Алкены – это углеводороды, в молекулах которых есть одна двойная С=С связь

Алкены – это углеводороды, в молекулах которых есть ОДНА двойная С=С связь.

Общая формула алкенов:

C_nH₂_n

Тип гибридизации атома углерода двойной связи – sp². Остальные атомы углерода в молекуле алкена обладают sp³-гибридизацией.
Молекула имеет плоское строение, угол между σ-связями – 120⁰

Длина двойной связи меньше, чем длина одинарной.

Номенклатура алкенов: в названии появляется суффикс -ЕН.
Первый член гомологического ряда – С₂Н₄(этен).

Для простейших алкенов применяются также исторически сложившиеся названия:

этилен (этен),
пропилен (пропен),

В номенклатуре часто используются следующие одновалентные радикалы алкенов:

-СН=СН₂

винил

- СН₂-СН=СН₂

аллил

Виды изомерии алкенов:

1. Изомерия углеродного скелета: (начиная с С₄Н₈ – бутен и 2-метилпропен)

2. Изомерия положения кратной связи: (начиная с С₄Н₈): бутен-1 и бутен-2.
3. Межклассовая изомерия: с циклоалканами (начиная с пропена):

C₄H₈ - бутен и циклобутан.

4. Пространственная изомерия алкенов:

Из-за того, что вокруг двойной связи невозможно свободное вращение, становится возможной цис-транс-изомерия.

Алкены, имеющие у каждого из двух атомов углерода при двойной связи различные заместители, могут существовать в виде двух изомеров, отличающихся расположением заместителей относительно плоскости π-связи:

Химические свойства алкенов.

Для алкенов характерны:

реакции присоединения к двойной связи,
реакции окисления,
реакции замещения в «боковой цепи».

1. Реакции присоединения по двойной связи: менее прочная π-связь разрывается, образуется насыщенное соединение.

Это реакции электрофильного присоединения - А_Е.

1) Гидрирование:

СН₃-СН=СН₂ + Н₂  CH₃-CH₂-CH₃

2) Галогенирование:

СН₃-СН=СН₂ + Br₂ (раствор) CH₃-CHBr-CH₂Br

Обесцвечивание бромной воды – качественная реакция на двойную связь.
3) Гидрогалогенирование:

СН₃-СН=СН₂ + НBr  CH₃-CHBr-CH₃

(ПРАВИЛО МАРКОВНИКОВА: водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода).
4) Гидратация - присоединение воды:

СН₃-СН=СН₂ + НОН  CH₃-CH-CH₃



OH

(присоединение также происходит по праилу Марковникова)

2. Присоединение бромоводорода в присутствии пероксидов (эффект Хараша)- это радикальное присоединение - А_R

СН₃-СН=СН₂ + HBr -(Н₂О₂) СН₃-СН₂-СН₂Br

(реакция с бромоводородом в присутствии пероксида протекает против правила Марковникова)

3. Горение – полное окисление алкенов кислородом до углекислого газа и воды.

С₂Н₄ + 3О₂ = 2СО₂ + 2Н₂О

4. Мягкое окисление алкенов – реакция Вагнера: реакция с холодным водным раствором перманганата калия.

3СН₃-СН=СН₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O  2MnO₂ + 2KOH + 3СН₃- СН - СН₂

ô ô

OH OH

(образуется диол)

Обесцвечивание алкенами водного раствора перманганата калия – качественная реакция на алкены.

5. Жесткое окисление алкенов – горячим нейтральным или кислым раствором перманганата калия. Идёт с разрывом двойной связи С=С.

1. При действии перманганата калия в кислой среде в зависимости от строения скелета алкена образуется:

Фрагмент углеродной цепи у двойной связи		Во что превращается
=СН₂	СО₂
= СН – R	R– COOH карбоновая кислота
= C – R ô R	кетон R –C – R ║ O

СН₃-С^-1Н=С^-2Н₂ +2 KMn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ 

CH₃-C⁺³OOH + C⁺⁴O₂ + 2Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

2. Если реакция протекает в нейтральной среде ПРИ нагревании, то соответственно получаются калиевые соли:

Фрагмент цепи у двойной связи	Во что превращается
=СН₂	К₂СО₃
= СН – R	R– COOК - соль карбоновой кислоты
= C – R ô R	кетон R – C – R ║ O

3СН₃С^-1Н=С^-2Н₂+10KMnO₄ -t 3CH₃C⁺³OOK + + 3K₂C⁺⁴O₃+ 10MnO₂+4Н₂О+ KOH

безымянный3

6. Окисление кислородом этилена в присутствии солей палладия.

СН₂=СН₂ + O₂ –(kat) CН₃СНО

(уксусный альдегид)

7. Хлорирование и бромирование в боковую цепь: если реакция с хлором проводится на свету или при высокой температуре – идёт замещение водорода в боковой цепи.

