Алкены - электронный учебник k-tree

Экологическое послесловие

Загрязнение атмосферы, почв, водоемов и подземных вод алкенами и способы борьбы с этим аналогичны описанным выше для алканов.

Заслуживает отдельного рассмотрения наиболее широкая область применения алкенов — производство высокомолекулярных соединений (ВМС), которая имеет два аспекта: собственно производство и утилизация использованных изделий из ВМС.

Производство ВМС, особенно крупное, является, несомненно, «грязным». Основные загрязнения связаны с выбросом в атмосферу легколетучих неорганических и органических соединений, таких, как хлористый водород, фтористый водород, хлор, фтор, аммиак, синильная кислота, этилен, пропилен, бутилены, хлористый винил и др., которые, являясь ядовитыми, губительно сказываются на человеке, растительном и животном мире на значительных территориях вокруг такого производства.

Не менее острой для таких заводов является проблема утилизации промышленных стоков. Известные решения проблемы очистки таких стоков значительно удорожают строительство, и зачастую ее решают закачкой стоков в подземные горизонты. Однако загрязнение подземных вод приводит к загрязнению питьевой воды и воды для хозяйственных нужд.

Именно таким бумерангом обернулось для города Томска строительство химического комбината по производству полиэтилена и других органических продуктов.

В связи с этим понятно желание развитых стран размещать «грязные» крупнотоннажные производства за пределами своих границ. Проект строительства целого ряда крупных заводов по производству ВМС на территории Тюменской области в Российской Федерации — из этого ряда. Очевидна необходимость в таких случаях тщательной экологической экспертизы проектов, особенно технологий утилизации промышленных стоков.

Вторая проблема, связанная с утилизацией использованных изделий из ВМС, становится все более актуальной в связи с резким расширением применения человеком пластических масс и синтетических волокон во второй половине XX века. Масштабы этого явления хорошо известны жителям морских побережий, даже таких отдаленных, как Курильские острова, полярные районы Сибири, Дальнего Востока.

Острота проблемы связана с тем, что изделия из ВМС являются долговечными, слабо подвергаются разрушению кислородом и биодеградации.

В настоящее время используют в основном два варианта утилизации изделий из ВМС:

Путем сбора и сортировки такие изделия подвергают вторичной переработке и применению.
Твердые отходы обычно сжигают.

Оба метода имеют свои ограничения. К сожалению, не все ВМС могут быть подвергнуты вторичной переработке, а массовый сбор использованных изделий из ВМС трудно организовать как по экономическим соображениям, так и в связи с недостаточной экологической культурой населения.

Сжигание изделий из ВМС также имеет свои отрицательные моменты, связанные с выделением диоксида углерода и деполимеризацией, образованием при воздействии высоких температур первичных и вторичных токсичных продуктов, таких, как хлористый водород, фтористый водород, аммиак, оксиды азота, серы, хлористый винил, стирол, диоксин и др.

По этим причинам актуальной становится проблема получения ВМС и изделий из них нового поколения с заданным сроком эксплуатации, подверженных биодеградации.

