Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Прямая и непрямая гидратация алкенов

8-800-775-03-30 support@author24.ru
Содержание статьи

Присоединение воды к алкенам приводит к образованию вторичных или третичных спиртов, и только этилен образует первичный (этиловый) спирт:



Рисунок 1.

Присоединение воды происходит по правилу Mapковникова: водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а гидроксил - к наименее гидрогенизированному.

Исходя из этого предполагается, что в качестве промежуточных частиц в этих реакциях образуются карбокатионы:



Рисунок 2.

В заводской практике присоединения воды к алкенам осуществляют путем прямой и косвенной гидратации.

Непрямая гидратация

При получении спиртов методом непрямой гидратации сначала происходит присоединение к алкенам серной кислоты с образованием смеси кислых и средних сульфатнокислых эфиров (алкилсульфатних кислот и диалкилсульфатлв).



Рисунок 3.

Скорость процесса зависит от строения углеводорода, условий реакции (давление, температура) и концентрации серной кислоты.

Скорость взаимодействия алкенов с серной кислотой возрастает при переходе к высшим гомологам - до $C_6$, а дальше (начиная с $C_7$) уменьшается. Изоалкены взаимодействуют, как правило, гораздо быстрее, чем олефины нормального строения.

К несимметричным гомологам этилена серная кислота присоединяется в соответствии с правилом Марковиикова:

Готовые работы на аналогичную тему



Рисунок 4.

Этот метод также применяется и в лабораторной практике, по этому методу получают третичные спирты:



Рисунок 5.

Механизм каталитической гидратации

На первой стадии процесса по механизму каталитической гидратации происходит присоединение ионов гидроксония с образованием карбокатионов. Источником анионов является молекулы воды. При этом образуются протонированные спирты, которые на следующих стадиях отдают ионы водорода другим молекулам воды:



Рисунок 6.

Восстановление двойных связей $C=C$ проводят чаще всего при помощи гетерогенного катализатора, в качестве которого используют благородный металл (палладий, родий, рутений, оксид платины $PtO_2$).

Если механизм реакции рассматривать кратко, то он заключается во взаимодействии протона с алкенами; скорость этого взаимодействия определяет общую скорость процесса. При этом образуются промежуточные карбокатионы, природа и количество которых зависит от строения исходного алкена. Такое объяснение аналогичное рассуждениям, которые используются при рассмотрении процесса гидрогалогенирования алкенов.

Полученные карбокатионы дальше быстро взаимодействуют с нуклеофильной молекулой воды. Оксониевое соединение, которое возникает после присоединения молекулы воды, неустойчиво и легко отщепляет каталитический протон с в созданием спирта.

Наряду с реакцией карбокатиона с молекулой воды одновременно проходит конкурирующее взаимодействие его с анионом серной кислоты (анионом гидросульфата):



Рисунок 7.

Образованные алкилсульфаты при нагревании гидролизуются до соответствующего спирта:



Рисунок 8.

Разделение алкенов различного строения

В целом серная кислота по-разному взаимодействует с алкенами, образуя промежуточные алкилгидросульфаты. Это используют в промышленности для разделения алкенов различного строения:

  • этилен поглощается (вступая в реакцию) концентрированной $H_2SO_4$, (98-98%);
  • пропилен образует изопропилсульфатную кислоту при 75-80% -ной;
  • наиболее разветвленный изобутилен может поглощаться уже 35-50% -ной $H_2SO_4$.
Замечание 1

Таким образом, применяя серную кислоту определенной концентрации, из реакционной смеси алкенов можно изымать определенный олефин в виде водорастворимой алкилсульфатной кислоты, которую затем гидролизуют отдельно к соответствующему спирту.

Прямая гидратация

В последнее время разработаны эффективные методы гидратации алкенов в присутствии других катализаторов, исключая стадию образования алкилгидросульфатов.

Метод прямой гидратации заключается в непосредственном взаимодействии алкена с водой или водяным паром при наличии катализаторов (фосфорная кислота и ее соли, серная кислота, оксид алюминия и др.).



Рисунок 9.

Установлено, что гидратация изоалкенов происходит легче, чем алкенов нормального строения. Чем короче цепь углеводорода, тем труднее происходит гидратация.

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи

Автор статьи

Юля Леонидовна Карабут

Эксперт по предмету «Химия»

Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис