Алкены - это непредельные углеводороды, в молекулах которых содержится одна двойная связь между атомами углерода.
Общая формула алкенов: СnH2n
Гомологический ряд алкенов:
В природе алкены встречаются редко. Обычно газообразные алкены выделяют из газов нефтепереработки, а также из газов коксования угля.
История открытия алкенов.
Впервые этилен был получен в 1669 году немецким химиком и врачом Бехером действием серной кислоты на этиловый спирт. Ученый установил, что его «воздух» более химически активен, чем метан, однако, идентифицировать полученный газ он не смог и названия ему не присвоил.
Вторично и тем же способом «воздух Бехера» был получен и описан голландскими химиками Дейманом, Потс-ван-Трооствиком, Бондом и Лауверенбургом в 1795 году. Они назвали его «маслородным газом» так как при взаимодействии с хлором, он образовывал маслянистую жидкость — дихлорэтан (об этом стало известно позднее) . По-французски «маслородный» — oléfiant. Французский химик Антуан Фуркруа ввёл этот термин в практику, а когда были обнаружены другие углеводороды такого же типа, это название стало общим для всего класса олефинов (или по современной номенклатуре алкенов).
В начале XIX века французский химик Ж. Гей-Люссак обнаружил, что этанол состоит из «маслородного» газа и воды. Этот же газ он обнаружил и в хлористом этиле. В 1828 году Ж. Дюма и П. Буллей предположили, что этилен представляет собой основание, способное давать соли подобно аммиаку. Якоб Берцелиус принял эту идею, назвав соединение «этерином» и обозначив буквой E.
Определив, что этилен состоит из водорода и углерода, долгое время химики не могли вывести его настоящую формулу. В 1848 году Кольбе писал формулу этилена как С4Н4, этого же мнения придерживался и Либих. Ж. Дюма правильно определил состав вещества, но его структура по-прежнему была описана неверно: С2НН3.
В 1862 году немецкий химик-органик Э. Эрленмейер предположил наличие в молекуле этилена двойной связи, а в 1870 году известный российский ученый А. М. Бутлеров признал эту точку зрения правильной, подтвердив её экспериментально.
Номенклатура и изомерия алкенов.
При составлении названий алкенов по международной номенклатуре следует придерживаться следующих правил:
1. Название алкена происходит от названия соответствующего алкана, путём замены суффикса -ан на -ен.
2. В названиях алкенов цифрой отражено положение двойной связи в углеродной цепи.
3. У разветвлённых алкенов главная углеродная цепь должна содержать двойную связь, причём нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, ближе к которому находится двойная связь, например:
Для алкенов характерны изомерия углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая и геометрическая.
Физические свойства алкенов.
По физическим свойствам алкены похожи на алканы. При обычных условиях:
C2H4 — C4H8 — газы
C5H10 — C17H34 — жидкости
C18H36 и далее — твёрдые вещества.
Температура кипения алкенов неразветвлённого строения выше, чем у их изомеров с разветвлённой цепью.
Все алкены бесцветны, жидкие имеют неприятный запах. Алкены практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях.
Химические свойства алкенов.
В первую очередь, самое главное нужно запомнить, для всех алкенов характерны многообразные реакции присоединения, идущие с разрывом двойной связи и превращением ее в простую.
1. Гидрирование (+Н2)
При использование платины и палладия в качестве катализаторов, реакция проходит легко при комнатной температуре. В присутствие никелевой стружки реакция идет при повышенной температуре.
2. Галогенирование (+Hal).
Легче всего проходит реакция взаимодействия алкенов с хлором, труднее всего с иодом. Важно отметить, что реакция взаимодействия алкенов с бромной водой качественная и приводит к обесцвечиванию бромной воды.
3. Гидрогалогенирование (+НHal)
В данном случае легче всего проходит реакция с HI, сложнее всего с HCl. Важно запомнить, что реакция протекает согласно правилу Марковникова: при взаимодействии полярных молекул типа НХ с несимметричными алкенами водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.
4. Гидратация (+Н2О)
Присоединение воды к алкенам приводит к образованию спиртов. Реакция проходит в присутствие таких катализаторов как серная кислота, ортофосфорная кислота, хлористый цинк или некоторые другие. Она так же проходит согласно правилу Марковникова, что дает возможность предсказывать положение гидроксогруппы во вновь образовавшемся спирте.
5. Присоединение концентрированной серной кислоты.
Данная реакция протекает с образованием алкилсерных кислот.
6. Полимеризация алкенов.
Полимеризация — это процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).
7. Каталитическое окисление этилена.
Взаимодействие этилена с кислородом в присутствии солей палладия протекает с образованием этаналя (уксусного альдегида)
Взаимодействие этилена с кислородом в присутствии серебра протекает с образованием эпоксида.
8. Окисление алкенов перманганатом калия в мягких условиях (Реакция Вагнера).
При этом раствор перманганата обесцвечивается. Алкен превращается в двухатомный спирт - гликоль.
9. Окисление алкенов перманганатом калия в жестких условиях.
При жестком окислении происходит полный разрыв двойной связи С=С.
10. Горение (+О2).
Алкены, как и прочие углеводороды, горят в присутствии кислорода с образованием СО2 и Н2О.
11. Изомеризация алкенов.
При нагревании в присутствии катализаторов (Al2O3) алкены вступают в реакцию изомеризации. При этом происходит либо перемещение двойной связи, либо изменение углеродного скелета. Как правило, двойная связь перемещается в центр молекулы. При изомеризации из менее устойчивых алкенов образуются более устойчивые.
Способы получения алкенов.
Реакции получения алкенов по большей части просты.
1. Дегидрирование алканов (-Н2)
2. Крекинг нефтепродуктов.
Крекинг – это реакция разложения алкана с длинной углеродной цепью на алкан и алкен с более короткой углеродной цепью.
3. Дегидрогалогенирование галогеналканов.
Галогеналканы взаимодействуют с щелочами в спиртовом растворе. При этом происходит дегидрогалогенирование – отщепление атомов водорода и галогена от галогеналкана. Данная реакция протекает согласно правилу Зайцева: отщепление атома водорода при дегидрогалогенирование происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.
4. Дегидратация спиртов.
При нагревании спиртов (выше 140 градусов Цельсия) в присутствии водоотнимающих веществ (концентрированная серная кислота, фосфорная кислота и др.) происходит дегидратация.
Дегидратация — это отщепление молекулы воды от молекулы органического вещества.
5 Дегалогенирование дигалогеналканов.
Дигалогеналканы, в молекулах которых два атома галогена расположены у соседних атомов углерода, реагируют с активными металлами с образованием алкенов (как правило, для реакции используют двухвалентные металлы — цинк или магний).
Применение некоторых алкенов.
1. Этилен является одним из ведущих продуктов химического синтеза. Его используют для получения таких продуктов как полиэтилен, стирол, этилбензол, этиленгликоль, дихлорэтан и т.д. Так же его запускают в овощехранилища для ускоренного созревания плодов. Этилен является фитогормоном практически у всех растений, среди прочего отвечает за опадание иголок у хвойных.
2. Пропилен используется в производстве полипропилена, пропиленгликоля, кумола, акриловой и ряда других продуктов.
3. Бутен используется как топливо в составе газовых смесей при газокислородной сварке и резке металлов. Широкое применение в синтезе бутадиена, бутанола, изооктана и полиизобутилена.
4. Гептен используется в качестве добавки в смазочные материалы, как катализатор и как поверхностно-активное вещество.