Страницы

Главная страница
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ
1.1 Важнейшие классы неорганических веществ
2.1 Вещества. Атомы
2.2 Размеры атомов
2.3 Молекулы. Химические формулы
2.4 Простые и сложные вещества
2.5 Валентность элементов
2.6 Моль. Молярная масса
2.7 Закон Авогадро
2.8 Закон сохранения массы веществ
2.9 Вывод химических формул
3.1 Строение атома. Химическая связь
3.2 Строение атома
3.4 Строение электронной оболочки атома
3.5 Периодическая система химических элементов
3.6 Зависимость свойств элементов
3.7 Химическая связь и строение вещества
3.8 Гибридизация орбиталей
3.9 Донорно-акцепторный механизм образования
3.10 Степени окисления элементов
4.1 Классификация химических реакций
4.2 Тепловые эффекты реакций
4.3 Скорость химических реакций
4.4 Необратимые и обратимые реакции
4.5 Общая классификация химических реакций
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
5.1 Растворы. Электролитическая диссоциация
5.2 Количественная характеристика состава растворов
5.3 Электролитическая диссоциация
5.4 Диссоциация кислот, оснований и солей
5.5 Диссоциация воды
5.6 Реакции обмена в водных растворах электролитов
5.7 Гидролиз солей
6.1 Важнейшие классы неорганических веществ
6.2 Кислоты, их свойства и получение
6.3 Амфотерные гидроксиды
6.4 Соли, их свойства и получение
6.5 Генетическая связь между важнейшими классами
6.6 Понятие о двойных солях
7.1 Металлы и их соединения
7.2 Электролиз
7.3 Общая характеристика металлов
7.4 Металлы главных подгрупп I и II групп
7.5 Алюминий
7.6 Железо
7.7 Хром
7.8 Важнейшие соединения марганца и меди
8.1 Неметаллы и их неорганические соединения
8.2 Водород, его получение
8.3 Галогены. Хлор
8.4 Халькогены. Кислород
8.5 Сера и ее важнейшие соединения
8.6 Азот. Аммиак. Соли аммония
8.7 Оксиды азота. Азотная кислота
8.8 Фосфор и его соединения
8.9 Углерод и его важнейшие соединения
8.10 Кремний и его важнейшие соединения
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
9.1 Основные положения органической химии. Углеводороды
9.2 Электронные эффекты заместителей в органических соединениях
9.3 Предельные углеводороды (алканы)
9.3.1 Насыщенные УВ. Метан
9.4 Понятие о циклоалканах
9.5 Непредельные углеводороды
9.6 Диеновые углеводороды (алкадиены)
9.7 Алкины
9.8 Ароматические углеводороды
9.9 Природные источники углеводородов
10.1 Кислородсодержащие органические соединения
10.2 Фенолы
10.3 Альдегиды
10.4 Карбоновые кислоты
10.5 Сложные эфиры. Жиры
10.6 Понятие о поверхностно-активных веществах
10.7 Углеводы
11.1 Амины. Аминокислоты
11.2 Белки
11.3 Понятие о гетероциклических соединениях
11.4 Нуклеиновые кислоты
12.1 Высокомолекулярные соединения
12.2 Синтетические волокна

Получение алкенов

В промцелях алкены получают путём крекинга (сложные молекулы разбиваются на более простые) углеводородов. Основным сырьём являются компоненты природного газового конденсата — этан и пропан. Алканы распадаются при высоких температурах в присутствии цеолитного катализатора. Смесь затем разделяется путём фракционной перегонки. Такой метод используется в основном для получения небольших алкенов, содержащих до шести атомов углерода.

Одним из основных способов синтеза алкенов в лабораторных условиях является удаление в помещении алкилгалогенидов, спиртов и подобных соединений. Самой распространённой считается бета-элиминация по механизму Е2 или Е1. Ещё один метод получения алкеновых соединений включает построение новой углерод-углеродной связи путём сочетания карбонильного соединения (альдегид или кетон) с карбанионным эквивалентом. Такие реакции иногда называют олифенациями. Наиболее известным из этих методов является реакция Виттига.

Алкены могут быть получены путём обмена с другими алкеновыми соединениями в реакции, известной как метатезис олефина. Катализируемое переходным металлом гидровинилирование является ещё одним важным процессом синтеза. Как правило, это включает добавление водорода и винильной группы (или алкенильной) через двойную связь. В настоящее время такую реакцию проводят с помощью таких катализаторов, как железо, кобальт и палладий.

Что такое алкены

Алкены представляют собой непредельные, или ненасыщенные, нециклические углеводороды с молекулами, имеющими единственную двойную связь между углеродными атомами С=С.

Благодаря такому строению, вещества приобретают уникальные свойства. Их почти невозможно найти в природном мире. Наиболее простым представителем алкенов является этилен (С2Н4). Данное органическое соединение играет роль гормона для растительных организмов и формируется в них в малых количествах.

В природе встречается мускалур, который также является алкеном. Другое название цис-трикозен-9. Это половой аттрактант самки домашней мухи под названием Musca domestica.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Если низшие алкены представлены в достаточно большом содержании, то они могут оказывать наркотическое действие. Высшие алкены способны приводить к таким неприятным последствиям, как судороги, оказывают раздражающий эффект на оболочки слизистых, которыми покрыты дыхательные пути.

