Alkének alkalmazásai táblázat. Alkének - nómenklatúra, készítmény, jellemző kémiai tulajdonságok

A telítetlenek közé tartoznak azok a szénhidrogének, amelyek molekuláiban több kötést tartalmaznak a szénatomok között. Korlátlan alkének, alkinek, alkadiének (poliének). A gyűrűben kettős kötést tartalmazó ciklikus szénhidrogének ( cikloalkének), valamint a gyűrűben kevés szénatomot tartalmazó cikloalkánok (három vagy négy atom). A „telítetlenség” tulajdonsága ezen anyagok azon képességéhez kapcsolódik, hogy addíciós reakciókba lépnek, elsősorban hidrogénnel, telített vagy telített szénhidrogének - alkánok képződésével.

Az alkének szerkezete

Aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy kettős kötést tartalmaznak a szénatomok között, és amelyek megfelelnek a CnH2n általános képletnek. A második neve olefinek- az alkéneket a telítetlen zsírsavak (olajsav, linolsav) analógiájával nyerték, amelyek maradványai folyékony zsírok - olajok részét képezik.
Azok a szénatomok, amelyek között kettős kötés van, sp 2 hibridizációs állapotban vannak. Ez azt jelenti, hogy egy s és két p orbitál vesz részt a hibridizációban, és egy p orbitál hibridizálatlan marad. A hibrid pályák átfedése σ kötés kialakulásához vezet, és a nem hibridizált p pályák miatt
szomszédos szénatomok, egy második, π-kötés jön létre. Így egy kettős kötés egy σ- és egy π-kötésből áll. A kettős kötést alkotó atomok hibrid pályái ugyanabban a síkban, a π kötést alkotó pályák pedig merőlegesek a molekula síkjára. A kettős kötés (0,132 im) rövidebb, mint az egyszeres kötés, és az energiája nagyobb, mert erősebb. A mozgékony, könnyen polarizálódó π kötés jelenléte azonban azt a tényt eredményezi, hogy az alkének kémiailag aktívabbak, mint az alkánok, és addíciós reakciókon mennek keresztül.

Az etilén szerkezete

Kettős kötés kialakulása alkénekben

Az etén homológ sorozata

Az egyenes láncú alkének az etén homológ sorozatát alkotják ( etilén): C 2 H 4 - etén, C 3 H 6 - propén, C 4 H 8 - butén, C 5 H 10 - pentén, C 6 H 12 - hexén, C 7 H 14 - heptén stb.

Alkén izoméria

Az alkéneket szerkezeti izoméria jellemzi. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. A legegyszerűbb alkén, amelyet szerkezeti izomerek jellemeznek, a butén:

A szerkezeti izoméria speciális típusa a kettős kötés helyzetének izomériája:

Az alkének izomerek a cikloalkánokkal szemben (osztályközi izoméria), például:

A szénatomok szinte szabad forgása lehetséges egyetlen szén-szén kötés körül, így az alkánmolekulák nagyon sokféle formát ölthetnek. A kettős kötés körüli forgás lehetetlen, ami egy másik típusú izoméria megjelenéséhez vezet az alkénekben - geometriai, ill. cisz és transzizoméria.

cisz izomerek különbözik transz-izomerek a molekulatöredékek (jelen esetben a metilcsoportok) térbeli elrendezése a π-kötés síkjához viszonyítva, és ebből következően tulajdonságai.

Alkén nómenklatúra

1. A fő áramkör kiválasztása. A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca. Alkének esetében a főláncnak kettős kötést kell tartalmaznia.
2. A főlánc atomjainak számozása. A főlánc atomjainak számozása attól a végtől kezdődik, amelyhez a kettős kötés a legközelebb van.
Például a kapcsolat helyes neve:

Ha a kettős kötés helyzete nem tudja meghatározni az atomok számozásának kezdetét a láncban, akkor azt ugyanúgy a szubsztituensek helyzete határozza meg, mint a telített szénhidrogéneknél.

3. Névképzés. A név végén adja meg annak a szénatomnak a számát, amelynél a kettős kötés kezdődik, és az utótagot -en, ami azt jelzi, hogy a vegyület az alkének osztályába tartozik. Például:

Az alkének fizikai tulajdonságai

Az alkének homológ sorozatának első három képviselője gázok; C5H10 - C16H32 összetételű anyagok - folyadékok; A magasabb alkének szilárd anyagok.
A forrás- és olvadáspont természetesen növekszik a vegyületek molekulatömegének növekedésével.

