Алкены. Непредельные углеводороды ряда этилена

Понятие об алкенах
Алкены – углеводороды, содержащие в молекуле одну двойную связь между атомами углерода, а качественный и количественный состав выражается общей формулой СnН2n, где n ≥ 2.
Алкены относятся к непредельным углеводородам, так как их молекулы содержат меньшее число атомов водорода, чем насыщенные.

Гомологический ряд алкенов
Этен
Пропен
Бутен
Пентен
Гексен
Гептен
C2H4
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12
C7H14
Общая формула СnН2n

Изомерия алкенов
Для алкенов возможны два типа изомерии:
1-ый тип – структурная изомерия:
углеродного скелета
положения двойной связи
межклассовая
2-ой тип – пространственная изомерия:
геометрическая

Примеры изомеров углеродного скелета (С5Н10)
1 2 3 4 1 2 3 4 СН2 = С – СН2 – СН3 СН2 = СН – СН – СН3
СН3 СН3
2-метилбутен-1 3-метилбутен-1
1 2 3 4
СН3 – С = СН – СН3
СН3 2-метилбутен-2

Примеры изомеров положения двойной связи ( С5Н10)
1 2 3 4 5 СН2 = СН – СН2 – СН2 – СН3
пентен-1
1 2 3 4 5
СН3 – СН = СН – СН2 – СН3
пентен-2

Пространственная изомерия (С4Н8)
Для алкенов возможна пространственная изомерия, поскольку вращение относительно двойной связи, в отличии от одинарной невозможно.
1 4 1
Н
2 3 2 3
С = С С = С
4
Н Н Н Цис-бутен-2 Транс-бутен-2
Н3С
СН3
Н3С
СН3

Геометрические изомеры бутена
Цис-изомер
Транс-изомер

Примеры:
4- этилоктен -2
СН3- СН2- СН - СН=СН2
СН3
СН3- СН= СН - СН - СН2 - СН3
СН2- СН2- СН2- СН3
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
3- метилпентен -1

Физические свойства алкенов
Алкены плохо растворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.
С2– С4 - газы
С5– С16 - жидкости
С17… - твёрдые вещества
С увеличением молекулярной массы алкенов, в гомологическом ряду, повышаются температуры кипения и плавления, увеличивается плотность веществ.

Химические свойства алкенов
По химическим свойствам алкены резко отличаются от алканов. Алкены более химически активные вещества, что обусловлено наличием двойной связи, состоящей из σ- и π-связей. Алкены способны присоединять два одновалентных атома или радикала за счёт разрыва π-связи, как менее прочной.

Типы химических реакций, которые характерны для алкенов
Реакции присоединения.
Реакции полимеризации.
Реакции окисления.

Реакции присоединения
1. Гидрирование.
CН2 = СН2 + Н2 СН3 – СН3
Этен этан
Условия реакции: катализатор – Ni, Pt, Pd
2. Галогенирование.
1 2 3
CН2 = СН – СН3 + Сl – Сl СН2 – СН – СН3
пропен
Cl Cl
1,2-дихлорпропан
Реакция идёт при обычных условиях.

Реакции присоединения
3. Гидрогалогенирование.
1 2 3 4 1 2 3 4
СН2 = СН – СН2 – СН3 + Н – Сl CН3 – СН – СН2 – СН3
Бутен-1 Cl
2-хлорбутан
4. Гидратация.
1 2 3 1 2 3
CН2 = СН – СН3 + Н – ОН СН3 – СН – СН3
пропен
ОН
пропанол-2
Условия реакции: катализатор – серная кислота, температура.
Присоединение молекул галогеноводородов и воды к молекулам алкенов происходит в соответствии с правилом В.В. Марковникова.

Гидрогалогенирование гомологов этилена
Правило
В.В. Марковникова
Атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи, а атом галогена или гидроксогруппа – к наименее гидрированному.

Реакции полимеризации
(свободно-радикальное присоединение)
Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные. σ σ σ
СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + …
π π π
σ σ σ
– СН2 – СН2 – + – СН2 – СН2 – + – СН2 – СН2 –
… – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – …
Сокращённо уравнение этой реакции записывается так:
n СН2 = СН2 (– СН2 – СН2 –)n
Этен полиэтилен
Условия реакции: повышенная температура, давление, катализатор.

Возможные продукты окисления алкенов
эпоксиды
диолы
альдегиды
или кетоны
кислоты

Реакции окисления
Реакция Вагнера. (Мягкое окисление раствором перманганата калия).
3СН2 = СН2 + 2КМnО4 + 4Н2О
3СН2 - СН2 + 2МnО2 + 2КОН
ОН ОН
Или
С2Н4 + (О) + Н2О С2Н4(ОН)2
этандиол
этен

Реакции окисления
3. Каталитическое окисление.
а) 2СН2 = СН2 + (О) 2СН3 – CОН этен уксусный альдегид
Условия реакции: катализатор – влажная смесь двух солей PdCl2 и CuCl2.
б) 2СН2 = СН2 + (О) 2СН2 СН2
этен
О
оксид этилена
Условия реакции: катализатор – Ag, t = 150-350ºС

Горение алкенов
Алкены горят красноватым светящимся пламенем, в то время как пламя предельных углеводородов голубое. Массовая доля углерода в алкенах несколько выше, чем в алканах с тем же числом атомов углерода.
При недостатке кислорода

Качественные реакции
на двойную
углерод-углеродную связь
Обесцвечивание бромной воды.
СН2 = СН – СН3 + Вr2 CH2Br – CHBr – CH3
пропен 1,2-дибромпропан
Обесцвечивание раствора перманганата калия.
3СН2 = СН – СН3 + 2КМnО4 + 4Н2О
пропен
1 2 3
3СН2ОН – СНОН – СН3 + 2МnО2 + 2КОН
пропандиол-1,2

Применение
Алкены широко используются в промышленности в качестве исходных веществ для получения растворителей (спирты, дихлорэтан, эфиры гликолей и пр.), полимеров (полиэтилен, поливинилхлорид, полиизобутилен и др.), а также многих других важнейших продуктов.

Это интересно
Всем известный полиэтилен был получен был получен в 1933 году Э. Фосеттом и Р. Гибсоном
В 1943 году из полиэтилена стали изготавливать посуду, ящики, бутылки, упаковку, предметы домашнего обихода
Благодаря Его Величеству Случаю в 1938 году американский учёный Р. Планкетт получил тефлон, обладающий исключительной химической устойчивостью.

1 2 3 4 5 6
а) СН3─С═СН─СН2─СН─СН3
СН3 СН3
1 4 5 6
б) Н3С СН2─СН2─СН3
2 3
С ═ С
Н Н
2 1
в) СН3─СН2─С═СН2
3 4 5
СН3─СН─СН2─СН3
Ответы:
а) 2,5-диметилгексен-2
б) цис-изомер-гексен-2
в) 3-метил-2-этилпентен-1
Назовите следующие алкены

а) СН3-СН=СН2 + НСl → ?
б) СН2=СН-СН2-СН3 + НBr → ?
В) СН3-СН2-СН=СН2 + НОН → ?
Ответы: а) СН3-СН=СН2 + НСl → СН3-СНCl-СН3
б) СН2=СН-СН2-СН3 + НBr → СН3-СНBr-СН2-СН3
в) СН3-СН2-СН=СН2 + НОН → СН3-СН2-СН-СН3
ОН
Используя правило В.В.Марковникова, напишите уравнения следующих реакций присоединения: