Сначала изучите: Предельные углеводороды
Алкены (олефины) — непредельные углеводороды, в молекуле которых есть одна двойная связь C=C. π-связь в составе двойной связи слабее σ-связи, а её электроны расположены открыто, поэтому алкены очень активны: они вступают в реакции присоединения, легко окисляются и полимеризуются. Этилен — органическое вещество, которое производят в мире в наибольшем количестве: из него получают полиэтилен, этанол, этиленгликоль, винилхлорид. В этой теме рассматриваются также алкадиены (углеводороды с двумя двойными связями), поскольку из них получают каучук.
Общая формула CₙH₂ₙ (n ≥ 2); M = 14n
Углерод при двойной связи в состоянии sp², валентный угол 120°, фрагмент двойной связи плоский
Двойная связь состоит из двух разных связей: одна — σ-связь (гибридные орбитали перекрываются по оси), другая — π-связь (негибридные p-орбитали перекрываются боковыми частями). Длина связи C=C 0,134 нм — короче одинарной (0,154 нм). Из-за π-связи свободное вращение вокруг двойной связи невозможно, это и является причиной геометрической изомерии.
Гомологический ряд: этилен (этен) C₂H₄, пропилен (пропен) C₃H₆, бутены C₄H₈, пентены C₅H₁₀. При названии суффикс -ан в названии алкана заменяют на -ен, цепь нумеруют с того конца, при котором двойная связь получает наименьший номер: CH₂=CH–CH₂–CH₃ — бутен-1, CH₃–CH=CH–CH₃ — бутен-2.
Физические свойства похожи на свойства алканов: C₂–C₄ — газы, C₅–C₁₇ — жидкости, высшие — твёрдые; в воде растворяются плохо.
У алкенов четыре вида изомерии:
Для геометрической изомерии у каждого атома углерода при двойной связи должны быть два разных заместителя. У пропена CH₂=CH–CH₃ при первом атоме углерода два одинаковых атома H, поэтому цис-транс изомеров нет; у бутена-2 при каждом атоме есть H и CH₃ — изомерия существует. В цис-изомере одинаковые группы находятся по одну сторону двойной связи, в транс-изомере — по разные.
Среди алкенов C₄H₈ 4 изомера: бутен-1, цис-бутен-2, транс-бутен-2, 2-метилпропен
Типичные реакции алкенов — электрофильное присоединение: частица (H⁺, Br⁺) сначала атакует π-электроны, образуется карбокатион, затем присоединяется анион.
Для несимметричных алкенов действует правило Марковникова: атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи, а галоген или OH — к менее гидрогенизированному. Причина — образование более устойчивого (вторичного или третичного) карбокатиона.
CH₂=CH–CH₃ + HBr → CH₃–CHBr–CH₃ (2-бромпропан)
CH₂=CH–CH₃ + H₂O → CH₃–CH(OH)–CH₃ (H⁺, пропанол-2)
В присутствии пероксидов HBr присоединяется против правила (эффект Хараша) — реакция идёт по радикальному механизму и образуется 1-бромпропан.
7 г алкена полностью прореагировали с 16 г брома. Найдите формулу алкена.
Практическое значение: из этилена получают полиэтилен, этанол, этиленгликоль (антифриз), оксид этилена и винилхлорид; из пропилена — полипропилен и пропанол-2. Этилен известен и как растительный гормон — он ускоряет созревание плодов, поэтому на складах недозрелые фрукты обрабатывают этиленом.
Какой алкен при жёстком окислении даёт только уксусную кислоту?
Дегидратация спиртов: C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O (конц. H₂SO₄, t > 140 °C)
Действие спиртового раствора щёлочи на галогеналканы: C₂H₅Br + KOH(спирт) → C₂H₄ + KBr + H₂O
Из вицинальных дигалогеналканов цинком: CH₂Br–CH₂Br + Zn → C₂H₄ + ZnBr₂
В промышленности: дегидрирование и крекинг алканов, неполное гидрирование алкинов
Правило Зайцева: при отщеплении водород уходит от менее гидрогенизированного соседнего атома углерода, то есть образуется более замещённый алкен: из 2-бромбутана получается в основном бутен-2. При температуре ниже 140 °C дегидратация спирта даёт не алкен, а простой эфир.
Общая формула CₙH₂ₙ₋₂ (межклассовые изомеры алкинов); две двойные связи
По расположению двойных связей диены бывают кумулированные (CH₂=C=CH₂, аллен), сопряжённые (бутадиен-1,3 CH₂=CH–CH=CH₂, изопрен — 2-метилбутадиен-1,3) и изолированные. В сопряжённых диенах π-электроны распределены по четырём атомам углерода, поэтому они дают 1,2- и 1,4-присоединение; при 1,4-присоединении двойная связь перемещается в середину цепи. Сопряжённые диены полимеризуются с образованием каучуков: натуральный каучук — полиизопрен, синтетический — полибутадиен. Способ Лебедева:
2C₂H₅OH → C₄H₆ + 2H₂O + H₂ (Al₂O₃, ZnO, 425 °C)
Алкадиен, у которого число атомов H и C различается на 2, пропустили через 150 г 3,2 %-ного раствора брома; дибром- и тетрабромпроизводные получены в равных мольных количествах. Найдите массу алкадиена.