Az alkének kémiai tulajdonságai

Addíciós reakciók. Emlékezzünk vissza, hogy a telítetlen szénhidrogének - alkének képviselőinek megkülönböztető jellemzője az addíciós reakciókba való belépés. A legtöbb ilyen reakció a mechanizmus szerint megy végbe elektrofil addíció.
1. Alkének hidrogénezése. Az alkének képesek hidrogént hozzáadni hidrogénező katalizátorok, fémek - platina, palládium, nikkel - jelenlétében:

Ez a reakció atmoszférikus és megemelt nyomáson megy végbe, és nem igényel magas hőmérsékletet, mivel exoterm. Amikor a hőmérséklet emelkedik, ugyanazok a katalizátorok fordított reakciót - dehidrogénezést - okozhatnak.

2. Halogénezés (halogének hozzáadása). Egy alkén kölcsönhatása brómos vízzel vagy bróm szerves oldószerben (CC14) készült oldatával ezeknek az oldatoknak a gyors elszíneződéséhez vezet az alkénhez halogénmolekula hozzáadása és dihalogén-alkánok képződése következtében.
3. Hidrohalogénezés (hidrogén-halogenid hozzáadása).

Ez a reakció engedelmeskedik
Amikor egy hidrogén-halogenid egy alkénhez kapcsolódik, a hidrogén a jobban hidrogénezett szénatomhoz kapcsolódik, azaz ahhoz az atomhoz, amelynél több hidrogénatom van, és a halogén a kevésbé hidrogénezetthez.

4. Hidratálás (víz hozzáadása). Az alkének hidratálása alkoholok képződéséhez vezet. Például az etil-alkohol előállításának egyik ipari módszerének alapja a víz eténhez való hozzáadása.

Megjegyzendő, hogy primer alkohol (hidroxocsoporttal az elsődleges szénen) csak akkor képződik, ha az etént hidratálják. Amikor propén vagy más alkének hidratálódnak, akkor képződnek másodlagos alkoholok.

Ez a reakció is Markovnikov szabálya szerint megy végbe - egy hidrogénkation egy jobban hidrogénezett szénatomhoz, egy hidroxocsoport pedig egy kevésbé hidrogénezetthez kapcsolódik.
5. Polimerizáció. Az addíció speciális esete az alkének polimerizációs reakciója:

Ez az addíciós reakció szabad gyökös mechanizmuson keresztül megy végbe.
Oxidációs reakciók.
1. Égés. Mint minden szerves vegyület, az alkének is égnek oxigénben CO2-t és H2O-t képezve:

2. Oxidáció oldatokban. Az alkánokkal ellentétben az alkének könnyen oxidálódnak a kálium-permanganát oldatokkal. Semleges vagy lúgos oldatokban az alkének diolokká (kétértékű alkoholokká) oxidálódnak, és hidroxilcsoportokat adnak azokhoz az atomokhoz, amelyek között az oxidáció előtt kettős kötés létezett:

MEGHATÁROZÁS

Alkének telítetlen szénhidrogéneknek nevezzük, amelyek molekulái egy kettős kötést tartalmaznak. Az etilént példaként használó alkénmolekula szerkezetét az ábra mutatja. 1.

Rizs. 1. Az etilén molekula szerkezete.

Fizikai tulajdonságait tekintve az alkének kevéssé különböznek a molekulában azonos számú szénatomot tartalmazó alkánoktól. Az alsó homológok C 2 - C 4 normál körülmények között gázok; C5-C17-folyadékok; magasabb homológok szilárd anyagok. Az alkének vízben oldhatatlanok. Szerves oldószerekben jól oldódik.

Alkének előállítása

Az iparban az alkéneket az olajfinomítás során nyerik: krakkolás és alkánok dehidrogénezése. Az alkének előállítására szolgáló laboratóriumi módszereket két csoportra osztottuk:

• Eliminációs reakciók

– az alkoholok kiszáradása

CH3-CH2-OH → CH2=CH2+H20 (H2S04 (tömény), t 0 = 170).