Наибольшее распространение получили такие алкены, как:

Этилен. Способен вызывать наркоз. Вещество характеризуется раздражающим и мутагенным эффектом.
Пропилен. Также обладает свойством вызывать наркоз, по эффективности является более сильным по сравнению с этиленом. Соединение обладает общетоксическим и мутагенным действием.
Бутен-2. Имеет способность вызывать наркоз и раздражение.

Алкены высоко ценятся в промышленности в качестве сырья для производства химикатов и продукции разного целевого назначения. Например, из этилена изготавливают химические соединения:

винилхлорид;
стирол;
этиленгликоль;
этиленоксид;
этаноламины;
этанол;
диоксан;
дихлорэтан;
уксусный альдегид;
уксусная кислота.

Путем полимеризации этилена, а также его прямых производных, синтезируют следующие виды химической продукции:

полиэтилен;
поливинилацетат;
поливинилхлорид;
каучуки;
смазочные масла.

В современной промышленности применяют попилен. Из данного соединения производят в большей степени полипропилен. Другими продуктами производства являются:

кумол;
окись пропилена;
акрилонитрил;
изопропанол;
глицерин;
масляный альдегид.

Другие алкены также обладают большой ценностью для промышленного сектора. К примеру, из бутиленов производят:

бутадиен;
изопрен;
полиизобутилен;
бутилкаучук;
метилэтилкетон.

Изобутилен используют в качестве сырья в синтезе бутилкаучука, изопрена, трет-бутанола. Соединение необходимо для алкилирования фенолов, что является неотъемлемым этапом синтеза ПАВ. Сополимеры данного вещества с бутенами играют роль модификаторов в процессе изготовления масел и герметизирующих составов. С помощью высших алкенов С10−С18 синтезируют ПАВ и получают высшие спирты.

41.170. Углеводороды – алканы, алкены, циклоалканы

Алканы и циклоалканы

Алканы (предельные или насыщенные углеводороды, парафины) — углеводороды, атомы углерода в которых соединены простыми связями. Общая формула: CnH2n+2. Соотношение числа атомов водорода и углерода в молекулах алканов максимально по сравнению с молекулами углеводородов других классов.

Алканы	Ряд метана
Формула	Название
СН₄	Метан
С₂Н₆	Этан
С₃Н₈	Пропан
С₄Н₁₀	Бутан
С₅Н₁₂	Пентан
С₆Н₁₄	Гексан
С₇Н₁₆	Гептан
С₈Н₁₈	Октан
С₉Н₂₀	Нонан
С₁₀Н₂₂	Декан

Таблица изомеров и название радикалов

При замыкании углеводородной цепи в цикл с потерей двух атомов водорода образуются моноциклоалканы с общей формулой CnH2n. Циклизация начинается с C3, названия образуются от Cn с префиксом цикло–:

Изомерия алканов и циклоалканов:

1. Углеродного скелета

Пространственные изомеры могут быть у циклоалканов:

Конформеры находятся в динамическом равновесии и превращаются друг в друга через нестабильные формы. Неустойчивость плоских циклов вызвана значительной деформацией валентных углов. При сохранении тетраэдрических валентных углов для циклогексана C6H12 возможны две устойчивые конформации: в форме кресла и в форме ванны:

Химические cвойства алканов

1. Галогенирование:

СH4+Cl2=CH3Cl+HCl

2. Нитрование:

3. Реакции горения:

С5H12+8O2=5CO2+6H2O

4. Сульфохлорирование:

CH3(CH2)10CH3+SO2+Cl2→CH3(CH2)10CH2- SO2Cl+HCl

CH3(CH2)10CH2- SO2Cl+2NaOH→CH3(CH2)10- CH2SO3Na+NaCl

Это свойство используется при получении синтетических моющих средств.

Химические свойства циклоалканов

Наиболее устойчивыми являются 6-членные циклы, в которых отсутствуют угловое и другие виды напряжения.

