cu&nbsp;[HTML]KMnO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;[/HTML] în mediu neutru sau bazic (<b>după</b>&nbsp;producerea reacției se remarcă decolorarea soluției de [HTML]KMnO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;[/HTML] și apariția unui precipitat brun de dioxid de mangan).&nbsp;&nbsp;
Figura 4.36  Instalația folosită pentru reacția etenei cu KMnO4 în mediu neutru sau bazic (după producerea reacției se remarcă decolorarea soluției de KMnO4 și apariția unui precipitat brun de dioxid de mangan).  
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.37 Reacția etenei cu soluția de KMnO4.

Pe lângă forma simplificată, ecuațiile reacțiilor chimice de oxidare a alchenelor se pot scrie și complet. În acest fel sunt evidențiați reactivii, produșii de reacție și sunt precizați coeficienții stoechiometrici.

Pentru calcularea coeficienților în ecuațiile reacțiilor chimice sunt necesare cunoștințe ce privesc echilibre cu transfer de electroni.

Pentru stabilirea numerelor de oxidare ale atomilor de carbon din compușii organici, se aplică următoarea regulă: Fiecare atom de carbon dintr-un compus organic, împreună cu substituenții lui (exclusiv/se exclud alți atomi de carbon) este considerat o entitate în care suma algebrică a numerelor de oxidare alte tuturor elementelor componente este 0 (zero).

Se poate proceda în felul următor:

  • pentru fiecare legătură C–H, atomului de C i se atribuie numărul de oxidare (N.O.): –1;
  • pentru fiecare legătură C–C, atomului de C i se atribuie numărul de oxidare (N.O.): 0;
  • pentru fiecare legătură C–heteroatom, atomului de C i se atribuie numărul de oxidare (N.O.): +1.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 4.38 Calcularea numărului de oxidare al atomului de C din molecula etanolului.

Se observă că atomul de C legat doar de atomi de H și de un alt atom de C, are N.O. = –3 = (–1) ∙ 3 + 0. Celălalt atom de C, legat în plus de un atom de O din grupa –OH, prezintă N.O. = –1 = 0 + (–1) ∙ 2 + 1.

Stabilirea coeficienților stoechiometrici

Pentru stabilirea coeficienților stoechiometrici se urmează etapele:

1. Se scrie ecuația reacției redox fără coeficienți:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

2. Se stabilește N.O. pentru fiecare atom din fiecare compus (și anume, reactivi și produși de reacție redox):

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

3. Se identifică atomii a căror N.O. se modifică și se scriu separat procesele parțiale (semireacțiile) de oxidare și de reducere care au loc:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

4. Se echilibrează semireacțiile scrise în etapa anterioară, ținând cont de legea conservării masei și a sarcinii electrice și de faptul că numărul electronilor cedați în procesul de oxidare trebuie să fie egal cu cel al electronilor acceptați în procesul de reducere:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

5. Se scriu coeficienții determinați pentru cele două semireacții drept coeficienți ai speciilor oxidante și reducătoare participante la reacția redox:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

6. Se calculează coeficienții celorlalte specii chimice participante la reacție pe baza legii conservării masei:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Oxidarea energică

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Mod de lucru: Prepararea etenei se realizează în mod similar cu experimentul descris la adiția halogenilor. Etena se barbotează într-un vas în care se află 20 mL soluție violetă de KMnO4 0,5% și 5 mL soluție H2SO4 20%.
Se repetă experimentul însă în vas se pun 20 mL de soluție portocalie de K2Cr2O7 0,5% și 5 mL de H2SO4 20%.
Reacția etenei în mediu acid cu soluție de&nbsp;[HTML]KMnO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;[/HTML] (se decolorează soluția).
Figura 4.39 Reacția etenei în mediu acid cu soluție de KMnO4 (se decolorează soluția).
Observații: se remarcă decolorarea soluției de KMnO4 și schimbarea culorii soluției de K2Cr2O7. În mod normal, soluția de K2Cr2O7 este portocalie. Însă după reacția de oxidare a etenei în mediu acid, soluția devine neagră, datorită formării unui nou compus care conține Cr3+.
În dreapta este culoarea soluției de [HTML]K&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;Cr&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;7&lt;/sub&gt;[/HTML] (portocalie), iar în stânga este culoarea soluției (verde) care conține [HTML]Cr&lt;sup&gt;3+&lt;/sup&gt;[/HTML] după oxidarea etenei.
Figura 4.40 În dreapta este culoarea soluției de K2Cr2O7 (portocalie), iar în stânga este culoarea soluției (verde) care conține Cr3+ după oxidarea etenei.

Etena a reacționat cu soluțiile de agenți oxidanți în mediu acid, conform reacțiilor chimice:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Deci, oxidarea energică a alchenelor se face cu:

  • K2Cr2O7 în H2SO4 sau
  • KMnO4 în H2SO4.

În urma acțiunii agenților oxidanți, legătura dublă C = C se rupe și se obțin amestecuri de diferiți produși de oxidare, în funcție de structura inițială a alchenei, astfel:

  • atunci când atomul de C implicat în legătura dublă conține hidrogen, rezultă un acid carboxilic: R–COOH.
  • când atomul de C implicat în legătura dublă se află la capătul catenei (deci prezintă 2 atomi de hidrogen), radicalul se oxidează până la CO2 și H2O.
  • când atomul de C implicat în legătura dublă nu conține hidrogen, rezultă un compus carbonilic – o cetonă: R – CO – R.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.