— monohalogén-alkánok dehidrohalogénezése

CH3-CH(Br)-CH2-CH3 + NaOH-alkohol → CH3-CH=CH-CH3 + NaBr + H2O (t 0).

— dihalogén-alkánok dehalogénezése

CH3-CH(Cl)-CH(Cl)-CH2-CH3 + Zn(Mg) → CH3-CH=CH-CH2-CH3 + ZnCl2 (MgCl2).

• Alkinek nem teljes hidrogénezése

CH≡CH+H2 →CH2=CH2 (Pd, t 0).

Az alkének kémiai tulajdonságai

Az alkének nagyon reaktív szerves vegyületek. Ezt a szerkezetük magyarázza. Az alkének kémiája a kettős kötések kémiája. Az alkénekre jellemző reakciók az elektrofil addíciós reakciók.

Az alkének kémiai átalakulása hasítással megy végbe:

1) π-C-C kötések (addíció, polimerizáció és oxidáció)

- hidrogénezés

CH3-CH=CH2 + H2 → CH3-CH2-CH2 (kat = Pt).

- halogénezés

CH3-CH2-CH=CH2+Br2 → CH3-CH2-CH(Br)-CH2Br.

— hidrohalogénezés (Markovnikov szabálya szerint megy végbe: a hidrogénatom előnyösen egy hidrogénezettebb szénatomhoz kapcsolódik)

CH3-CH=CH2 + H-Cl → CH3-CH(Cl)-CH3.

- hidratálás

CH2=CH2+H-OH →CH3-CH2-OH (H+, t 0).

- polimerizáció

nCH2=CH2 → -[-CH2-CH2-]-n (kat, t 0).

- oxidáció

CH2=CH2+2KMnO4+2KOH →HO-CH2-CH2-OH + 2K2MnO4;

2CH 2 =CH 2 + O 2 → 2C 2OH 4 (epoxid) (kat = Ag, t 0);

2CH2=CH2+O2 →2CH3-C(O)H (kat = PdCl2, CuCl).

2) σ- és π-C-C kötések

CH3-CH=CH-CH2-CH3 + 4[O] → CH3COOH + CH3CH2COOH (KMnO4, H+, t 0).

3) köti a C sp 3 -H-t (allil helyzetben)

CH2=CH2+CI2 →CH2=CH-Cl+HCl (t 0=400).

4) Minden kapcsolat megszakítása

C2H4 + 2O2 → 2CO2 + 2H2O;

C n H 2n + 3n/2 O 2 → nCO 2 + nH 2 O.

Alkének alkalmazásai

Az alkének a nemzetgazdaság különböző ágazataiban találtak alkalmazást. Nézzük az egyes képviselők példáját.

Az etilént széles körben használják az ipari szerves szintézisekben különféle szerves vegyületek, például halogénszármazékok, alkoholok (etanol, etilénglikol), acetaldehid, ecetsav stb. előállítására. Az etilént nagy mennyiségben használják fel polimerek előállításához.

A propilént nyersanyagként használják egyes alkoholok (például 2-propanol, glicerin), aceton stb. előállításához. A polipropilént propilén polimerizálásával állítják elő.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA

Az alkén szénhidrogének (olefinek) a szerves anyagok egyik osztálya, amelyek saját tulajdonságokkal rendelkeznek. Az alkének ezen osztály képviselőiben előforduló izomériái nem ismétlődnek meg más szerves anyagok izomériájával.

Kapcsolatban áll

Az osztály jellemzői

Az etilén-olefinek ún a telítetlen szénhidrogének egyik osztálya, amely egy kettős kötést tartalmaz.

A fizikai tulajdonságok szerint a telítetlen vegyületek e kategóriájának képviselői a következők:

• gázok,
• folyadékok,
• szilárd vegyületek.

A molekulák nemcsak „szigma” kötést tartalmaznak, hanem „pi” kötést is. Ennek oka a hibridizáció szerkezeti képletében való jelenléte. sp2", amelyet a vegyület atomjainak azonos síkban való elrendezése jellemez.

Ebben az esetben legalább százhúsz fokos szög alakul ki közöttük. Nem hibridizált pályák" R» jellemzi, hogy mind a molekulasík tetején, mind alatta helyezkedik el.