1. Малые циклы (С3 — С4) довольно легко вступают в реакции гидрирования: 

Циклопропан и его производные присоединяют галогены и галогеноводороды:

В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения.

2. Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования, окисления в присутствии катализатора и др. 

3. Окисление циклоалканов (циклогексан).

Столь резкое отличие в свойствах циклоалканов в зависимости от размеров цикла приводит к необходимости рассматривать не общий гомологический ряд циклоалканов, а отдельные их ряды по размерам цикла. Например, в гомологический ряд циклопропана входят: циклопропан С3Н6, метилциклопропан С4Н8, этилциклопропан С5Н10 и т.д.

Алкены

Алке́ны (олефины, этиленовые углеводороды) — ациклические непредельные углеводороды, содержащие одну двойную связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n.

Алкены	Ряд этилена
Формула	Название
С₂Н₄	Этен
С₃Н₆	Пропен
С₄Н₈	Бутен
С₅Н₁₀	Пентен
С₆Н₁₂	Гексен
С₇Н₁₄	Гептен
С₈Н₁₆	Октен
С₉Н₁₈	Нонен
С₁₀Н₂₀	Декен

Виды изомерии:

Помимо изомерии, связанной со строением углеродной цепи, в ряду олефинов наблюдается изомерия положения двойной связи. Кроме того, у олефинов имеет место пространственная (геометрическая) или цис-транс-изомерия.

Для изучения материала по названному виду изомерии необходимо просмотреть анимационный фильм “Цис-транс-изомерия в ряду алкенов”

Обращаем внимание на то, что текст, сопровождающий этот фильм. в полном объеме перенесен в данный подраздел и ниже следует

Цис-транс-изомерия в ряду алкенов

Наряду с изомерией, связанной со строением углеродного скелета и положением двойной связи, в ряду алкенов имеет место геометрическая или цис-транс-изомерия. Ее существование обусловлено отсутствием свободного вращения атомов, связанных двойной связью.

Метильные группы в приведенных примерах могут располагаться как по одну сторону двойной связи (такой изомер называется цис-изомером), так и по разные стороны (такой изомер называется транс-изомером). Названия упомянутых изомеров происходят от латинского cis — на этой стороне и trans- через, на другой стороне. Превращение изомеров друг в друга невозможно без разрыва двойной связи”.

Химические свойства алкенов:

1. Присоединение галогенов.

CH2=CH-CH3+Cl2→CH2Cl-CHCl-CH3

2. Присоединение водорода.

CH2 = CH-CH3+Н2→CH3-CH2-CH3

3. Присоединение галогенводородов.

CH2 = CH-CH3+НCl→CH3-CHCl-CH3

Присоединение протекает по правилу Марковникова (водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода).

4. Присоединение воды.

5. Окисление перманганатом калия в нейтральной или слабощелочной среде (реакция Вагнера).

6. Полимеризация алкенов.

Прочитано
Отметь, если полностью прочитал текст

Получение и применение алкенов

Главный промышленный источник алкенов — природный газ, нефть и продукты их переработки (например, продукты крекинга).

Основным способом получения алкенов является реакция отщепления. В этом случае от двух соседних атомов углерода отщепляется по одному атому или группе:

В лаборатории алкены можно получить реакцией дегидратации (отщепления воды) спиртов. Эта реакция происходит при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты:

Упражнение 19.4. Какую молекулу нужно отщепить от хлорэтана, чтобы получить алкен?

Решение. Сравним состав хлорэтана и этилена:

Эта реакция происходит под действием спиртового раствора щёлочи. Уравнение этого процесса записывается так:

Вопрос. Какую молекулу нужно отщепить от 1,2-дихлорэтана для получения этилена?

Алкены легко вступают в химические реакции, поэтому они применяются для получения различных веществ: спиртов, растворителей, полимеров. Например, из этилена получают этиловый спирт, растворители (хлорэтан и дихлорэтан), полиэтилен.

Задание 19.7. Составьте уравнения реакций получения перечисленных веществ.

Плёнки полиэтилена находят большое применение не только для хранения пищевых продуктов: ими устилают дно каналов, чтобы уменьшить потери влаги; полиэтиленовую пленку используют для устройства парников; ею оборачивают трубы, чтобы уменьшить потери от коррозии и т. д.

