6. Алкени
Алкени – це вуглеводні, в яких міститься один подвійний ненасичений зв’язок. Загальна формула: СnН2n.
Алкани, алкени, алкіни і алкадієни, що мають однакову кількість атомів Карбону, називаються ізологами. Вони відрізняються один від одного на одну або декілька молекул Н2.
6.1. Ізомерія алкенів
Ізомерія зумовлюється:
а) структурною ізомерією карбонового ланцюга;
б) положенням подвійного зв’язку в однакових ланцюгах;
в) просторовою будовою (цис-, транс-ізомери).
6.2. Номенклатура
Тривіальна номенклатура характерна для перших членів ряду. Раціональна: як і в загальному випадку в основі назви лежить назва першого гомолога – етилену, а всі інші розглядаються, як етилен, в молекулі якого один чи кілька атомів Гідрогену заміщені на вуглеводневі залишки.
Розташування таких залишків (якщо є два однакових алкіли) по різні боки від подвійного зв’язку позначається префіксом сим- (симетричний), а по один бік – несим- (несиметричний).
Якщо в молекулі етилену три або чотири атоми Гідрогену заміщені на вуглеводневі залишки, то їх розташування позначається грецькими літерами — α-, β-, (α- один кінець подвійного зв’язку, а β- інший кінець подвійного зв’язку).
Номенклатура IUPAC:
6.3. Методи добування
У промисловості алкени вилучають із природних джерел (газоподібні – частково із природного газу, а рідкі – з нафти).
Лабораторні методи. Дегідратація (внутрішньомолекулярна дегідратація одноатомних спиртів під дією зневоднюючих агентів – каталізаторів):
Локант, що позначає функціональну групу, виноситься перед назвою основного ланцюга: 2-бутен.
Відщеплення води іде відповідно правилу Зайцева:
При відщепленні бінарних сполук (води, галогеноводнів від відповідних похідних – спиртів, галогенопохідних) атом Гідрогену відщеплюється від менш гідрогенізованого атома Гідрогену, сусіднього до того, з яким сполучена функціональна група (в даному випадку гідроксил або галоген).
1. Відщеплення галогеноводнів від галогенопохідних алканів під дією (умови!!!) спиртового розчину лугу (NaOH, KOH). Також іде відповідно до правила Зайцева.
2. Відщеплення дигалогеніду цинку при дії цинкового пилу на віцинальні дигалогенопохідні:
Віцинальні дигалогенопохідні – це такі, що мають атоми галогену при сусідніх атомах Карбону.
Гемінальні – мають обидві функціональні групи при одному атомі Карбону.
6.4. Хімічні властивості
Загальна характеристика. Оскільки в молекулах алкенів, крім міцних σ-зв’язків наявний ще один малоактивний (слабкий) π-зв’язок, який легко рветься, то реакційна здатність алкенів зумовлена практично повністю саме реакціями з розривом π-зв’язку. До них належать такі групи реакцій, як:
Приєднання по місцю розриву π-зв’язку;
Деякі реакції окиснення;
Полімеризація і співполімеризація (copolymerization).
Крім того, є ряд реакцій, в яких розривається σ-зв’язок:
Дія дуже сильних окисників (озон, HNO3, CrO3 тощо);
Заміщення в насиченій частині ланцюга алкена за жорстких умов.
І. Реакції приєднання:
1. Гідрогенізація (гідрування) – приєднання Гідрогену:
2. Галогенування (хлорування, бромування, приєднання галогенів).
Якісна реакція на ненасичений зв’язок – знебарвлення бромної води (жовтого кольору) до алкену.
3. Гідрогалогенування – приєднання галогеноводнів, відбувається за правилом Марковнікова:
При приєднанні бінарних агентів HCl, HOCl до ненасиченого зв’язку ненасичена частка прямує до більш гідрогенізованого атома Карбону. Причина напрямку реакції полягає у сумісній дії мезомерного і індукційного ефектів в молекулі алкенів.
4. Гідратація – приєднання води, також іде відповідно до правила Марковнікова:
5. Гіпохлорування:
ІІ. Реакції окиснення.
1. Реакція Вагнера (умови!!!) – дія холодного розведеного розчину калійперманганату на алкен; відбувається знебарвлення рожевого розчину. Якісна реакція на ненасичений зв’язок у молекулах алкенів.
Дія кисню повітря в присутності срібного каталізатора:
2. Озонування:
З того боку зв’язку, де не було атомів Гідрогену, утворюється кетон, а з того, де був атом Гідрогену – альдегід.
3. Дія сильних окисників приводить до повного розриву π- та σ-зв’язків:
Доповнення до реакцій приєднання:
4. Приєднання за Харашем – приєднання галогеноводнів (у присутності пероксидів) до несиметричного подвійного зв’язку, іде проти правила Марковнікова (не за іонним, а за радикальним механізмом), при цьому Гідроген із молекули галогеноводнів прямує до менш гідрогенізованого атома Карбону при подвійному зв’язку:
Реакцію каталізують органічні пероксиди, рідше пероксид водню:
ІІІ. Реакції полімеризації відбуваються з розривом π-зв’язку в низькомолекулярних алкенах і утворенням макромолекулярних полімерів, що складаються з великої кількості елементарних ланок.
Полімеризація – це процес утворення полімеру із мономеру без виділення побічних низькомолекулярних продуктів:
Співполімеризація (кополімеризація) – процес утворення полімеру із двох мономерів без виділення побічних низькомолекулярних продуктів.
Поліконденсація – процес утворення полімеру із мономеру, але він супроводжується виділенням низькомолекулярних, термодинамічно стійких побічних продуктів.
IV. Ізомеризація.
Як правило, відбувається ізомеризація положення подвійного зв’язку в ланцюгу за високих температур за радикальним механізмом.
Практично такий процес використовується дуже рідко.
Примітка! При розв’язуванні задач на добування одного ізомеру з іншого треба використовувати перетворення, які однозначно приводять від одного ізомеру до іншого, а не до суміші можливих ізомерів.
Приклад: Від бутену-1 перейти до бутену-2.
V. Високотемпературне галогенування гомологів етилену.
У разі галогенування за температур порядку 500 – 550°С реакція іде не за іонним механізмом приєднання, а за радикальним механізмом заміщення. При цьому заміщення відбувається в α-положенні до подвійного зв’язку.