Ez a szerkezeti jellemző további kötések kialakulásához vezet - „pi” vagy „ π ».

A leírt kötés kevésbé erős a „szigma” kötésekhez képest, mivel az oldalirányban átfedő kötések gyenge tapadásúak. A kialakult kötések elektronsűrűségének teljes eloszlását heterogenitás jellemzi. Ha szén-szén kötés közelében forog, a „p” pályák átfedése megszakad. Minden alkén (olefin) esetében ez a mintázat megkülönböztető jellemző.

Szinte minden etilénvegyület magas forrás- és olvadásponttal rendelkezik, ami nem minden szerves anyagra jellemző. A telítetlen szénhidrátok ezen osztályának képviselői gyorsan feloldódnak más szerves oldószerekben.

Figyelem! Az aciklusos telítetlen vegyületek, az etilén szénhidrogének általános képlete - C n H 2n.

Homológia

Abból a tényből kiindulva, hogy az alkének általános képlete C n H 2n, bizonyos homológiát mutatnak. Az alkének homológ sorozata az első képviselővel, az etilénnel vagy az eténnel kezdődik. Ez az anyag normál körülmények között gáz, és két szénatomot és négy hidrogénatomot tartalmaz.C2H4. Az etén után az alkének homológ sorozata propénnel és buténnel folytatódik. Képleteik a következők: „C 3 H 6” és „C 4 H 8”. Normál körülmények között ezek is nehezebb gázok, ami azt jelenti, hogy fejjel lefelé fordított kémcsővel kell összegyűjteni őket.

Az alkének általános képlete lehetővé teszi, hogy kiszámítsuk ennek az osztálynak a következő képviselőjét, amely legalább öt szénatomot tartalmaz a szerkezeti láncban. Ez egy pentén, amelynek képlete "C 5 H 10".

Fizikai jellemzők szerint a jelzett anyag folyadékokhoz, valamint a homológ vonal következő tizenkét vegyületéhez tartozik.

Az ilyen jellemzőkkel rendelkező alkének között vannak olyan szilárd anyagok is, amelyek a C 18 H 36 képlettel kezdődnek. A folyékony és szilárd etilén szénhidrogének nem oldódnak vízben, de szerves oldószerekbe kerülve reakcióba lépnek velük.

Az alkének leírt általános képlete magában foglalja a korábban használt „an” utótag „en”-re való helyettesítését. Ezt rögzítik az IUPAC szabályai. Bármelyik képviselőt is vegyük ennek a vegyületkategóriának, mindegyik rendelkezik a leírt utótaggal.

Az etilénvegyületek nevei mindig tartalmaznak egy bizonyos számot, amely a kettős kötés helyét jelzi a képletben. Példák erre: „butén-1” vagy „pentén-2”. Az atomszámozás attól az éltől kezdődik, amelyhez a kettős konfiguráció a legközelebb van. Ez a szabály minden esetben „vas”.

Izomerizmus

Az alkének hibridizációjának típusától függően bizonyos típusú izoméria jellemzi őket, amelyek mindegyikének saját jellemzői és szerkezete van. Tekintsük az alkének izomériájának fő típusait.

Szerkezeti típus

A szerkezeti izoméria izomerekre oszlik a következők szerint:

• szénváz;
• a kettős kötés helye.

A szénváz szerkezeti izomerjei akkor keletkeznek, amikor gyökök (a főláncból származó elágazások) megjelennek.

A jelzett izoméria alkének izomerjei a következők:

CH2=CH — CH 2 — CH 3.

2-metilpropén-1:

CH2=C — CH 3

│

A bemutatott vegyületek azonos számú szén- és hidrogénatomot tartalmaznak (C 4 H 8), de a szénhidrogénváz szerkezete eltérő. Ezek szerkezeti izomerek, bár tulajdonságaik nem azonosak. A butén-1 (butilén) jellegzetes szagú és narkotikus tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek irritálják a légutakat. A 2-metilpropen-1 nem rendelkezik ezekkel a tulajdonságokkal.

Ebben az esetben az etilénnek (C 2 H 4) nincs izomerje, mivel csak két szénatomot tartalmaz, ahol a gyökök nem helyettesíthetők.