Полимеризация алкенов

Особым случаем реакции присоединения является реакция полимеризации алкенов и их производных. Эта реакция может протекать по механизму свободнорадикального присоединения, например:

Радикальную полимеризацию проводят в присутствии инициаторов — пероксидных соединений, которые являются источником свободных радикалов. Пероксидными соединениями называют вещества, молекулы которых включают группу —О—О—. Простейшим пероксидным соединением является пероксид водорода Н — О — О — Н .

При температуре 100 °С и давлении 100 МПа происходит гомолиз неустойчивой кислород-кислородной связи и образование радикалов — инициаторов полимеризации.

Под действием радикалов RO- происходит инициирование полимеризации, которая развивается как реакция свободнорадикального присоединения.

В общем виде уравнение развития цепи можно записать следующим образом:

Рост цепи прекращается, когда в реакционной смеси происходит рекомбинация радикалов — полимерной цепи и радикалов RO• или ROCH₂CH₂•.

Реакции свободнорадикальной полимеризации веществ, содержащих двойную связь, используют для получения различных высокомолекулярных соединений:

Использование в качестве исходных веществ различных органических соединений, содержащих непредельный фрагмент —СН=СН₂ (эту группу называют винил), даёт возможность синтезировать богатый ассортимент полимерных материалов с заданным набором полезных свойств:

Все эти полимерные соединения находят широкое применение в самых разных областях человеческой деятельности (промышленности, медицине), используются для изготовления оборудования биохимических лабораторий, некоторые являются полупродуктами для синтеза других высокомолекулярных соединений (рис. 17).

Химические свойства

Алкены – активные вещества. Они реагируют:

с водородом:
CH₃-СН₂-СН=СН₂ + Н₂ → CH₃-CH₂-СН₂-СН₃;
с галогенами:
СН₂=СН₂ + Cl₂ → Cl-CH₂-CH₂-Cl;
с галогеноводородами:
СН₂=СН₂ + HCl → CH₃-CH₂-Cl;
с водой:
СН₂=СН₂ + H₂O → CH₃-CH₂OH;
с кислородом:
СН₂=СН₂ + 3O₂ → 2CO₂↑ + 2H₂O.

Рис. 3. Горение этилена.

Алкены способны образовывать полимеры. Реакция полимеризации протекает в присутствии катализатора под действием давления и высокой температуры. Полимеризация помогает получить прочные материалы: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид.

Что мы узнали?

Из темы урока узнали, что такое алкены. Это класс органических веществ, содержащий одну двойную связь между атомами углерода. Названия алкенов образуются путём присоединения суффикса «-ен». В зависимости от количества атомов углерода алкены могут находиться в газообразном, жидком или твёрдом состоянии. Алкены получают искусственными путями, т.к. в природе вещества практически не встречаются. Это активные соединения, вступающие в реакции с неорганическими веществами.

/10

Вопрос 1 из 10

Химические свойства алкенов

Реакции присоединения. Напомним, что отличительной чертой представителей непредельных углеводородов — алкенов является способность вступать в реакции присоединения. Большинство этих реакций протекает по механизму электрофильного присоединения.

1. Гидрирование алкенов. Алкены способны присоединять водород в присутствии катализаторов гидрирования, металлов — платины, палладия, никеля:

Эта реакция протекает при атмосферном и повышенном давлении и не требует высокой температуры, т. к. является экзотермической. При повышении температуры на тех же катализаторах может пойти обратная реакция — дегидрирование.

2. Галогенирование (присоединение галогенов). Взаимодействие алкена с бромной водой или раствором брома в органическом растворителе (CCl₄) приводит к быстрому обесцвечиванию этих растворов в результате присоединения молекулы галогена к алкену и образования дигалогеналканов:

3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода).

Эта реакция подчиняется правилу Марковникова:

При присоединении галогеноводорода к алкену водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, т. е. атому, при котором находится больше атомов водорода, а галоген — к менее гидрированному.

