2. Гомологический ряд и изомерия
Алкены, число атомов углерода в которых больше двух, (т.е. кроме этилена) имеют изомеры. Для алкенов характерны изомерия углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая и пространственная. Например, единственным изомером пропена является циклопропан (C3H6) по межклассовой изомерии. Начиная с бутена, существуют изомеры по положению двойной связи (бутен-1 и бутен-2), по углеродному скелету (изобутилен или метилпропен) и геометрические изомеры (цис-бутен-2 и транс-бутен-2). С ростом числа атомов углерода в молекуле количество изомеров быстро возрастает.
|
|
|
этен (этилен) |
C2H4 |
|
пропен |
C3H6 |
|
бутен |
C4H8 |
|
пентен |
C5H10 |
|
гексен |
C6H12 |
|
гептен |
C7H14 |
|
октен |
C8H16 |
|
нонен |
C9H18 |
|
децен |
C10H20 |
|
|
|
|
Алкены могут существовать в виде пространственных или геометрических изомеров.
Различают:
цис- изомеры: заместители расположены по одну сторону от двойной связи;
транс- изомеры: заместители расположены по разные стороны от двойной связи.
IUPAC рекомендует называть геометрические изомеры по следующей номенклатуре:
Z- изомеры: старшие заместители у углеродных атомов двойной связи находятся по одну сторону относительно двойной связи;
E- изомеры: старшие заместители у углеродных атомов двойной связи находятся по разные стороны относительно двойной связи.
изомерия алкен дегидрирование этилен
3. Методы получения алкенов
Основным промышленным методом получения алкенов является каталитический и высокотемпературный крекинг углеводородов нефти и природного газа. Для производства низших алкенов используют также реакцию дегидратации соответствующих спиртов.
В лабораторной практике обычно применяют метод дегидратации спиртов в присутствии сильных минеральных кислот, дегидрогалогенирование и дегалогенирование соответствующих галогенпроизводных; синтезы Гофмана, Чугаева, Виттига и Коупа.
3.1 Дегидрирование алканов
Это один из промышленных способов получения алкенов. Температура: 350--450 °C, катализатор -- Cr2O3. Также используются алюмомолибденовые и алюмоплатиновые катализаторы.
3.2 Дегидрогалогенирование и дегалогенирование алканов
Отщепление галогенов у дигалогеналканов происходит в присутствии цинка:
Дегидрогалогенирование проводят при нагревании действием спиртовыми растворами щелочей:
При отщеплении галогенводорода образуется смесь изомеров, преобладающий из которых определяется правилом Зайцева: отщепление протона происходит от менее гидрогенизированного атома углерода.
3.3 Дегидратация спиртов
Дегидратацию спиртов ведут при повышенной температуре в присутствии сильных минеральных кислот:
В современной практике алкены из вторичных и третичных спиртов также получают с использованием дегидратирующего агента -- реагента Бургесса:
3.4 Гидрирование алкинов
Частичное гидрирование алкинов требует специальных условий и наличие катализатора (например, дезактивированного палладия -- катализатора Линдлара):
(цис-изомер)
(транс-изомер)
3.5 Реакция Виттига
Реакция Виттига -- стереоселективный синтез алкенов взаимодействием карбонильных соединений и алкилиденфосфоранов (илидов фосфониевых солей):
Для превращения солей фосфония в илиды используются бутиллитий, гидрид, амид или алкоголят натрия, а также некоторые другие сильные основания.
В реакцию могут вступать самые различные карбонильные соединения, среди которых ароматические и алифатические альдегиды и кетоны, в том числе содержащие двойные и тройные связи и различные функциональные группы.
В лабораторной практике часто используют более современную модификацию (1959 год) реакции Виттига -- реакцию Хорнера-Уодсворта-Эммонса:
Преимущество использования фосфонатов заключается в том, что образующиеся в ходе реакции фосфаты легко отмываются водой. Кроме того, реакция позволяет избирать оптическое направление элиминирования, получая на выходе транс- (термодинамический контроль) илицис-изомеры (кинетический контроль).