Tanács! A gyök a középső és az utolsó előtti szénatomon helyezhető el, de nem helyezhető el a szélső szubsztituensek közelében. Ez a szabály minden telítetlen szénhidrogénre vonatkozik.

A kettős kötés elhelyezkedése alapján az izomereket megkülönböztetik:

CH2=CH — CH 2 — CH2-CH3.

CH3-CH = CH — CH2-CH3.

Az alkének általános képlete a bemutatott példákban:C 5 H 10,, de egy kettős kötés helye más. Ezeknek a vegyületeknek a tulajdonságai változnak. Ez a szerkezeti izoméria.

Izomerizmus

Térbeli típus

Az alkének térbeli izomériája a szénhidrogén szubsztituensek elrendeződésének természetével függ össze.

Ennek alapján az izomereket megkülönböztetik:

• "Cis";
• "Trance".

Az alkének általános képlete lehetővé teszi ugyanazon vegyület „transz-izomereinek” és „cisz-izomereinek” létrehozását. Vegyük például a butilént (butént). Ehhez lehetőség van térszerkezetű izomerek létrehozására a szubsztituensek kettős kötéshez viszonyított eltérő elhelyezésével. Példákkal az alkének izomériája így fog kinézni:

"cisz-izomer" "transz-izomer"

Butén-2 Butén-2

Ebből a példából világos, hogy a „cisz-izomereknek” két azonos gyökük van a kettős kötéssík egyik oldalán. A „transz-izomerek” esetében ez a szabály nem működik, mivel két különböző szubsztituensük van a „C=C” szénlánchoz képest. Ezt a mintát figyelembe véve saját maga is létrehozhat „cisz” és „transz” izomereket különféle aciklikus etilén szénhidrogénekhez.

A butén-2 bemutatott „cisz-izomerje” és „transz-izomerje” nem alakítható át egymással, mert ehhez a meglévő szén kettős lánc (C=C) körüli forgás szükséges. Ennek a forgatásnak a végrehajtásához bizonyos mennyiségű energiára van szükség a meglévő „p-kötés” megszakításához.

A fentiek alapján azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a „transz” és „cisz” izomerek egyedi vegyületek, amelyek meghatározott kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek.

Melyik alkénnek nincsenek izomerjei? Az etilénnek nincsenek térbeli izomerjei, mivel a hidrogénszubsztituensek azonos elrendezésűek a kettős lánchoz képest.

Interclass

Az alkén szénhidrogénekben az osztályok közötti izoméria széles körben elterjedt. Ennek az az oka, hogy az osztály képviselőinek általános képlete hasonló a cikloparaffinok (cikloalkánok) képletéhez. Ezekben az anyagkategóriákban azonos számú szén- és hidrogénatom van, az összetétel többszöröse (C n H 2n).

Az interclass izomerek így fognak kinézni:

CH2=CH — CH 3.

Ciklopropán:

Kiderül, hogy a képletC3H6Két vegyület válaszol: a propén-1 és a ciklopropán. A szerkezeti felépítés a szén eltérő elrendezését mutatja egymáshoz képest. Ezeknek a vegyületeknek a tulajdonságai is eltérőek. A propén-1 (propilén) alacsony forráspontú gáznemű vegyület. A ciklopropánt szúrós szagú és csípős ízű gáz halmazállapotú állapot jellemzi. Ezen anyagok kémiai tulajdonságai is különböznek, de összetételük azonos. A szerves anyagokban az ilyen izomereket interclass-nak nevezik.

Alkének. Alkének izomerizmusa. Egységes államvizsga. Szerves kémia.

Alkének: szerkezet, nómenklatúra, izoméria

Következtetés

Fontos jellemzőjük az alkénizoméria, melynek köszönhetően új, eltérő tulajdonságú vegyületek jelennek meg a természetben, amelyeket az iparban és a mindennapi életben is felhasználnak.

Az alkének kémiailag aktívak. Kémiai tulajdonságaikat nagymértékben meghatározza a kettős kötés jelenléte. Az alkének leggyakoribb reakciói az elektrofil addíciós és a gyökös addíciós reakciók. A nukleofil addíciós reakciókhoz általában erős nukleofil jelenlétére van szükség, és nem jellemzőek az alkénekre. Az alkének könnyen oxidációs és addíciós reakciókon mennek keresztül, és alilgyökök helyettesítésére is képesek.