4. Гидратация (присоединение воды). Гидратация алкенов приводит к образованию спиртов. Например, присоединение воды к этену лежит в основе одного из промышленных способов получения этилового спирта:

Обратите внимание на то, что первичный спирт (с гидроксогруппой при первичном углероде) образуется только при гидратации этена. При гидратации пропена или других алкенов образуются вторичные спирты

Эта реакция протекает также в соответствии с правилом Марковникова — катион водорода присоединяется к более гидрированному атому углерода, а гидроксогруппа — к менее гидрированному.

5. Полимеризация. Особым случаем присоединения является реакция полимеризации алкенов:

Эта реакция присоединения протекает по свободнорадикальному механизму.

Реакции окисления.

1. Горение. Как и любые органические соединения, алкены горят в кислороде с образованием СО₂и Н₂О:

2. Окисление в растворах. В отличие от алканов алкены легко окисляются под действием растворов перманганата калия. В нейтральных или щелочных растворах происходит окисление алкенов до диолов (двухатомных спиртов), причем гидроксильные группы присоединяются к тем атомам, между которыми до окисления существовала двойная связь:

Изомерия и номенклатура углеводородов ряда алкенов

Все алкены, кроме самого простого в ряду – этилена, – обладают свойством изомерии, то есть при одинаковом атомном составе их молекулы могут быть построены по-разному, что обусловливает различие в свойствах. У алкенов существует несколько видов изомерии, так как наличие двойной связи позволяет реализовать значительное количество вариантов строения. Так, уже у бутена насчитывается шесть изомеров. Число изомерных форм возрастает по мере увеличения количества углеродных атомов в цепи.

Структурная изомерия

Алкенам свойственны следующие разновидности изомерии:

Изомерия углеродного скелета связана с ветвлением молекулы и начинается с бутена:

Изомерия положения кратной (двойной) связи в молекуле также появляется у бутена:

Межклассовая изомерия у алкенов возникает с предельными циклическими углеводородами – циклоалканами. Она начинается с пропена, который изомерен циклопропану:

Бутен имеет следующие циклические изомеры:

Далее по гомологическому ряду наблюдается увеличение структурного разнообразия молекул и рост количества изомеров.

Пространственная изомерия

Для алкенов наличие π-связи приводит к невозможности вращения без разрыва двойной связи. В случаях, когда соединенные через нее атомы углерода присоединяют разные заместители, возникают геометрические изомеры, различающиеся порядком заместителей по отношению к π-связи.

В цис-изомерах (от лат. cis «по эту сторону») аналогичные радикалы размещены по одну сторону от плоскости связей σ – π, в транс-изомерах (от лат. trans «через») – по разные стороны:

Номенклатура алкенов

Согласно правилам, наименования оканчиваются суффиксом «-ен» и, начиная с четвертого члена ряда, основываются на греческих числительных и показывают, сколько атомов углерода насчитывается в цепи. Некоторые алкены имеют тривиальные наименования, которые представлены в таблице гомологического ряда алкенов:

Наименования составляются по следующим правилам:

Найти в молекуле самую протяженную цепь, включающую связь σ – π;
Нумерацию вести с ближайшего к двойной связи конца;
Указать место двойной связи после наименования;
Положение радикалов указывается в начале названия по порядку нумерации атомов углерода аналогично номенклатуре алканов.

Примеры:

Если связь C=C в середине молекулы, нумерацию ведут с ближайшего к радикалам конца:

Номенклатура

Названия алкенов в гомологическом ряду соответствуют названиям алканов, но суффикс «-ан» заменён на «-ен». Названия и формулы веществ приведены в таблице алкенов.

Название	Формула
Этен (этилен)	C₂H₄
Пропен (пропилен)	C₃H₆
Бутен (бутилен)	C₄H₈
Пентен	C₅H₁₀
Гексен	C₆H₁₂
Гептен	C₇H₁₄
Октен	C₈H₁₆
Нонен	C₉H₁₈
Децен	C₁₀H₂₀

Название может содержать две цифры. В начале названия цифра указывает на расположение заместителей (в формуле записывается в скобках). Вторая цифра, стоящая в конце названия, указывает положение двойной связи. Нумерация атомов начинается с конца, к которому ближе расположена двойная связь. Например, название «5-метилгексен-2» указывает, что к пятому атому гексена присоединён метил, а двойная связь находится между вторым и третьим атомом.

