2. Алкены (олефины)

Определение. Ненасыщенные углеводороды, содержащие одну двойную связь и образующие гомологический ряд общей формулы С_nH_2n .

Номенклатура.

Рациональная номенклатура используется для наименования простых соеди­нений. В основе рационального названия алкенов обычно используют тривиальное на­звание простейшего алкена – этилена и рассматривают как замещенный этилен. Положения радикалов указывают, обозначая С-атомы остатка этилена как «a» и «b». Располо­жение радикалов у двух С-атомов замещенного этилена может быть симметричным (оба радикала связаны с разными атомами углерода) и несимметричным (оба радикала связаны с одним ато­мом углерода).

несимм.-диэтилэтилен симм.-диэтилэтилен a,a-диметил-b-пропилэтилен

(a,a-диэтилэтилен) (a,b-диэтилэтилен)

По номенклатуре IUPAC название алкена происходит от названия соответствующего алкана заменой суффикса «-ан» на «-ен». Положение двойной связи обозначают цифрой, указывающей наименьший номер атома углерода главной цепи, при котором она находится. Двойная связь имеет приоритет перед алкильными группами, галогенами, нитро- и аминогруппами. Аналогично образуют названия циклоалкенов.

СH₃ СH₃ СH₃

_{1 2 3} | _{4 5 6} | ₇ | ₈

СH₃–CH₂–C=CH–CH–CH–CH–CH₃

3,6,7-триметилоктен-3

1-этил-4-изопропилциклогексен-1

Изомерия. Для алкенов характерны следующие виды изомерии:

1. Начиная с бутилена алкены обладают двумя видами структурной изомерии

а) изомерией углеродного скелета:

CH₃

|

CH₂=CH–CH₂–CH₃ CH₂=C–CH₃

бутен-1 2-метилпропен-1

б) изомерией положения двойной связи:

CH₂=CH–CH₂–CH₃ CH₃–CH=CH–CH₃

бутен-1 бутен-2

2. Наличие двойной связи между атомами углерода, находящимися в | |

sp²-гибридизации делает фрагмент –С=С– плоским, вокруг двойной связи нет свободного вращения, отчего у алкенов возможен один из видов пространст-венной изомерии, а именно геометрическая или цис-транс-изомерия.

Цис-изомеры – геометрические изомеры, в которых заместители, образующие главную углеродную цепь в молекуле вещества, расположены по одну сторону относительно двойной связи.

Транс-изомеры – геометрические изомеры, в которых заместители, образующие главную углеродную цепь в молекуле вещества, расположены по разные стороны относительно двойной связи.

цис-гептен-3 транс-2-метилгексен-3

Нередко цис,транс-номенклатура не позволяет однозначно назвать

геометрические изомеры алкенов. Универсальной же является рекомендуемая в настоящее время правилами IUPAC E,Z-номенклатура.

Старшинство групп определяется атомным номером элемента, атом которого связан с С-атомом при двойной связи, а при одном и том же элементе атомными номерами следующих элементов вдоль цепи заместителя ( I > Br > Cl > F > OCH₃ > OH > NH₂ > COOH > CHO > CH₂OH > CN > C₆H₅ > CºCH > CH=CH₂ > CH₂CH₃ > CH₃ > H). Если старшая группа (или атом) при одном винильном атоме углерода находится по одну сторону со старшей группой (или атомом) у другого винильного атома углерода, то это Z-изомер (старшие группы -Вr и -OCH₃), если по разные стороны от плоскости двойной связи, то это Е-изомер. В случае алкенов цис-изомеры являются Z-изомерами, а транс-изомеры - Е-изомерами, так как соответствуют расположению главной цепи по отношению к двойной связи.

Z-изомер Е-изомер

Строение. Атом углерода в этиленовых углеводородах находится в sp²-гибридизиро-ванном состоянии. Три гибридные sp²—орбитали каждого атома углерода (состоящие из одной s- и двух р-орбиталей) участвуют в образовании трех σ-связей: одной с соседним атомом углерода и двух с атомами водорода. Все σ-связи расположены в одной плоскости под углом 120⁰ по отношению друг к другу. При этом у каждого атома углерода остается по одному свободному негибридному р-электрону. Негибридизованные р-орбитали перекрываются в плоскости, перпендикулярной плоскости σ-связи. Связь, образованную за счет такого перекрывания, называют π-связью. Следовательно,

двойная связь между атомами углерода образована и s-, и p-связью. Расстояние между углеродными атомами, связанными двойной связью, равно 0,134 нм.

Рис. 6. σ- и p-связи в молекуле этилена

Наличие в молекуле алкенов двойной связи – отличительная особенность этой группы углеводородов и определяет их поведение в химических реакциях.

Физические свойства. Первые три члена гомологического ряда алкенов – газы, углеводороды от С₄ до С₁₆ – жидкости, высшие алкены – твердые вещества. Алкены нерастворимы в воде и в других полярных растворителях, но растворимы в углеводородах; жидкие алкены имеют неприятный запах, их плотность меньше единицы (см. Табл. 4)..