Addíciós reakciók

Hidrogénezés A hidrogén hozzáadása (hidrogénezési reakció) az alkénekhez katalizátorok jelenlétében történik. Leggyakrabban zúzott fémeket használnak - platinát, nikkelt, palládiumot stb. Ennek eredményeként a megfelelő alkánok (telített szénhidrogének) képződnek.

$CH_2=CH_2 + H2 → CH_3–CH_3$

Halogének hozzáadása. Az alkének közönséges körülmények között könnyen reagálnak klórral és brómmal a megfelelő dihalogén-alkánokká, amelyekben a halogénatomok a szomszédos szénatomokon helyezkednek el.

1. megjegyzés

Amikor az alkének kölcsönhatásba lépnek a brómmal, a bróm sárgásbarna színűvé válik. Ez az egyik legrégebbi és legegyszerűbb minőségi reakció a telítetlen szénhidrogénekre, mivel az alkinek és az alkadiének is hasonlóan reagálnak.

$CH_2=CH_2 + Br_2 → CH_2Br–CH_2Br$

Hidrogén-halogenidek hozzáadása. Amikor az etilén szénhidrogének kölcsönhatásba lépnek hidrogén-halogenidekkel ($HCl$, $HBr$), halogén-alkánok keletkeznek, a reakció iránya az alkének szerkezetétől függ.

Etilén vagy szimmetrikus alkének esetében az addíciós reakció egyértelműen megy végbe, és csak egy termék képződéséhez vezet:

$CH_2=CH_2 + HBr → CH_3–CH_2Br$

Aszimmetrikus alkének esetén két különböző addíciós reakciótermék képződése lehetséges:

Jegyzet 2

Valójában csak egy reakciótermék képződik. Az ilyen reakciók irányát az orosz kémikus, V.V. Markovnikov 1869-ben Markovnikov uralmának hívják. Amikor a hidrogén-halogenidek reakcióba lépnek aszimmetrikus alkénekkel, egy hidrogénatomot adnak a kettős kötés hasadási helyére a leginkább hidrogénezett szénatomon, vagyis mielőtt nagyszámú hidrogénatomhoz kapcsolódna.

Markovnikov ezt a szabályt kísérleti adatok alapján fogalmazta meg, és csak jóval később kapott elméleti indoklást. Tekintsük a propilén és a hidrogén-klorid reakcióját.

A $p$ kötés egyik jellemzője, hogy könnyen polarizálható. A propén molekulában lévő metilcsoport (pozitív induktív hatás + $I$) hatására a $p$ kötés elektronsűrűsége az egyik szénatom felé tolódik el (= $CH_2$). Ennek eredményeként egy részleges negatív töltés ($\delta -$) jelenik meg rajta. A kettős kötés másik szénatomján részleges pozitív töltés ($\delta +$) jelenik meg.

Ez az elektronsűrűség eloszlása ​​a propilén molekulában meghatározza a jövőbeli protontámadás helyét. Ez a metiléncsoport szénatomja (= $CH_2$), amely részleges negatív töltést hordoz $\delta-$. A klór pedig ennek megfelelően megtámad egy szénatomot részleges pozitív töltéssel $\delta+$.

Ennek következtében a propilén és a hidrogén-klorid reakciójának fő terméke a 2-klór-propán.

Hidratáció

Az alkének hidratálása ásványi savak jelenlétében történik, és engedelmeskedik Markovnikov szabályának. A reakciótermékek alkoholok

$CH_2=CH_2 + H_2O → CH_3–CH_2–OH$

Alkilezés

Alkánok alkének hozzáadása savas katalizátor ($HF$ vagy $H_2SO_4$) jelenlétében, alacsony hőmérsékleten nagyobb molekulatömegű szénhidrogének képződését eredményezi, és gyakran használják az iparban üzemanyag előállítására.