Рис. 2. Примеры записи структурных формул алкенов.

Алкены, кроме этилена, имеют изомеры. Пропилену свойственна межклассовая изомерия. Его единственным изомером является циклопропан (C₃H₆). Изменения углеродного скелета и положения двойной связи, а также структурная изомерия характерны веществам, начиная с бутилена (бутен-1, бутен-2, изобутилен, цис-бутен-2, транс-бутен-2).

Гомологический ряд алкенов

Первые три члена гомологического ряда алкенов газы, с C₅H₁₀ до C₁₇H₃₄ – жидкости, с C₁₈H₃₆ – твердые вещества. Жидкие и твердые алкены практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях.

В соответствии с правилами ИЮПАК, в названии гомологов ряда алкенов используется суффикс -ен. Положение двойной связи указывается с помощью цифры, обозначающей месторасположение связи. Цифра проставляется после названия основной цепи через дефис. Нумерация атомов в молекуле алкена начинается с того конца, к которому ближе связь, например, алкен, отвечающий формуле CH₃−CH₂−CH=CH−CH₃ следует называть пентен-2, поскольку связь начинается у второго атома углерода, начиная с конца цепи.

Неразветвленные алкены составляют гомологический ряд этена (этилена): С₂Н₄ — этен, С₃Н₆ — пропен, C₄H₈ — бутен, С₅Н₁₀ — пентен, С₆Н₁₂ — гексен и т. д.

Окисление

Вы уже знаете, что в нейтральных или слабощелочных растворах происходит окисление алкенов до диолов (двухатомных спиртов). В кислой среде (подкисленный серной кислотой раствор) происходит полное разрушение двойной связи и превращение атомов углерода, между которыми существовала двойная связь, в атомы углерода карбоксильной группы:

Деструктивное окисление алкенов можно применять для определения их структуры. Так, например, если при окислении некоторого алкена получены уксусная и пропионовая кислоты, это означает, что окислению подвергся пентен-2, а если получены масляная (бутановая) кислота и углекислый газ, то исходный углеводород — пентен-1.

Физические и химические свойства алкенов

Физические свойства алкенов:

Алкены характеризуются химической активностью. Химические свойства в большей степени определяются наличием двойной связи в молекулах алкенов.

Процесс электрофильного присоединения галогеноводородов к алкенам протекает в соответствии с правилом Марковникова: водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода (к тому атому углерода, с которым связано больше атомов водорода). К примеру, Присоединение HBr:

С другой стороны, если процесс проводят в присутствии перекисей ROOR, это правило нарушается, что называют эффектом Хараша (в данных условиях преобладает радикальный механизм):

Галогены присоединяются к алкенам даже в условиях комнатной температуры в растворе. Роль растворителей играют вода, . Качественная реакция на двойную связь протекает при взаимодействии бромной воды с алкенами, в результате чего красно-бурый раствор бромной воды теряет окраску.

Бромирование пропилена сопровождается образованием 1,2-дибромпропана, а хлорирование приводит к получению 1,2-дихлорпропана:

При гидрировании алкенов с помощью водорода требуется наличие катализатора. Роль гетерогенных катализаторов гидрирования играют металлы, способные поглощать водород:

платина;
палладий;
никель.

Образование бутана при гидрировании бутена-2:

Алкены способны присоединять галогеноводороды. Процесс протекает согласно механизму электрофильного присоединения, что сопровождается образованием галогенопроизводного алкана.

Образование бромэтана при реакции этилена с бромоводородом:

Алкены вступают в реакции полимеризации. При этом процесс протекает по свободнорадикальному или ионному механизму.

В данной реакции роль катализаторов играют пероксиды. В том случае, когда полимеризация осуществляется, согласно ионному механизму, в качестве катализаторов применяют кислоты (катионная полимеризация), металлорганические соединения (катализаторы Циглера-Натта, анионная полимеризация).

