Алкены

 

АлкеныАлкены (этиленовые углеводороды, олефины) — непредельные (ненасыщенные) алифатические углеводороды, между атомами углерода в молекулах которых одна двойная связь. Общая формула гомологического ряда: CnH2n.

Строение Алкенов.

Двойная связь состоит из s- и p-связей. Каждый из двух атомов углерода, между которыми двойная связь, имеет по три 2-гибридные атомные орбитали, лежащие в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Перекрываясь с орбиталями соседних атомов, гибридные орбитали образуют s-связи. p-связь образована за счет бокового перекрывания негибридных p-орбиталей двух соседних атомов углерода. Длина двойной связи 0,143 нм.

 

Шаростержневые модели молекул алкенов: этилена C2H4,
пропена C3H6 и цис-бутена-2 C4H8

Физические свойства

По физическим свойствам алкены мало отличаются от алканов. При обычных условиях этилен и его гомологи с числом атомов углерода до 4 — газы, от 5 до 17 — жидкости, от 18 — твердые вещества. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи увеличиваются температуры кипения и плавления алкенов. Изомеры нормального строения имеют более высокие температуры кипения, чем разветвленные. Алкены практически нерастворимы в воде (их молекулы неполярны), но хорошо растворимы в неполярных растворителях (например, бензоле). Плотность алкенов меньше 1 г/см3, т.е. они легче воды.

Химические свойства

1. Важнейшим химическим свойством алкенов являются реакции присоединения.

а) Галогенирование.

При взаимодействии алкенов с галогенами (бромом, хлором) образуются дигалогеналканы с атомами галогенов у соседних атомов углерода

 

При добавлении к алкену брома (в виде бромной воды) бурая окраска брома быстро исчезает. Присоединение брома идет легко, при комнатной температуре. Эта реакция является качественной для обнаружения кратной связи.

б) Гидрогалогенирование.

При взаимодействии алкенов с галогенводородами (HCl, HBr) образуются моногалогеналканы.

 

При присоединении молекул типа HX к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода (т.е. связанному с большим числом атомов водорода) при двойной связи (правило Марковникова).

в) Гидратация алкенов — присоединение к ним воды в присутствии минеральных кислот при нагревании и повышенном давлении с образованием спиртов.

 

Гидратация несимметричных алкенов также протекает по правилу Марковникова.

 

г) Гидрирование алкенов можно рассматривать как реакцию восстановления.

При взаимодействии алкенов с водородом в присутствии катализатора образуются алканы.

 

2. Окисление.

При окислении алкенов раствором перманганата калия KMnO4 в нейтральной или слабощелочной среде происходит разрыв p-связи и присоединение гидроксильной гpуппы к каждому атому углерода. В результате получаются двухатомные спирты (гликоли). Эта реакция носит имя открывшего ее русского химика Е.Е. Вагнера (1888). Она используется как качественная реакция для обнаружения двойной связи. В результате этой реакции окрашенный раствор перманганата калия быстро обесцвечивается. В органической химии сложилась традиция записывать подобные реакции в виде схем с обозначением процесса окисления символом [О] над стрелкой.

При окислении в более жестких условиях, например, перманганатом или дихроматом калия в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи с образованием продуктов окисления (альдегидов, кетонов, кислот). Эту реакцию называют окислительным расщеплением двойной связи. Так, из молекулы бутена-2 в результате окислительного расщепления образуются две молекулы уксусной кислоты.

На воздухе при поджигании алкены, подобно всем углеводородам, сгорают с образованием углекислого газа и воды:

CnH2n + 1,5nO2 ? nCO2 + nH2O

3. Полимеризация.

Молекулы алкенов могут вступать во взаимодействие друг с другом. За счет разрыва p-связи идет реакция полимеризации с образованием молекул с большой молекулярной массой — макромолекул (от греч. makros — большой). Реакция полимеризации — это последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта — полимера.

Производство полимеров — одно из основных направлений промышленного использования алкенов.

Следует отметить, что дегидратация спиртов протекает в соответствии с правилом Зайцева: отщепление атома водорода происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома водорода (т.е. связанного с наименьшим числом атомов водорода).

3. При действии спиртовых растворов щелочей на галогеналканы протекает реакция дегидрогалогенирования с образованием алкенов.

Дегидрогалогекнирование также протекает в соответствии с правилом Зайцева.

4. При взаимодействии дигалогеналканов с цинковой или магниевой пылью при нагревании протекает реакция дегалогенирования с образованием алкенов.