$R–CH_2=CH_2 + R’–H → R–CH_2–CH_2–R’$

Oxidációs reakciók

Az alkének oxidációja az oxidáló reagensek körülményeitől és típusaitól függően mind a kettős kötés hasításával, mind a szénváz megőrzésével történhet:

Polimerizációs reakciók

Az alkénmolekulák bizonyos körülmények között képesek hozzáadódni egymáshoz $\pi$ kötések megnyitásával és dimerek, trimmerek vagy nagy molekulatömegű vegyületek - polimerek - képződésével. Az alkének polimerizációja történhet szabad gyökök vagy kation-anion mechanizmussal. Polimerizációs iniciátorként savakat, peroxidokat, fémeket stb. használnak. A polimerizációs reakció hőmérséklet, besugárzás és nyomás hatására is végbemegy. Tipikus példa az etilén polimerizálása polietilénné

$nCH_2=CH_2 → (–CH_2–CH_(2^–))_n$

Szubsztitúciós reakciók

A szubsztitúciós reakciók nem jellemzőek az alkénekre. Magas hőmérsékleten (400 °C felett) azonban a gyökök addíciós reakciói, amelyek reverzibilisek, elnyomódnak. Ebben az esetben lehetővé válik az allil helyzetben lévő hidrogénatom helyettesítése a kettős kötés megtartása mellett

$CH_2=CH–CH_3 + Cl_2 – CH_2=CH–CH_2Cl + HCl$

Az alkének fizikai tulajdonságai hasonlóak az alkánokéhoz, bár mindegyiknek valamivel alacsonyabb az olvadáspontja és forráspontja, mint a megfelelő alkánoké. Például a pentán forráspontja 36 °C, a penténé pedig 30 °C. Normál körülmények között a 2-4 szénatomos alkének gázok. C 5 – C 15 folyadékok, C 16-tól kezdve szilárd anyagok. Az alkének vízben oldhatatlanok, de szerves oldószerekben jól oldódnak.

Az alkének ritkák a természetben. Mivel az alkének az ipari szerves szintézis értékes nyersanyagai, előállításukra számos módszert fejlesztettek ki.

1. Az alkének fő ipari forrása az olaj részét képező alkánok krakkolása:

3. Laboratóriumi körülmények között az alkéneket eliminációs reakciókkal nyerik, amelyek során a szomszédos szénatomokból két atom vagy két atomcsoport eliminálódik, és további p-kötés jön létre. Ilyen reakciók a következők.

1) Az alkoholok kiszáradása akkor következik be, ha vízeltávolító szerekkel, például kénsavval 150 ° C feletti hőmérsékleten hevítik:

Amikor a H 2 O-t az alkoholokból, a HBr-t és a HCl-t az alkil-halogenidekből eltávolítjuk, a hidrogénatom előnyösen eliminálódik a szomszédos szénatomokból, amelyek a legkisebb számú hidrogénatomhoz kötődnek (a legkevésbé hidrogénezett szénatomtól). Ezt a mintát Zaicev szabályának nevezik.

3) A dehalogénezés akkor következik be, amikor a szomszédos szénatomokon halogénatomot tartalmazó dihalogenideket aktív fémekkel hevítenek:

CH 2 Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 =CH-CH 3 + Mg Br 2.

Az alkének kémiai tulajdonságait a molekuláikban lévő kettős kötés határozza meg. A p-kötés elektronsűrűsége meglehetősen mozgékony, és könnyen reagál az elektrofil részecskékkel. Ezért az alkének számos reakciója a mechanizmus szerint megy végbe elektrofil addíció, amelyet az A E szimbólum jelöl (angolból additív elektrofil). Az elektrofil addíciós reakciók több szakaszban lejátszódó ionos folyamatok.

Az első szakaszban egy elektrofil részecske (leggyakrabban egy H + proton) kölcsönhatásba lép a kettős kötés p-elektronjaival, és p-komplexet képez, amely azután kovalens s-kötést képezve karbokationná alakul. az elektrofil részecske és az egyik szénatom:

alkén p-komplex karbokáció

A második szakaszban a karbokation reagál az X-anionnal, és egy második s-kötést képez az anion elektronpárja miatt:

Az elektrofil addíciós reakciókban egy hidrogénion kapcsolódik a nagyobb negatív töltésű kettős kötés szénatomjához. A töltéseloszlást a p-elektronsűrűség eltolódása határozza meg a szubsztituensek hatására: .