Процесс окисления алкенов определяется условиями и видами окислительных реагентов. При этом двойная связь разрывается, но может сохраняться углеродный скелет.

На начальной стадии алкен присоединяет оксид осмия. На следующем этапе сформированный комплекс превращается в диол (Реакция Криге) под влиянием восстановителя .

Так как алкены являются углеводородами, они горят в кислородной среде с образованием углекислого газа и воды.

Данный процесс является радикальным. Реакция реализуется так же, как хлорирование алканов.

Если алкены нагревают в присутствии катализаторов , то протекает реакция изомеризации. В процессе двойные связи перемещаются, либо изменяется строение углеродного скелета. Изомеризация приводит к формированию более устойчивых алкенов из менее устойчивых. В распространенных случаях двойная связь перемещается в центр молекулы (такие соединения более устойчивы).

Образование бутена-2 или 2-метилпропена в процессе изомеризации бутена-1:

Понятие об алкадиенах (диены)

Алкадиены — это углеводороды, в молекулах которых есть две двойные связи.

Алкадиены относят к группе непредельных ненасыщенных углеводородов.

Для того чтобы вывести общую формулу гомологического ряда алкадиенов, сравним состав алканов и алкадиенов:

Таким образом, алкадиены образуют гомологический ряд, общая формула которого

Первый член гомологического ряда алкадиенов С₃Н₄ называется пропадиен. Таким образом, названия составляют, используя те же принципы номенклатуры IUPAC, с использованием суффикса диен.

Вопрос. На что указывает этот суффикс?

Некоторые диены (так кратко обозначают представителей этого гомологического ряда) имеют тривиальные названия. Например, бутадиен-1,3 известен под названием дивинил, поскольку каждая его половинка является непредельным радикалом, который называется «винил»:

Его гомолог — 2-метилбутадиен-1,3 называется изопрен.

Задание 19.8. Составьте графическую формулу этого соединения.

Начиная с n = 4, возникает изомерия, которая связана не только со строением углеродной цепи, но и положением кратных связей. По этому признаку различают:

диены с кумулированными связями С–С–С=С=С;
диены с сопряжёнными связями С–С=С–С=С;
диены с изолированными связями С=С–С–С=С.

Наибольшее значение и применение имеют диены с сопряжёнными связями. Рассмотрим их свойства.

Для алкадиенов, как и для алкенов, характерны реакции присоединения, которые идут в две стадии. Но диены с сопряжёнными связями вначале присоединяют бром (или другое вещество) в положение 1,4:

Образовавшиеся «свободные валентности» замыкаются, образуя двойную связь.

Вопрос. Возможна ли для полученного соединения реакция присоединения?

Поскольку полученное вещество содержит двойную связь, возможна вторая стадия этого процесса:

Установлено, что на первой стадии присоединения образуется 2 изомера: 80 % указанного вещества (1,4-дибромбутен-2) и 20 % 3,4-дибромбутена-1*.

Задание 19.9. Составьте формулы обоих соединений.

Большое практическое значение имеет процесс полимеризации сопряжённых диенов. Вначале, как в случае бромирования, возникает двойная связь в положении 2,3:

Поскольку в полученном полимере имеется двойная связь, такие полимеры имеют два изомера: цис- и транс- (см. урок 19.1). Цис-изомеры таких полимеров являются эластичными и называются каучуки.

Каучуки — это эластичные полимеры, из которых получают резину. Резина образуется из каучука в результате вулканизации. Дело в том, что чистый каучук имеет крайне низкие эксплуатационные качества. Он становится твёрдым и хрупким на морозе, липким на жаре, быстро окисляется, крайне непрочен.

Бутадиен получают синтезом Лебедева**, который заключается в том, что этиловый спирт в присутствии определённых катализаторов подвергают одновременно дегидрированию и дегидратации:

Для алкадиенов, так же как и для алкенов, характерна реакция окисления. Например, они обесцвечивают раствор перманганата калия. При этом образуются многоатомные спирты.

Производные изопрена широко распространены в природе. К ним относятся многие душистые вещества (мяты, лимона), витамины (каротин, витамин А), а также холестерин.