СН₃-СН=СН₂ + Cl₂ –^(свет) СН₂-СН=СН₂ +HCl

│

8. Полимеризация:

n СН₃-СН=СН₂ (-CH–CH₂-)_n

пропилен  полипропилен

CH₃

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКЕНОВ

I. Крекинг алканов:	С₇Н₁₆ –(t) CH₃- CH=CH₂ + C₄H₁₀ Алкен алкан
II. Дегидрогалогенирование галогеналканов при действии спиртового раствора щелочи - реакция ЭЛИМИНИРОВАНИЯ.	Правило Зайцева: Отщепление атома водорода в реакциях элиминирования происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.
III. Дегидратация спиртов при повышенной температуре (выше 140°C) в присутствии водоотнимающих реагентов - оксида алюминия или концентрированной серной кислоты – реакция элиминирования.	CH₃-CH-CH₂-CH₃ –(H₂SO₄,t>140^o) │ OH  H₂O +CH₃-CH=CH-CH₃ (также подчиняется правилу Зайцева)
IV. Дегалогенирование дигалогеналканов, имеющих атомы галогена у соседних атомов углерода, при действии активных металлов.	CH₂Br-CHBr-CH₃ +MgCH₂=CH-CH₃+MgBr₂ Также может использоваться цинк.
V. Дегидрирование алканов при 500°С:
VI. Неполное гидрирование диенов и алкинов	С₂Н₂ + Н_{2 (недостаток)} –(kat) С₂Н₄

АЛКАДИЕНЫ.
Это углеводороды, содержащие две двойные связи. Первый член ряда – С₃Н₄ (пропадиен или аллен). В названии появляется суффикс – ДИЕН.

СН₂=СН–СН=СН₂

бутадиен-1,3

(дивинил)

СН₂=С–СН=СН₂

│ 2-метилбутадиен-1,3

СН₃ (изопрен)

Типы двойных связей в диенах:

1.Изолированные двойные связи разделены в цепи двумя или более σ-связями:

СН₂=СН–СН₂–СН=СН₂. Диены этого типа проявляют свойства, характерные для алкенов.

2. Кумулированные двойные связи расположены у одного атома углерода: СН₂=С=СН₂ (аллен)

Подобные диены (аллены) относятся к довольно редкому и неустойчивому типу соединений.

3.Сопряженные двойные связи разделены одной σ-связью: СН₂=СН–СН=СН₂

Сопряженные диены отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью четырех sp²-атомов углерода.

Изомерия диенов

1. Изомерия положения двойных связей:

2. Изомерия углеродного скелета:

3. Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами. Например, формуле С₄Н₆ соответствуют следующие соединения:

4. Пространственная изомерия

Диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, проявляют цис-транс-изомерию.

(1)Цис-изомер (2) Транс-изомер

Электронное строение сопряженных диенов.

Молекула бутадиена-1,3 СН₂=СН-СН=СН₂ содержит четыре атома углерода в sp²-гибридизованном состоянии и имеет плоское строение.

π-Электроны двойных связей образуют единое π-электронное облако (сопряженную систему) и делокализованы между всеми атомами углерода.

Кратность связей (число общих электронных пар) между атомами углерода имеет промежуточное значение: нет чисто одинарной и чисто двойных связей. Строение бутадиена более точно отражает формула с делокализованными «полуторными» связями.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОПРЯЖЕННЫХ АЛКАДИЕНОВ.

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К СОПРЯЖЕННЫМ ДИЕНАМ.

Присоединение галогенов, галогеноводородов, воды и других полярных реагентов происходит по электрофильному механизму (как в алкенах).

Помимо присоединения по одной из двух двойных связей (1,2-присоединение), для сопряженных диенов характерно так называемое 1,4-присоединение, когда в реакции участвует вся делокализованная системы из двух двойных связей:

Соотношение продуктов 1,2- и 1,4- присоединения зависит от условий реакции (с повышением температуры обычно увеличивается вероятность 1,4-присоединения).

1. Гидрирование.

CН₃-СН₂-СН=СН₂ (1,2-продукт)

СН₂=СН-СН=СН₂ + Н₂

СН₃-СН=СН-СН₃ (1,4-продукт)

В присутствии катализатора Ni получается продукт полного гидрирования:

CH₂=CH-CH=CH₂ + 2 H₂ –(Ni,t) CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

2. Галогенирование, гидрогалогенирование и гидратация

1,4-присоединение.

1,2-присоединение.

При избытке брома присоединяется еще одна его молекула по месту оставшейся двойной связи с образованием 1,2,3,4-тетрабромбутана.

3. Реакция полимеризации.
Реакция протекает преимущественно по 1,4-механизму, при этом образуется полимер с кратными связями, называемый каучуком:

nСН₂=СН-СН=СН₂ (-СН₂-СН=СН-СН₂-)n

полимеризация изопрена:

nCH₂=C–CH=CH₂ (–CH₂–C =CH –CH₂–)n

│ │

CH₃ CH₃ (полиизопрен)

РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ – мягкое, жесткое, а также горение.

Протекают так же, как и в случае алкенов – мягкое окисление приводит к многоатомному спирту, а жесткое окисление – к смеси различных продуктов, зависящих от строения диена:

СН₂=СН–СН=СН₂ + KMnO₄ + H₂O  СН₂– СН – СН – СН₂ +MnO₂ + KOH

│ │ │ │

OH OH OH OH

Алкадиены горят – до углекислого газа и воды. С₄Н₆ + 5,5О₂  4СО₂ + 3Н₂О

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАДИЕНОВ.

1. Каталитическое дегидрирование алканов (через стадию образования алкенов). Этим путем получают в промышленности дивинил из бутана, содержащегося в газах нефтепереработки и в попутных газах:

Каталитическим дегидрированием изопентана (2-метилбутана) получают изопрен:

2. Синтез Лебедева:

(катализатор – смесь оксидов Al₂O₃,MgO,ZnO

2 C₂H₅OH –( Al₂O₃,MgO,ZnO, 450˚C) CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂

3. Дегидратация двухатомных спиртов:

4. Действие спиртового раствора щелочи на дигалогеналканы (дегидрогалогенирование):