A +I hatást mutató elektrondonor szubsztituensek a p-elektronsűrűséget egy hidrogénezettebb szénatomra tolják el, és részleges negatív töltést hoznak létre rajta. Ez megmagyarázza Markovnikov uralma: amikor poláris molekulákat, például HX-et (X = Hal, OH, CN stb.) adunk aszimmetrikus alkénekhez, a hidrogén előnyösen a kettős kötésnél a hidrogénezettebb szénatomhoz kapcsolódik.

Nézzünk konkrét példákat az addíciós reakciókra.

1) Hidrohalogénezés. Amikor az alkének kölcsönhatásba lépnek hidrogén-halogenidekkel (HCl, HBr), alkil-halogenidek képződnek:

CH3-CH=CH2+HBr®CH3-CHBr-CH3.

A reakciótermékeket Markovnikov szabálya határozza meg.

Hangsúlyozni kell azonban, hogy szerves peroxid jelenlétében a poláris HX molekulák nem lépnek reakcióba alkénekkel Markovnikov szabálya szerint:

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a peroxid jelenléte a reakció gyökös, nem pedig ionos mechanizmusát határozza meg.

2) Hidratálás. Amikor az alkének vízzel reagálnak ásványi savak (kénsav, foszforsav) jelenlétében, alkoholok keletkeznek. Az ásványi savak katalizátorként működnek, és protonforrások. A víz hozzáadása szintén Markovnikov szabályát követi:

CH3-CH=CH2+HON®CH3-CH(OH)-CH3.

3) Halogénezés. Az alkének elszínezik a brómos vizet:

CH2 = CH2 + Br2® B-CH2-CH2Br.

Ez a reakció kvalitatív kettős kötés esetén.

4) Hidrogénezés. A hidrogén hozzáadása fémkatalizátorok hatására történik:

ahol R = H, CH 3, Cl, C 6 H 5 stb. A CH 2 =CHR molekulát monomernek, a keletkező vegyületet polimernek, az n szám a polimerizáció foka.

A különféle alkénszármazékok polimerizálása értékes ipari termékeket állít elő: polietilén, polipropilén, polivinil-klorid és mások.

Az addíción kívül az alkének oxidációs reakciókon is keresztülmennek. Az alkének enyhe oxidációja során kálium-permanganát vizes oldatával (Wagner-reakció) kétértékű alkoholok képződnek:

ZSN 2 =CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOSN 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

A reakció eredményeként a kálium-permanganát lila oldata gyorsan elszíneződik, és barna mangán (IV)-oxid csapadék válik ki. Ez a reakció, akárcsak a brómos víz színtelenítési reakciója, kvalitatív a kettős kötés szempontjából. Az alkének erős oxidációja során forrásban lévő kálium-permanganát oldattal savas környezetben a kettős kötés teljesen felbomlik ketonok, karbonsavak vagy CO 2 képződésével, például:

Az oxidációs termékek alapján meghatározható a kettős kötés helyzete az eredeti alkénben.

Mint minden más szénhidrogén, az alkének is égnek, és sok levegővel szén-dioxidot és vizet képeznek:

C n H 2 n + Zn /2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Ha a levegő korlátozott, az alkének égése szén-monoxid és víz képződéséhez vezethet:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O .

Ha összekever egy alként oxigénnel, és ezt a keveréket 200°C-ra melegített ezüstkatalizátoron engedi át, alkén-oxid (epoxi-alkán) keletkezik, például:

Bármilyen hőmérsékleten az ózon oxidálja az alkéneket (az ózon erősebb oxidálószer, mint az oxigén). Ha ózongázt vezetünk át egy alkén metán-tetrakloridos oldatán szobahőmérséklet alatti hőmérsékleten, addíciós reakció megy végbe, és a megfelelő ozonidok (ciklusos peroxidok) keletkeznek. Az ózonidok nagyon instabilak és könnyen felrobbanhatnak. Ezért általában nem izolálják őket, hanem közvetlenül az előállítás után vízzel lebontják - így karbonilvegyületek (aldehidek vagy ketonok) keletkeznek, amelyek szerkezete az ózonozásnak alávetett alkén szerkezetét jelzi.

A rövid szénláncú alkének fontos kiindulási anyagok az ipari szerves szintézishez. Az etilénből etilalkoholt, polietilént és polisztirolt állítanak elő. A propént polipropilén, fenol, aceton és glicerin szintézisére használják.