неграничні, або ненасичені, вуглеводні ряду етилену (алкени, або Олефіни)

Алкени, або Олефіни (від лат. olefiant - масло - стара назва, але широко використовується в хімічної літературі. Приводом до такого назвою послужив хлористий етилен, отриманий у XVIII столітті, - рідке масляниста речовина.) -- аліфатичні ненасичені вуглеводні, в молекулах яких між вуглецевими атомами є один подвійний зв'язок.

Алкени містять у своїй молекулі менше число водневих атомів, ніж відповідні їм алкани (з тим же числом вуглецевих атомів), тому такі вуглеводні називають неграничні або ненасиченими.

Алкени утворюють Гомологічний ряд із загальною формулою CnH2n.

1. Будова алкенів

Найпростішим представником Етиленові вуглеводнів, його родоначальником є етилен (етен) С2Н4. Будова його молекула можна виразити такими формулами:

H H H H

| | ::

C == C C :: C

| | ::

H H H H

За назвою першого представника цього ряду - етилену - такі вуглеводні називають Етиленові.

У Етиленові вуглеводнях (алкенів) атоми вуглецю знаходяться в другому валентних станів (sр2-гібрідізапія). Нагадаємо, що в цьому випадку між вуглецевими атомами виникає подвійний зв'язок, що складається з однієї s-і однієї p-зв'язку. Довжина і енергія подвійного зв'язку рівні відповідно 0,134 нм і 610 кДж/міль. Різниця в енергіях s-і p-зв'язків (610 - 350 = 260) є приблизної заходом, що характеризує міцність p-зв'язку. Будучи більш слабкою, вона в першу чергу піддається руйнівної дії хімічного реагенту.

2. Номенклатура і ізомерія

Номенклатура. Алкени простого будови часто називають, замінюючи суфікс-ан в алканів на-ілен: Етан - етилен, пропан - пропилен і т.д.

За систематичної номенклатурі назви Етиленові вуглеводнів виробляють заміною суфікса-ан у відповідних алканів на суфікс-ен (алкан - алкенів, Етан - етен, пропан - пропив і т.д.). Вибір головного ланцюга і порядок назви той ж, що і для алканів. Однак до складу ланцюга повинна обов'язково входити подвійна зв'язок. Нумерацію ланцюга починають з того кінця, до якого ближче розташована ця зв'язок. Наприклад:

СH3

|

H3C-CH2-C-CH == CH2 H3C-C == CH-CH-CH2-CH3

| | |

CH3 CH3 CH3

3,3-діметілпентен-1 2,4-діметілгексен-2

Іноді використовують і раціональні назви. У цьому випадку всі алкеновие вуглеводні розглядають як заміщені етилену:

Н3С-СН == СН-CH2-СН3

метілетілетілен

неграничні (алкеновие) радикали називають тривіальними назвами або за систематичної номенклатурою:

Н2С == СН - - Вініл (етеніл)

Н2С == CН-СН2 - Алліл (пропеніл-2)

Ізомерія .

Для алкенів характерні два види структурної ізомерії. Крім ізомерії, пов'язаної з будовою вуглецевого скелета (як у алканів), з'являється ізомерія, що залежить від положення подвійного зв'язку в ланцюзі. Це призводить до збільшення числа ізомерів в ряду алкенів.

Перші два члена гомологічного ряду алкенів - етилен і пропилі) - ізомерів не мають і їх будову можна сформулювати так:

H2C == CH2 H2C == CH-CH3

етилен пропілен

(етен) (проспівавши)

Для вуглеводню С4H8 можливі три ізомеру:

CH3

|

H2C == CH-CH2-CH3 H3C-CH == CH-CH3 H2C == C-CH3

Бутень-1 Бутень-2 2-метилпропил-1

Перші два відрізняються між собою положенням подвійного зв'язку вуглецевого ланцюга, а третє -- характером ланцюга (ізостроеніе).

Проте у ряді Етиленові вуглеводнів крім структурно ізомерії можливий ще один вид ізомерії - цис-, транс-ізомерія (геометрична ізомерія). Така ізомерія характерна для сполук з подвійним зв'язком. Якщо проста s-зв'язок допускає вільне обертання окремих ланок вуглецевого ланцюга навколо своєї осі, то навколо подвійного зв'язку такого обертання не відбувається. Це і є причиною появи геометричних (цис-, транс-) ізомерів.

Геометрична ізомерія - один з видів просторової ізомерії.

Ізомери, у яких однакові заступники (за різних вуглецевих атомах) розташовані по одну сторону від подвійного зв'язку, називають цис-ізомерами, а по різні - транс-ізомерами:

H H H CH3

| | | |

C == C C == C

| | | |

H3C CH3 H3C H

цис-Бутень-2 транс-Бутень-2

Цис-і транс-ізомери відрізняються не тільки просторовим будовою, а й багатьма фізичними та хімічними властивостями. Транс-ізомери більш стійкі, ніж цис-ізомери.

3. Отримання алкенів

У природі алкени зустрічаються рідко. Зазвичай газоподібні алкени (етилен, пропилен, Бутілени) виділяють з газів нафтопереробки (при крекінгу) або попутних газів, а також з газів коксівне вугілля. У промисловості алкени отримують дегідрірованіем алканів у присутності каталізатора (Сr2О3). Наприклад:

® H2C == CH-CH2-CH3

H3C-CH2-CH2-CH3 ®-H2 Бутень-1

бутан ® H3C-CH == CH-CH3

Бутень-2

З лабораторних способів отримання можна відзначити наступні:

1. Відщеплення галогеноводорода від галогеналкілов при дії на них спиртового розчину лугу:

H2C-CH2 ® H2C == CH2 + KCl + H2O

| |        

Cl H   

K-OH     

2. Гідрування ацетилену в присутності каталізатора (Pd):

H-C